表面の明るさ

天文学において、表面輝度(SB)は、銀河や星雲などの空間的に広がった物体、または夜空の背景の単位角度面積あたりの見かけの明るさまたは光束密度を定量化します。物体の表面輝度は、その表面光度密度、つまり単位表面積あたりに放射される光度によって決まります。可視および赤外線天文学では、表面輝度は、特定のフィルターバンドまたは測光システムにおける 1 平方秒角あたりの明るさ(MPSAS) という等級スケールで示されることがよくあります。

天体の表面の明るさを測定することを表面測光といいます。

一般的な説明

全等級は、星雲、星団、銀河、彗星などの広がった天体の明るさの尺度です。天体の領域全体の光度を合計することで得られます。あるいは、異なる直径の開口部またはスリットを適用して光度計を使用することもできます。 ^[1]次に、測定値から背景光を差し引いて、全輝度を取得します。^[2]結果として得られる等級の値は、同じ量のエネルギーを放出している点状の光源と同じです。^[3]彗星の全等級は、コマと核を合わせた等級です。

天体の見かけの等級は、一般的に積分値として与えられます。つまり、銀河の等級が 12.5 とされている場合、その銀河から見える光の総量は、等級 12.5 の恒星から見える光の総量と同じであることを意味します。しかし、恒星は非常に小さいため、ほとんどの観測では事実上点光源となります (最大角直径であるR Doradusの角直径は 0.057 ± 0.005秒角)。一方、銀河は数秒角または数分角に及ぶことがあります。そのため、大気光の背景光に対しては、銀河は恒星よりも見えにくいでしょう。見かけの等級は、物体が点状または小さい場合は視認性の良い指標ですが、物体が大きい場合は表面輝度の方がより良い指標です。小さいまたは大きいとみなされるものは、特定の観測条件によって異なり、リッコの法則に従います。^[4]一般に、物体の視認性を適切に評価するには、両方のパラメーターを知っておく必要があります。

これが、肉眼で星を観測できる限界等級が8等級であるのに対し、銀河の場合は6.9等級までである理由です。^[5^]

表面輝度の計算

表面輝度は通常、平方秒角あたりの等級で表されます。等級は対数なので、表面輝度の計算は等級を面積で単純に割るだけではできません。代わりに、全等級または積分等級mがA平方秒角の視面積に広がる光源の場合、表面輝度Sは次のように表されます。 $S=m+2.5\cdot \log _{10}A.$

天体の場合、表面輝度は測光輝度に類似しており、距離に対して一定である。物体が距離とともに暗くなると、視認領域もそれに応じて小さくなる。幾何学的に言えば、一定量の光を放射する近くの物体の場合、放射束は物体までの距離の2乗で減少するが、所定の立体角または視認領域（たとえば1平方秒角）に対応する物理的領域は同じ割合で減少し、結果として表面輝度は同じになる。^{[7]星雲や銀河などの広がった物体の場合、これにより距離係数または}光度距離によって表面輝度から空間距離を推定することができる。^{[説明が必要]}

物理単位との関係

等級単位での表面輝度は、平方パーセクあたりの太陽の光度の物理単位での表面輝度と次式で関係付けられます^[^要出典^] 。ここで、およびはそれぞれ選択された色帯域における太陽の絶対等級と光度です^[8]。 $S(\mathrm {mag/arcsec^{2}} )=M_{\odot }+21.572-2.5\log _{10}S(L_{\odot }/\mathrm {pc} ^{2}),$ $M_{\odot}$ $L_{\odot}$

表面輝度は、カンデラ/平方メートルで表すこともできます。その式は[cd/m ²の値] =10.8 × 10 ⁴ × 10 (−0.4×[mag/arcsec ^²^の値])。

例

本当に暗い空の表面輝度は2 × 10 ⁻⁴ cd m ⁻²または 21.8 mag arcsec ⁻²。^[9]^{[説明が必要]}

オリオン大星雲の中心部のピーク表面輝度は約17 Mag/arcsec ²（約14ミリニット）で、外側の青みがかった輝きのピーク表面輝度は21.3 Mag/arcsec ²（約0.27ミリニット）です。^[10]

