Ga naar een openbare plaats waar mensen samenkomen, zoals een spitsstoep in de binnenstad of een weekendwinkelcentrum en je zult snel merken dat elke persoon een individu is met verschillende kenmerken, bijvoorbeeld op basis van lengte, gewicht en gelaat. Elk onderscheidt zich door grootte, vorm, leeftijd en kleur. Er is ook nog een ander kenmerk dat op het eerste gezicht meteen opvalt: elke ster heeft een unieke schittering.
Al in 120 voor Christus rangschikten de Griekse astronomen de sterren in categorieën op basis van hun pracht - de eerste die dit deed was Hipparchus. Hoewel we heel weinig weten over zijn leven, wordt hij toch beschouwd als een van de meest invloedrijke astronomen uit de oudheid. Ruim tweeduizend jaar geleden berekende hij de lengte van een jaar binnen 6,5 minuten. Hij ontdekte de precessie van de equinoxen, voorspelde het waar en wanneer van zowel maan- als zonsverduisteringen en mat nauwkeurig de afstand van de aarde tot de maan. Hipparchus was ook de vader van trigonometrie en zijn catalogus bracht 850 tot 1100 sterren in kaart, identificeerde ze elk op positie en rangschikte ze op hun helderheid met een schaal van één tot zes. De meest oogverblindende sterren werden beschreven als de eerste magnitude en de sterren die met het blote oog het zwakst leken, werden aangeduid als de zesde. Zijn classificaties waren gebaseerd op waarnemingen met het blote oog, daarom was het eenvoudig, maar het werd later opgenomen en uitgebreid in Ptolomy's Almagest die de standaard werd voor de komende 1.400 jaar. Copernicus, Kepler, Galileo, Newton en Halley waren allemaal bekend en accepteerden het bijvoorbeeld.
Natuurlijk was er in de tijd van Hipparchus geen verrekijker of telescoop en het vergt een scherp gezichtsvermogen en goede observatieomstandigheden om sterren van de zesde magnitude te onderscheiden. Lichtvervuiling die alomtegenwoordig is in de meeste grote steden en de omliggende grootstedelijke gebieden, beperkt de zichtbaarheid van zwakke objecten aan de nachtelijke hemel. Waarnemers op veel locaties in de buitenwijken kunnen bijvoorbeeld alleen sterren van de derde tot en met de vierde magnitude zien - op de allerbeste nachten kan de vijfde magnitude zichtbaar zijn. Hoewel het verlies van een of twee magnitudes niet veel lijkt, moet je bedenken dat het aantal zichtbare sterren snel toeneemt bij elke beweging op de schaal. Het verschil tussen een lichtvervuilde lucht en een donkere lucht is adembenemend!
Tegen het midden van de 19e eeuw had de technologie een precisiepunt bereikt dat de oude methode om de helderheid van sterren bij benadering te meten een belemmering vormde voor onderzoek. Tegen die tijd omvatte de reeks instrumenten die werden gebruikt om de hemel te bestuderen niet alleen een telescoop, maar ook een spectroscoop en camera. Deze apparaten zorgden voor een enorme verbetering ten opzichte van handgeschreven notities, oculairschetsen en gevolgtrekkingen op basis van herinneringen uit eerdere visuele waarnemingen. Bovendien, aangezien telescopen in staat zijn om meer licht te verzamelen dan het menselijk oog kan verzamelen, wist de wetenschap sinds Galileo's eerste telescopische waarnemingen dat er sterren veel zwakker waren dan mensen vermoedden toen de magnitudeschaal werd uitgevonden. Daarom werd het steeds meer geaccepteerd dat de helderheidstoewijzingen die uit de oudheid waren overgeleverd te subjectief waren. Maar in plaats van het los te laten, kozen astronomen ervoor om het aan te passen door de sterhelderheid wiskundig te differentiëren.
