18.1: Kupima Misa ya Stellar

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza kwa nini nyota zinazoonekana kwa jicho lisilosaidiwa si za kawaida
• Eleza usambazaji wa raia wa stellar kupatikana karibu na Sun

Kabla ya kufanya utafiti wetu wenyewe, tunahitaji kukubaliana juu ya kitengo cha umbali unaofaa kwa vitu tunavyojifunza. Nyota zote ziko mbali sana kiasi kwamba kilomita (na hata vitengo vya astronomia) zitakuwa mbaya sana kutumia; hivyo—kama ilivyojadiliwa katika Sayansi na Ulimwengu: Ziara Fupi—Wanaastronomia hutumia “fimbo ya kupimia” kubwa zaidi inayoitwa mwaka wa nuru. Mwaka wa mwanga ni umbali ambao mwanga (ishara ya haraka zaidi tunayojua) husafiri katika mwaka wa 1. Kwa kuwa mwanga hufunika kilomita 300,000 kwa pili, na kwa kuwa kuna sekunde nyingi katika mwaka 1, mwaka wa mwanga ni kiasi kikubwa sana: kilomita 9.5 trilioni (9.5 × 1012) kuwa sahihi. (Kumbuka kwamba mwaka wa nuru ni kitengo cha umbali ingawa mwaka wa muda unaonekana ndani yake.) Ikiwa umeendesha kikomo cha kasi cha Marekani bila kuacha chakula au kupumzika, huwezi kufika mwishoni mwa mwaka wa mwanga katika nafasi mpaka takribani miaka milioni 12 imepita. Na nyota iliyo karibu zaidi ya miaka 4 ya mwanga.

Angalia kwamba hatujasema mengi kuhusu jinsi umbali mkubwa huo unaweza kupimwa. Hiyo ni swali ngumu, ambalo tutarudi katika umbali wa Mbinguni. Kwa sasa, hebu tufikiri kwamba umbali umepimwa kwa nyota katika maeneo yetu ya cosmic ili tuweze kuendelea na sensa yetu.

Ndogo Ni Nzuri-Au Angalau Zaidi ya kawaida

Tunapofanya sensa ya watu nchini Marekani, tunahesabu wakazi kwa jirani. Tunaweza kujaribu mbinu sawa kwa sensa yetu ya stellar na kuanza na jirani yetu ya haraka. Kama tutakavyoona, tunakabiliwa na matatizo mawili—kama tunavyofanya na sensa ya wanadamu. Kwanza, ni vigumu kuwa na uhakika tumehesabu wenyeji wote; pili, jirani yetu ya ndani inaweza kuwa na aina zote zinazowezekana za watu.

Jedwali\(\PageIndex{1}\) linaonyesha makadirio ya idadi ya nyota za kila aina ya spectral ¹ katika jirani yetu ya ndani — ndani ya miaka 21 ya nuru ya Jua. (Galaksi ya Milky Way, ambayo tunaishi, ina kipenyo cha miaka 100,000 ya nuru, hivyo takwimu hii inatumika kwa jirani ya ndani sana, ambayo ina sehemu ndogo ya mabilioni ya nyota katika Milky Way.) Unaweza kuona kwamba kuna nyota nyingi za chini (na hivyo chini ya molekuli) kuliko zile za juu. Nyota tatu tu katika jirani yetu ya eneo (aina moja ya F na aina mbili A) ni kubwa zaidi na kubwa zaidi kuliko Jua. Hii ni kweli kesi ambapo ushindi mdogo juu ya kubwa-angalau kwa suala la idadi. Jua ni kubwa zaidi kuliko nyota nyingi katika maeneo ya jirani yetu.

Jedwali\(\PageIndex{1}\): Nyota ndani ya Miaka 21 ya Mwanga ya Jua

Aina ya Spectral	Idadi ya Nyota
A	2
F	1
G	7
K	17
M	94
Wafanyabiashara mweupe	8
Wafanyabiashara wa rangi	33

