Yıldızlar ne içün başqa-başqa renktedir?

Resimlerde sıcaq şeylerni çoqusı qızıl, suvuq şeylerni mavı renkte köstereler. Yıldızlı kökte bağ başqadır: qızğıltım yıldızlarnıñ yüz qatlamları, adette, mavimtır yıldızlarnıñ qatlamlarından suvuqçadır. Renk temperatura aqqında nasıl haber bere ve Küneş spektriniñ yeşil bölgedeki maksimumı ne içün onı yeşil yapmay?

Yıldıznıñ öz rengi esasen közge körüngen ışıq çıqqan qatlamlarnıñ temperaturasına bağlıdır. Daa sıcaq yıldızlar nisbeten daa çoq qısqa dalğa uzunlıqlı ışıq çıqara, şunıñ içün aqçıl ya da mavimtır körüne; suvuqçaları qızğıltım ya da portaqal renginde körüne. Amma biz ya da kamera körgen renkke ışıq yolundaki madde, alet ve körüv şartları da tesir ete. OpenStax: yıldızlarnıñ renkleri.

Yıldız tek bir renk degil, qarışma çıqara

Qızıp ışıldağan bir metal parçasını köz ögüne ketireyik. Daa alçaq temperaturada o sönük qızıl ışıq bere bile; qızğan sayın ışığı daa parlaq ve aqçıl ola. Bu — issilik nurlanuvıdır: onıñ dalğa uzunlıqları boyunca dağılımı temperaturağa bağlıdır. Beñzetüv sıcaq maddeniñ ışıldavını añlata; yıldız metal top ya da adetiy alev degil.

Spektr ayrı dalğa uzunlıqlarına ne qadar nurlanuv kelgenini köstere. Közge körüngen bölgede qısqa dalğalar mavı ve mor ışıqnen, uzunları qızıl ışıqnen bağlıdır. Bu bölgeden tışta közümüz körmegen ultrafiolet ve infraqızıl nurlanuv bar.

İlk añlatma içün mutlaq qara cisim modeli faydalıdır: bu, ideal yutucı ve issilik nurlandırıcısıdır. «Qara» sözü sıcaq cisim ışıq saçmaz demek degil. Onıñ spektri keñdir: er temperaturada çoq türlü dalğa uzunlıqlarında nurlanuv bar. Qızğan sayın olarnıñ nisbetleri deñişe ve spektrniñ maksimumı daa qısqa dalğalarğa köçe. Aqiqiy yıldız atmosferaları yutuluv sızıqları ve tegiz egri sızıqtan başqa farqlar qoşa. OpenStax: issilik spektrleri.

Renk çekirdek temperaturasına degil, fotosferağa bağlıdır

Adetiy yıldıznıñ közge körüngen ışığınıñ esas qısmı fotosferadan, yani onıñ körüngen yüz qatlamlarından çıqa. Bu qattı bir yüz degil. Yıldız içinde temperatura terenliknen deñişe, şunıñ içün renginden çekirdek temperaturasını doğrudan-doğruğa oqumaq olmaz.

Umumiy tasvir içün effektiv temperatura qullanıla: bu, yüz meydanınıñ birliginden aynı umumiy enerji aqımını çıqaracaq qara cisimniñ temperaturasıdır. Bu yıldıznıñ faydalı hususiyeti, amma fotosferanıñ er yeri aynı temperaturada demek degil. Küneş içün o taqriben 5800 K; K — kelvin demek. OpenStax: Küneş fotosferası ve effektiv temperaturası, NASA: qara cisim ve temperatura.

Aşağıdaki üç panel ayrı yıldızlarnıñ ölçengen spektrlerini köstermey. Bular modeldeki qara cisimlerdir: biri suvuqça, biri Küneş temperaturasına yaqın, biri daa sıcaq. Belgilengen körüngen şeritni tapıñız. 3000 K içün egri bu şeritte uzun dalğalarğa doğru yüksele, 10 000 K içün ise alçala. Demek, mavı ve qızıl qısımlarnıñ nisbeti deñişe, amma olarnıñ biri de yoq olmay.

Er temperaturada spektr keñ olaraq qala

Ayrı panellerniñ yüksekligini degil, maksimumnıñ yerini ve körüngen şeritteki egriniñ meyilini qıyaslañız.