Norman Robert Pogson was een Britse astronoom geboren op 23 maart 1829 in Nottingham, Engeland. Pogson toonde al op jonge leeftijd zijn bekwaamheid met complexe berekeningen door de banen van twee kometen te berekenen tegen de tijd dat hij nog maar 18 was. Tijdens zijn carrière als astronoom in Oxford en later in India ontdekte hij acht asteroïden en eenentwintig variabele sterren. Maar zijn meest gedenkwaardige bijdrage aan de wetenschap was een systeem om kwantificeerbaar nauwkeurige stellaire helderheid toe te wijzen. Pogson was de eerste die opmerkte dat sterren van de eerste magnitude ongeveer honderd keer zo helder waren als sterren van de zesde magnitude. In 1856 stelde hij voor dat dit zou worden geaccepteerd als een nieuwe standaard, zodat elke afname in omvang de waarde van de vorige zou verlagen met een snelheid die gelijk is aan de vijfde wortel van 100 of ongeveer 2.512. Polaris, Aldebaran en Altair werden door Pogson aangeduid als magnitude 2.0 en alle andere sterren werden vergeleken met deze in zijn systeem en van de drie was Polaris de referentie-ster. Helaas ontdekten astronomen later dat Polaris enigszins variabel is, dus vervingen ze Vega's schittering als basis voor helderheid. Natuurlijk moet worden opgemerkt dat Vega sindsdien is vervangen door een ingewikkelder wiskundig nulpunt.
Het toekennen van een intensiteitswaarde aan sterren tussen de eerste en zesde magnitude-niveaus was gebaseerd op de destijds gangbare overtuiging dat het oog verschillen in helderheid op een logaritmische schaal waarnam - wetenschappers dachten destijds dat de magnitude van een ster niet recht evenredig was met de werkelijke hoeveelheid energie die het oog heeft ontvangen. Ze gingen ervan uit dat een ster met magnitude 4 zich halverwege tussen de helderheid van een ster met magnitude 3 en één met magnitude 5 zou bevinden. We weten nu dat dit niet waar is. De gevoeligheid van het oog is niet bepaald logaritmisch - het volgt de Power Law-curve van Steven.
Hoe dan ook, de Pogson-ratio werd de standaardmethode voor het toewijzen van magnitudes op basis van de schijnbare helderheid van sterren die vanaf de aarde worden gezien en naarmate de instrumenten verbeterden, konden astronomen hun aanduidingen verder verfijnen, zodat ook fractionele magnitudes mogelijk werden.
Zoals eerder vermeld, was het bekend dat het universum sinds de tijd van Galileo was gevuld met sterren die zwakker waren dan alleen het oog kon waarnemen. De notitieboekjes van de grote astronoom staan vol met verwijzingen naar sterren van de zevende en achtste magnitude die hij ontdekte. Dus de Pogson-verhouding werd uitgebreid tot die welke ook zwakker waren dan de zesde magnitude. Het niet-ondersteunde oog heeft bijvoorbeeld toegang tot ongeveer 6000 sterren (maar weinig mensen zien er ooit zoveel vanwege de nachtelijke gloed en de noodzaak om gedurende een periode van maanden vanaf de evenaar te observeren). Een gewone 10X50-verrekijker vergroot het zicht van het oog met ongeveer vijftig keer, vergroot het aantal zichtbare sterren tot ongeveer 50.000 en stelt de waarnemer in staat objecten van de negende magnitude te spotten. Een bescheiden zes-inch telescoop zal het zicht nog meer vergroten door sterren te onthullen tot de twaalfde magnitude - dat is ongeveer 475 zwakker dan het blote oog kan waarnemen. Met een dergelijk instrument zijn ongeveer 60.000 hemellichamen waarneembaar.
De grote 200-inch Hale-telescoop op de berg Palomar, lang de grootste telescoop op aarde totdat nieuwe instrumenten de afgelopen twintig jaar deze hebben overtroffen, zou een visuele blik kunnen werpen tot de twintigste magnitude - dat is ongeveer een miljoen keer zwakker dan zonder hulp. Helaas is deze telescoop niet uitgerust voor directe observatie - hij werd niet geleverd met een oculairhouder en, zoals elke andere grote telescoop vandaag, is het in wezen een gigantische cameralens. De Hubble-ruimtetelescoop, in een lage baan om de aarde, kan sterren fotograferen met een negenentwintigste magnitude. Dit vertegenwoordigt de huidige rand van de mensheid van het zichtbare universum - ongeveer vijfentwintig miljard keer zwakker dan de normale menselijke waarneming! Ongelooflijk, enorme telescopen liggen op de tekentafel en worden gefinancierd, met lichtverzameling die de grootte van voetbalvelden weerspiegelt, waardoor het mogelijk wordt objecten te observeren op de achtendertigste magnitude! Er wordt gespeculeerd dat dit ons tot de dageraad van de schepping kan brengen!
Omdat Vega het startpunt was voor het bepalen van magnitudes, moest er iets worden gedaan met objecten die ook helderder waren. Acht sterren, verschillende planeten, de maan en de zon (allemaal) overtreffen bijvoorbeeld Vega. Aangezien het gebruik van hogere getallen zwakkere dan blote-ogenobjecten veroorzaakte, leek het passend dat nul- en negatieve getallen konden worden gebruikt om objecten op te nemen die helderder waren dan Vega. Daarom schijnt de zon te schijnen op magnitude -26,8, de volle maan op -12. Sirius, de helderste ster gezien vanaf onze planeet, kreeg een magnitude van -1,5.
