17.2: ألوان النجوم

Last updated
Save as PDF

Page ID: 197337

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

أهداف التعلم

في نهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:

قارن درجات الحرارة النسبية للنجوم بناءً على ألوانها
افهم كيف يستخدم علماء الفلك فهارس الألوان لقياس درجات حرارة النجوم

انظر إلى الصورة الجميلة للنجوم في سحابة القوس النجمية الموضحة في الشكل\(\PageIndex{1}\). تُظهر النجوم العديد من الألوان، بما في ذلك الأحمر والبرتقالي والأصفر والأبيض والأزرق. كما رأينا، النجوم ليست كلها بنفس اللون لأنها لا تتمتع جميعها بدرجات حرارة متطابقة. لتحديد اللون بدقة، ابتكر علماء الفلك طرقًا كمية لتوصيف لون النجم ثم استخدام تلك الألوان لتحديد درجات حرارة النجوم. في الفصول التالية، سنقدم درجة حرارة النجوم التي نصفها، ويخبرك هذا القسم كيف يتم تحديد درجات الحرارة هذه من ألوان الضوء التي تطلقها النجوم.

بديل — الشكل\(\PageIndex{1}\): برج القوس ستار كلاود. تُظهر هذه الصورة، التي التقطها تلسكوب هابل الفضائي، النجوم في الاتجاه نحو مركز مجرة درب التبانة. تتألق النجوم الساطعة مثل الجواهر الملونة على خلفية مخملية سوداء. يشير لون النجمة إلى درجة حرارتها. النجوم الزرقاء البيضاء أكثر سخونة بكثير من الشمس، في حين أن النجوم الحمراء أكثر برودة. في المتوسط، تقع النجوم في هذا المجال على مسافة حوالي 25000 سنة ضوئية (مما يعني أن الضوء يستغرق 25000 سنة لاجتياز المسافة منها إلينا) ويبلغ عرض الحقل حوالي 13.3 سنة ضوئية.

اللون ودرجة الحرارة

كما تعلمنا سابقًا، يربط قانون فيينا اللون النجمي بدرجة حرارة النجوم. تهيمن الألوان الزرقاء على إخراج الضوء المرئي للنجوم الساخنة جدًا (مع الكثير من الإشعاع الإضافي في الأشعة فوق البنفسجية). من ناحية أخرى، تنبعث النجوم الباردة معظم طاقتها الضوئية المرئية بأطوال موجية حمراء (مع خروج المزيد من الإشعاع في الأشعة تحت الحمراء) (الشكل\(\PageIndex{1}\)). لذلك يوفر لون النجم مقياسًا لدرجة حرارة سطحه الجوهرية أو الحقيقية (بصرف النظر عن تأثيرات الاحمرار بسبب الغبار بين النجوم، والتي ستتم مناقشتها في «بين النجوم: الغاز والغبار في الفضاء»). لا يعتمد اللون على المسافة إلى الكائن. يجب أن يكون هذا مألوفًا لك من التجربة اليومية. يظهر لون إشارة المرور، على سبيل المثال، كما هو بغض النظر عن المسافة التي تفصلها. إذا تمكنا بطريقة ما من أخذ نجمة ومراقبتها ثم تحريكها بعيدًا، فسيتغير سطوعها الظاهر (حجمها). لكن هذا التغيير في السطوع هو نفسه بالنسبة لجميع الأطوال الموجية، وبالتالي سيظل لونه كما هو.

الجدول\(\PageIndex{1}\): مثال لألوان النجوم ودرجات الحرارة التقريبية المقابلة
لون النجوم	درجة الحرارة التقريبية	مثال
أزرق	25,000 كم	سبيكا
أبيض	10,000 كجم	نجم فيجا
أصفر	6000 كجم	شمس
شركة أورانج	4000 كجم	ألديباران
أحمر	3000 كجم	منكب الجوزاء

الصورة: طيف الجسم الأسود

انتقل إلى هذه المحاكاة التفاعلية من جامعة كولورادو لرؤية لون النجم يتغير مع تغير درجة الحرارة.

