Magnitudijärjestelmät

Kohteelle mitattu magnitudi riippuu kohteen itsensä lisäksi myös käytetystä havaintolaitteesta. Laitteen herkkyys eri aallonpituuksilla on erilainen. Lisäksi eri laitteet rekisteröivät eri aallonpituusalueita. Havaintolaitteen mittaama vuo ei siten vastaa koko sitä vuota, joka kohteesta tulee havaintolaitteeseen, vaan ainoastaan osaa siitä. Rekisteröintimenetelmän perusteella voidaan erottaa erilaisia magnitudijärjestelmiä. Eri järjestelmien nollakohdat eroavat toisistaan, eli niissä käytetään erilaisia magnitudia 0 vastaavia vuontiheyden arvoja. Nollakohdat määritellään yleensä joidenkin valittujen standarditähtien avulla.

Esimerkiksi ihmissilm on herkin noin 550 nm:n aallonpituudella tulevalle säteilylle, ja rekisteröintikyky heikkenee lyhyillä ja pitkillä valoaalloilla. Visuaaliseksi magnitudiksi sanotaan magnitudia, joka vastaa ihmissilmän herkkyysjakautumaa.

Valokuvauslevyt ovat yleensä herkimpiä siniselle ja violetille valolle ja pystyvät rekisteröimään myös säteilyä, joka on ihmissilmän näkökyvyn ulkopuolella (infrapunaisessa tai ultravioletissa). Siten valokuvauksellinen magnitudi eroaa yleensä visuaalisesta magnitudista.

Ihannetapaus olisi, jos saataisiin mitatuksi kaikki tähdestä eri aallonpituuksilla tuleva säteily. Koko säteilyä vastaavaa magnitudia sanotaan bolometriseksi magnitudiksi. Käytännössä bolometrisiä magnitudeja on vaikea mitata, koska säteilystä huomattava osa imeytyy Maan ilmakehään. Visuaalisesta magnitudista m_v voidaan laskea bolometrinen m_bol, jos tunnetaan bolometrinen korjaus BC:

m_bol = m_v-BC

Bolometrisen korjauksen suuruus määritellään nollaksi Auringon valon kaltaiselle säteilylle (tai oikeastaan spektriluokan F5 tähdille). Vaikka tähden visuaalinen ja bolometrinen magnitudi voivat olla samoja, vastaa bolometrista magnitudia kuitenkin suurempi vuontiheys.

Tarkimmat magnitudimittaukset voidaan tehdä valosähköisellä fotometrillä. Tavallisesti suotimien avulla järjestetään niin, että fotometriin pääsee vain haluttu aallonpituuskaista. Eräs yleisimmistä valosähköisessä fotometriassa käytetyistä monivärijärjestelmistä on Harold L. Johnsonin ja William W. Morganin 1950-luvun alussa kehittämä UBV-järjestelmä. Tässä kohteen magnitudi mitataan kolmen eri suotimen läpi: U=ultravioletti, B=blue, sininen ja V=visuaalinen. Suotimesta riippuen puhutaan kohteen U-, B- tai V-magnitudista.

UBV-järjestelmää on myöhemmin laajennettu. Eräs käytössä olevista on 5-värifotometrinen UBVRI-järjestelmä, johon on lisätty kaistat R (red, punainen) ja I (infrapunainen). Myös muita leveäkaistaisia järjestelmiä on käytössä, mutta ne eivät ole yhtä standardoituja kuin UBV, joka on tarkkaan määritelty lukuisten eri puolilla taivasta olevien standarditähtien avulla. Kohteen magnitudi saadaan tarkasti vertaamalla tätä standarditähden magnitudiin.

Kun puhutaan magnitudista mainitsematta sen tarkemmin, mitä magnitudia tarkoitetaan, kysymyksessä on yleensä V-magnitudi. Koska keltainen V-suodatin päästää lävitseen juuri sen aallonpituusalueen, jolle silmä on kaikkein herkin, V-magnitudi vastaa varsin hyvin näköhavaintojen antamaa kirkkausvaikutelmaa.

Allaolevassa kuvassa on esitetty UBVRI-järjestelmän magnitudien suhteelliset herkkyyskäyrät. Kunkin suotimen läpäisemän kaistan maksimi on normitettu ykköseksi. Kuvan R- ja I-kaistat perustuvat Johnsonin, Cousinsin ja Glassin järjestelmään, joka sisältää myös infrapunakaistat J, H, K, L ja M. Aikaisemmin käytetyt R- ja I-kaistat poikkeavat näistä huomattavasti.

Strömgrenin neliväri- eli uvby-järjestelmässä suotimien läpäisemät aallonpituuskaistat ovat huomattavasti kapeammat kuin UBV-järjestelmässä. Järjestelmä on myös hyvin standardoitu, mutta se ei ole aivan yhtä yleisesti käytetty kuin UBV. Myös muita kapeakaistajärjestelmiä on kehitetty. Suotimien lukumäärää lisäämällä saadaan kohteesta yhä tarkempaa tietoa, tällöin puhutaan usein spektrofotometriasta.

    magnitudi    puoliarvoleveys efektiivinen
                   [nm]          aallonpituus [nm]

  U ultraviolet     66              367
  B blue            94              436
  V visual          88              545
  R red            138              638
  I infrared       149              797
                     
  u ultraviolet     30              349
  v violet          19              411
  b blue            18              467
  y yellow          23              547