Jedwali hili linatokana na data iliyochapishwa kupitia 2015, na kuna uwezekano kwamba vitu vyenye kukata tamaa vinabaki kugunduliwa (angalia Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Pamoja na wachanga wa rangi ya L na T ambao tayari wamezingatiwa katika jirani yetu, wanaastronomia wanatarajia kupata labda mamia ya watoto wachanga wa T. Wengi wa haya ni uwezekano wa kuwa hata baridi kuliko coolest sasa inayojulikana T kibete. Sababu ya vijidudu vya chini zaidi ni vigumu kupata ni kwamba wanaweka mwanga mdogo sana—elfu kumi hadi mara milioni chini ya nuru kuliko Jua. Hivi karibuni tu teknolojia yetu imeendelea hadi kufikia kwamba tunaweza kuchunguza vitu hivi vyema, vyema.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) kibete Simulation. Masimulizi haya ya kompyuta yanaonyesha nyota zilizo katika jirani yetu jinsi zinavyoonekana kutoka umbali wa umbali wa miaka 30 ya nuru. Jua liko katikati. Vipande vyote vya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi Nyota za kawaida za M, ambazo ni nyekundu na zimezimia, zinafanywa kuonekana kuwa nyepesi kuliko zingekuwa kweli ili uweze kuziona katika simulation. Kumbuka kuwa nyota zenye moto kama Jua letu ni nadra sana.

Kuweka haya yote katika mtazamo, tunaona kwamba ingawa nyota zinazohesabiwa katika meza ni majirani zetu wa karibu sana, huwezi tu kuangalia juu angani ya usiku na kuziona bila darubini; nyota zinazidi kuzidi kuliko Jua haziwezi kuonekana kwa jicho lisilo na usaidizi isipokuwa ziko karibu sana. Kwa mfano, nyota zenye luminositi zinazoanzia 1/100 hadi 1/10,000 mwangaza wa Jua (L _Sun) ni za kawaida sana, lakini nyota yenye mwangaza wa 1/100 L _Jua ingekuwa ndani ya miaka 5 ya nuru ili ionekane kwa macho ya uchi-na nyota tatu tu (zote katika mfumo mmoja) ni hii karibu na sisi. Karibu zaidi ya nyota hizi tatu, Proxima Centauri, bado haziwezi kuonekana bila darubini kwa sababu ina mwangaza mdogo kama huo.

Wanaastronomia wanafanya kazi kwa bidii siku hizi kukamilisha sensa ya jirani zetu kwa kutafuta majirani zetu wenye kukata tamaa. Uvumbuzi wa hivi karibuni wa nyota zilizo karibu umetegemea sana darubini za infrared ambazo zina uwezo wa kupata nyota hizi nyingi baridi, zenye uzito mdogo. Unapaswa kutarajia idadi ya nyota zinazojulikana ndani ya miaka 26 ya nuru ya Jua ili kuendelea kuongezeka kadiri tafiti zaidi na bora zinafanywa.

Bright Haimaanishi Karibu

Ikiwa tutaweka sensa yetu kwa jirani ya eneo hilo, tutakosa nyota nyingi zinazovutia sana. Baada ya yote, jirani unayoishi hauna aina zote za watu—wanaojulikana kulingana na umri, elimu, mapato, rangi, na kadhalika—wanaoishi katika nchi nzima. Kwa mfano, watu wachache wanaishi kuwa zaidi ya miaka 100, lakini huenda hakuna mtu kama huyo ndani ya maili kadhaa ya mahali unapoishi. Ili sampuli mbalimbali kamili ya idadi ya watu, ungepaswa kupanua sensa yako kwa eneo kubwa zaidi. Vilevile, aina fulani za nyota hazipatikani karibu.

Kidokezo kwamba sisi ni kukosa kitu katika sensa yetu ya stellar linatokana na ukweli kwamba nyota sita tu ya 20 zinazoonekana angavu zaidi katika anga zetu - Sirius, Vega, Altair, Alpha Centauri, Fomalhaut, na Procyon - zinapatikana ndani ya miaka 26 ya mwanga ya jua (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Kwa nini tunakosa nyota angavu zaidi wakati tunapochukua sensa yetu ya jirani za eneo hilo?

Kielelezo\(\PageIndex{2}\) Stars Karibu. (a) Picha hii, iliyochukuliwa kwa darubini yenye pembe pana katika Observatory ya Kusini mwa Ulaya huko Chile, inaonyesha mfumo wa nyota tatu ambazo ni jirani yetu ya karibu. (b) Nyota angavu mbili zilizo karibu sana (Alpha Centauri A na B) zinachanganya nuru yao pamoja. (c) Inaonyeshwa kwa mshale (tangu wewe d vigumu taarifa vinginevyo) ni kiasi fainter Proxima Centauri nyota, ambayo ni spectral aina M.

