תצפית בכוכבים משתנים

מתוך אסטרופדיה
גרסה מ־10:24, 3 באפריל 2010 מאת Yakov (שיחה | תרומות) (צפייה בכוכבים משתנים ומדידת עוצמת אורם באמצעות העין: איות)
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
עקומת האור של הכוכב המשתנה SS Cyg. כוכב זה הינו כוכב משתנה מסוג נובה ננסית ומורכב ממערכת של כוכב כפול שבו חברים ננס לבן הסופח חומר מכוכב סדרה ראשית. ההתבהרויות (התפרצויות) בעקומת האור נובעים מאי-יציבות בדיסקת הספיחה של המערכת. הנתונים המוצגים בגרף זה נאספו באמצעות תצפיות בעין - באדיבות איגוד צופי הכוכבים המשתנים.

תצפית בכוכבים משתנים (באנגלית: Variable Star Observations) עשויה להוות אתגר והפעלה מהנה למבוגרים וצעירים כאחד - מאמר זה עוסק בתצפית בכוכבים משתנים באמצעות העין וסוקר את טכניקות התצפית השונות, המלצות לתצפית ומה ניתן לעשות עם התצפיות.

הקדמה

כשאנו מתבוננים בשמיים מאזור חשוך, נגלות לעינינו אלפי נקודות אור. רוב נקודות האור שניתן לראות בשמי הלילה, הן כוכבים: גופים כדוריים ענקיים, הדומים לשמש שלנו, ובליבותיהם מתחוללים תהליכים גרעיניים המפיקים אנרגיה רבה הגורמת להם להאיר. הסיבה לכך שהכוכבים נראים כנקודות אור חלשות, היא מרחקם העצום מאיתנו. לדוגמא, הכוכב הקרוב ביותר לכדור הארץ (מלבד השמש) נקרא פרוקסימה קנטאורי ומרחקו מכדור הארץ גדול פי 270,000 מאשר המרחק של השמש מכדור הארץ.

בין הכוכבים, ניתן לעיתים לראות מספר קטן של עצמים הקרויים כוכבי לכת (פלנטות, בלעז). עצמים אלו, בדומה לכדור הארץ, מקיפים את השמש שלנו בפרקי זמן של בין מספר חודשים לעשרות שנים. בניגוד לכוכבים (שמשות), אין להם אור עצמי משלהם – הם מחזירים את אור השמש הפוגע בהם. הסיבה לכך שאנו יכולים להבחין בכוכבי הלכת היא שהם מספיק קרובים אלינו. מכיוון שכוכבי הלכת מקיפים את השמש, מיקומם הנראה על כיפת השמים (ביחס לכוכבים מרוחקים) אינו קבוע. מכאן נובע שמם - הם נראים כאילו הם "הולכים" בינות הכוכבים

כוכבים

כוכב הוא למעשה כדור גז גדול שבמרכזו שוררת טמפרטורה הגבוהה מ- 8 מיליון קלוין. מעל טמפרטורה זו מתרחשות ,תגובות מיזוג גרעיניות, ההופכות יסודות קלים ליסודות כבדים (לדוגמא מימן להליום). אנרגיה איננה יכולה להיווצר יש מאין והיא צריכה להגיע על חשבון משהו. במקרה של השמש, בכל שנייה היא מאבדת כ- 4 מיליון טונות ממסתה. מסה זו הופכת לאנרגיה ש"מחלחלת" לעבר שפת הכוכב ומשם היא מגיעה אלינו בצורה של אור. הטמפרטורה בליבת השמש הינה כ- 15 מיליון מעלות, והיא נמדדה באמצעות מספר שיטות בלתי תלויות זו בזו. לעומת זאת הטמפרטורה על שפת השמש היא "רק" כ- 6000 מעלות.

הכוכבים שונים זה מזה בעוצמת ההארה שלהם ובטמפרטורה שלהם. שתי התכונות הפיזיקליות החשובות ביותר הגורמות להבדלים אלו הן המסה והגיל של הכוכב.