参照

参考文献

^ デインティス、ジョン、グールド、ウィリアム (2006)。『Facts on File 天文学辞典』。『Facts on File 科学ライブラリー』(第 5 版)。インフォベースパブリッシング。p. 489。ISBN 0-8160-5998-5。
^ Palei, AB (1968年8月)。「積分光光度計」。ソビエト天文学。12 :164 。書誌コード:1968SvA....12..164P。
^ Sherrod, P. Clay; Koed, Thomas L. (2003).アマチュア天文学の完全マニュアル: 天文観測のためのツールとテクニック。天文学シリーズ。Courier Dover Publications。p. 266。ISBN 0-486-42820-6。
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^ スパークとギャラガー (2000、§ 5.1.2)
^ 太陽の異なる色帯における絶対等級は、Binney & Merrifield (1998) または Absolute Magnitude of the Sun in Several Bands Archived 2007-07-18 at the Wayback Machineから取得できます。
^等価性21.83等角秒角 ⁻²に基づく=2 × 10 ⁻⁴ cd m ⁻²、「本当に暗い空」の説明より、Crumey, A. (2014) のセクション 1.3。人間のコントラスト閾値と天文の視認性。MNRAS 442、2600–2619。
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一般的な参考文献

ビニー、ジェームズ、メリフィールド、マイケル (1998)。銀河天文学。プリンストン大学出版局。ISBN 978-0-691-02565-0。
スパーク、L. ; ギャラガー、J. (2000)。宇宙の銀河：入門（第1版）。ケンブリッジ大学出版局。ISBN 0-521-59241-0。

外部リンク

mags/arcsecond2 から cd/m2 への変換、およびその逆のオンライン計算機

[daintith_gould2005-1] デインティス、ジョン、グールド、ウィリアム (2006)。『Facts on File 天文学辞典』。『Facts on File 科学ライブラリー』(第 5 版)。インフォベースパブリッシング。p. 489。ISBN 0-8160-5998-5。

[sa12_164-2] Palei, AB (1968年8月)。「積分光光度計」。ソビエト天文学。12 :164 。書誌コード:1968SvA....12..164P。

[sherrod_koed2003-3] Sherrod, P. Clay; Koed, Thomas L. (2003).アマチュア天文学の完全マニュアル: 天文観測のためのツールとテクニック。天文学シリーズ。Courier Dover Publications。p. 266。ISBN 0-486-42820-6。

[4] ^クルーミー、アンドリュー（2014）。「人間のコントラスト 閾値と天文可視性」。王立天文学会月報。442 （3 ）：2600–2619。arXiv ：1405.4209。Bibcode：2014MNRAS.442.2600C。doi ： 10.1093 / mnras / stu992。

[Bortle-5] John E. Bortle (2001年2月). 「The Bortle Dark-Sky Scale」. Sky & Telescope. 2009年3月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年11月18日閲覧。

[SEDS-6] 「メシエ81」。SEDS（宇宙探査開発学生協会）2007年9月2日。2017年7月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年11月28日閲覧。

[7] スパークとギャラガー (2000、§ 5.1.2)

[8] 太陽の異なる色帯における絶対等級は、Binney & Merrifield (1998) または Absolute Magnitude of the Sun in Several Bands Archived 2007-07-18 at the Wayback Machineから取得できます。

[Crumey-9] ^等価性21.83等角秒角 ⁻²に基づく=2 × 10 ⁻⁴ cd m ⁻²、「本当に暗い空」の説明より、Crumey, A. (2014) のセクション 1.3。人間のコントラスト閾値と天文の視認性。MNRAS 442、2600–2619。

[10] Clark, Roger (2004-03-28). 「深宇宙天体の表面輝度」2013-06-29閲覧。nits への変換は、0 等級が 2.08 マイクロルクスであることに基づいています。