Hur mäter du avståndet till en stjärna?

Fysik 2 Avståndsmätning i rymden (Juni 2019).

Anonim

Vi har alla hört de otroligt stora tal som är inblandade när vi pratar om stjärnavstånd. Med detta sagt, hur vet vi ens hur långt bort en stjärna verkligen är? Även om det finns många sätt att beräkna avståndet mellan vår planet och en annan stjärna, regerar tre metoder högsta. Med enkla matematik och logiska avdrag har våra astronomer gett oss en mycket mer levande bild av universum. Sätt dig nu, ta en kopp te och få din hjärna redo för lite otroligt matte.

Parallax Metod

Först noterar en astronomen stjärnans position i natthimlen. Sedan, efter 6 månader, mäts samma stjärna position igen. Kom ihåg att efter 6 månader är planeten nu på andra sidan solen! På grund av parallaxeffekten förändras stjärnans position i natthimlen. Sedan beräknas parallaxvinkeln efter jämförelse av de två positionerna.

Det finns ett tydligt samband mellan parallaxvinkeln och stjärnans avstånd. Detta förhållande, som kan etableras genom enkel trigonometri, är

.

(Matematiken bakom denna ekvation är ganska lätt.) För att beräkna avståndet till stjärnan drar vi en vinkelrät linje från solens position till stjärnan. Vi känner avståndet från jorden till solen och vi vet parallaxvinkeln., vi kan härleda tanA = motsatta / intilliggande, där A är parallaxvinkeln, den motsatta sidan är avståndet från jorden till solen och den intilliggande sidan är avståndet från solen till stjärnan. P = 1 / d. Därför d = 1 / p.)

Avståndet mellan jorden och solen anses vara 1 AU (astronomisk enhet). Förskjutningen i stjärnans position är så liten att parallaxvinkeln mäts i en enhet som kallas bågsekunder, vilket är en sextionde grad. En hel bågsekund skulle leda till ett avstånd som mättes som en enda parsec (d = 1 parsec = 1 AU / 1 bågsekund). I motsats till populär tro används ljusår inte ofta som en avståndsenhet. Astronomer föredrar faktiskt enheten av parsecs! 1 parsek är ungefär 3 ljusår.

Den närmaste stjärnan till vårt solsystem är Alpha Centauri, som är fyra ljusår borta. Det betyder att det inte finns en enda stjärna inom avståndet 1 parsek utom solen. Således kan vi dra slutsatsen att om du någonsin känner för att beräkna avståndet för någon stjärna, försäkra dig om att parallaxvinkeln definitivt kommer att vara mindre än 1 bågsekund.

Om du någonsin har kämpat med geometri i skolan vet du att försök att beräkna riktigt små vinklar kan vara frustrerande felaktiga. Detsamma gäller för denna typ av beräkning. Ju längre bort stjärnan är desto svårare blir det att mäta förändringen i sin halvåriga position.

Parallaxmetoden kan därför endast användas för stjärnor som är närmare än 100 parsecs. De flesta stjärnor faller dock utanför detta intervall. Även många av stjärnorna i vår egen galax kan vara mer än 1000 parsecs borta. Så

.

. hur beräknar vi deras avstånd?

Färg / magnitudförhållandet

Dock kan uppenbar storhet vara mycket bedräglig. Om det finns en stjärna som är väldigt ljus, men väldigt långt borta, så verkar det vara svagt för oss. En dimstjärna kan dock uppfattas som riktigt ljus om den ligger närmare jorden. Den verkliga ljusstyrkan hos en stjärna kallas ljusstyrka. Luminosity är den mängd energi som en stjärna producerar varje sekund. De olika ljusstyrkan hos stjärnorna mäts inte i synliga storheter, utan i absoluta storlekar.

Men vänta en minut! Om vi ​​försöker jämföra de två storheterna kan vi göra en uppskattning av hur långt stjärnan kan vara från oss. Tänk på det. Föreställ dig en bil på höger sida mot dig. Om du känner till strålkastarens faktiska ljusstyrka, så kan du enkelt hitta bilens avstånd från dig baserat på hur ljus ljuset riktar sig mot dig.

Under åren har förhållandet mellan den uppenbara magnituden och den absoluta magnituden matematiskt härledts till att vara:

var är avståndet uppmätt i parsecs.

Phew. Så

.

nu när vi har båda storheterna, har vi ett perfekt sätt att beräkna stavar avstånd och alla lever lyckligt någonsin efter

.

. höger?

Nej, håll upp en sekund. Vi har fortfarande inte ett perfekt sätt att fastställa vad den absoluta storleken på en stjärna är.

Uppenbarligen, till skillnad från en bil strålkastare, kan vi inte gå bredvid en stjärna för att bestämma dess ljusstyrka. Så hur hanterar vi det? Ett av sätten är att analysera stjärnans färg. Stjärnor kan vara vita, blåa, röda eller till och med gula.

Men ser inte alla stjärnor vitt ut? Hur vet vi vilka som är blåa och vilka är röda? Astronomer bestämmer färgen genom att titta igenom färgfilter. Om en stjärna verkar ljusare när man tittar på genom ett blått filter och inte lika ljust när man tittar på genom ett rött filter är det en vit eller blå stjärna och vice versa.

Okej, så nu vet vi stjärnans färg. Vita eller blå stjärnor är oftast mycket ljusare än gula stjärnor och gula stjärnor är ljusare än röda stjärnor. I grund och botten bestämmer en stjärns färg ytytemperaturen.

Och så här, damer och herrar, bestämmer vi den absoluta magneten av stjärnor som är synliga för oss!

Nu när vi känner till en stjärnas tydliga magnitud och absoluta magnitud, kan vi äntligen beräkna en stjärnas stjärnavstånd med ekvationen!

Cepheidvariabler

Förhållande mellan luminositet / absolut storlek av en Cepheid-variabel stjärna och perioden mellan dess pulser

Genom att studera pulserna kan vi bestämma den absoluta magneten av Cepheid. Nu när vi vet den absoluta magneten kan vi använda den tidigare ekvationen för att upptäcka stjärnans avstånd, liksom galaxens avstånd från oss.

Till sist! Nu kan vi officiellt beräkna de gigantiska avstånden mellan galaxerna!

Bortsett från alla dessa förklaras ovan, finns det många fler metoder som astronomer fortsätter att komma med för att mäta stjärnavstånd. Vi arbetar dock fortfarande med uppskattningar och har inte utvecklat ett perfekt sätt att göra detta. Ibland är stjärnorna så långt borta att vi även måste ta hänsyn till universums expansion! Det spelar ingen roll om

.

det kommer fortfarande inte att avskräcka alla dessa matematiskt benägna astronomer att stiga till utmaningen.

referenser: