Ytans ljusstyrka

Inom astronomi kvantifierar ytljusstyrkan ( SB) den skenbara ljusstyrkan eller flödestätheten per vinkelenhetsarea för ett rumsligt utsträckt föremål som en galax eller nebulosa eller natthimlens bakgrund . Ett objekts ytljusstyrka beror på dess yttäthet, dvs. dess ljusstyrka som avges per ytenhet. Inom synlig och infraröd astronomi citeras ytljusstyrkan ofta på en magnitudskala , i magnituder per kvadratisk bågsekund (MPSAS) i ett speciellt filterband eller fotometriskt system .

Mätning av himlaobjekts ytljusstyrkor kallas ytfotometri .

Allmän beskrivning

Den totala magnituden är ett mått på ljusstyrkan hos ett utsträckt objekt som en nebulosa, ett kluster, en galax eller en komet. Den kan erhållas genom att summera ljusstyrkan över objektets yta. Alternativt kan en fotometer användas genom att applicera öppningar eller slitsar med olika diameterstorlekar. Bakgrundsljuset subtraheras sedan från mätningen för att få den totala ljusstyrkan. Det resulterande magnitudvärdet är detsamma som en punktliknande källa som avger samma mängd energi. Den totala magnituden av en komet är den kombinerade magnituden av koma och kärna .

Den skenbara magnituden för ett astronomiskt objekt anges i allmänhet som ett integrerat värde - om en galax citeras som att ha en magnitud på 12,5 betyder det att vi ser samma totala mängd ljus från galaxen som från en stjärna med magnituden 12,5. Men en stjärna är så liten att den i praktiken är en punktkälla i de flesta observationer (den största vinkeldiametern , den för R Doradus , är 0,057 ± 0,005 bågsekunder ), medan en galax kan sträcka sig över flera bågsekunder eller bågminuter . Därför kommer galaxen att vara svårare att se än stjärnan mot bakgrundsljuset med luftglöd . Skenbar magnitud är en bra indikation på synlighet om objektet är punktlikt eller litet, medan ytljusstyrka är en bättre indikator om objektet är stort. Vad som räknas som litet eller stort beror på de specifika visningsförhållandena och följer av Riccos lag . För att kunna bedöma ett objekts synlighet på ett adekvat sätt behöver man i allmänhet känna till båda parametrarna.

Detta är anledningen till att den extrema gränsen för blotta ögat för att se en stjärna är skenbar magnitud 8 , men endast skenbar magnitud 6,9 för galaxer.

Diffusa föremål som är synliga för blotta ögat

Objekt	apmag
Andromeda Galaxy (M31)	3.4
Orionnebulosa (M42)	4
Triangulum Galaxy (M33)	5.7
Bode's Galaxy (M81)	6.9

Beräknar ytans ljusstyrka

Ytljusstyrkor anges vanligtvis i magnituder per kvadratisk bågsekund. Eftersom magnituden är logaritmisk, kan beräkning av ytljusstyrka inte göras genom enkel division av magnituden efter area. I stället, för en källa med en total eller integrerad magnitud m som sträcker sig över ett visuellt område på A kvadratbågsekunder, ges ytljusstyrkan S av

$$S=m+2.5\cdot \log _{10}A.$$

För astronomiska objekt är ytljusstyrkan analog med fotometrisk luminans och är därför konstant med avståndet: när ett objekt blir svagare med avståndet, blir det också motsvarande mindre i synarea. I geometriska termer, för ett närliggande objekt som avger en given mängd ljus, minskar strålningsflödet med kvadraten på avståndet till objektet, men den fysiska arean som motsvarar en given rymdvinkel eller visuell area (t.ex. 1 kvadratbågsekund) minskar med samma proportion, vilket resulterar i samma ytljusstyrka. För utvidgade objekt som nebulosor eller galaxer tillåter detta uppskattning av det rumsliga avståndet från ytans ljusstyrka med hjälp av avståndsmodulen eller ljusstyrkans avstånd .

Förhållande till fysiska enheter

Ytljusstyrkan i magnitudenheter är relaterad till ytljusstyrkan i fysiska enheter av solenergi per kvadrat parsec med

$$S(\mathrm {mag/arcsec^{2}} )=M_{\odot }+21.572-2.5\log _{10}S(L_{\odot }/\mathrm {pc} ^{2}),$$

där $M_{\odot }$ och $L_{\odot }$ är solens absoluta magnitud och ljusstyrka i valt färgband respektive.

Ytans ljusstyrka kan också uttryckas i candela per kvadratmeter med formeln [värde i cd/m ² ] = 10,8×10 ⁴ × 10 ^{(-0,4*[värde i mag/båge2])} .

Det finns en online-kalkylator tillgänglig här http://unihedron.com/projects/darksky/magconv.php?ACTION=SOLVE&txtMAGSQA=21.83

Exempel

En riktigt mörk himmel har en ytljusstyrka på 2 × 10 ⁻⁴ cd m ⁻² eller 21,8 mag arcsec ⁻² .

Toppytans ljusstyrka i den centrala delen av Orionnebulosan är cirka 17 Mag/bågesek ² (cirka 14 millinits ) och den yttre blåaktiga glöden har en toppljusstyrka på ytan på 21,3 Mag/bågesek ² (cirka 0,27 millinits) .

Se även

• Araucaria-projektet
• Galax med låg yta-ljusstyrka
• Begränsande magnitud
• Sigma-D relation

Allmänna referenser

•   Binney, James; Merrifield, Michael (1998). Galaktisk astronomi . Princeton University Press . ISBN 978-0-691-02565-0 .
•   Sparke, L .; Gallagher, J. (2000). Galaxies in the Universe: An Introduction (1:a upplagan). Cambridge University Press . ISBN 0-521-59241-0 .