Кіріспе
Астрономияда фотометрия – грек тіліндегі «фото» («жарық») және «метрия» («өлшеу») сөздерінен алынған терминология – астрономиялық денелердің сәулеленуінен таралатын жарықтың ағынын немесе қарқындылығын өлшеумен айналысатын әдіс. Бұл жарық телескоп арқылы фотометр көмегімен өлшенеді, көбінесе CCD фотометр немесе фотоэлектрлік фотометр сияқты электрондық құрылғылар қолданылады. Бұл құрылғылар фотоэлектрлік эффект арқылы жарықты электр тогына айналдырады. Белгілі қарқындылығы мен түсі бар стандартты жұлдыздарға (немесе басқа жарық көздеріне) калибрленген кезде фотометрлер аспан денелерінің жарықтығын немесе көрінетін шамасын өлшеуге мүмкіндік береді. Фотометрияны жүргізу әдістері зерттелетін толқын ұзындығының аймағына байланысты. Ең қарапайым түрінде фотометрия жарықты жинап, арнайы фотометриялық оптикалық жолақты сүзгілер арқылы өткізеді, содан кейін жарық энергиясы фотосезімтал құралмен тіркеледі. Дәл салыстыру үшін стандартты өткізу жолақтары жиынтығы (фотометриялық жүйе) анықталады. Одан да жетілдірілген әдіс – спектрофотометрия, ол спектрофотометрмен өлшенеді және сәулелену мөлшерін де, оның егжей-тегжейлі спектрлік таралуын да анықтайды. Фотометрия өзгермелі жұлдыздарды бақылауда да қолданылады, мысалы, дифференциалдық фотометрия (мақсатты объектінің және жұлдыздық өрістегі жақын орналасқан жұлдыздардың жарықтығын бір мезгілде өлшеу) немесе салыстырмалы фотометрия (мақсатты объектінің жарықтығын белгілі шамасы бар жұлдыздармен салыстыру) сияқты әдістер арқылы. Салыстырмалы фотометрияда бірнеше жолақты сүзгілерді пайдалану абсолютті фотометрия деп аталады. Шаманың уақытқа қарсы графигі жарық қисығын құрайды, ол жарықтың өзгеруіне себеп болатын физикалық процестер туралы маңызды ақпарат береді. Жоғары дәлдікті фотоэлектрлік фотометрлер жұлдыз жарығын 0,001 шамаға дейін өлшеуге қабілетті. Беттік фотометрия әдісі планеталар, кометалар, тұмандықтар немесе галактикалар сияқты кеңейтілген объектілер үшін де қолданылады, ол көрінетін шаманы шаршы доғалық секундқа шаққандағы шамалармен өлшейді. Объектінің ауданы мен астрономиялық объектідегі жарықтың орташа қарқындылығын білу беттік жарықтықты анықтауға мүмкіндік береді, ал кеңейтілген объектінің жалпы жарығын интеграциялау арқылы оның жалпы шамасын, энергия шығынын немесе бірлік бетіне шаққандағы жарықтығын есептеуге болады.
In astronomy, photometry, from Greek photo ("light") and metry ("measure"), is a technique used in astronomy that is concerned with measuring the flux or intensity of light radiated by astronomical objects. This light is measured through a telescope using a photometer, often made using electronic devices such as a CCD photometer or a photoelectric photometer that converts light into an electric current by the photoelectric effect. When calibrated against standard stars (or other light sources) of known intensity and colour, photometers can measure the brightness or apparent magnitude of celestial objects. The methods used to perform photometry depend on the wavelength region under study. At its most basic, photometry is conducted by gathering light and passing it through specialized photometric optical bandpass filters, and then capturing and recording the light energy with a photosensitive instrument. Standard sets of passbands (called a photometric system) are defined to allow accurate comparison of observations. A more advanced technique is spectrophotometry that is measured with a spectrophotometer and observes both the amount of radiation and its detailed spectral distribution. Photometry is also used in the observation of variable stars, by various techniques such as, differential photometry that simultaneously measures the brightness of a target object and nearby stars in the starfield or relative photometry by comparing the brightness of the target object to stars with known fixed magnitudes. Using multiple bandpass filters with relative photometry is termed absolute photometry. A plot of magnitude against time produces a light curve, yielding considerable information about the physical process causing the brightness changes. Precision photoelectric photometers can measure starlight around 0.001 magnitude. The technique of surface photometry can also be used with extended objects like planets, comets, nebulae or galaxies that measures the apparent magnitude in terms of magnitudes per square arcsecond. Knowing the area of the object and the average intensity of light across the astronomical object determines the surface brightness in terms of magnitudes per square arcsecond, while integrating the total light of the extended object can then calculate brightness in terms of its total magnitude, energy output or luminosity per unit surface area.