3.000 K

Suvuqça fotosfera

Nisbiy spektr sıqlığı Bλ

Dalğa uzunlığı λ, nm

Belgilengen şerit: 400–700 nm

Model maksimumı: 966 nm

Körüngen şeritte qızıl qısım mavıdan nisbeten quvetlidir.

5.800 K

Küneş temperaturasına yaqın

Nisbiy spektr sıqlığı Bλ

Dalğa uzunlığı λ, nm

Belgilengen şerit: 400–700 nm

Model maksimumı: 500 nm

Maksimumnıñ em mavı, em qızıl tarafında çoq ışıq bar.

10.000 K

Daa sıcaq fotosfera

Nisbiy spektr sıqlığı Bλ

Dalğa uzunlığı λ, nm

Belgilengen şerit: 400–700 nm

Model maksimumı: 290 nm

Körüngen şeritte mavı qısım qızıldan nisbeten quvetlidir.

Bular ideal qara cisim spektrleri; ölçengen yıldızlar ya da insan körüviniñ modeli degil. Er egri öz maksimumına ayrı bölündi: yükseklikler enerji aqımını ya da ışıq quvetini qıyaslamay. Noqtalar er 10 nm saylandı ve maksimum noqtası qoşuldı. 400–700 nm şeriti şartlı körüngen aralıqtır, keskin fiziologik sıñırlar degil. Yutuluv sızıqları ve toz modellenmedi. Esas: Plank qanunı, NIST.

Er egri sızıq ayrı-ayrı aynı maksimumğa ketirildi. Bu panellerde bir türlü yükseklik bir türlü parlaqlıq ya da ışıq quveti demek degil. Grafik şekilni qıyaslamağa yardım ete; yıldıznıñ umumiy quveti nurlandırğan yüzüniñ ölçüsine de bağlıdır.

Dal · Formulalarnenİhtiyariy · keçip ketmek mümkün

Maksimum qayda olur ve o ne añlata

Qara cisim içün Vin qanunı kelvinnen ölçengen $T$ temperaturasını maksimum dalğa uzunlığı $\lambda_{\max}$ ile bağlay. Mında, bizim grafikte olğanı kibi, dalğa uzunlığınıñ birligine kelgen enerji spektr sıqlığı aqqında söz kete:

\lambda_{\max}=\frac{b}{T}.

Yuvarlaqlanğan sabitni alamız:

b\approx2{,}898\times10^6\ \text{nm}\cdot\text{K}.

Ayrı yerine qoyuvlar şunı bere:

\begin{aligned} T&=3000\ \text{K},\\ \lambda_{\max}&\approx966\ \text{nm}. \end{aligned}

\begin{aligned} T&=5800\ \text{K},\\ \lambda_{\max}&\approx500\ \text{nm}. \end{aligned}

\begin{aligned} T&=10\,000\ \text{K},\\ \lambda_{\max}&\approx290\ \text{nm}. \end{aligned}

Birinci maksimum infraqızıl, ekincisi körüngen, üçüncisi ultrafiolet bölgededir. Ultrafiolet maksimumlı yıldıznı da körmek mümkün, çünki onıñ keñ spektrinde közge körüngen ışıq da bar. NIST: Vin qanunınıñ sabiti.

Spektr sıqlığını dalğa uzunlığı degil, tezlik birligine köre qursaq, maksimumnıñ sayılı yeri başqa olur. Bular spektrni aralıqlarğa bölmekniñ başqa-başqa yollarıdır. Vin qanunı mında tek bir «yıldız rengini» belgilemey ve insan körüviniñ formulası degil.

Yeşilge yaqın maksimum Küneşni yeşil yapmay

Küneşke beñzegen modelniñ maksimumı 500 nm civarındadır. Amma egri sızıq maksimum etrafında keñdir: Küneş bir vaqıtta çoq mavı, yeşil ve qızıl ışıq çıqara. Körüvimiz grafikteki eñ yüksek noqtanı saylamaq yerine, körüngen bölgedeki qarışmağa cevap bere. Yer atmosferasınıñ tesiri olmasa, küneş ışığı aq olaraq körünir edi. «Sarı cüce» adı Küneş tek sarı ışıq çıqara demek degil. NASA/ESA SOHO: Küneşniñ rengi.

