Sterhelderheid en kleur

Vijf magnituden verschil betekent precies een factor 100 in helderheid, zodat Sirius ongeveer 25 keer helderder lijkt dan Polaris.

Een omgekeerde schaal

Astronomen meten de schijnbare helderheid met de magnitudeschaal. Dat verrast aanvankelijk iedereen: kleinere getallen betekenen helderdere sterren. Het idee is oud. Ptolemaeus' catalogus uit de tweede eeuw deelde sterren in zes klassen in: de helderste ‘van de eerste magnitude’ en de zwakst zichtbare van de zesde. In 1856 maakte Norman Pogson er wiskunde van. Hij definieerde een verschil van vijf magnituden als precies een factor 100 in helderheid. Eén magnitude is dan de vijfde wortel van 100, ongeveer 2.512.

Voor de helderste objecten moest de schaal voorbij 1 worden uitgebreid, zodat heel heldere sterren magnituden rond nul of daaronder hebben. In de Bright Star Catalogue staat Vega op 0.03 en Sirius, de helderste nachtster, op −1.46. Planeten kunnen verder gaan: Venus bereikt ongeveer −4. Aan het zwakke uiteinde koos Pogson magnitude 6 als blote-ooggrens, al kunnen scherpe ogen onder een werkelijk donkere hemel iets meer zien.

Helderheidsverhoudingen berekenen

Om twee sterren te vergelijken, neem je het magnitudeverschil Δm en bereken je 2.512 tot die macht, of nauwkeuriger 10^(0.4 × Δm). Sirius (−1.46) en Polaris (2.02) verschillen 3.48 magnituden, dus Sirius lijkt 10^(0.4 × 3.48) ≈ 24.7 keer helderder. Tegenover Deneb (1.25) is het verschil 2.71 magnituden, ongeveer 12 keer. Een ster van magnitude 6 is ongeveer 244 keer zwakker dan Vega. Dit zijn schijnbare helderheden, zoals gezien vanaf de aarde. Deneb is in werkelijkheid een van de lichtsterkste zichtbare sterren, maar lijkt bescheiden doordat ze heel ver weg staat.

Hoeveel sterren zie je?

De Bright Star Catalogue bevat 9110 objecten, bijna elke ster tot magnitude 6.5. Als je de vermeldingen telt, zijn er 5080 van magnitude 6.0 of helderder over de hele hemel. Op elk moment staat maar de helft boven de horizon. Lage sterren worden bovendien verzwakt door de dikke luchtlaag, zodat je zelfs op een perfecte nacht hoogstens een paar duizend ziet. In een stad verheldert straatlicht de hemelachtergrond en verdrinkt de zwakke sterren. Vaak blijven alleen sterren helderder dan magnitude 3 of 4 over. De hele catalogus bevat slechts 518 sterren van magnitude 4.0 of helderder. Deze 518, plus enkele zwakkere sterren in de lijnen, zijn de sterren in het model van deze cursus.

Sterkleuren

Als je goed kijkt, zijn sterren niet allemaal wit. Betelgeuze is duidelijk oranje, Rigel blauw-wit, Antares roodachtig en Capella gelig. De kleur zegt iets over de temperatuur van het oppervlak: koelere sterren gloeien rood en oranje, hetere wit en blauw. Astronomen meten kleur door de helderheid door een blauw filter (B) en een geelgroen filter (V) te vergelijken. Het verschil B−V heet de kleurindex. Een hete blauw-witte ster zoals Rigel heeft B−V vlak bij nul (−0.03 in de catalogus); Betelgeuze heeft 1.85 en Antares 1.83. Het model zet B−V met een standaardbenadering om in kleur, waardoor de oranje winter- en zomerreuzen opvallen.

Waarom lijken zwakke sterren wit, zelfs als ze rood zijn? De kleurgevoelige kegeltjes in het oog hebben meer licht nodig dan de staafjes die in het donker werken. Onder een bepaalde helderheid reageren alleen staafjes, en die zien geen kleur. Daarom is kleur het gemakkelijkst te zien in de helderste sterren. Een verrekijker verzamelt meer licht en toont sterkleuren veel beter dan het blote oog.