Әдістер
Астрономия фотометрияның ең ерте қолданылған салаларының бірі болды. Қазіргі заманғы фотометрлер электромагниттік спектрдің ультракөк, көрінетін және инфрақызыл толқын ұзындықтарында арнайы стандартты өткізу жолақты сүзгілерді пайдаланады. UBV жүйесі (немесе кеңейтілген UBVRI жүйесі), жақын инфрақызыл JHK немесе Strömgren uvbyβ жүйесі сияқты бірнеше маңызды жүйелер тұрақты түрде қолданылады, әсіресе жоғары уақыт шешімі қажет болған жағдайларда.
Магнитудалар мен түстер индекстері
Қазіргі заманғы фотометриялық әдістер стандартты түсті жолақты сүзгілер арқылы қаралатын электрондық фотометрлерді пайдалана отырып, астрономиялық объектілердің шамасын және түсін анықтайды. Бұл, мысалы, mv ретіндегі визуалды шамалармен салыстырғанда, көзге көрінетін шаманың басқа түрлерінен ерекшеленеді, ал фотосуретке түсірілген шамалар mph/mp немесе фотовизуалды шамалар mp немесе mpv болып белгіленеді. Шамалар 5.46V, 6.16B немесе 6.39U ретінде беріледі, бұл көру "V", көк "B" немесе ультракөк "U" сүзгілері арқылы байқалған шамаларға сәйкес келеді. Сүзгілер арасындағы шаманың айырмашылығы түс айырмашылығын көрсетеді және температурамен байланысты. UBV жүйесінде B және V сүзгілерін қолдану B–V түс индексін береді. Түс индекстерін қолданудың тағы бір маңызды жолы – жұлдыздың көзге көрінетін шамасын B–V түс индексіне қарсы графиктік түрде кескіндеу. Бұл түс-шама диаграммаларында жұлдыздар жиынтығы арасындағы маңызды қатынастарды құрайды, бұл жұлдыздар үшін Герцшпрунг-Рассел диаграммасының байқалатын нұсқасы болып табылады. Әдетте, екі сүзгі арқылы алынған бірнеше объектінің фотометриялық өлшемдері, мысалы, ашық жұлдыздар шоғырында, құрамдас жұлдыздар арасындағы салыстырмалы жұлдыздық эволюцияны көрсетеді немесе шоқтың салыстырмалы жасын анықтауға мүмкіндік береді. Астрономдар қолданатын әртүрлі фотометриялық жүйелердің көптігіне байланысты шамалар мен олардың индекстерінің көптеген түрлері бар (көк және қызыл фотометриялық сүзгілер, GBP және GRP) немесе Strömgren фотометриялық жүйесінде 'u', 'v', 'b', 'y' кіші әріптері және екі тар және кең 'β' (сутек бета) сүзгілері қолданылады. Strömgren жүйесі b және y сүзгілерінен (b–y түс индексі) m1 және c1 индекстері сияқты қызарту эффектісінсіз параметрлерді есептеуге мүмкіндік береді. Апертуралық фотометрия деп аталатын ең қарапайым техника объектінің центрінде орналасқан апертурадағы пиксельдердің санын қосудан және апертурадағы пиксельдер санына жақын маңдағы аспанның орташа пиксельдік жарықтығын көбейтіп, оны азайтудан тұрады. Бұл мақсатты объектінің бастапқы ағын мәнін береді. Тығыз жұлдыздар шоғыры сияқты өте тығыз жағдайда фотометрия жасағанда, жұлдыздардың профильдері айтарлықтай жабысқанда, бір-біріне жабысқан көздердің жеке ағын мәндерін анықтау үшін PSF сәйкестендіру сияқты араласуды жою техникаларын қолдану қажет. Салыстырмалы фотометрия – бірнеше объектілердің бір-біріне қатысты көзге көрінетін жарықтығын өлшеу. Абсолюттік фотометрия – стандартты фотометриялық жүйеде объектінің көзге көрінетін жарықтығын өлшеу; бұл өлшемдерді басқа телескоптармен немесе құралдармен алынған басқа абсолюттік фотометриялық өлшемдермен салыстыруға болады. Дифференциалдық фотометрия – екі объектінің жарықтығының айырмашылығын өлшеу. Көп жағдайда дифференциалдық фотометрия ең жоғары дәлдікпен жүргізілуі мүмкін, ал абсолюттік фотометрияны жоғары дәлдікпен жүргізу қиын. Сондай-ақ, объектінің көзге көрінетін жарықтығы әлсіреген кезде дәл фотометрия жасау әдетте қиынға соғады.
