doc/kstars/magnitude.docbook

   1 <sect1 id="ai-magnitude">
   2 <sect1info>
   3 <author>
   4 <firstname>Girish</firstname> <surname>V</surname>
   5 </author>
   6 </sect1info>
   7 <title>Magnitude Scale</title>
   8 <indexterm><primary>Magnitude Scale</primary>
   9 <seealso>Flux</seealso>
  10 <seealso>Star Colors and Temperatures</seealso>
  11 </indexterm>
  12 <para>
  13 2500 years ago, the ancient Greek astronomer Hipparchus classified the
  14 brightnesses of visible stars in the sky on a scale from 1 to 6.  He
  15 called the very brightest stars in the sky <quote>first magnitude</quote>, and the
  16 very faintest stars he could see <quote>sixth magnitude</quote>.  Amazingly, two
  17 and a half millenia later, Hipparchus's classification scheme is still
  18 widely used by astronomers, although it has since been modernized and
  19 quantified.</para>
  20 <note><para>The magnitude scale runs backwards to what you
  21 might expect: brighter stars have <emphasis>smaller</emphasis>
  22 magnitudes than fainter stars).
  23 </para>
  24 </note>
  25 <para>
  26 The modern magnitude scale is a quantitative measurement of the
  27 <firstterm>flux</firstterm> of light coming from a star, with a
  28 logarithmic scaling:
  29 </para><para>
  30 m = m_0 - 2.5 log (F / F_0)
  31 </para><para>
  32 If you do not understand the math, this just says that the magnitude
  33 of a given star (m) is different from that of some standard star (m_0)
  34 by 2.5 times the logarithm of their flux ratio.  The 2.5 *log factor
  35 means that if the flux ratio is 100, the difference in magnitudes is 5
  36 mag.  So, a 6th magnitude star is 100 times fainter than a 1st magnitude
  37 star.  The reason Hipparchus's simple classification translates to a
  38 relatively complex function is that the human eye responds
  39 logarithmically to light.
  40 </para><para>
  41 There are several different magnitude scales in use, each of which serves
  42 a different purpose.  The most common is the apparent magnitude scale;
  43 this is just the measure of how bright stars (and other objects) look
  44 to the human eye.  The apparent magnitude scale defines the star Vega
  45 to have magnitude 0.0, and assigns magnitudes to all other objects using
  46 the above equation, and a measure of the flux ratio of each object to
  47 Vega.
  48 </para><para>
  49 It is difficult to understand stars using just the apparent magnitudes.
  50 Imagine two stars in the sky with the same apparent magnitude, so they
  51 appear to be equally bright.  You cannot know just by looking if the
  52 two have the same <emphasis>intrinsic</emphasis> brightness; it is
  53 possible that one star is intrinsically brighter, but further away.
  54 If we knew the distances to the stars (see the <link
  55 linkend="ai-parallax">parallax</link> article), we could account for
  56 their distances and assign <firstterm>Absolute magnitudes</firstterm>
  57 which would reflect their true, intrinsic brightness.  The absolute
  58 magnitude is defined as the apparent magnitude the star would have if
  59 observed from a distance of 10 parsecs (1 parsec is 3.26 light-years,
  60 or 3.1 x 10^18 cm).  The absolute magnitude (M) can be determined
  61 from the apparent magnitude (m) and the distance in parsecs (d)
  62 using the formula:
  63 </para><para>
  64 M = m + 5 - 5 * log(d)   (note that M=m when d=10).
  65 </para><para>
  66 The modern magnitude scale is no longer based on the
  67 human eye; it is based on photographic plates and photoelectric
  68 photometers.  With telescopes, we can see objects much fainter than
  69 Hipparchus could see with his unaided eyes, so the magnitude scale has
  70 been extended beyond 6th magnitude.  In fact, the Hubble Space Telescope
  71 can image stars nearly as faint as 30th magnitude, which is one
  72 <emphasis>trillion</emphasis> times fainter than Vega.
  73 </para><para>
  74 A final note: the magnitude is usually measured through a color filter
  75 of some kind, and these magnitudes are denoted by a subscript
  76 describing the filter (&ie;, m_V is the magnitude through a <quote>visual</quote>
  77 filter, which is greenish; m_B is the magnitude through a blue filter;
  78 m_pg is the photographic plate magnitude, &etc;).
  79 </para>
  80 </sect1>