Gondolkoztál már, hány csillagot látunk pusztán a szemünkkel?
Nos, az emberi szem érzékelésének határfényessége 6 magnitúdó, ezzel ideális körülmények között kb. 2500 csillagot tudunk megfigyelni. Míg az utóbbi adatot nagyon is jól magunk elé lehet képzelni, a határfényesség mértékét nehéz bármihez is kötni - főleg, hogy egy, a hétköznapi életben elő sem forduló mértékegységben adjuk meg.
Mégis mi az a magnitúdó?
A csillagászati magnitúdó egy objektum fényességét meghatározó, egység nélküli mérőszám. Utóbbi azt jelenti, hogy a hétköznapi életben használt számos más mértékegységgel (pl. a Celsius-fokkal) ellentétben a magnitúdó-skála nem ugyanakkora (vagyis egységnyi) szakaszokra van osztva. Ennek a meglehetősen fura választásnak az okát érzékszerveink működésében kell keresni – ám már jóval azelőtt is eszerint osztályozták a csillagokat, hogy megismerhettük volna az emberi látás működését.
Hipparkhosz az i.e. II. században élt görög csillagász, aki előbb Alexandriában tanult, majd Ródosz szigetén települt le. Tudományos műszerek és távcső hiányában (hiszen azt csak Galileo Galilei használta először csillagászati megfigyelésekre, bő 1700 évvel később) megfigyelő csillagászatot folytatott, elsősorban a bolygók és csillagok pozíciójának nyomonkövetésével.
Korábbi csillagászok munkájára is támaszkodva összesen 1022 csillagot tartalmazó katalógust állított össze, amelynek különlegessége, hogy először tartalmazott információkat az egyes csillagok fényességéről. Hipparkhosz hat kategóriába sorolta a csillagokat, amelyek közül az első rend tartalmazta a legfényesebbeket, a hatodik pedig a szabad szemmel már éppen csak észlelhetőeket.
A csillagászati objektumok fényességének jellemzését csak a 19. század második felében fejlesztették tovább. 1856-ban N. R. Pogson csillagász a Hipparkhosz-féle osztályozáshoz idomulva dolgozta ki a ma is használatos csillagászati magnitúdó-skála alapját, amelyen két objektum m-mel jelölt fényességeinek különbségei az alábbi képlettel írható le:
Ennek értelmében 1 mag lépték 2,51-szeres intenzitásbeli különbséget jelent. A logaritmust tartalmazó formula érvényességére és a hipparkhoszi empirikus osztályozás okaira a néhány évvel később leírt Weber–Fechner-féle pszichofizikai alaptörvény nyújt magyarázatot. Eszerint az emberi érzékelés úgy fejlődött, hogy az ingerek hatására kialakuló érzések logaritmikusan skálázódnak.
Mindez azt jelenti, hogy egy mérhető fizikai mennyiségek alapján kétszer erősebb hang- vagy fényhatás nem kétszer (hanem annál kevésbé) erősebb érzetet vált ki belőlünk. Ez teszi lehetővé, hogy képesek legyünk több nagyságrendnyi fizikai hatást is érzékelni.
A Pogson-formula tehát megtartotta Hipparkhosz fordított skáláját, ahol az alacsonyabb magnitúdóérték magasabb fényességet jelent. Innentől kezdve már csak egy referenciaértékre volt szükség, úgy ahogy a hőmérsékleti skála nullpontját a víz fagypontjához kötötték. Ugyanez a zéruspont közmegegyezésre a Vega csillag fényessége lett – tehát a Vega fényessége minden hullámhosszon 0 magnitúdó, minden más objektum fényességét pedig ehhez viszonyítjuk a fenti Pogson-képlet alapján.
Nézzünk néhány példát!
Hazánkból szemlélve a Vega a nyári égbolt legfényesebb csillaga, ennélfogva mindössze maréknyi ettől fényesebb, azaz alacsonyabb magnitúdójú objektumot lehet felfedezni az égen. Az éjszakai égbolt legfényesebb csillaga a Nagy Kutya konstelláció alfája, a Szíriusz, -1,46 mag értékkel; ezen kívül pedig a Canopus (alfa Carinae), a Nap szomszédjának számító Alfa Centauri, valamint az Arcturus (alfa Boo) rendelkezik még negatív magnitúdó értékkel.
A bolygók, bár jóval kisebbek, mint a csillagok, sőt saját fényük sincs, ám jóval közelebb vannak hozzánk. Még így is csak négy bolygó szárnyalja túl a Vega fényességét. A Vénusz, avagy Esthajnalcsillag a legfényesebb csillagszerű fénypont az égbolton; a kora esti vagy késő hajnali órákban fedezhető fel -4,9 és -3,0 között ingadozó magnitúdó értékkel.