Aynı şekilde qızğıltım yıldız tek qızıl fotonlar, mavimtırı ise tek mavı fotonlar çıqarmay. Bu adlar keñ qarışmanıñ rengini tasvirley. Şunıñ içün «dalğa uzunlığı → renk» degen kökquşaq şkalası tek özü issilik spektriniñ maksimumından yıldıznıñ doğru rengini çıqarıp olamay.

Işıq yoldan keçe, resim ise işlene

Toz bulutı arqasında sıcaq bir yıldıznı köz ögüne ketireyik. Yıldızlararası toz, adette, qısqa dalğa uzunlıqlı körüngen ışıqnı daa quvetli zayıflata: onı yuta ya da şuleden tışqa saça. Bizge deñişken ışıq nisbeti kele ve yıldız daa qızıl körüne, fotosferası suvumağan olsa da. Bu qızaruv toz qızıl fotonlar qoştı demek degil. OpenStax: yıldızlararası qızaruv.

Yer atmosferası da ışıqnı deñiştire. Ufuqqa yaqın kelgende ışıq ava içinden daa uzun yol keçe; saçılma mavı qısmını daa quvetli eksilte bile. Şunıñ içün aynı yıldız kökte yüksekte ve ufuqqa yaqın bir türlü renkte körünmege mecbur degil. Beñzer mehanizm kündüzki kök rengini añlatmağa yardım etken edi.

Fotoda detektornıñ hassaslığı, filtrler ve kanallarğa renk tayin etüv de qoşula. Meselâ, Küneşniñ ultrafiolet resimlerini diapazonlarnı ve tafsilâtlarnı ayırmaq içün yeşil ya da mavı köstere bileler. Bu renk malümatnı bere, amma köz ne körer edi degen sualge cevap degil: nurlanuvnıñ özü bizge körünmey. NASA/ESA SOHO: ultrafiolet resimlerniñ renkleri.

Köz de ayarları deñişmegen bir kamera degil. Zayıf aydınlıqta renk farqlarını ayırmaq qıyınlaşa: ayrı fotoretseptorlar ayrı şartlarda çalışa. Şunıñ içün sönük yıldızlar, spektrleri farqlı olsa da, renksiz kibi körüne bile. National Eye Institute: ayrı aydınlıq şartlarında körüv.

Dal · Daa terenİhtiyariy · keçip ketmek mümkün

Astronomlar renkten nasıl ölçev ala

Teleskop bir qaç belli filtrden keçken ışıq aqımını ölçey bile. Daa mavı ve daa qızıl şeritlerni qıyaslamaq, «mavimtır» demekten ya da ekrandaki pikselniñ rengini oqumaqtan daa işançlı şekilde spektrni tasvirley. Astronomik renk köstergiçi böyle qıyaslamanı saylanğan şeritlerdeki yıldız büyüklükleriniñ farqı ile ifade ete.

Amma bu da toz tesirinde deñişe bilgen közletilgen renktir. Temperaturanı baalamaq içün qızaruv esapqa alına ve malümat yıldız atmosferalarınıñ modellerinen qıyaslana; spektr sızıqları qoşma sıñırlamalar bere. Kimyeviy terkip ve atmosferanıñ hususiyetleri de emiyetli, şunıñ içün kontekstsiz bir renk tam ve er yerde keçerli termometr degil. OpenStax: ölçene bilgen renkler, toz ve qızarğan sıcaq yıldızlar.

Neticeni teşkeriñiz: eki resimde aynı yıldız qızıl ve mavı körüne. Bu, temperaturası deñişkenini isbatlaymı? Yoq. Evvel diapazonlarnı, filtrlerni, renklerni kösterüv usulını ve közletüv şartlarını bilmek kerek. Tek qıyaslana bilgen ölçevler fizikiy deñişmeni qıdırmağa imkân bere.

Yıldıznıñ rengi temperatura aqqında haber bere, çünki qızuv keñ spektr içindeki nisbetlerni deñiştire. Bu haberni oqumaq içün yıldıznıñ öz nurlanuvını tozdan, atmosferadan ve kösterüv usulından ayırmaq kerek. Kursnıñ soñraki qısmında temperatura ile ölçüniñ yıldız ışıq quvetine nasıl bağlı olğanını añlatırmız.