Studier av stjärnors tindrande


  Mätningar av stjärnors scintillation

  För att mer exakt studera stjärnors tindrande, krävs optiska instrument, noggrann elektronik, snabba detektorer och möjligheter att hantera stora datamängder.  En grupp från Institutionen för astronomi vid Lunds Universitet har genomfört en större sådan kartläggning av scintillationens egenskaper genom mätningar nära toppen på ön La Palma (Kanarieöarna).  Dess internationella observatorium  på 2400 m höjd över havet är en av världens bästa platser för optisk astronomi.

Bilden visar ett svenskt teleskop vid observatoriet på La Palma (Kanarieöarna), utrustat för att studera scintillation.  Teleskopets framdel har täckts över av en mask med olika öppningar.  Genom att mäta stjärnljusets fluktuationer genom olika små öppningar kan man kartlägga egenskaperna hos de “flygande skuggor” som orsakar stjärnors tindrande.
 


  Observationer man kan göra själv

  Med blotta ögat ser man att stjärnor högt uppe på himlen (nära zenit) tindrar  betydligt mindre än stjärnor nere vid  horisonten.  Planeter tindrar (nästan) inte alls, medan det mänskliga ögats ljuskänslighet inte räcker till att förnimma blinkningarna för ljussvaga stjärnor.

En vanlig prismakikare medger fler experiment.  Stjärnljusets variationer i tid kan upplösas genom att man observerar en ljus stjärna (helst nära horisonten), samtidigt som man med händerna snabbt vippar eller snurrar kikaren lite fram och tillbaka, så att bilden av stjärnan blir utdragen till en båge eller ring.

Om det tar en sekund, säg, att svänga kikaren fram och tillbaka, kommer den utdragna bilden av stjärnan att visa hur dess skenbara ljusstyrka ändrats under just den sekunden.  Man kan då se att ljusspåret av stjärnan inte är jämnt utlyst, utan bildar olika ljusa segment eller ”klumpar”  Dessa olika segment visar stjärnans ljusstyrka vid just det ögonblicket och illustrerar hur denna kan ändras påtagligt på bara någon hundradels sekund.


  Exakt hur fluktuerar stjärnljuset ?

Ljusstyrkan för en tindrande stjärna varierar snabbt med tiden.  Men exakt hur?  Om stjärnljuset skulle ha fokuserats på marken av ett stort antal oberoende ”linser” i atmosfären, skulle man förvänta sig att den statistiska fördelningen kring medelvärdet skulle följa en s k normalfördelning eller Gausskurva.

Detta är emellertid inte alls vad man finner, utan i stället förekommer det relativt ofta att stjärnan i ett visst ögonblick är oväntat mycket ljusare än genomsnittet.  Det som följer en statistisk normalfördelning är inte stjärnljusets intensitet utan i stället värdet för dess matematiska logaritm.  Detta kan tolkas så att ljuset fokuserats inte av en mängd olika luftlinser bredvid varandra som slumpmässigt riktat ljuset mot marken och vars effekter summerats, utan i stället passerat av en rad slumpmässigt placerade linser efter varandra, vars effekter multiplicerats.


   Stjärnor skimrar i alla färger

Andra effekter i scintillation gäller färgberoendet.  Redan med blotta ögat kan man se hur stjärnor nära horisonten ser färgade ut, dvs stjärnan tindrar inte bara i ljusstyrka utan även i färg.  Uppkomsten av denna s k kromatiska scintillation ligger i att lufthavet även fungerar som ett prisma som delar upp stjärnljuset i alla spektrums färger, från violett till rött.

Även de flygande skuggorna på marken blir uppdelade: varje punkt dras ut till ett spektrum och fastän mönstret av dessa skuggor kan vara samma i olika färger, blir skuggorna i rött förskjutna kanske något tiotal cm på marken, jämfört med dem i violett.  Eftersom skuggmönstret rör sig med vindhastigheten i de luftlager som orsakar den, kommer en observatör på marken att visserligen se samma fluktuation i olika färger, men med en tidsförskjutning om kanske några hundadels sekunder mellan rött och violett.

Det är kombinationen av att stjärnljuset ofta glimmar till att bli mycket ljusare än genomsnittet, samtidigt som det skimrar i färg, som lett till poetiska analogier som ”lik en diamant i skyn” eller ”kristallen den fina”.  Likheterna med ädelstenars glitter eller med de plötsliga ljusglimtarna från en polerad kristall som belyses i viss vinkel är många, även om ge grundläggande orsakerna är skilda.


    Astronomi i Lund

Sidan framställd av Dainis Dravins (dainis@astro.lu.se).  Updaterad JD 2.455.775