Vaya a un lugar público donde las personas se reúnan, como una acera en el centro de la ciudad o un centro comercial de fin de semana, y notará rápidamente que cada persona es una persona con características diversas según su altura, peso y semblante, por ejemplo. Cada uno es distinto por tamaño, forma, edad y color. También hay otro rasgo que se nota de inmediato a primera vista: cada estrella tiene un brillo único.
Ya en 120 a. C., los astrónomos griegos clasificaron las estrellas en categorías según su esplendor; el primero en hacerlo fue Hiparco. Aunque sabemos muy poco sobre su vida, sin embargo, es considerado uno de los astrónomos más influyentes de la antigüedad. Hace más de dos mil años, calculó la duración de un año en 6.5 minutos. Descubrió la precesión de los equinoccios, predijo el lugar y el momento de los eclipses lunares y solares y midió con precisión la distancia de la Tierra a la Luna. Hiparco también fue el padre de la trigonometría y su catálogo trazó entre 850 y 1.100 estrellas, identificó cada una por posición y las clasificó de acuerdo con su brillo con una escala de uno a seis. Las estrellas más deslumbrantes se describieron como de primera magnitud y las que parecían más débiles a simple vista fueron designadas como sextas. Sus clasificaciones se basaron en observaciones a simple vista, por lo tanto, era simple, pero luego se incorporó y amplió en Ptolomy's Almagesto que se convirtió en el estándar utilizado durante los próximos 1.400 años. Copérnico, Kepler, Galileo, Newton y Halley estaban familiarizados y lo aceptaron, por ejemplo.
Por supuesto, no había binoculares ni telescopios en la época de Hiparco, y se necesita una buena visión y buenas condiciones de observación para discernir las estrellas de sexta magnitud. La contaminación lumínica que es generalizada en la mayoría de las ciudades importantes y las áreas metropolitanas circundantes limita hoy día la visualización de objetos débiles en el cielo nocturno. Por ejemplo, los observadores en muchos lugares suburbanos solo pueden ver estrellas de tercera a cuarta magnitud; en las mejores noches, la quinta magnitud puede ser visible. Aunque la pérdida de una o dos magnitudes no parece mucho, tenga en cuenta que el número de estrellas visibles aumenta rápidamente con cada movimiento en la escala. ¡La diferencia entre un cielo contaminado de luz y un cielo oscuro es impresionante!
A mediados del siglo XIX, la tecnología había alcanzado un punto de precisión según el cual el antiguo método de medir el brillo de las estrellas por aproximación era un impedimento para la investigación. En este momento, la variedad de instrumentos utilizados para estudiar los cielos incluía no solo un telescopio sino también un espectroscopio y una cámara. Estos dispositivos proporcionaron una gran mejora sobre las notas escritas a mano, los bocetos de los oculares y las inferencias extraídas de los recuerdos de observaciones visuales anteriores. Además, dado que los telescopios son capaces de reunir más luz de la que el ojo humano puede reunir, la ciencia sabía, desde las primeras observaciones telescópicas de Galileo, que había estrellas mucho más débiles de lo que la gente sospechaba cuando se inventó la escala de magnitud. Por lo tanto, se hizo cada vez más aceptado que las asignaciones de brillo transmitidas desde la Antigüedad eran demasiado subjetivas. Pero en lugar de abandonarlo, los astrónomos decidieron ajustarlo diferenciando matemáticamente el brillo de la estrella.
Norman Robert Pogson fue un astrónomo británico nacido en Nottingham, Inglaterra, el 23 de marzo de 1829. Pogson exhibió su destreza con cálculos complejos a una edad temprana al calcular las órbitas de dos cometas cuando solo tenía 18 años. Durante su carrera como astrónomo En Oxford y más tarde en la India, descubrió ocho asteroides y veintiuna estrellas variables. Pero su contribución más memorable a la ciencia fue un sistema de asignación de brillo estelar preciso de manera cuantificable. Pogson fue el primero en notar que las estrellas de primera magnitud eran aproximadamente cien veces más brillantes que las estrellas de sexta magnitud. En 1856, propuso que esto debería aceptarse como un nuevo estándar para que cada disminución de magnitud disminuya el valor del anterior a una tasa igual a la quinta raíz de 100 o aproximadamente 2.512. Polaris, Aldebarán y Altair fueron designados en magnitud 2.0 por Pogson y todas las otras estrellas se compararon con estas en su sistema y de las tres, Polaris fue la estrella de referencia. Desafortunadamente, los astrónomos descubrieron más tarde que Polaris es ligeramente variable, por lo que sustituyeron el brillo de Vega como la línea de base para el brillo. Por supuesto, debe tenerse en cuenta que desde entonces Vega ha sido reemplazado por un punto cero matemático más complicado.
