Sistema astronômico de magnitudes

Olhando para o céu: Sistema astronômico de magnitudes

Para medir o brilho aparente dos planetas, estrelas e outros corpos celestes, os astrônomos usam um sistema chamado de magnitude visual. Nesta escala, quanto maior o brilho do objeto, menor a sua magnitude.

Não é difícil perceber que quando olhamos o céu estrelado, cada pontinho parece brilhar de forma diferente, com intensidades diferentes.

Algumas estrelas têm brilho muito intenso enquanto outras são tão pálidas que mal conseguimos ver.

Os antigos observadores da Grécia antiga também perceberam essa diferença e foi nessa época que o sistema de magnitudes começou a se originar.

Em 129 a.C., Hiparco, um dos mais respeitados astrônomos de sua época, finalizou seu catálogo de estrelas, com nada menos que 850 delas devidamente descritas e classificadas levando em conta seu brilho.

Nem é preciso dizer a importância que o catálogo de Hiparco teve.

Seu trabalho é considerado a primeira tentativa de catalogar estrelas de acordo com seu aparente brilho.

Para fazer seu catálogo, Hiparco utilizou somente a vista desarmada, já que o primeiro instrumento só iria aparecer mais de 1500 anos depois.

Com grande acuidade visual, o grego agrupou as 850 estrelas do catálogo em seis divisões diferentes, que chamou de grandezas.

O sistema de Hiparco classificava as 20 estrelas mais brilhantes do céu como sendo de 1ª Grandeza.

Essas estrelas seriam as primeiras a surgir depois do pôr-do-Sol.

O segundo grupo era formado por estrelas de 2ª Grandeza, um pouco menos brilhantes que as do primeiro grupo.

Na seqüência vinha o grupo das estrelas de 3ª Grandeza, mais fracas ainda que o grupo anterior e assim sucessivamente até chegar àquelas extremamente débeis, no limite da visão humana, as de 6ª Grandeza.

Hoje em dia não se utiliza mais a expressão grandeza, que foi substituída por magnitude.

Na época de Hiparco, provavelmente o brilho das estrelas estaria associado ao seu tamanho, ou seja, quanto maior o brilho, maior o tamanho da estrela. Hoje em dia sabemos que isso não é verdade.

Trezentos anos se passaram até o ano de 140 da era moderna, quando outro grego, chamado Cláudio Ptolomeu, lançou sua principal obra, o Almagesto.

Nesta obra Ptolomeu compilou todo o conhecimento astronômico que o Homem tinha até então, e de quebra ampliou para 1022 o número de estrelas já contabilizado por Hiparco.

Em seu catálogo ampliado, Ptolomeu utilizou o mesmo sistema de magnitudes.

O Almagesto teve tanta importância que durante mais de 1400 anos foi a principal referência para o estudo da astronomia, o que ajudou a difundir ainda mais o uso do sistema de magnitudes idealizado por Hiparco.

O Almagesto só perdeu sua importância depois que Kepler forneceu as bases consolidaram por definitivo a teoria heliocêntrica formulada por Copérnico.

Começando a complicar
Por volta de 1610 o físico italiano Galileu Galilei apontou pela primeira vez uma luneta para o céu, e logo percebeu a necessidade de expandir o sistema de magnitudes, já que milhares de estrelas antes invisíveis, passaram a ser observadas.

Galileu sugeriu que as novas estrelas, visíveis através de instrumentos, fossem classificadas como de 7ª magnitude.

Duzentos anos mais tarde, o músico e astrônomo alemão Frederick William Herschel realizou uma série de estudos onde comparava o brilho das estrelas e publicou suas observações em diversos catálogos.

Como resultado, Herschel fez uma importante descoberta ao constatar que uma estrela de 1ª magnitude possuía um brilho aproximadamente 100 vezes maior que uma estrela de 6ª magnitude.

Conforme os telescópios iam se aprimorando, mais e mais estrelas, antes invisíveis, começaram a despontar à frente dos olhos dos astrônomos, fazendo com que mais classes de estrelas fossem adicionadas ao sistema de magnitudes.

Por ser a escala imprecisa e subjetiva, conclui-se, no início do século 19, que era urgente definir de uma vez por todas uma nova maneira de medir as magnitudes, de maneira não subjetiva e com grande precisão.

Na metade do século 19, diversas experiências estavam sendo feitas para entender melhor como o olho humano percebia as diferentes variações de luminosidade.

Uma dessas experiências colocava duas lâmpadas, uma com o dobro da potência da outra, a 100 metros de distância. Mesmo com o dobro da potência, a segunda lâmpada não parecia brilhar com o dobro da intensidade.

