כמות האור שמגיעה לכדור הארץ מגוף מרוחק תלויה במשתנים רבים; המרחק אל הגוף, כמות האור שהגוף פולט לכל הכיוונים, והחומר החוסם חלק מהאור שמגיע אלינו אל כדור הארץ. שני המשתנים החשובים ביותר הם מרחק הכוכב והנגיהות, המתארת את כמות הקרינה הנפלטת מהכוכב. באסטרונומיה, כמות האור שאנו מקבלים בפועל בכדור הארץ נקראת בהירות הגוף, וכמות האור שאנו רואים ממרחק תקני, שנבחר באופן שרירותי – עשרה פארסק, נקראת בהירות מוחלטת. מושג זה שקול למושג הנגיהות. מבחינה מדעית, בהירות מוחלטת או בהירות היא בדרך כלל (אך לא תמיד!) נמדדת ביחידות של וואט למטר מרובע והיא נקראת לעתים קרובות שטף האנרגיה. אם המרחק (d) נמדד בפארסקים, וניתן להתעלם מהנחתה הנגרמת על ידי מעבר האור בענני אבק וגז, הניסיון מאשר את הקשר בין בהירות הנראית (Fm) ולבין הבהירות מוחלטת (FM), היחס בין השטפים מבוטא על ידי:
FM / Fm = d2 / 102
באדיבות NASA
ההבחנה בין בהירות נראית ומוחלטת לא הייתה חשובה אם לכל הכוכבים הייתה אותה תפוקת אנרגיה. תארו לעצמכם חדר חשוך גדול שבו מפוזרות נורות בהספק של 100 ואט. בהנחה שמודדים את המרחק ואת הבהירות המוחלטת של נורה אחת בלבד, ניתן להסיק את המרחקים של כל נורות האור האחרות על ידי התבוננות בברירתם הנראית וביישום החוק ההופכי של ריבוע המרחק. לדוגמה, נורה שנראתה ארבע פעמים בהירה יותר מנורת ההתייחסות חייבת להיות קרובה פי שניים, ונורת חשמל שנראתה כתשעה פעמים חלשה יותר מנורת הייחוס חייבת להיות במרחק הגדול פי שלוש. במצב זה, בהירות נראית היא אינדיקטור מדויק של המרחק.
כדי להבין את ההשפעה של חוק ההופכי של ריבוע המרחק, לדמיין שלושה מקורות אור אשר בעלי בהירות נראית של 50, 100 ו 200 יחידות הנמצאות במרחק של 1 מטר. בואו נתעלם לרגע מהיחידות מאחר שיחידות שונות משמשות לעתים קרובות במצבים שונים עבור: אור הנאסף על ידי העין, או ע"י טלסקופ, וכיוב'. תארו לעצמכם שלושה מקורות אור שונים, כל אחד מהם בעל בהירות כפולה מזה שלפניו. הבהירות הנראית של כל מקור פוחתת לפי ההופכי של ריבוע המרחק. לכן, הערכים של בהירות הנראית של שלושת המקורות במרחק של 2 מטרים
50/22 = 12.5 units, 100/22 = 25 units, 200/22 = 50 units
בהתאמה . תוכלו להבחין כי בכל מרחק, את הערכים של הבהירות הנראית של שלושת המקורות היא באותו יחס כמו הערכים של הבהירות המוחלטת.
אבל מה אם המקורות נמצאים במרחקים שונים? האם אפשר שכל שלושת המקורות יראו אותו הדבר? שלושה מקורות אור של 50, 100 ו- 200 וואט, שהם שונים מאוד במהותם, היו עשויים להראות בעלי בהירות דומה של 25 יחידות אם מקור של 50 ואט היה במרחק של (50/25) √ = 1.41 מטרים, מקור 100 וואט היה במרחק של (100/25) √ = 2 מטר, ומקור 200 ואט היה במרחק של (200/25) √ = 2.82 מטר. ישנם מרחקים רבים אחרים בהם ניתן למקם את המקורות כך שתהיה להם אותה בהירות נראית לעין, אך הם יהיו תמיד ביחס הדומה למרחקים שחישבנו. מאחר שהבהירות הנראית אינה מידה של תפוקה אור אמיתית של המקור, עלינו לחקור לעומק את מה קורה באמת במקור האור. כשמדובר בנורה, זה קל; אנחנו צריכים רק להסתכל על האריזה ולבדוק את ההספק של הנורה. עם זאת, על הכוכבים לא רשום ההספק שלהם! סיבוך נוסף שכדאי לזכור הוא שהכוכבים רחוקים מספיק כך שאיננו יכולים לראות את הגדלים השונים שלהם – כולם נראים, גם בטלסקופים הגדולים ביותר, כמו נקודות אור בהירות או עמומות יותר.
באדיבות NASA
בדוגמה של נורות, אנו מתעלמים מהעובדה שאנו יכולים לראות את הגודל הפיזי שלהן, שמאפשר לנו מדידת המרחק אליהם. אך גם אם נוכל לראות את גודל של כוכב, זה לא יעזור לנו להעריך את בהירותו המוחלטת או הנגיהות שלו שכן לכוכבים יש מגוון עצום של גדלים.
המציאות היא, שאנחנו לא יודעים במדויק מהי הבהירות המוחלטת של רוב הכוכבים. עבור חלק קטן מהכוכבים, ניתן למדוד את המרחקים אליהם באמצעות פראלקסה, כאשר המרחקים ידועים ובהירות הנראית נמדדת ניתן לחשב את הבהירות המוחלטת. במקרים אחרים, אנו יכולים להשתמש בכוכבים משתנים, מסוג קפאידים, כדי לקבוע את מרחק אל צבירי כוכבים. אבל רק בתרחישים מסוימים (ויש יותר מאלה הנידונים כאן) אנחנו באמת יכולים לדעת מהו הגודל המוחלט של כוכב.
בדוגמה הפשוטה של נורות בעלות הספקים של 50, 100, ו 200 וואט, טווח הנגיהות גודל פי ארבע. באסטרונומיה, הכוכבים שונים מאוד בהירות המוחלטת או בכמות האנרגיה שהם פולטים בכל שנייה. תארו לעצמכם חדר גדול ובו מפוזרות נורות בעלות הספקים שונים מאד, החל מנורת לילה בהספק של 1 וואט ועד לנורה של 10,000 וואט. וואט היא יחידה של תפוקת אנרגיה לשנייה או הספק. במקרה זה, נורה 1 וואט תהיה בעלת אותה בהירות נראית כמו נורת 100 וואט אם זו תמצא במרחק השווה לעשר פעמים מרחק הנורה הקטנה, או שנורה בהספק 10,000 וואט תמצא במרחק הגדול פי מאה ממרחק הנורה של 1 וואט. חישובים אלה הם יישומים פשוטים של חוק ההופכי של ריבוע המרחק. הבהירות הנראית היא לפיכך אינדיקטור גרוע מאוד של המרחק. לא ניתן לחשב את תפוקת האנרגיה של הכוכב מבלי לדעת את המרחק למקור האור. האסטרונומים מתמודדים עם בעיה מאתגרת זו של חקיר כוכבים בעלי הספקי אור שונים מאוד, המפוזרים בכל רחבי החלל.
Author: Chris Impey