גלקסיית שביל החלב

כמעט כל הכוכבים שניתן לראות בעין בלתי מצוידת, כולל השמש שלנו, נמצאים במערכת ענקית, שנקראת גלקסיית שביל החלב, ובה כ-400 מיליארד שמשות. במרכז גלקסיית שביל החלב שוכן חור שחור ענקי, שמסתו גדולה פי 3 מיליון ממסת השמש. השמש שלנו מקיפה את מרכז הגלקסיה אחת לרבע מיליארד שנה והיא עושה זאת במהירות של כ- 250 ק"מ לשנייה.

כוכבים משתנים

עקומת האור של הכוכב המשתנה R Sct - כוכב משתנה פועם מסוג RV Tau עם מחזור ראשי של 143 יום. הנתונים המוצגים בגרף זה נאספו באמצעות תצפיות בעין - באדיבות איגוד צופי הכוכבים משתנים.

ראו ערך מורחב בנושא: כוכב משתנה.

כוכב משתנה הוא כוכב שעוצמת אורו (בהירותו) משתנה עם הזמן. הסיבות לשינויים בעוצמת האור עשויים להיות כתוצאה ממגוון סיבות כגון: הסתרה גאומטרית, פעימות, ספיחת חומר, החזרת אור ועוד. למשל הסתרות גאומטריות מתרחשות בכוכבים כפולים לוקים. בכוכבים כאלו עוצמת האור הכללית של הכוכבים במערכת משתנה כתוצאה מליקויים הדדים בן בני הזוג. הדבר מתאפשר כאשר הזווית בין קו הראיה של הצופה אל המערכת לבין מישור המסלול של הכוכבים במסלולם זה סביב זה היא קטנה ועל כן בני הזוג והצופה מצויים כמעט על קו ישר כל חצי זמן מחזור של המערכת. דוגמא נוספת הינם כוכבים פועמים שבהם רדיוס הכוכב עשוי לגדול ולקטון באופן מחזורי או כמעט מחזורי. השינויים ברדיוס מלווים גם, בד"כ, בשינויים בטמפרטורה על שפת הכוכב - בסה"כ שינויים אלו גורמים לעוצמת אורו של הכוכב להשתנות.

כל הכוכבים בשמיים משנים את עוצמת אורם, אך ברוב המקרים השינויים הללו כה קטנים שבקושי ניתן להבחין בהם. על כן הגדרה של כוכב משתנה באופן כללי היא בעייתית.

חלק מהכוכבים המשתנים משנים את עוצמת אורם באופן ניכר וניתן להבחין בשינויים אלו באמצעות העין האנושית. למעשה העין האנושית מסוגלת להבחין בהבדלים יחסיים של כ 10% בין שני מקורות אור. על כן על ידי השוואת עוצמת אורו של כוכב משתנה לזו של כוכב קבוע ניתן להעריך בעין את בהירותו של כוכב משתנה.

סקלת הבהירות באסטרונומיה

ראו מאמר מורחב בנושא: בהירות.

מסיבות היסטוריות באסטרונומיה נהוג למדוד את בהירות הכוכבים בסקלה הקרויה "מגניטוד" או דרגות בהירות. בסקלה זו מספרים קטנים יותר מייצגים עצמים בהירים יותר וההבדל בין דרגת בהירות אחת לזו הסמוכה לה הוא פקטור של 2.512 לערך (ליתר דיוק שורש חמישי של 100). במילים אחרות, כוכב בדרגת בהירות 0 בהיר פי 2.512 מכוכב בדרגת בהירות 1 ובהיר פי 2.512^{m} מכוכב בדרגת בהירות m. על כן סקלת הבהירות האסטרונומית היא סקלה לוגריתמית שבה כל שינוי של חמש דרגות בהירות מייצג שינוי של פי 100 בעוצמת האור. סקלת המגניטוד היא שימושית לתצפיות בעין מאחר והעין האנושית מגיבה לאור בצורה לוגריתמית.