Jibu, linalovutia sana, ni kwamba nyota zinazoonekana mkali zaidi sio zilizo karibu na sisi. Nyota angavu zaidi zinaangalia jinsi zinavyofanya kwa sababu zinatoa kiasi kikubwa sana cha nishati—kiasi, kwa kweli, hazihitaji kuwa karibu ili zionekane kipaji. Unaweza kuthibitisha hili kwa kutazama Kiambatisho J, ambacho kinatoa umbali kwa nyota 20 zinazoonekana angavu zaidi kutoka duniani. Mbali zaidi ya nyota hizi ni zaidi ya miaka ya nuru 1000 kutoka kwetu. Kwa kweli, inageuka kuwa nyota nyingi zinazoonekana bila darubini ni mamia ya miaka ya nuru mbali na mara nyingi zinaangaza zaidi kuliko Jua. Miongoni mwa nyota 9000 zinazoonekana kwa jicho lisilosaidiwa, takriban 50 tu ni za kiasili zaidi kuliko Jua. Kumbuka pia kwamba nyota kadhaa katika Kiambatisho J ni aina ya spectral B, aina ambayo haipo kabisa kutoka Jedwali\(\PageIndex{1}\).

Nyota angavu nyingi zinazoorodheshwa katika Kiambatisho J hutoa nishati zaidi ya mara 50,000 kuliko ilivyo Jua. Nyota hizi zenye kung'aa sana hazipo katika jirani ya jua kwa sababu ni nadra sana. Hakuna hata mmoja wao kinachotokea kuwa katika kiasi kidogo cha nafasi inayozunguka jua, na kiasi hiki kidogo tu kilichunguzwa ili kupata data iliyoonyeshwa kwenye Jedwali\(\PageIndex{1}\).

Kwa mfano, hebu tuangalie nyota zenye kung'aa zaidi—hizo mara 100 au zaidi zinaonekana kama Jua. Ingawa nyota hizo ni chache, zinaonekana kwa jicho lisilosaidiwa, hata wakati mamia hadi maelfu ya miaka ya nuru mbali. Nyota yenye mwangaza mara 10,000 kubwa kuliko ile ya Jua inaweza kuonekana bila darubini nje hadi umbali wa miaka ya nuru 5000. Kiasi cha nafasi kilichojumuishwa ndani ya umbali wa miaka ya nuru 5000, hata hivyo, ni kubwa sana; hivyo ingawa nyota zenye kuangaza ni nadra sana, wengi wao huonekana kwa urahisi kwa jicho letu lisilo na usaidizi.

Tofauti kati ya sampuli hizi mbili za nyota, zile zilizo karibu nasi na zile ambazo zinaweza kuonekana kwa jicho lisilosaidiwa, ni mfano wa athari ya uteuzi. Wakati idadi ya vitu (nyota katika mfano huu) inajumuisha aina mbalimbali za aina tofauti, lazima tuwe makini nini hitimisho tunachopata kutokana na uchunguzi wa kikundi chochote. Hakika tutajidanganya wenyewe ikiwa tulidhani kuwa nyota zinazoonekana kwa jicho lisilosaidiwa ni tabia ya idadi ya watu wa stellar; kikundi hiki kina uzito kwa nyota zenye mwanga zaidi. Inahitaji jitihada nyingi zaidi za kukusanya seti kamili ya data kwa nyota zilizo karibu, kwani nyingi zimezimia kiasi kwamba zinaweza kuzingatiwa kwa darubini tu. Hata hivyo, ni kwa kufanya hivyo tu wanaastronomia wanaweza kujua kuhusu tabia ya idadi kubwa ya nyota, ambazo kwa kweli ni ndogo sana na zenye kukata tamaa kuliko Jua letu wenyewe. Katika sehemu inayofuata, tutaangalia jinsi tunavyopima baadhi ya mali hizi.

Dhana muhimu na Muhtasari

Ili kuelewa mali ya nyota, ni lazima tufanye tafiti nyingi. Tunakuta nyota zinazoonekana kuwa angavu zaidi kwa macho yetu ni angavu hasa kwa sababu ni kiasili zenye kung'aa sana, si kwa sababu ni zilizo karibu zaidi kwetu. Nyota nyingi zilizo karibu zimezimia kiasi kwamba zinaweza kuonekana tu kwa msaada wa darubini. Nyota zilizo na molekuli ya chini na mwanga mdogo ni ya kawaida zaidi kuliko nyota zilizo na wingi wa juu na mwanga wa juu. Wengi wa vijana wa kahawia katika jirani za mitaa bado hawajagunduliwa.

maelezo ya chini

^{Aina za nyota za spectral zilielezwa na kujadiliwa katika Kuchambua Starlight.}

faharasa

athari ya uteuzi

uteuzi wa data ya sampuli kwa njia isiyo ya kawaida, na kusababisha data ya sampuli kuwa isiyowakilishi ya kuweka data nzima