Wat is de stellaire magnitude?

schijnbre magnitud schaal van sterren

De helderheid van sterren en planeten wordt vaak uitgedrukt in een magnitude. Het woord magnitude in de sterrenkunde, tenzij anders aangegeven, verwijst meestal naar de schijnbare helderheid of de schijnbare visuele magnitude van een object aan de sterrenhemel. De intrinsieke helderheid van sterren wordt uitgedrukt in de absolute magnitude of ook wel de lichtkracht. In dit artikel gebruiken we de magnitude als we het hebben over de schijnbare visuele helderheid van een object.

De magnitudeschaal gaat terug tot de oude astronomen Hipparchus en Ptolemeus. Zij maakten catalogi waarin ze sterren opsomden aan de hand van hun magnitude. Volgens hun oude schaal hebben de helderste sterren een helderheid van magnitude 1 en de zwakste sterren een helderheid van magnitude 2. Een ster van magnitude 2 is nog steeds een redelijk heldere ster maar is zwakker dan een ster van magnitude 1 en een ster van magnitude 5 is nog steeds een behoorlijk zwakke ster maar is helderder dan een ster van magnitude 6. Dit systeem wordt, zij het met enkele aanpassingen, nog steeds gebruikt.

Mensen vinden het magnitudesysteem vaak verwarrend omdat de helderste sterren een negatieve magnitude hebben. Zo heeft bijvoorbeeld de helderste ster Sirius een schijnbare visuele helderheid van magnitude -1,44.

Moderne sterrenkaarten vermelden vaak met symbolen de helderheid van de sterren. Zie ook de IAU-sterrenkaarten op deze site.

We nemen de ster Spica als voorbeeld. Spica is de helderste ster van het sterrenbeeld Virgo – Maagd. De ster heeft een visuele helderheid van magnitude 1. Spica is licht veranderlijk dus de helderheid schommelt een beetje maar gemiddeld genomen is die dus 1.

Natuurlijk zijn niet alle sterren zoals Spica en hun helderheid is meestal ook niet precies een heel getal. Astronomen noemen daarom een ster met een schijnbare helderheid tussen 0,50 en 1,50 een ster van de 1-ste magnitude. Zo is er ook de 1-ste magnitude ster Aldebaran, de helderste ster van het sterrenbeeld Stier – Taurus, die een schijnbare helderheid heeft van magnitude 0,87 of de 1-ste magnitude ster Regulus, de helderste ster van het sterrenbeeld Leo – Leeuw, die een schijnbare helderheid heeft van 1,36. beide sterren worden beschouwd als sterren van de 1-ste magnitude alhoewel de in helderheid niet gelijk aan elkaar zijn.

Goed, laten we het even hebben over een paar astronomische afkortingen. Als er in de sterrenkunde gepraat wordt over de intrinsieke of de echte helderheid van een ster – uitgedrukt in de absolute magnitude dan wordt hiervoor de hoofdletter M gebruikt. Hebben astronomen het over de schijnbare magnitude, hoe helder een ster vanaf de Aarde is, dan gebruiken ze daarvoor de kleine letter m.

Het systeem om de schijnbare magnitude te nummeren verward mensen vaak. Probeer er aan te denken dat hoe zwakker de ster hoe groter het magnitudegetal zal zijn. Regulus (m = 1,36) is zwakker dan Spica (m = 1) maar Aldebaran (m = 0,87) is weer helderder dan Spica.

Losjes gezegd: de 21 sterren die helderder zijn dan magnitude 1,50 zijn sterren van de 1-ste magnitude.

Echter, Wega met een magnitude van m = 0,00 is in feite 1 magnitude helderder dan Spica (m = 1,0) en de ster Sirius met een negatieve magnitude van m = -1,44 is bijna tweeënhalve magnitude helderder dan Spica.

Eén magnitude komt overeen met een verschil in helderheid met een factor 2,512.

De moderne astronomie heeft de magnitudeschaal verbeterd. Een verschil van 5 magnitudes correspondeert met een factor 100. Met andere woorden, een ster van de 1-ste magnitude is 100 * zo helder dan een ster van de 6-de magnitude. Wortel 5 van 100 komt ongeveer overeen met 2,512 vandaar dat een verschil van één magnitude correspondeert met een factor 2,512.