La asignación de un valor de intensidad a las estrellas entre los niveles de magnitud primero y sexto se basó en la creencia prevaleciente de que el ojo percibía diferencias de brillo en una escala logarítmica: los científicos, en ese momento, creían que la magnitud de una estrella no era directamente proporcional a la cantidad real de energía que recibió el ojo. Asumieron que una estrella de magnitud 4 parecería estar a medio camino entre el brillo de una estrella de magnitud 3 y una de magnitud 5. Ahora sabemos que esto no es cierto. La sensibilidad del ojo no es exactamente logarítmica: sigue la curva de la Ley de Poder de Steven.
En cualquier caso, la relación de Pogson se convirtió en el método estándar para asignar magnitudes basadas en el brillo aparente de las estrellas vistas desde la Tierra y con el tiempo, a medida que los instrumentos mejoraron, los astrónomos pudieron refinar aún más sus designaciones para que las magnitudes fraccionarias también fueran posibles.
Como se mencionó anteriormente, se sabía que el Universo estaba lleno de estrellas más débiles de lo que el ojo solo podía percibir desde la época de Galileo. Los cuadernos del gran astrónomo están llenos de referencias a las estrellas de magnitud séptima y octava que descubrió. Por lo tanto, la relación de Pogson se amplió para abarcar también aquellos que eran más tenues que la sexta magnitud. Por ejemplo, el ojo sin ayuda tiene acceso a alrededor de 6,000 estrellas (pero pocas personas ven esto debido al brillo nocturno y la necesidad de observar durante un período de meses desde el ecuador). Los binoculares 10X50 comunes aumentarán la comprensión de la luz del ojo unas cincuenta veces, expandirán el número de estrellas visibles a alrededor de 50,000 y permitirán al observador detectar objetos de novena magnitud. Un modesto telescopio de seis pulgadas aumentará la visión aún más al revelar estrellas hasta la duodécima magnitud, es decir, aproximadamente 475 más débil de lo que el ojo sin ayuda puede detectar. Aproximadamente 60,000 objetivos celestes son observables con un instrumento como este.
El gran telescopio Hale de 200 pulgadas en el Monte Palomar, durante mucho tiempo el telescopio más grande de la Tierra hasta que los nuevos instrumentos lo superaron en los últimos veinte años, podría ofrecer vistas visuales hasta la vigésima magnitud, que es aproximadamente un millón de veces más débil que la visión no asistida. Desafortunadamente, este telescopio no está equipado para observación directa, no viene con un soporte para ocular y, como cualquier otro telescopio grande de hoy, es esencialmente una lente de cámara gigantesca. El telescopio espacial Hubble, en órbita terrestre baja, puede fotografiar estrellas a la vigésima novena magnitud. Esto representa el límite actual del Universo visible de la humanidad: ¡unas veinticinco mil millones de veces más débil que la percepción humana normal! ¡Increíblemente, enormes telescopios están en el tablero de dibujo y están siendo financiados, con espejos de luz del tamaño de campos de fútbol, lo que permitirá la observación de objetos de la magnitud treinta y ocho! ¡Se especula que esto nos puede llevar a los albores de la creación!
