ألمع النجوم : شدة الإستضاءة و قيمتها

تدلنا نظرة على السماء ليلا من الأرض على أن بعض النجوم هي أكثر إشراقا بكثير من غيرها.

ومع ذلك، فإن سطوع نجم يعتمد على تكوينها ومدى بعدها عن كوكب الأرض.
يعرف علماء الفلك سطوع النجوم من حيث الحجم الظاهري – كيف تظهر النجوم الساطعة من الأرض – وحجمها المطلق – مدى ظهور النجوم على مسافة قياسية تبلغ 32.6 سنة ضوئية، أو 10 بارسيك.

(السنة الضوئية هي المسافة التي يسافرها الضوء في سنة واحدة – حوالي 6 تريليون ميل، أو 10 تريليون كيلومتر).

يقوم العلماء الفلك أيضا بقياس اللمعان – كمية الطاقة (الضوء) التي يشعها سطح نجم.
قياس سطوع النجوم هو فكرة قديمة، ولكن الفلكيين اليوم يستخدمون أدوات أكثر دقة لإجراء الحسابات.

من عصر الإغريق إلى العصر الحديث:

منذ أكثر من ألفي عام، كان الفلكي اليوناني هيبارتشوس Hipparchus أول من وضع قائمة بالنجوم وفقا لسطوعها، وفقا لديف روتشتاين Dave Rothstein، الذي شارك في برنامج جامعة كورنيل «إسأل فلكي» في عام 2003.
كتب روتشتاين: «في الأساس، كان يُنظر إلى النجوم في السماء، وتصنيفها من حيث كيف تبدو مشرقة إذ كان أكثر النجوم لمعانًا يحصل على القيمة magnitude 1، ثاني أكثر النجوم لمعانا القيمة 2، وما إلى ذلك، وصولا الى القيمة 6 التي كانت أضعف النجوم التي يمكن أن تُرى» بيد أن العيون البشرية ليست مميزة جدا.

يقول روتشتاين إن الاختلافات الكبيرة في السطوع تبدو أصغر بكثير باستخدام هذا المقياس. تقيس أجهزة القياس المشحونة الحساسة للضوء Light-sensitive charged-coupled devices (CCDs) داخل الكاميرات الرقمية كمية الضوء القادمة من النجوم، ويمكن أن توفر تعريف أكثر دقة للسطوع.
وباستخدام هذا المقياس، يعرف علماء الفلك الآن خمسة اختلافات في المقياس مع وجود نسبة سطوع 100.

تم استخدام فيغا كنجم مرجعي للمقياس.

في البداية كان له قيمة 0، ولكن باستعمال أجهزة أكثر دقة تغيرت القيمة إلى 0.3.

القيمة الظاهرية مقارنة بالقيمة المطلقة :

تم أخذ الأرض كنقطة مرجعية، مع ذلك، فشل مقياس القيمة في حساب إختلافات السطوع الحقيقية بين النجوم.

يعتمد السطوع الظاهري أو القيمة الظاهرية على موقع المراقب. سيقدم المراقبون المختلفون قياسات مختلفة، اعتمادا على مواقعهم وبعدهم عن النجم. فالنجوم الأقرب إلى الأرض لكنها أضعف في الإستضاءة يمكن أن تظهر أكثر إشراقا من تلك الأكثر إضاءة لأنها بعيدة.
تقول دورية عبر الإنترنت عن علم الفلك من جامعة تينيسي: «هذا هو السطوع الحقيقي- مع الأخذ بالاعتبار الاعتماد على المسافة – وهذا هو الأكثر أهمية بالنسبة لنا كعلماء فلك.

ولذلك، من المفيد وضع اتفاقية يمكننا من خلالها مقارنة نجمتين على قدم المساواة، دون اختلاف في السطوع بسبب اختلاف المسافات مما يعقد القضية ».
وكان الحل هو تطبيق مقياس القيمة المطلقة لتوفير مرجعية بين النجوم.

للقيام بذلك، حسب الفلكيون سطوع النجوم كما لو كانت تظهر على مسافة 32.6 سنة ضوئية، أو 10 بارسيك من الأرض.
مقياس آخر للسطوع هو اللمعان، وهو قوة النجم وكمية الطاقة (الضوء) التي يمكن أن تنبعث من سطح نجم.

عادة ما يعبر عنه بالواط watt ويقاس بمقدار لمعان الشمس. على سبيل المثال، فإن لمعان الشمس 400 تريليون تريليون واط.