Descobriu-se mais tarde que isso se deve ao fato de que o olho humano não percebe as diferenças de brilho de maneira linear. Duas vezes mais intensidade não vai parecer duas vezes mais brilhante.

Fotos: Concepção artística de Hiparco, que no ano de 129 A.C, criou o catálogo de estrelas baseado no brilho aparente.

Na seqüência, Ptolomeu, que 300 depois ampliou o catálogo de Hiparco e criou o Almagesto, um tratado de astronomia que prevaleceu por 1400 anos.

Acima, Frederick William Herschel, que além de estudar o brilho das estrelas, descobriu o planeta Urano em 13 de março de 1781.

Tabela de magnitudes usada como referências para observações do céu!

A divisão de magnitude utilizada até a segunda metade do século 19 havia sido criada por Hiparco há mais de 2 mil anos e fora desenvolvida a partir de observações feitas através da vista desarmada.

Vimos também que o olho humano responde de forma não linear aos impulsos luminosos.

Para a criação de uma escala científica de magnitudes seria necessário criar um modelo muito mais complexo e que levasse em conta essa característica de não linearidade do aparelho ótico humano.

Em 1850, dois cientistas alemães, Gustav Theodor Fechner e Erns Heinrich Weber, que estudavam a resposta sensorial humana a estímulos externos, constataram que a resposta visual do aparelho ótico de fato não era linear e sim proporcional ao logaritmo da potência luminosa.

Essa descoberta ficou conhecida como Princípio de Fechner-Weber e seria a base teórica da nova escala.

Seis anos mais tarde, ancorado no trabalho de Fechner-Weber, o astrônomo inglês Norman Pogson criou um modelo matemático muito preciso para medições de brilhos estelares.

De forma engenhosa, Pogson preservou completamente o sistema qualitativo de Hiparco, usado até então, e aplicou a ele seu novo modelo matemático, quantitativo e mensurável.

Para ajudar em seu trabalho, Pogson fez uso de um fotômetro, que ainda era uma novidade naquela época, e comparou o brilho de estrelas de 1ª magnitude com estrelas de 6ª magnitude.

Após diversas medições Pogson confirmou as observações de Herschel, onde a diferença de brilho entre a 1ª e 6ª magnitudes (cinco magnitudes) era de 100 vezes.

Pogson definiu então sua escala de magnitudes onde uma diferença de 5 pontos corresponderia a uma variação de 100 vezes na intensidade do brilho de um objeto.

A escala de Pogson tinha também o mérito de ser logarítmica, validando a base teórica de Fechner-Weber.

Pogson definiu assim seu trabalho:

 

Uma vez criada a escala de magnitudes os astrônomos passaram a medir o brilho de diversas estrelas e algumas delas foram usadas como referências de brilho.

Dessa forma, a estrela Vega, na constelação de Lira, passou a representar o valor zero na escala.

Como a escala era inversa, estrelas e objetos mais brilhantes que Vega teriam números negativos e estrelas mais fracas teriam magnitudes maiores.

Pela escala de Pogson, Sirius, a estrela mais brilhante do céu tem magnitude -1.4.

Vênus, durante sua fase de maior brilho, -5, enquanto a magnitude da Lua cheia é de -13.

O Sol tem magnitude de -27 e o limite da visão humana é de 6.0.

A não ser para fazer comparações a grosso modo, atualmente magnitude é medida através de fotômetros ultra sensíveis, que permitem estimar brilhos com precisão de várias casas decimais.

Na prática

Como na escala de Pogson uma diferença de 5 magnitudes é igual a 100 vezes, 1 magnitude é igual a 2.512 vezes.

Assim, 2.512 x 2.512 x 2.512 x 2.512 x 2.512 x = 100.

Desta forma podemos estimar facilmente as diferenças entre magnitudes.

Por exemplo: quantas vezes a estrela Epsilon, a Intrometida da constelação do Cruzeiro do Sul, é mais brilhante que o planeta Urano?

Epsilon: Magnitude de 3.6
Urano: Magnitude de 5.6
Diferença de 2 magnitudes = 2.512 x 2.512 = 6.3 vezes mais brilhante.

Outro exemplo: Qual a diferença entre a estrela Vega e o planeta Vênus:

Vega: Magnitude zero
Vênus: Magnitude de -5
Diferença de 5 magnitudes = 2.512 x 2.512 x 2.512 x 2.512 x 2.512 = 100 (Vênus é 100x mais brilhante).

http://www.apolo11.com/sistema_de_magnitudes.php

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