Vad är ljusstyrka?

Hur ljus är en stjärna? En planet? En galax? När astronomer vill svara på dessa frågor uttrycker de ljusstyrkan hos dessa objekt med termen "ljusstyrka". Den beskriver ljusstyrkan hos ett objekt i rymden. Stjärnor och galaxer avger olika former av ljus. Vad snäll av ljus de släpper ut eller strålar berättar hur energiska de är. Om objektet är en planet avger det inte ljus; det återspeglar det. Astronomer använder emellertid också termen "ljusstyrka" för att diskutera planetens ljusstyrka.

Ju större desto större ljusstyrka ett objekt är, desto ljusare ser det ut. Ett objekt kan vara mycket lysande i flera våglängder av ljus, från synligt ljus, röntgenstrålar, ultraviolett, infraröd, mikrovågsugn, till radio- och gammastrålar. Det beror ofta på ljusets intensitet som avges, vilket är en funktion av hur energiskt objektet är.

Varje objekt i detta stjärnkluster, inklusive molnen av gas och damm, har en ljusstyrka som kan beskrivas som dess ljusstyrka. Stjärnklyngen Pismis 24 innehåller också stjärnan Pismis 24-1b. ESO / IDA / danska 1,5 / R. Gendler, U.G. Jørgensen, J. Skottfelt, K. Harpsøe

Stellar Luminosity

De flesta människor kan få en mycket allmän uppfattning om ett objekts ljusstyrka genom att bara titta på det. Om det verkar ljust har den en högre ljusstyrka än om den är svag. Emellertid kan detta utseende vara vilseledande. Avstånd påverkar också ett objekts tydliga ljusstyrka. En avlägsen, men väldigt energisk stjärna kan tyckas dimmare för oss än en lägre energi, men närmare.

En utsikt över stjärnan Canopus, sett från den internationella rymdstationen. Den har en ljusstyrka 15 000 gånger solens. Det ligger 309 ljusår bort från oss. NASA

Astronomer bestämmer en stjärns ljusstyrka genom att titta på dess storlek och dess effektiva temperatur. Den effektiva temperaturen uttrycks i grader Kelvin, så solen är 5777 kelvin. En kvasar (ett avlägset, hyperenergiskt föremål i mitten av en massiv galax) kan vara så mycket som 10 biljoner grader Kelvin. Var och en av deras effektiva temperaturer ger en annan ljusstyrka för föremålet. Kvasaren är emellertid mycket långt borta och verkar så svag. 

Ljusheten som är viktig när det gäller att förstå vad som driver ett objekt, från stjärnor till kvasarer, är den inneboende ljusstyrkan. Det är ett mått på mängden energi som den faktiskt avger i alla riktningar varje sekund oavsett var den ligger i universum. Det är ett sätt att förstå processerna i objektet som hjälper till att göra det ljus.

Ett annat sätt att härleda en stjärns ljusstyrka är att mäta dess uppenbara ljusstyrka (hur den ser ut för ögat) och jämföra det med dess avstånd. Stjärnor som är längre bort verkar mörkare än till exempel närmare oss. Emellertid kan ett föremål också vara svagt utseende eftersom ljuset absorberas av gas och damm som ligger mellan oss. För att få ett exakt mått på ljuset hos ett himmelsföremål använder astronomer specialinstrument, till exempel en bolometer. I astronomi används de främst i radiovåglängder - särskilt submillimeterområdet. I de flesta fall är dessa specialkylda instrument till en grad över absolut noll för att vara de mest känsliga.

Ljusstyrka och magnitude

Ett annat sätt att förstå och mäta ett objekts ljusstyrka är genom dess storlek. Det är en användbar sak att veta om du stirrar, eftersom det hjälper dig att förstå hur observatörer kan hänvisa till stjärnornas ljusstyrka med avseende på varandra. Storleksantalet tar hänsyn till ett objekts ljusstyrka och dess avstånd. I huvudsak är ett objekt med andra storlekar ungefär två och en halv gånger ljusare än ett tredje med en förstorlek, och två och en halv gånger ljusare än ett objekt med en förstorlek. Ju lägre antal, desto ljusare är storleken. Solen är till exempel -26,7. Stjärnan Sirius är -1.46. Den är 70 gånger mer lysande än solen, men den ligger 8,6 ljusår bort och är lätt nedtonad på avstånd. Det är viktigt att förstå att ett mycket ljust objekt på stort avstånd kan verka mycket svagt på grund av dess avstånd, medan ett dimmigt objekt som är mycket närmare kan "se" ljusare.

