Фотометрические величины (астрономия)

Фотометри́ческая величина́ — аддитивная физическая величина, определяющая временно́е, пространственное, спектральное распределение энергии оптического излучения и свойств веществ, сред и тел как посредников переноса или приемников энергии.

В астрономии обычно используются фотометрические величины, немного отличные от принятых в физике.

Интенсивность (поверхностная яркость)

Рассмотрим элементарную площадку $\Delta \sigma$ с вектором нормали $\vec{n}$, находящуюся в поле излучения источника с телесным углом $\Delta \Omega$. Направление на источник задается вектором $\vec{\Omega}$. Пусть $\Delta E$ — количество энергии, пришедшее от источника за время $\Delta t$ в данном направлении в полосе частот $\Delta \nu$. Интенсивность излучения в данном направлении — это количество энергии, проходящее через единичную площадку, расположенную перпендикулярно к выбранному направлению, с единичного телесного угла в единичной полосе частот в единицу времени:

$I_{\nu} = \frac{\Delta E}{\Delta\sigma \cos\theta\Delta\nu \Delta t \Delta\Omega}$.

$\theta$ — угол между векторами $\vec{n}$ и $\vec{\Omega}$. Следует обратить особое внимание, что слова «в данном направлении» говорят о направлении на источник, задаваемое вектором $\vec{\Omega}$.

В рассмотрение берется проекция площадки на направление $\vec{\Omega}$, то есть по сути дела проекция на плоский волновой фронт бесконечно удалённого источника, поэтому интенсивность не зависит от ориентации площадки. В силу того, что как для энергии $\Delta E$, так и для телесного угла $\Delta \Omega$ действует закон обратных квадратов, интенсивность не зависит от расстояния до источника. Важным свойством интенсивности является то, что она характеризует сам источник и никак не связана со свойствами и расположением приёмника.

Поток излучения

В теоретической астрофизике часто вводят понятие вектора потока излучения:

$\vec{F}_{\nu}(\vec{r}) = \iint\limits_{4\pi}\vec{\Omega}I_{\nu}(\vec{r},\vec{\Omega})d\Omega$.

Данный вектор характеризует поле излучения и указывает в направлении переноса энергии излучения. Если излучение изотропно, то есть интенсивность не зависит от направления, то вектор потока равен нулю.

Проекцию вектора потока на направление нормали называют потоком в данном направлении:

$F_{\nu}(\vec{r})= (\vec{F}_{\nu},\vec{n}) = \iint\limits_{4\pi}I_{\nu}(\vec{r},\vec{\Omega})\cos\theta d\Omega$

Фраза «в данном направлении» говорит об ориентации площадки, задаваемой вектором нормали $\vec{n}$.

В наблюдательной астрономии обычно говорят о потоке от объекта. Тогда речь идет только о том излучении, которое исходит из телесного угла, занимаемого объектом. Кроме того, объекты, которые изучает астрономия, часто оказываются точечными (неразрешимыми), и для них нельзя ввести понятие интенсивности. Поэтому часто вводят определение потока, не связанное с интенсивностью. Поток — это количество энергии, проходящее через единичную площадку, в единичной полосе частот в единицу времени:

$F_{\nu} = \frac{\Delta E}{\Delta\sigma \Delta\nu \Delta t}$.

Именно эту физическую величину измеряют все телескопы. Если источник разрешим, и его интенсивность определена, то оба определения эквиваленты.

Звёздные величины

Основная статья: Звёздная величина

Плотность энергии излучения

Литература

1. Амбарцумян В.А, Мустель Э. Р., Северный А. Б., Соболев В. В. Теоретическая астрофизика. — М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1952.
2. Иванов В. В. Перенос излучения и спектры небесных тел. — М.: Наука, 1969, — 472 с.
3. Засов А. В., Постнов К. А. Общая астрофизика. — Фрязино, 2006. — 496 с.

См. также

• Фотометрическая величина
• Фотометрия
• Фотометрия в астрономии
• Уравнение переноса излучения

Для улучшения этой статьи желательно?: Добавить иллюстрации. Проставить интервики в рамках проекта Интервики.