Mostanság a Jupiter fénye uralja az éjszakákat, a legnagyobb bolygó fényessége -3,0 és -1,7 között változik, távolságától függően. A Mars nagy oppozíció esetén rendkívül fényes lehet, elérve a -2,9 magnitúdót, míg a Nappal való együttállás során mindössze egy +1,9 magnitúdós halvány narancsos csillag. Végül a Naprendszer legkisebb bolygója, a Merkúr is meglepően fényes is lehet, a Földről látható legnagyobb megvilágítottsága esetén elérheti a -2,5 magnitúdót is! Kár, hogy a Naphoz való közelsége miatt csak ritkán látni, legtöbbször elveszik központi csillagunk fényében.
E felett (magnitúdókat tekintve pedig ezalatt) már csak két állandó égitest figyelhető meg: a Hold és a Nap. Előbbi fázisváltozásai miatt jelentősen ingadozó összfényességet mutat; első és utolsó negyed idején -11,9 magnitúdós, míg teliholdkor -12,7 magnitúdós fényességet ér el.
A Nap természetesen egészen más ligában játszik, fényessége ugyanis -26,7 mag – és szerencsénkre jóformán nem is ingadozik. Ez az érték 25 magnitúdóval alacsonyabb, mint a legfényesebb csillagé – tehát a Pogson-formula értelmében a Napunk tízmilliárdszor fényesebbnek látszik, mint a Szíriusz!
Fontos azonban megjegyezni, hogy mindez csak az objektumok látszólagos fényességét jellemzi. Ez a valódi (avagy abszolút) fényességüktől, valamint a megfigyelőtől (vagyis a Földtől) mért távolságuktól is függ, hiszen a messzebb lévő objektumok halványabbnak látszanak.
Példának okáért az előbb említett összehasonlításban a Nap egy, a csillagok mezőnyében a gyenge középmezőnyt képviselő sárga törpecsillag, míg a Szíriusz egy fényes fehér óriás – ám míg előbb mindössze 150 millió km-re van tőlünk, addig a Nagy Kutya csillagkép alfája 8,6 fényévnyire (81300 milliárd km-re).Visszatérve az emberi szem által érzékelt fényességekhez, a halványabb objektumok irányában értelemszerűen jóval több csillag fedezhető fel.
Ezek száma az időjárási viszonyok mellett függ a fényszennyezéstől is, hiszen míg városokban örülhetünk, ha néhány csillagot megpillanthatunk, addig a településeken kívül ez a szám sok száz is lehet. Az elméleti határ +6 magnitúdó, amely alapján a szabad szemmel megfigyelhető csillagok számát tekintve is egy fix korlátot kapunk, ettől a határértéktől ugyanis közel ötezer csillag fényesebb.
Tekintve, hogy a teljes égboltnak mindig csak a felét láthatjuk, így hozzávetőlegesen 2500 csillagot lehetne egyszerre megszámolni az éjszakai égbolton – ha valakinek megvan hozzá a szeme és a türelme.
Persze különösen jó átlátszóságú, fényszennyezésmentes észlelőhelyről halványabbra is lelátunk, így 6,7-es ropogós határmagnitúdó mellett már 5000 csillag borul fölénk.Hat magnitúdón túl már csak távcsövek segítségével pillanthatunk meg csillagokat, vagy más mélyég-objektumokat. Utóbbiak többsége, pl. a galaxisok, csillaghalmazok és ködök is ebbe a tartományba esnek, igaz, megfigyelhetőségüket inkább az egységnyi égboltterületre eső sugárzás (az ún. felületi fényesség) jellemzi.
A legismertebb kivételt a Tejútrendszer szomszédja, az Androméda-galaxis jelenti, ami tiszta téli éjszakákon halvány foltként pillantható meg. Ez egyébként a szabad szemmel megpillantható legtávolabbi égitest, fénye 2,5 millió éve utazik, amikor szemünkkel találkozik.
Ami a távcsövek képességeit jelenti, határmagnitúdójuk jelentősen függ a megfigyelések expozíciós idejétől, vagyis, hogy kameráik mennyi ideig gyűjtik a fényt. Magyarország legnagyobb távcsöve, a Piszkéstetői Obszervatórium 1 méter átmérőjű RCC teleszkópja például +19 magnitúdóig „lát el”, míg a jelenlegi legnagyobb földfelszíni obszervatóriumok határfényessége 25-27 magnitúdó.
A műfaj koronázatlan királya azonban továbbra is a Hubble Űrtávcső, amelynek Ultra Deep Field felvételein 30 magnitúdónál is halványabb galaxisokat azonosítottak – az közel tízmilliárdszor halványabb, mint amit a szemünk még észlelni képes.
Remélhetőleg hamarosan útnak indul a James Webb Űrtávcső is, a 34 magnitúdóra becsült határfényességével.
Izgatottan várjuk!
Tekintsünk hát az ég felé egy csillagtérkép segítségével, és mi magunk is próbáljuk megfigyelni a csillagok fényessége közötti különbséget!
Szerző: Barna Barnabás, Tudományos munkatárs / bemutató csillagász
SZTE TTIK Fizikai Intézet / Szegedi Csillagvizsgáló
📸 A borítókép forrása: NASA, ESA, and T. Brown (STScI) https://www.nasa.gov/image-feature/all-the-glittering-stars