Фотометрія зірок скупчення Плеяди

Чернецький Ігор
Автор Чернецький Ігор
Завідувач відділу створення навчально-тематичних систем знань НЦ «Мала академія наук України», кандидат педагогічних наук, голова Всеукраїнської громадської організації «Асоціація учителів фізики “Шлях освіти – ХХІ”». Наукові інтереси: моделювання освітніх та навчальних середовищ загальноосвітніх і позашкільних навчальних закладів з урахуванням трендів розвитку сучасних засобів навчання.

Завдання роботи:

  1. Використовуючи модельний фотометр та фільтри UBV, визначити видимі зоряні величини зірок у скупченні Плеяди.
  2. Побудувати діаграму спектр-світність та встановити абсолютні значення зоряних величин.
  3. Розрахувати відстань до зоряного скупчення Плеяди.

Обладнання:

програма VIREO – http://vireo-the-virtual-educational-observator5.software.informer.com/

Теоретична частина

За основу методу вимірювання відстані до зоряного скупчення покладено припущення про те, що зірки скупчення розташовані одна від одної на відстані набагато меншій, ніж відстань від спостерігача до самого скупчення. Для обрахунку середньої відстані необхідно знати видиму зоряну величину масиву зірок та їхню абсолютну зоряну величину.

Оскільки у скупченні наявні зірки різного спектрального класу, з масиву даних про них може бути утворена діаграма Герцшпрунга-Рассела. Але для її побудови потрібні значення показника кольору B-V та абсолютні зоряні величини зірок. Для отримання показника кольору необхідно провести вимірювання видимої зоряної величини з використанням фільтрів B і V та знайти різницю між цими значеннями. Для отримання абсолютної зоряної величини необхідний значний масив вимірів цих значень.

Початкова діаграма може бути побудована в системі координат, де на горизонтальній осі відкладено показник кольору B-V, а на вертикальній – видима зоряна величина V. Отримана початкова діаграма буде масивом точок, які скупчені навколо деякої лінії, що нагадує лінію, утворену зірками головної послідовності. Для встановлення абсолютної зоряної величини масиву зірок у цій самій системі координат будується ще одна діаграма, на якій наявні зорі з відомими абсолютними величинами та різними показниками кольору. Обидві діаграми схожі, але рознесені по вертикальній шкалі. Для подальшого аналізу необхідно побудувати третю діаграму, в якої значення кожної видимої зоряної величини зірки буде зменшене на деяку фіксовану величину, яку ми назвемо «зміщенням». Ця величина добирається експериментально так, щоб третя діаграма якомога точніше сумістилася з діаграмою для зірок головної послідовності. Різниця видимої величини зірки V та «зміщення» дасть значення абсолютної зоряної величини М для кожної зірки скупчення.

Маючи значення видимої V та абсолютної М зоряної величин для масиву зірок, отримуємо усереднену відстань D до скупчення, що обчислюється за виразом:

(1)

Програма VIREO використовує модельний віртуальний фотометр, який має необхідні фільтри B та V для проведення вимірювання видимої зоряної величини зірки. Окрім того, фотометр підвищує точність вимірювання за рахунок інтеграції кількох вимірів через один і той самий фільтр з регульованим часом накопичення квантів світла та врахуванням фонового випромінювання, що виникає в атмосфері. Програма дає можливість автоматично наводити телескоп на 24 зірки, що входять до скупчення Плеяди за умови вибору тренувальної вправи Photoelectric Photometry of the Pleiades. Для зручності та автоматизації обрахунків пропонується використовувати шаблон, створений у програмі Excel, який потрібно додатково завантажити. Усі діаграми будуються в необхідних координатах з єдиною відмінністю в тому, що зоряна величина відкладається вздовж вертикальної осі в напрямку збільшення.

Хід роботи

  1. Запустіть програму VIREO. Уведіть свій логін.

  1. Оберіть вкладку

.

  1. У новому вікні, що з’явиться, оберіть доступ до телескопа з діаметром дзеркала 0,4 м.

  1. Оберіть DomeOpen, щоб відкрити купол обсерваторії.
  1. Увімкніть панель керування телескопом, натиснувши у правому нижньому куті Telescope control panel.
  1. У вікні контрольної панелі натисніть кнопку Tracking. Телескоп починає слідкувати за обраними у вікні об’єктами, компенсуючи обертання Землі.
  1. У цьому ж вікні встановіть перемикач поля зору з шукача Finder у телескоп Teleskope. Червоне коло буде показувати ділянку неба, з якої світло надходить у вимірювальні пристрої. 
  1. У верхній частині вікна панелі оберіть вкладинку, що виведе на екран список-таблицю 24 зірок скупчення Плеяди.

  1. У списку оберіть перший об’єкт і дозвольте системі телескопа віднайти його на небі. Зірка з’явиться в червоному колі.
  2. Для початку вимірювального процесу спочатку відкалібруємо фотометр за фоновим випромінюванням неба поблизу досліджуваних зірок. Для цього, використовуючи клавіші керування телескопом у контрольній панелі, змістимо точку спостереження так, щоб у колі не було зірки. Калібрування проводиться один раз і враховується надалі фотометром автоматично.
  1. Оберіть на контрольній панелі Instrument – Photometer – Access. Якщо у полі зору немає зірки, у вікні фотометра Object буде надпис Sky. Решту налаштувань оберіть так, як зазначено на малюнку.

Фільтр обрано для видимої величини зорі, збір квантів триватиме 10 с, замір буде проводитися тричі, після чого автоматично опрацьовуватиметься результат .

  1. Оберіть Start і дочекайтеся завершення збору даних для фільтра V. Установіть перемикач на фільтр B та повторіть дії.
  2. Клавішами керування телескопом поверніть зірку у поле вимірювання. Увімкніть Start та дочекайтеся вимірів у фільтрі B.
  3. Оберіть у вікні фотометра вкладинку запису даних

і пересвідчиться, що вимір записано для фільтра B.

  1. Перемкніть фільтр у діапазон V та повторіть виміри і збереження даних.
  2. Потрібно провести виміри для всіх зірок, що є у списку об’єктів. Цей процес тривалий, але необхідний.
  3. Результати вимірювань занотовуються автоматично до бази спостережень, яку можна відкрити в головному вікні телескопа, обравши вкладинку

.

Аналіз даних

  1. Відкрийте шаблон, створений для опрацювання результатів у таблицях Excel. У шаблоні вже є дані для зірок головної послідовності, необхідні для розрахунків формули в комірках та діаграми. На початку видима лише діаграма для зірок головної послідовності.
  1. З вікна із записаними даними вимірів ретельно перенесіть у шаблон виміри видимої зоряної величини з фільтром B та V для кожного об’єкта. Комірки для заповнення зафарбовані жовтим кольором.
  1. Таблиці автоматично побудують первинну діаграму. Порівняйте її форму з діаграмою для зірок головної послідовності та орієнтовно визначте, на скільки зоряних величин необхідно змістити первинну діаграму для їх суміщення. У комірці «зміщення» введіть числове значення і спостерігайте процес суміщення. Намагайтеся досягти якомога точнішого суміщення діаграм, орієнтуючись на середину послідовності.
  1. У таблицях автоматично розрахуються абсолютні зоряні величини для зірок скупчення та відстань до скупчення в парсеках та світлових роках.
  1. Знайдіть у зовнішніх джерелах значення усередненої відстані до скупчення Плеяди. Зробіть висновок щодо проведеної роботи.