Alla objekt i universum har en ljusstyrka som definieras av ett nummer som kallas dess "magnitude". Var och en av dessa stjärnor har en annan storlek. European Southern Observatory

Uppenbar magnitude är ljusstyrkan hos ett objekt som det ser ut på himlen när vi observerar det, oavsett hur långt det är borta. Den absoluta storleken är verkligen ett mått på inneboende ett objekts ljusstyrka. Den absoluta storleken "bryr sig" inte riktigt om avståndet; stjärnan eller galaxen kommer fortfarande att avge den mängden energi oavsett hur långt borta observatören är. Det gör det mer användbart att förstå hur ljust och varmt och stort ett objekt egentligen är. 

Spektral ljusstyrka

I de flesta fall är ljusstyrkan avsedd att relatera till hur mycket energi som släpps ut av ett objekt i alla former av ljus det strålar (visuellt, infrarött, röntgenstrålar etc.). Ljusstyrka är den term som vi tillämpar för alla våglängder, oavsett var de ligger på det elektromagnetiska spektrumet. Astronomer studerar olika våglängder för ljus från himmelsföremål genom att ta det inkommande ljuset och använda en spektrometer eller spektroskop för att "bryta" ljuset i dess komponentvåglängder. Denna metod kallas "spektroskopi" och den ger stor inblick i de processer som får objekt att lysa.

Varje element i universum har ett unikt spektralt "fingeravtryck". Astronomer använder dessa spektra för att bestämma sammansättningen av föremål, och deras spektra kan också avslöja deras rörelser och andra egenskaper. NASA 

Varje himmelsföremål är ljus i specifika våglängder för ljus; till exempel är neutronstjärnor vanligtvis väldigt ljusa i röntgen- och radiobanden (dock inte alltid; vissa är ljusast när det gäller gammastrålar). Dessa objekt sägs ha höga röntgen- och radioljustheter. De har ofta mycket låga optiska ljusstyrkor.

Stjärnor strålar i mycket breda uppsättningar våglängder, från det synliga till infraröda och ultravioletta; vissa mycket energiska stjärnor är också ljusa i radio och röntgenstrålar. De centrala svarta hålen i galaxer ligger i regioner som avger enorma mängder röntgenstrålar, gammastrålar och radiofrekvenser, men kan se ganska svagt ut i synligt ljus. De uppvärmda molnen av gas och damm där stjärnor föds kan vara mycket ljusa i det infraröda och synliga ljuset. De nyfödda själva är ganska ljusa i det ultravioletta och synliga ljuset. 

Snabba fakta

• Ett objekts ljusstyrka kallas dess ljusstyrka.
• Ljusstyrkan hos ett objekt i rymden definieras ofta av en numerisk figur som kallas dess storlek.
• Objekt kan vara "ljusa" i mer än en uppsättning våglängder. Till exempel är solen ljus i optiskt (synligt) ljus men anses också vara ljus i röntgenstrålar ibland, liksom ultraviolett och infrarött.

källor

• Cool Cosmos, coolcosmos.ipac.caltech.edu/cosmic_classroom/cosmic_reference/luminosity.html.
• “Ljusstyrka | KOSMOS." Centrum för astrofysik och superdatorer, astronomy.swin.edu.au/cosmos/L/Luminosity.
• MacRobert, Alan. "Stellar Magnitude System: Measuring Brightness." Sky & Telescope, 24 maj 2017, www.skyandtelescope.com/astronomy-resources/the-stellar-magnitude-system/.

Redigerad och reviderad av Carolyn Collins Petersen