Kolory Gwiazd

Kolory Gwiazd
Szkoła Podstawowa
Klasy IV – VI
Doświadczenie konkursowe nr 2
Rok 2017
Konkurs Astronomiczny „Astrolabium”
Kolory Gwiazd
Doświadczenie konkursowe 2017
1. Wstęp teoretyczny
W astronomii temperaturę ciała mierzymy nie w skali Celsjusza, ale w skali Kelwina. W skali tej
0 K (czyli zero Kelwinów) odpowiada najniższej możliwej temperaturze. Nie można osiągnąć niższej
temperatury. Temperatura 0 K odpowiada –273 stopniom Celsjusza. Wszystko, co posiada
jakąkolwiek temperaturę powyżej 0 K, emituje fale elektromagnetyczne (EM). Fale te nazywamy
promieniowaniem termicznym. Każde ciało wysyła fale termiczne o różnych zakresach długości fali
(lub częstotliwości fali)1. Im ciało jest gorętsze, tym więcej promieniowania wysyła i tym większa
część z niego przypada na fale krótsze. Im ciało jest chłodniejsze, tym mniej promieniowania
emituje i tym większa jego część przypada na zakres fal dłuższych (Rys.1).
Rysunek 1. Trzy wykresy pokazujące, jakie promieniowanie emitują ciała o danej temperaturze. Ciała o temperaturze
3000 K świecą najbardziej w podczerwieni, a ciała o temperaturze ponad 10000 K świecą najwięcej w nadfiolecie. Ciała
o temperaturze pomiędzy tymi wartościami świecą w szczególności w zakresie widzialnym.
Jeden z największych naukowców, Isaac Newton, zauważył, że jeśli przepuści się światło białe
(takie jak na przykład światło słoneczne) przez pryzmat, to na wyjściu otrzyma się tęczę. Tęcza
powstaje bowiem w wyniku rozszczepienia światła do postaci widma. Rozszczepiając światło
widzialne, widzimy całe widmo barw: od fioletu, przez kolor niebieski, zielony, żółty,
pomarańczowy, aż do czerwieni (Rys.2).
1
Podstawowe definicje dotyczące promieniowanie EM zostały przedstawione w doświadczeniu numer 1.
2
Opracowanie: Fundacja „Akademia Astronomii”
Konkurs Astronomiczny „Astrolabium”
Kolory Gwiazd
Doświadczenie konkursowe 2017
Rysunek 2. Rozszczepienie światła przez pryzmat. Światło białe składa się ze wszystkich barw jednocześnie. Źródło:
2
Wikipedia .
Warto zastanowić się nad tym, jakie promieniowanie termiczne wysyłają gwiazdy, które są
przecież gorące. Gwiazdy świecą między innymi w zakresie takich długości fali, które ludzkie oko
potrafi zarejestrować. To, jakie długości fali emitują, zależy ściśle od ich temperatury (Rys.1).
Gwiazdy chłodne w zakresie widzialnym świecą bardziej na czerwono, a gwiazdy bardzo gorące na
niebiesko (Rys.3, Rys.4).
Rysunek 3. Gwiazdy wysyłają światło o różnych długościach fali. Gwiazdy chłodne świecą najsilniej w podczerwieni,
a tylko trochę w świetle widzialnym. Nasze oczy nie widzą podczerwieni, więc widzimy je jako świecące na czerwono.
Z kolei gwiazdy bardzo gorące świecą najsilniej w nadfiolecie, którego również nasze oczy nie widzą. Z tego powodu
widzimy je jako świecące na niebiesko. Zdecydowanie najwięcej gwiazd świeci najsilniej w połowie zakresu między
barwą czerwoną i niebieską, widzimy je jako białe.
Rysunek 4. Układ dwóch gwiazd, z których jedna jest bardzo gorąca, a druga bardzo chłodna. Zdjęcie przedstawia
rzeczywiste kolory. Obiekt na zdjęciu to β Cygni (obiekt w gwiazdozbiorze Łabędzia), znana tez pod nazwą Albireo.
Gwiazda niebieska jest bardzo gorąca: ma temperaturę powierzchni około 13000 K. Gwiazda czerwona jest
chłodniejsza: temperatura jej powierzchni wynosi około 4000 K. Źródło: Wikipedia.
2
www.wikipedia.pl
3
Opracowanie: Fundacja „Akademia Astronomii”
Konkurs Astronomiczny „Astrolabium”
Kolory Gwiazd
Doświadczenie konkursowe 2017
Bardzo dużo gwiazd wyświeca najwięcej fal o długościach przypadających na połowę zakresu
światła widzialnego (Rys.3). Oznacza to, że najbardziej świecą na żółto-zielono i tylko trochę na
niebiesko i czerwono. Pytanie jednak, czy widzimy gdziekolwiek zielone gwiazdy? W tym miejscu
należy sobie przypomnieć eksperyment przeprowadzony przez Newtona: światło białe rozszczepia
się na wszystkie barwy. Jeśli zatem jakiś obiekt świeci falami o długościach z różnych zakresów,
a nasze oko widzi je jako wszystkie możliwe kolory, to w efekcie ludzki mózg rejestruje je jako
światło białe.
2. Cel doświadczenia
Celem doświadczenia jest sprawdzenie, jak ludzkie oko postrzega kolory gwiazd i dlaczego
większość gwiazd świeci na biało.
3. Opis wykonania doświadczenia
W pogodną noc zaobserwuj kolory gwiazd na niebie. Ile z zaobserwowanych przez Ciebie
gwiazd jest koloru czerwonego (pomarańczowego), ile koloru niebieskiego (błękitnego), a Ile koloru
zielonego? W celu łatwiejszego rozpoznawania kolorów gwiazd, skorzystaj z przedstawionej poniżej
mapy (Rys.5), na której znajdziesz, dla porównania, przykłady kolorowych gwiazd znajdujących się
w konstelacjach Byka i Oriona. Jakiego koloru gwiazdy występują najrzadziej (o ile w ogóle)? Czemu
taki wynik nie jest zaskakujący?
Rysunek 5. Mapa fragmentu nieba z zaznaczonymi charakterystycznymi gwiazdami.
4
Opracowanie: Fundacja „Akademia Astronomii”