צפייה בכוכבים משתנים ומדידת עוצמת אורם באמצעות העין

עקומת האור של הכוכב המשתנה R CrB. כוכב זה הינו מסוג כוכב פחמן עני במימן ומראה דעיכות משמעותיות בעוצמת אורו כתוצאה מהתהוות אבק מסביב לכוכב, המסתיר את אור הכוכב. הנתונים המוצגים בגרף זה נאספו באמצעות תצפיות בעין - באדיבות איגוד צופי הכוכבים משתנים.

העין האנושית מאפשרת למדוד שינויים יחסיים של כ 10% בעוצמת האור (או בהירות). על כן במקרים בהם כוכב משנה את עוצמת אורו בעשרות אחוזים או יותר, ניתן בקלות להבחין בשינויים אלו בעין. דוגמא לעקומת אור של כוכב משתנה (R CrB) כפי שהוכנה מתצפיות שנעשו באמצעות העין מוצגת משמאל.

על מנת לאמוד את בהירותו של כוכב משתנה יש להשוות את עוצמת אורו של הכוכב למקור אור בעל עוצמה דומה שאיננו משתנה. מקורות אור שבהם ניתן לעשות שימוש כזה הם כוכבים אחרים שאינם משתנים, בעלי עוצמת הארה דומה לזו של הכוכב המשתנה ונמצאים בסמוך למיקום הכוכב המשתנה בשמיים. לכוכבים כאלו אנו קוראים כוכבי השוואה (באנגלית: Comparison Stars) משום שאנו משווים את עוצמת אורם לזו של הכוכב המשתנה ואנו מעריכים בכמה הכוכב המשתנה בהיר יותר או חיוור יותר מכוכבי ההשוואה.

בפועל על מנת להעריך את בהירותו של כוכב משתנה עלינו לאתר כוכב השוואה בהיר יותר מהכוכב המשתנה וכוכב השוואה חיוור יותר מהמשתנה ואז עלינו להעריך האם בהירותו של הכוכב המשתנה קרובה יותר לבהירות הכוכב הראשון או השני ומה היחס בינהם. ניתן לדוגמא לחלק את טווח הבהירות בין הכוכב הבהיר לחיוור ל-10 חלקים דימיוניים שווים ולנסות להחליט היכן בערך בסולם זה נמצאת בהירותו של הכוכב המשתנה.

לדוגמא במקרה של תצפית בכפול הלוקה אלגול תמצאו במפת ההשוואה מספר כוכבי השוואה. למשל במידה ואלגול בהיר יותר מהכוכב במפה שבהירותו 2.3 אך חיוור יותר מהכוכב במפה שבהירותו 1.8, ניתן לאמר שבהירותו היא בין 1.8 ל 2.3. עתה, נסו להעריך האם אלגול קרוב יותר בבהירותו לכוכב שבהירותו 2.3 או לבהירות הכוכב השני. באופן כזה ניתן להעריך, בדיוק של כעשירית דרגת בהירות את בהירותו של אלגול.

כמו בכל דבר ועניין, כל ההתחלות קשות וצפייה בכוכבים משתנים דורשת מעט תירגול וניסיון.

התצפית עצמה יכולה לעשות בעין חופשית, באמצעות משקפת או טלסקופ. במהלך התצפית יש להצטיד במפת השוואה שעליה מסומן הכוכב המשתנה וכוכבי השוואה נוספים שביחס אליהם אנו מודדים את עוצמת האור של הכוכב המשתנה. מפות השוואה ניתן למצוא בחלק ממאמרי האסטרופדיה - לדוגמא: אלגול. אך המקור החשוב ביותר עבור מפות השוואה הינו אתר האיגוד של צופי הכוכבים המשתנים (ראו קישורים בהמשך המאמר).

עבור כל מדידה רשמו את התאריך והשעה בהם התבצעה המדידה וכן את בהירותו של הכוכב המשתנה כפי שהערכתם אותה, את מקור המפה שבה השתמשתם ומומלץ גם לציין את בהירותם של כוכבי ההשוואה שבה עשיעתם שימוש. במידה והכוכב המשתנה משנה את בהירותו במהירות אזי ניתן לחזור על המדידה מספר פעמים בלילה, אך במידה והוא משתנה באיטיות ניתן לצפות בו פעם כל מספר ימים. בד"כ דיוק של דקה אחת במדידת הזמן הינו מספיק.