1m: factor 2.512

2m: factor 2.512 * 2.512 = 6.31

3m: factor 2.512 * 2.512 * 2.512 = 15.84

4m: factor 2.512 * 2.512 * 2.512 * 2.512 = 39.81

5m: factor 2.512 * 2.512 * 2.512 * 2.512 x 2.512 = 100

Een groter positief getal betekent een zwakker object aan de hemel en een groter negatief getal betekent een helderder object aan de sterrenhemel.

De magnitudeschaal opgerekt

Er zijn echter veel meer magnitudes dan 5 (een factor 100) aan de hemel. De Zon, Maan en de planeten Jupiter en Venus zijn vele malen helderder dan de 1-ste magnitude en een telescoop laat ons sterren zien die miljoenen malen zwakker zijn dan de 6-de magnitude.

De tegenwoordige magnitudeschaal vertegenwoordigd niet alleen de sterren die we met het blote oog kunnen zien maar ook de Zon, de Maan, planeten, asteroïden en kometen in het zonnestelsel maar ook sterrenhopen en sterrenstelsels die zich buiten ons zonnestelsel bevinden. Zelfs voor satellieten die we in een baan om de Aarde hebben gebracht wordt de magnitudeschaal gebruikt.

Een verschil van 5 magnitudes komt overeen met een helderheidsverschil van 100 *, dus een verschil van 10 magnitudes komt overeen met een helderheidsverschil van een factor 10.000. Vijftien magnitudes verschil is gelijk aan een helderheidsverschil van een factor 1.000.000 en 20 magnitudes corresponderen met een factor 100.000.000

10m = 100 * 100 = helderheidsverschil factor 10.000

15m = 100 * 100 * 100 = helderheidsverschil factor 1.000.000

20m = 100 * 100 * 100 * 100 = helderheidsverschil factor 100.000.000

magnitudes van een aantal hemelobjecten

Object

Magnitude

Zon

-26,74

Maan (Vol)

-12,74

Venus (op zijn helderst)

-4,6

Sirius (op zijn helderst)

1,44

Limiet blote oog (bewoond)

+3

Limiet blote oog (donker)

+6

Limiet verrekijker

+9,5

Limiet 12 inch telescoop

+14,0

Limiet 200 inch telescoop

+20,0

Limiet Hubble Space Telescope

+30,0

Hoeveel helderder is de Zon ten opzichte van de Volle Maan?

Uit bovenste tabel weten we dat de Zon een helderheid heeft van magnitude -26,74 en de Volle Maan -12,74. Het verschil in magnitude tussen de Zon en de Maan bedraagt 14,00.

12,74 – (-26,74) = -12,74 + 26,74 = 14,00.

Of andersom uitgerekend:

12,74 – (-26,74) = -26,74 + 12,74 = -14,00

We kunnen dit magnitudeverschil tussen de Zon en de Maan opdelen in 10m en 4m en als we dan naar de bovenstaande tabellen kijken dan zien we dat 10m overeenkomt met een factor 10.000 en 4m met een factor 39,81. Als we 100.000 vermenigvuldigen met 39,81 dan levert dat een helderheidsverschil op van 398.100.

Met andere woorden: de Zon is bijna 400.000 * zo helder dan de Volle Maan.

Samengevat:

Het magnitudesysteem dat in de antieke oudheid was opgesteld werkte prima voor de sterren die we met het blote oog kunnen zien. De helderste sterren hadden in dit systeem een helderheid van magnitude 1 en de zwakste sterren waren van magnitude 6. Echter, de moderne astronomie heeft de magnitudeschaal uitgebreid om ook helderdere objecten zoals Zon, maan en planeten op te nemen en aan de andere kant ook objecten die alleen maar met behulp van telescopen zichtbaar zijn. Daarom hebben de helderste objecten de grootste negatieve nummers en de zwakste objecten de grootste positieve nummers.

 

Eerste publicatie: 18 augustus 2017