واحدة من أقرب النجوم إلى الأرض، ألفا قنطوري أ، حوالي 1.3 مرة مثل إضاءة الشمس.
ولتحديد اللمعان من القيمة المطلقة، يجب أن يحسب المرء فارق خمسة على مقياس القيمة المطلقة ما يعادل 100 على مقياس اللمعان – فعلى سبيل المثال، فإن النجم الذي يبلغ قيمته المطلقة 1 هو 100 مرة مثل إضاءة نجم له قيمة مطلقة 6.

قيود على القيمة المطلقة:

بينما يبدو أن مقياس القيمة المطلقة هو أقصى جهد الفلكيين لمقارنة سطوع النجوم، فإن هناك بضعة قيود رئيسية لها علاقة بالأجهزة التي تستخدم لقياس ذلك.
أولا، يجب على علماء الفلك تحديد الطول الموجي للضوء الذي يستخدمونه لإجراء القياس.

يمكن أن تنبعث أشعة النجوم في أشكال تتراوح ما بين الأشعة السينية عالية الطاقة والأشعة تحت الحمراء ذات الطاقة المنخفضة.

اعتمادا على نوع النجوم، فإنها يمكن أن تكون مشرقة في بعض هذه الأطوال الموجية وباهتة في الأطوال الموجية الأخرى.
لمعالجة هذا، يجب على العلماء تحديد طول الموجة التي يستخدمونها لإجراء قياسات القيمة المطلقة.
ويتمثل أحد أوجه القصور الرئيسية الأخرى في حساسية الأجهزة المستخدمة في إجراء القياس.

بشكل عام، كما تقدمت أجهزة الكمبيوتر وتكنولوجيا مرآة التلسكوب تحسنت القياسات، والقياسات التي أجريت في السنوات الأخيرة لها وزن أكبر بين العلماء من تلك التي أجريت منذ فترة طويلة.
ومن المفارقات أن ألمع النجوم هي من بين النجوم الأقل إهتماما من قبل الفلكين، ولكن هناك جهد واحد على الأقل مؤخرا لتصنيف سطوعها.

وهناك كوكبة من الأقمار الصناعية تدعى برايت (مستكشف الإستضاءة) تقيس تقلب السطوع بين النجوم. ومن بين المشاركين في مشروع الأقمار الصناعية الستة النمسا وكندا وبولندا.

وأطلق القمران الأولان بنجاح في عام 2013.

نجوم متقلبة:

هناك عددٌ من النجوم لها سطوع ثابت، وهناك أكثر من 100000 تصنف على أنها نجوم متغيرة.

(حتى أن الشمس الخاصة بنا متغيرة، ويختلف إنتاجها للطاقة بنحو 0.1 في المئة، أو واحد من الألف من قيمتها، خلال دورة الطاقة الشمسية التي تبلغ 11 عاما).

النجوم المتغيرة إما داخلية (بمعنى أن تغيرات لمعانها بسبب صفات التوسع أو الانكماش أو الانبثاق أو النبض) أو خارجية (بمعنى أن نجم أو كوكب يمر أمام النجم ويمنع الضوء، أو أن التغيير ناتج عن الدوران النجمي).
يمكن أن يتغير لمعان النجوم أيضا مع مرور الوقت.

فعلى سبيل المثال، كان من الممكن أن تكون النجمة الشمالية أو النجم القطبي أكثر لمعانا ب 4.6 مرة في العصور القديمة عما هي عليه اليوم. وأشارت دراسة عام 2014 إلى أن النجم خفت في العقود القليلة الماضية، ولكن بعد ذلك سطع بشكل كبير مرة أخرى.

النجم القطبي هو جزء من فئة النجوم المتغيرة ، و هي نجوم مضيئة للغاية لها فترات نبض قصيرة.

تسمح الاختلافات في الاستضاءة الفلكيين من حساب مدى بعد هذه النجوم المتغيرة، مما يجعلها مفيدة «عصا القياس» بغض النظر إذا كانت النجوم جزءً من المجرات أو السدم.
وتشمل الأنواع الأخرى من النجوم المتغيرة الجوهرية المتغيرات الكارثية (التي تشرق بسبب الانفجارات، مثل انفجارات المستعرات الأعظمية) أو المتغيرات البركانية (التي يتغير سطوعها خلال الانفجارات على السطح، أو توليفات المادة بين النجوم).

وتشمل المتغيرات الخارجية تفوق النجوم الثنائية والمغزلية (مثل النجوم النابضة ونوى المستعرات الأعظمية التي لا يكون الإشعاع الكهرومغناطيسي مرئيا إلا عندما توجه حزمتها الإشعاعية إلى الأرض).

• ترجمة : مصطفى العدوي
• تدقيق: بدر الفراك
•  المصدر