מומלץ להמיר את זמן התצפית לספירה עשרונית רציפה של ימים וזמן. בספירה כזו השעה מופיעה כשבר עשרוני של היום, ואילו התאריך מיוצג על ידי מספר הימים שחלפו מתאריך מסוים. באסטרונומיה נהוג לעשות שימוש ביום יוליאני, השווה למספר הימים שחלפו מאז ה 1 בינואר של שנת 4713 לפני הספירה בשעה 12 בצהריים. על מנת להמיר תאריך ושעה ליום יוליאני ניתן לעשות שימוש בכלי לחישוב יום יוליאני באתר המועדון האסטרונומי של אוניברסיטת ת"א.

הנחיות מפורטות לצפייה בעין בכוכבים משתנים וטיפים לתצפית ניתן למצוא במדריך הצפייה בכוכבים משתנים של איגוד צופי הכוכבים המשתנים (באנגלית).

מציאת כוכבים משתנים

מציאה כוכבים משתנים בשמיים דורשת בדרך כלל התמצאות מעמיקה בקבוצות הכוכבים. לסירוגין התמצאות פחות מעמיקה ושימוש בקורדינאטות שמימיות לכיוון טלסקופים עשוי להוות תחליף מסוים להכרות מעמיקה עם כיפת השמיים.

במידה ואינכם מתמצאים בשמי הלילה, מומלץ להרכיב את מפת הכוכבים המסתובבת ולעיין בערכים על מפות שמיים ומפת שמיים חודשית. בין היתר תוכלו למצוא במאמרים אלו קישורים למפות שמיים מפורוטות וחופשיות. בנוסף מומלץ לקרוא את הערך העוסק בקורדינאטות שמימיות.

מקורות למפות השוואה

באסטרופדיה תוכלו למצוא מספר מצומצם של מפות השוואה עבור כוכבים נבחרים (לדוגמא: אלגול) - אך המקור הטוב ביותר למפות השוואה הוא אתר איגוד צופי הכוכבים המשתנים:

כוכבים משתנים מומלצים למתחילים

להלן מספר קישורים ישירים למפות השוואה של כוכבים משתנים נבחרים. כפי שצויין קודם לכן, ניתן לחולל מפות נוספות באתר איגוד צופי הכוכבים המשתנים.

עקומת האור

עקומת האור (באנגלית: Light Curve) היא הגרף המראה את עוצמת האור של עצם כלשהו כתלות בזמן. על הציר האנכי נהוג לסמן בד"כ את עוצמת האור ביחידות של דרגות בהירות (מגניטוד) ואילו על הציר האופקי את הזמן. מאחר ותאריכים בלוחות שנה שאנו עושים בהם שימוש בחיי היום-יום אינם רציפים (מעברים בין חודשים ובין שנים ומספר לא קבוע של ימים בחודש או בשנה) נוח יותר לעשות שימוש בזמן רציף. אחת האפשרויות המקובלות ביותר הינה שימוש כאמור בימים יוליאנים שהם ספירה רציפה של ימים שהחלה ב 1 בינואר של שנת 4713 לפני הספירה בשעה 12 בצהריים. על מנת להמיר תאריך ושעה ליום יוליאני ניתן לעשות שימוש בכלי לחישוב יום יוליאני באתר המועדון האסטרונומי של אוניברסיטת ת"א.

קיפול עקומת האור

עקומת האור המקופלת של אלגול מתצפיות בעין לא מצוידת. התצפיות נלקחו ממסד הנתונים של תצפיות בכוכבים משתנים של האיגוד של הצופים בכוכבים משתנים.

