Jasności gwiazd

Gdy spojrzymy w rozgwieżdżone nocne niebo, zobaczymy kilka tysięcy gwiazd różniących się między sobą jasnością. Jasność gwiazdy zależy od jej odległości od Ziemi oraz jej parametrów fizycznych. To, że Słońce jest najjaśniejszą gwiazdą na naszym firmamencie, wynika z niewielkiej odległości od Ziemi. Jasność Słońca wynosi –26 magnitudo, natomiast jasność najsłabszych gwiazd widocznych gołym okiem wynosi 6 magnitudo. Zastosowanie teleskopu wydatnie zwiększa zakres naszych obserwacji. To, jak słabe gwiazdy możemy jeszcze obserwować, zależy przede wszystkim od średnicy obiektywu teleskopu. I tak, dla teleskopu o średnicy 10 cm zasięg wynosi 12 magnitudo, a dla teleskopu o średnicy 15 cm niespełna 13 magnitudo. Wykres 1 przedstawia zależność pomiędzy wizualnym zasięgiem teleskopu a jego średnicą.

Wykres 1.

Powyższy wykres nie uwzględnia wpływu atmosfery ziemskiej, która ma duży wpływ na widoczność najsłabszych gwiazd. Również istotna jest jasność tła nieba — powyższa krzywa odnosi się do bezksiężycowej nocy.

Kolejny wzrost zasięgu w obserwacjach astronomicznych daje użycie kliszy fotograficznej. Klisza fotograficzna ma tę zaletę nad okiem, że kumuluje energię padającego światła, w wyniku czego rośnie zaczernienie kliszy. Dzięki temu na zdjęciach widoczne są słabsze gwiazdy niż w przypadku obserwacji wizualnych. To, jak słabe gwiazdy będą widoczne na naszym zdjęciu, zależy od średnicy obiektywu teleskopu, czasu ekspozycji, czułości użytego filmu, jasności tła nieba oraz średnicy obrazu gwiazdy na negatywie. Średnica obrazu gwiazdy na negatywie zależy od następujących czynników:

1. błędy optyki
2. błędy prowadzenia
3. złe zogniskowanie
4. wielkość ziarna kliszy
5. seeing.

W przypadku stosowania ogniskowych poniżej 100 cm decydujący wpływ na średnicę gwiazdy (pomijając błędy obserwatora: b, c) ma wielkość ziarna zastosowanej kliszy (patrz Urania - Postępy Astronomii 1/98). Natomiast w przypadku użycia ogniskowych powyżej 100 cm największy wpływ na średnicę gwiazdy ma seeing. Im średnica obrazu gwiazdy na negatywie jest mniejsza tym lepiej, tym słabsze gwiazdy będą widoczne. Wykres 2 przedstawia teoretyczny zasięg teleskopu w przypadku zastosowania kliszy fotograficznej o czułości 400 ASA. Poszczególne krzywe odnoszą się do różnych średnic obiektywu teleskopu i przedstawiają zasięg w funkcji czasu ekspozycji. Wykres 2 odnosi się do bezksiężycowej nocy, a przyjęty promień gwiazdy na negatywie wynosi 0.01 mm.

Wykres 2.

Z poszczególnych krzywych wynika, że największy przyrost jasności gwiazd występuje podczas pierwszych 60 sekund czasu ekspozycji. Dalsze zwiększanie czasu ekspozycji powoduje już mniejszy wzrost zasięgu. Warto podkreślić, że dla obiektywu o średnicy 15 cm przy 4 minutowej ekspozycji zarejestrujemy gwiazdy o jasności 15.5 magnitudo! Zwiększenie czasu ekspozycji do 10 minut da zasięg 16.7 magnitudo.

To zdjęcie zostało wykonane przy pomocy obiektywu 50 mm/1.8 z czasem ekspozycji 30 sekund na filmie Fuji Super G 800 ASA. Widoczne są na nim gwiazdy konstelacji Wielkiego Psa o jasnościach do 10 magnitudo (najjaśniejsza to oczywiście Psia Gwiazda — Syriusz)

Jak duży jest to wzrost zasięgu, może świadczyć fakt, że aby wizualnie zaobserwować gwiazdy widoczne na zdjęciu wykonanym za pomocą teleskopu o średnicy 15 cm (o jasności 16.5 mag), trzeba by użyć teleskopu o średnicy 79 cm!