Deze opstelling is blijven bestaan omdat het nauwkeurigheid en flexibiliteit combineert om met hoge precisie de schijnbare helderheid te beschrijven van alles wat we in de hemel kunnen zien.
De schittering van sterren kan echter misleidend zijn. Sommige sterren lijken helderder omdat ze dichter bij de aarde staan, ongewoon grote hoeveelheden energie afgeven of een kleur hebben die onze ogen met meer of minder gevoeligheid waarnemen. Daarom hebben astronomen ook een apart systeem dat de schittering van sterren beschrijft op basis van hoe ze zouden verschijnen vanaf een standaardafstand - ongeveer 33 lichtjaren - die absolute magnitude wordt genoemd. Dit verwijdert de effecten van de scheiding van de ster van onze planeet, de intrinsieke helderheid en de kleur van de schijnbare magnitudevergelijking.
Om de absolute magnitude van een ster af te leiden, moeten astronomen eerst de werkelijke afstand begrijpen. Er zijn verschillende methoden die nuttig zijn gebleken, waarvan deze parallax de meest gebruikte is. Als u een vinger op armlengte naar boven houdt en vervolgens uw hoofd van links naar rechts beweegt, zult u merken dat de vinger lijkt te verschuiven ten opzichte van objecten op de achtergrond. Deze verschuiving is een eenvoudig voorbeeld van parallax. Astronomen gebruiken het om stellaire afstanden te meten door de positie van een object tegen de achtergrondsterren te meten wanneer de aarde zich aan de ene kant van zijn baan ten opzichte van de andere bevindt. Door trigonometrie toe te passen, kunnen astronomen de afstand van het object berekenen. Zodra dit is begrepen, kan een andere berekening de schijnbare helderheid ervan op 33 lichtjaar schatten.
Nieuwsgierige veranderingen in magnitude-opdrachten resulteren. De absolute magnitude van onze zon krimpt bijvoorbeeld tot slechts 4,83. Alpha Centauri, een van onze naaste stellaire buren, is vergelijkbaar met een absolute magnitude van 4,1. Interessant is dat Rigel, de heldere, witblauwe ster die de rechtervoet van de jager vertegenwoordigt in het sterrenbeeld Orion, schittert met een schijnbare magnitude van ongeveer nul maar een absolute magnitude van -7. Dat betekent dat Rigel tienduizenden keren helderder is dan onze zon.
Dit is een manier waarop astronomen de ware aard van sterren hebben leren kennen, ook al zijn ze erg ver weg!
Galileo was niet de laatste grote Italiaanse astronoom. Hoewel hij misschien wel de beroemdste is, bruist het moderne Italië van duizenden professionele en begaafde amateurastronomen van wereldklasse die betrokken zijn bij het onderzoeken en fotograferen van het heelal. Het prachtige beeld dat bij deze discussie hoort, werd bijvoorbeeld gemaakt door Giovanni Benintende met een tien-inch Ritchey-Chretien-telescoop en een astronomische camera van 3,5 megapixels vanaf zijn observatieplaats op Sicilië op 23 september 2006. Het beeld geeft een etherische nevel weer. , aangeduid als Van den Bergh 152. Het bevindt zich in de richting van het sterrenbeeld Cepheus, ongeveer 1.400 lichtjaar van de aarde verwijderd. Omdat het alleen schijnt op een zwakke magnitude 20 (wat je nu moet waarderen als extreem zwak!), Kostte Giovanni 3,5 uur blootstelling om dit prachtige tafereel vast te leggen.
De prachtige tint van de wolk wordt geproduceerd door de schitterende ster, bovenaan. Microscopische stofdeeltjes in de nevel zijn klein genoeg om de kortere golflengten van sterrenlicht te reflecteren, die neigen naar het blauwe deel van het kleurenspectrum. Langere golflengten, die naar rood neigen, gaan gewoon door. Dit is ook analoog aan de reden waarom onze aardse luchten blauw zijn. Het opvallende tegenlichteffect is zeer reëel en komt van het gecombineerde sterrenlicht van onze Melkweg!
Heeft u foto's die u wilt delen? Plaats ze op het astrofotografieforum van Space Magazine of e-mail ze, en misschien plaatsen we er een in Space Magazine.
Geschreven door R. Jay GaBany
