7.6.4. Видимая звездная величина

На небосводе можно наблюдать точечные источники света – звезды. При одних и тех же условиях количество видимых невооружённым глазом звезд значительно больше в пустынной местности, чем в городе, где сияет множество огней.

Астрономам удобно выделять группы звезд не по размеру, а по блеску (световому потоку Ф). Гиппарх (II в. до н. э., Греция) разделил видимые невооружённым глазом звезды по блеску на 6 групп «звездной величины» (с 1 по 6) в порядке убывания яркости.

Видимая звездная величина (m) – величина (*), где С = const.

• «С» выбирают так, чтобы соотношения видимых звёздных величин m соответствовали соотношениям блеска звёзд по шкале Гиппарха.

• Из (*) видно, что чем больше Ф звезды, тем меньше её m (увеличению Ф в 100 раз соответствует уменьшение m на 5 единиц).

• Применение m очень удобно, т.к. диапазон Ф велик (Ф Солнца в 210¹⁰ раза больше Ф Сириуса, тогда как Ф Сириуса в 750 раз больше Ф звезды 61 Лебедя и т. д.).

• Для Сириуса m = – 1,58; для Луны m = –12,5; для Солнца m = – 26,7.

7.6.5. Светимость звёзд

Одной из главных характеристик звезды является её светимость.

Светимость звезды (L) – отношение всей излученной световой энергии звезды ко времени её излучения.

• Светимость – весь световой поток через поверхность, замкнутую вокруг источника.

• Светимость Солнца L  410²⁶ Вт.

• Вся энергия, выработанная человечеством, меньше одной тысячной доли энергии, излучаемой Солнцем за 1 с.

Пусть R – расстояние от наблюдателя до звезды. Окружим звезду сферой радиуса R. Тогда световой поток звезды, попадающий в глаз наблюдателя, и .

7.6.6. Абсолютная звёздная величина

Для сравнения энергии излучения разных звёзд удобно рассматривать их на одном расстоянии от наблюдателя. Пусть расстояние до любой звезды составляет 10 парсек (1 пк = 310¹³ км), при этом большинство звёзд приходится как бы приблизить к наблюдателю, а некоторые (включая Солнце) – отодвинуть.

Абсолютная звёздная величина (М) – видимая звёздная величина, которую имела бы звезда на расстоянии 10 пк.

Из при R = 10 пк  .

или .

• Для Солнца М = +4,9; для Сириуса М = +1,4; для некоторых крупных звёзд М = – 9.

• Уменьшение М на 1 означает увеличение L в 2,512 раза.

• Знание М заменяет знание L так же, как знание m заменяет знание Ф.

7.7. Основы теории относительности

В данной главе рассмотрены основы специальной теории относительности, где процессы протекают в ИСО. Специальная теория относительности – частный случай общей теории относительности (теории тяготения), в которой доказана зависимость свойств пространства – времени от действующих в данной области гравитационных полей. Мы же рассматриваем свойства пространства – времени в областях, где полями тяготения можно с желаемой точностью пренебречь.

7.7.1. Классические представления о пространстве и времени

В конце XIX в. в науке господствовали представления о пространстве, времени, телах и движении, основанные на выводах Галилея и Ньютона.

Принцип относительности Галилея устанавливает, что все ИСО равноправны (все механические процессы в них протекают одинаково при одинаковых условиях), причем покоится ИСО или движется прямолинейно и равномерно определить нельзя никакими опытами, проведенными внутри данной ИСО (всякое движение и покой относительны).

Движение во всех ИСО подчиняется законам Ньютона, перейти от одной ИСО к другой можно согласно преобразованиям Галилея и классическому закону сложения скоростей.

В работе «Математические начала натуральной философии» Ньютон ввел в физику постулаты об абсолютном времени и абсолютном пространстве.

• Постулат – положение, не имеющее логического доказательства, основанное на обобщении фактов (постулат в физике играет роль аксиомы в математике).

Постулат 1: «Абсолютное время само по себе и в силу своей внутренней природы течет одинаково... Движения могут быть ускоренными или замедленными, но истинный процесс течения времени не подвержен никаким изменениям».

Ньютон полагал, что события, происшедшие одновременно в любой ИСО, будут одновременными во всех ИСО, т. е. в абсолютном времени существует абсолютная одновременность.

Постулат 2: «Абсолютное пространство в силу своей природы безотносительно к чему-либо внешнему, всегда остается одинаковым и неподвижным».

Из постулата 2 следует, что должна существовать некая абсолютная «главная» ИСО, связанная с неподвижным пространством, однако «...неподвижное пространство, в котором осуществляется движение, ни в коей мере не доступно наблюдению».

Ньютон полагал, что расстояние между любыми двумя точками не зависит от выбора ИСО, т. е. размеры тел абсолютны.

Таким образом, классические представления о пространстве, времени, телах и движении:

1) время абсолютно, одновременность абсолютна;

2) пространство (без тел) абсолютно, пусто, неподвижно и непостижимо;

3) размеры тел абсолютны и одинаковы во всех ИСО.

4) движение тел в пространстве происходит с течением времени и подчиняется законам Ньютона;

5) законы Ньютона одинаковы для всех ИСО, переход от одной ИСО к другой происходит согласно преобразованиям Галилея и классическому закону сложения скоростей;

Классические представления полностью подтвердились всеми доступными тогда опытами по механике, не противоречили здравому смыслу и считались единственно верными.