تبلغ درجات حرارة النجوم الأكثر سخونة أكثر من 40000 كلفن، بينما تبلغ درجات حرارة أروع النجوم حوالي 2000 درجة مئوية، وتبلغ درجة حرارة سطح شمسنا حوالي 6000 كلفن؛ أما ذروة طولها الموجي فهي صفراء مخضرة قليلاً. في الفضاء، ستبدو الشمس بيضاء ومشرقة بكميات متساوية من الأطوال الموجية للضوء المحمر والمزرق. تبدو صفراء إلى حد ما كما تُرى من سطح الأرض لأن جزيئات النيتروجين في كوكبنا تشتت بعض الأطوال الموجية الأقصر (أي الزرقاء) خارج أشعة الشمس التي تصل إلينا، تاركةً وراءها المزيد من الضوء ذي الطول الموجي الطويل. وهذا يفسر أيضًا سبب كون السماء زرقاء: السماء الزرقاء هي ضوء الشمس المنتشر في الغلاف الجوي للأرض.

مؤشرات الألوان

من أجل تحديد اللون الدقيق للنجم، يقيس علماء الفلك عادةً السطوع الظاهري للنجم من خلال الفلاتر، التي ينقل كل منها الضوء فقط من نطاق ضيق معين من الأطوال الموجية (الألوان). من الأمثلة البسيطة على الفلتر في الحياة اليومية زجاجة المشروبات الغازية البلاستيكية ذات اللون الأخضر، والتي تسمح بمرور الألوان الخضراء للضوء فقط عند وضعها أمام عينيك.

تقيس إحدى مجموعات الفلاتر الشائعة الاستخدام في علم الفلك السطوع النجمي بثلاثة أطوال موجية تقابل الضوء فوق البنفسجي والأزرق والأصفر. يتم تسمية الفلاتر: U (الأشعة فوق البنفسجية)، B (الأزرق)، V (بصري، للأصفر). تنقل هذه المرشحات الضوء بالقرب من الأطوال الموجية البالغة 360 نانومتر (نانومتر) و 420 نانومتر و 540 نانومتر على التوالي. عادةً ما يتم التعبير عن السطوع المقاس من خلال كل مرشح بالمقادير. ويسمى الفرق بين أي اثنين من هذه المقادير - على سبيل المثال، بين الأزرق والمقادير البصرية (B-V) - بمؤشر اللون.

انتقل إلى جهاز محاكاة الضوء والمرشحات هذا للحصول على عرض توضيحي لكيفية دمج مصادر الضوء والمرشحات المختلفة لتحديد الطيف المرصود. يمكنك أيضًا معرفة كيفية ارتباط الألوان المدركة بالطيف.

بالاتفاق بين علماء الفلك، يتم تعديل مقادير الأشعة فوق البنفسجية والأزرق والمرئية لنظام الأشعة فوق البنفسجية لإعطاء مؤشر لون قدره 0 لنجم تبلغ درجة حرارة سطحه حوالي 10000 كلفن، مثل Vega. تتراوح مؤشرات ألوان B-V للنجوم من −0.4 للنجوم الأكثر زرقة، مع درجات حرارة تبلغ حوالي 40000 كلفن، إلى +2.0 للنجوم الأكثر احمرارًا، مع درجات حرارة تقارب 2000 كلفن، ويبلغ مؤشر B-V للشمس حوالي +0.65. لاحظ أنه، حسب الاصطلاح، يكون مؤشر B—V دائمًا هو «الأزرق» ناقص اللون «الأكثر احمرارًا».

لماذا تستخدم مؤشر اللون إذا كان يعني في النهاية درجة الحرارة؟ لأن سطوع النجم من خلال الفلتر هو ما يقيسه علماء الفلك فعليًا، ونحن دائمًا نشعر براحة أكبر عندما تتعلق بياناتنا بكميات قابلة للقياس.

ملخص

النجوم لها ألوان مختلفة، وهي مؤشرات لدرجة الحرارة. تميل النجوم الأكثر سخونة إلى الظهور باللون الأزرق أو الأزرق والأبيض، في حين أن أروع النجوم هي الحمراء. مؤشر اللون للنجم هو الفرق في المقادير المقادير المقايسة بأي طولين موجيين وهو إحدى الطرق التي يقيس بها علماء الفلك درجة حرارة النجوم ويعبرون عنها.

مسرد المصطلحات

فهرس الألوان: الفرق بين مقادير النجم أو الجسم الآخر المقاسة في ضوء منطقتين طيفيتين مختلفتين - على سبيل المثال، الأزرق ناقص المقادير البصرية (B-V)