כאשר מעונינים בציור עקומת האור של כוכב משתנה שעוצמת אורו משתנה במחזוריות קבועה לעיתים התצפיות מפוזרות על פני מחזורים רבים ועקומת האור לא מראה בברור כיצד משתנה הכוכב במהלך מחזור בודד. בעיה מרכזית היא שהתצפיות עשויות להעשות על פני פרק זמן שהוא ארוך לעיתים בהרבה מזמן המחזור של הכוכב ועל מנת לצייר את עקומת אורו במשך מחזור בודד יש לעשות שימוש בעובדה כי זמן מחזורו קבוע ולבצע קיפול (Folding) של המדידות שביצעתם למחזור אחד.

על מנת לקפל את עקומת האור יש לעקוב אחר השלבים הבאים:

1. המירו את זמן התצפית לספירה עשרונית רציפה של ימים וזמן. בספירה כזו השעה מופיעה כשבר עשרוני של היום, ואילו התאריך מיוצג על ידי מספר הימים שחלפו מתאריך מסוים. באסטרונומיה נהוג לעשות שימוש ביום יוליאני, השווה למספר הימים שחלפו מאז ה 1 בינואר של שנת 4713 לפני הספירה בשעה 12 בצהריים. על מנת להמיר תאריך ושעה ליום יוליאני ניתן לעשות שימוש בכלי לחישוב יום יוליאני או שעון הכולל יום יוליאני באתר המועדון האסטרונומי של אוניברסיטת ת"א.

2. חלקו את זמני התצפית שקיבלתם בשלב הקודם במחזור הידוע של הכוכב המשתנה. וקחו את השארית מהחלוקה. לשארית הנ"ל אנו קוראים המופע או הפאזה (Phase) של המחזור.

3. ציירו את בהירות הכוכב המשתנה כתלות במופע של המחזור ותקבלו את עקומת האור המקופלת שלו (ראו דוגמא משמאל).

חיפוש זמן המחזור

ספקטרום הכח של עקומת האור של הכוכב המשתנה R Sct. השיא הגבוה בספקטרום הכח נובע מהמחזור העיקרי של הכוכב - 143 יום. הנתונים שעליהם מבוסס גרף זה נאספו באמצעות תצפיות בעין - באדיבות איגוד צופי הכוכבים משתנים.

קיימות שיטות רבות לחיפוש זמן המחזור בעקומת אור. אחת השיטות השימושיות ביותר הינה חישוב ספקטרום הכח (באנגלית: Power Spectrum) באמצעות התמרת פורייה - ראו מאמר מורחב בנושא: ספקטרום הכח.

ספקטרום הכח מוגדר כ:

P(f)=\,\frac{1}{N}|\sum_{j}^{N}{(m_{j}-\bar{m})e^{-2i\pi f t_{j}}}|^{2}

כאשר mj הינה הבהירות של הכוכב בזמן tj, האינדקס של התצפית מסומן ב j ו N הינו מספר התצפיות. ספקטרום הכח מתכונתי לריבוע האמפליטודה של הכוכב בתדירות f. ספקטרום הכח מבטא את האמפליטודה בריבוע של כל תדירות בפירוק פורייה של עקומת האור של הכוכב. באיור משמאל ניתן מוצג ספקטרום הכח של הכוכב המשתנה R Sct. השיא הגבוה בספקטרום הכח נובע מהמחזור העיקרי של הכוכב - 143 יום.

מה ניתן לעשות עם התצפיות

מומלץ לשלוח את התצפיות לאיגוד צופי הכוכבים המשתנים. את התצפיות ניתן לשלוח במספר דרכים, כולל במילוי טופס אינטרנט, דואר-אלקטרוני, פקס ודואר רגיל.

כשאר שולחים תצפיות יש להקפיד לקרוא את הההוראות - למשל עבור כל כוכב יש לציין גם את ה"קוד" שלו וכן את המפה שבה נעשה שימוש.

התצפיות הללו משמשות למספר מטרות, בינהן מטרות מדעיות וחינוכיות וניתן למצוא מאמרים מדעים רבים שעשו ועושים שימוש בנתונים אלו.

ראו גם

הרצאות וידאו

קישורים חיצוניים

ספרות מקצועית


מחברים


ערן אופק