Cấp sao và giới hạn quan sát: hiểu độ sáng trên bầu trời

Thang đếm ngược

Nguồn gốc cổ đại gọi các sao sáng nhất hạng nhất, các sao vừa thấy hạng sáu. Năm 1856, Norman Pogson đặt quan hệ toán học: năm cấp là 100 lần, một cấp khoảng 2,512 lần. Dãy không dừng ở sáu; rất sáng có số âm, rất mờ qua kính lớn có thể trên 20.

Thang logarit hữu ích vì cảm nhận mắt không tăng tuyến tính với lượng ánh sáng. Các bước cấp gần tương ứng các bước cảm giác sáng, dù cảm nhận và thông lượng vật lý không hoàn toàn đồng nhất.

Vì vậy, vài đơn vị số vẫn có thể là chênh lượng sáng rất lớn. Dấu âm của Sirius hoặc Sao Kim không phải lỗi. So hai số phải biết cùng dải đo và cùng loại biểu kiến hay tuyệt đối.

Các mức tham khảo

Biểu kiến là độ sáng nhận ở Trái Đất. Tuyệt đối đặt sao ở khoảng cách chuẩn 10 parsec, cỡ 32,6 năm ánh sáng, để so công suất trong cùng dải. Muốn so năng lượng mọi bước sóng còn cần đại lượng bolometric riêng.

Deneb nhìn hơi yếu hơn Vega nhưng thực tế sáng nội tại hơn rất nhiều, hơn một nghìn lần, vì ở xa hơn. Một sao gần yếu có thể trông sáng hơn sao khổng lồ rất xa.

Cấp giới hạn của bầu trời

Các yếu tố chính gồm:

• Mặt Trời xuống sâu giúp thấy sao mờ hơn; dưới −18° là đêm thiên văn, còn nguồn sáng khác vẫn tồn tại.
• Trăng sáng và cao có thể làm mất một hoặc nhiều cấp quan sát.
• Đèn đô thị thường giới hạn mắt ở cỡ 3–4 mag, trời nông thôn tốt 5–6, nơi rất tối có thể 6,5 hoặc hơn. Đây là ví dụ chung, không phải đo hôm nay ở Hà Nội hay Hạ Long.
• Sao thấp bị suy giảm qua lớp khí dày hơn, tức tuyệt quang khí quyển.
• Thích nghi tối, tuổi, thực hành và thị lực riêng cũng tác động.

Càng tới cấp mờ, số sao càng nhiều. Cỡ giới hạn 4 mag có vài trăm trên toàn thiên cầu, 6 mag có nhiều nghìn; một nơi trong một lúc chỉ thấy phần trên chân trời. Ống nhòm có thể tới cỡ 9 mag hoặc hơn tùy khẩu độ, kính nhỏ đi sâu hơn, vào vùng dữ liệu Tycho-2.

Màu và độ sáng

Cấp sao phụ thuộc dải bước sóng đo. Chỉ số màu B−V lấy cấp trong dải xanh trừ dải nhìn thấy. Sao xanh nóng thường có số nhỏ hoặc âm, sao đỏ mát có số lớn. Vega gần 0, Mặt Trời khoảng 0,65, Betelgeuse lớn hơn.

Màu là gợi ý nhiệt độ nhưng bụi liên sao và các yếu tố khác có thể đổi nó. Không biến một chỉ số thành nhiệt độ tuyệt đối không cần bối cảnh.