Con Vega representando el punto de partida para determinar las magnitudes, también se tenía que hacer algo con objetos que fueran más brillantes. Ocho estrellas, varios planetas, la Luna y el Sol (todos) eclipsan a Vega, por ejemplo. Dado que el uso de números más altos representaba objetos más débiles que a simple vista, parecía apropiado que se pudieran usar números cero y negativos para abarcar aquellos que eran más brillantes que Vega. Por lo tanto, se dice que el Sol brilla a una magnitud de -26.8, la Luna llena a -12. Sirio, la estrella más brillante vista desde nuestro planeta, recibió una magnitud de -1.5.
Esta disposición ha persistido porque combina precisión y flexibilidad para describir con alta precisión el brillo aparente de todo lo que podemos ver en los cielos.
Sin embargo, el brillo de las estrellas puede ser engañoso. Algunas estrellas parecen más brillantes porque están más cerca de la Tierra, liberan cantidades inusualmente grandes de energía o tienen un color que nuestros ojos perciben con mayor o menor sensibilidad. Por lo tanto, los astrónomos también tienen un sistema separado que describe el brillo de las estrellas en función de cómo aparecerían desde una distancia estándar, unos 33 años luz, llamada magnitud absoluta. Esto elimina los efectos de la separación de la estrella de nuestro planeta, su brillo intrínseco y su color de la ecuación de magnitud aparente.
Para deducir la magnitud absoluta de una estrella, los astrónomos primero deben comprender su distancia real. Hay varios métodos que han demostrado ser útiles, de estos paralaje es el más utilizado. Si mantiene un dedo hacia arriba con los brazos extendidos, luego mueve la cabeza de lado a lado, notará que el dedo parece cambiar su posición con respecto a los objetos en el fondo. Este cambio es un ejemplo simple de paralaje. Los astrónomos lo usan para medir distancias estelares midiendo la posición de un objeto contra las estrellas de fondo cuando la Tierra está en un lado de su órbita frente al otro. Al aplicar la trigonometría, los astrónomos pueden calcular la distancia del objeto. Una vez que se entiende esto, otro cálculo puede estimar su brillo aparente en 33 años luz.
Se producen cambios curiosos en las asignaciones de magnitud. Por ejemplo, la magnitud absoluta de nuestro Sol se reduce a solo 4.83. Alpha Centauri, uno de nuestros vecinos estelares más cercanos, es similar con una magnitud absoluta de 4,1. Curiosamente, Rigel, la estrella brillante de color blanco azulado que representa el pie derecho del cazador en la constelación de Orión, brilla con una magnitud aparente de aproximadamente cero pero una magnitud absoluta de -7. Eso significa que Rigel es decenas de miles de veces más brillante que nuestro Sol.
¡Esta es una forma en que los astrónomos han aprendido sobre la verdadera naturaleza de las estrellas a pesar de que son muy remotas!
Galileo no fue el último gran astrónomo italiano. Aunque podría decirse que es el más famoso, la Italia moderna está llena de miles de astrónomos profesionales y aficionados talentosos de clase mundial que participan en la investigación y fotografía del Universo. Por ejemplo, la magnífica imagen que acompaña esta discusión fue producida por Giovanni Benintende con un telescopio Ritchey-Chretien de diez pulgadas y una cámara astronómica de 3.5 mega píxeles desde su sitio de observación en Sicilia el 23 de septiembre de 2006. La imagen retrata una nebulosa etérea , designado Van den Bergh 152. Está en la dirección de la constelación de Cefeo, ubicada a unos 1.400 años luz de la Tierra. Debido a que solo brilla en una débil magnitud 20 (¡que ahora debería apreciar como extremadamente tenue!), Giovanni tardó 3,5 horas de exposición en capturar esta maravillosa escena.
El hermoso tono de la nube es producido por la estrella brillante, cerca de la cima. Los granos microscópicos de polvo dentro de la nebulosa son lo suficientemente pequeños como para reflejar las longitudes de onda más cortas de la luz de las estrellas, que tienden hacia la parte azul del espectro de color. Longitudes de onda más largas, que tienden hacia el rojo, simplemente pasan. Esto también es análogo a la razón por la que nuestros cielos terrenales son azules. ¡El sorprendente efecto de luz de fondo es muy real y proviene de la luz estelar combinada de nuestra galaxia!
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Escrito por R. Jay GaBany