Another important application of colour indices is graphically plotting star's apparent magnitude against the B–V colour index. This forms the important relationships found between sets of stars in colour–magnitude diagrams, which for stars is the observed version of the Hertzsprung Russell diagram. Typically photometric measurements of multiple objects obtained through two filters will show, for example in an open cluster, the comparative stellar evolution between the component stars or to determine the cluster's relative age. Due to the large number of different photometric systems adopted by astronomers, there are many expressions of magnitudes and their indices. (with the blue and red photometric filters, GBP and GRP) or the Strömgren photometric system having lower case letters of 'u', 'v', 'b', 'y', and two narrow and wide 'β' (Hydrogen beta) filters. Strömgren allows calculation of parameters from the b and y filters (colour index of b − y) without the effects of reddening, as the indices m 1 and c 1. The simplest technique, known as aperture photometry, consists of summing the pixel counts within an aperture centered on the object and subtracting the product of the nearby average sky count per pixel and the number of pixels within the aperture. This will result in the raw flux value of the target object. When doing photometry in a very crowded field, such as a globular cluster, where the profiles of stars overlap significantly, one must use de blending techniques, such as PSF fitting to determine the individual flux values of the overlapping sources. Relative photometry is the measurement of the apparent brightness of multiple objects relative to each other. Absolute photometry is the measurement of the apparent brightness of an object on a standard photometric system; these measurements can be compared with other absolute photometric measurements obtained with different telescopes or instruments. Differential photometry is the measurement of the difference in brightness of two objects. In most cases, differential photometry can be done with the highest precision, while absolute photometry is the most difficult to do with high precision. Also, accurate photometry is usually more difficult when the apparent brightness of the object is fainter.
Абсолюттік фотометрия
Абсолюттік фотометрияны жүргізу үшін, объектіні бақылаудағы тиімді спектрлік жолақ пен стандартты фотометриялық жүйенің анықтамалық спектрлік жолағы арасындағы айырмашылықты ескеру керек. Бұл көбінесе жоғарыда талқыланған барлық басқа түзетулерге қосымша жасалады. Әдетте, бұл түзету қызығушылық тудыратын объектіні бірнеше түрлі сүзгілер арқылы бақылау және бірқатар фотометриялық стандарт жұлдыздарды бақылау арқылы іске асырылады. Егер стандарт жұлдыздарды нысаналық объектілермен бірдей уақытта бақылау мүмкін болмаса, түзетулерді фотометриялық жағдайларда жасау қажет, яғни аспан бұлтсыз болғанда және атмосфераның сөнуі ауа массасының қарапайым функциясы болғанда.
Салыстырмалы фотометрия
Салыстырмалы фотометрия жүргізу үшін объектінің аспаптық шамасы белгілі бір салыстыру нысанымен салыстырылады, содан кейін өлшемдер аспаптың сезімталдығындағы және атмосфералық сіңірудегі кеңістіктік өзгерістерге сәйкес түзетіледі. Бұл көбінесе уақыт бойынша болатын өзгерістерді түзетумен қатар жасалады, әсіресе салыстырылатын нысандар бір уақытта байқауға мүмкіндік болмайтындай, аспанда тым алыс орналасқан жағдайда.
Қабылданған фотометрия
Мәжбүрлі фотометрияда өлшемдер белгілі бір нысанға емес, белгілі бір орналасқан жерге қатысты жүргізіледі. Бұл "мәжбүрлі" екені, бақыланатын орналасқан жерде (құзыретті спектрлік диапазонда) көзге көрінбейтін нысан болған жағдайда да өлшем алуға болады дегенді білдіреді. Мәжбүрлі фотометрия таңдалған аспан орнындағы шаманы немесе шаманың жоғарғы шегін анықтауға мүмкіндік береді.
Бағдарламалық жасақтама
Синтетикалық апертура фотометриясы және PSF-ке сәйкес фотометрия үшін бірнеше тегін компьютерлік бағдарламалар қол жетімді. SExtractor және Апертуралық фотометрия құралы – апертуралық фотометрияның танымал мысалдары. Біріншісі үлкен масштабты галактикалар туралы зерттеу деректерін өңдеуге бағытталған, ал екіншісі жекелеген кескіндерді зерттеуге қолайлы графикалық интерфейске (GUI) ие. DAOPHOT – PSF-ке сәйкес фотометрия үшін ең жақсы бағдарлама деп танылған.
Ұйымдар
Кәсіпқойлардан бастап әуесқойларға дейін, фотометриялық деректерді жинап, бөлісіп, оларды онлайн қолжетімді ететін бірнеше ұйым бар. Кейбір сайттар деректерді негізінен басқа зерттеушілерге көмек ретінде жинайды (мысалы, AAVSO), ал кейбіреулері өз зерттеулері үшін деректерді жинауға шақырады (мысалы, CBA): Американың өзгермелі жұлдыздарды бақылаушылар қауымдастығы (AAVSO). Astronomyonline.org. Астрофизиканы зерттеу орталығы (CBA).
American Association of Variable Star Observers (AAVSO). Astronomyonline. org
Center for Backyard Astrophysics (CBA).