خطوات الاستخدام
الخطوة الأولى: فهم المعادلة الأساسية. تعتمد حاسبة نصف قطر النجم على قانون ستيفان-بولتزمان، الذي يربط بين لمعان النجم (L) ودرجة حرارة سطحه (T) ونصف قطره (R). المعادلة هي: R = √(L / (4πσ T⁴))، حيث σ هو ثابت ستيفان-بولتزمان (5.670374419×10⁻⁸ واط/(م²·ك⁴)). اللمعان هو الطاقة الكلية التي يصدرها النجم في الثانية، ودرجة الحرارة تقاس بالكلفن. يُستخدم هذا القانون لتقدير نصف قطر النجم عندما يكون اللمعان ودرجة الحرارة معروفين من الأرصاد. أدخل قيمة اللمعان (بالواط) ودرجة الحرارة (بالكلفن)، ثم اضغط حساب.
الخطوة الثانية: إدخال اللمعان (L) بدقة. اللمعان هو أحد أهم العوامل؛ حيث أن نصف القطر يزداد مع جذر اللمعان. يمكن إدخال اللمعان بوحدات الواط (W) أو يمكنك استخدام اللمعان الشمسي (L☉) كمرجع. ولكن الحاسبة تفترض الإدخال بالواط. إذا كان لديك اللمعان مقارنة بالشمس، اضرب في لمعان الشمس (3.828×10²⁶ واط). على سبيل المثال، نجم لمعانه 100 مرة الشمس يعني L = 100 × 3.828×10²⁶ = 3.828×10²⁸ واط. تأكد من استخدام القيمة العددية الصحيحة.
الخطوة الثالثة: إدخال درجة الحرارة السطحية (T). درجة الحرارة الفعالة للنجم تقاس بالكلفن (K). تتراوح درجات حرارة النجوم بين بضع آلاف (مثل 3000 K للنجوم الحمراء) إلى عشرات الآلاف (مثل 30000 K للنجوم الزرقاء الساخنة). كلما زادت درجة الحرارة، قل نصف القطر بشكل كبير (لأن T مرفوعة للأس الرابع في المقام). أدخل درجة الحرارة بدقة، مع الأخذ في الاعتبار أن الخطأ في درجة الحرارة يؤدي إلى خطأ كبير في نصف القطر.
الخطوة الرابعة: تفسير النتيجة. بعد الضغط على حساب، تحصل على نصف القطر بالأمتار. للمقارنة مع الشمس، يمكنك تحويل النتيجة إلى أنصاف أقطار شمسية بقسمتها على نصف قطر الشمس (6.957×10⁸ م). إذا كانت النتيجة كبيرة جدًا أو صغيرة جدًا، فتأكد من صحة وحدات الإدخال. تذكر أن هذه المعادلة تعطي نصف القطر بناءً على افتراض أن النجم يشع كجسم أسود مثالي. في الواقع، هناك عوامل أخرى مثل عدم الاتزان الإشعاعي أو التغطية السحابية قد تسبب اختلافات.
أمثلة محلولة
تطبيقات عملية على نصف قطر النجم بخطوات الحل كاملة.
الحل
نبدأ بتطبيق المعادلة: R = √(L/(4πσT⁴)). أولًا، نحسب التدفق السطحي: σT⁴ = (5.670374419×10⁻⁸) × (5778)⁴. نحسب T⁴ = (5778)⁴. بالآلة الحاسبة: 5778² = 33393732, ثم تربيع مرة أخرى: 33393732² ≈ 1.115×10¹⁵ (دقيق: 1.115×10¹⁵). لذا σT⁴ = 5.670374419×10⁻⁸ × 1.115×10¹⁵ ≈ 6.322 × 10⁷ واط/م². الآن المساحة السطحية المعدلة: 4πσT⁴ ≈ 4 × 3.1416 × 6.322×10⁷ ≈ 7.946×10⁸ واط/م². إذًا 4πσT⁴ ≈ 7.95×10⁸ (تقريبًا). ثم L/(4πσT⁴) = 3.828×10²⁶ / 7.95×10⁸ ≈ 4.815×10¹⁷. أخيرًا الجذر التربيعي: R = √(4.815×10¹⁷) ≈ 6.94×10⁸ م. هذا قريب جدًا من القيمة المعيارية 6.957×10⁸ م. الفرق الطفيف ناتج عن التقريب. إذن الحاسبة تعمل بشكل صحيح.
الحل
المعطيات: L = 1000 × 3.828×10²⁶ = 3.828×10²⁹ واط، T = 3500 كلفن. نحسب σT⁴: T⁴ = (3500)⁴ = 3500²=12,250,000, ثم 12,250,000² = 1.5006×10¹⁴ (دقيق: 1.5×10¹⁴). إذن σT⁴ = 5.670374419×10⁻⁸ × 1.5×10¹⁴ = 8.5056×10⁶ واط/م². المساحة للكرة: 4πσT⁴ = 4×3.1416×8.5056×10⁶ ≈ 1.069×10⁸ واط/م². ثم L/(4πσT⁴) = 3.828×10²⁹ / 1.069×10⁸ = 3.581×10²¹. الجذر التربيعي: R = √(3.581×10²¹) = √(3.581)×10¹⁰.⁵ ≈ 1.892×10¹⁰⁵؟ الخطأ: الجذر التربيعي لـ 10²¹ هو 10¹⁰.⁵ أي 10¹⁰ × √10 ≈ 3.162×10¹⁰. ثم 1.892×3.162×10¹⁰ ≈ 5.98×10¹⁰ م. بالتقريب R ≈ 6.0×10¹⁰ م. بالنسبة للشمس: R☉ = 6.957×10⁸ م، إذن نصف القطر = 6.0×10¹⁰ / 6.957×10⁸ ≈ 86.2 مرة نصف قطر الشمس. هذا نجم عملاق أحمر كبير جدًا، مثل منكب الجوزاء (حول 700 R☉) لكن هنا 86 فقط، لذا قد يكون عملاقًا أحمر صغيرًا نسبيًا. هذه الحسابات توضح كيف تؤدي درجة الحرارة المنخفضة واللمعان العالي إلى نصف قطر ضخم.
أمثلة محسوبة
قيم مُدخَلة ونتيجة محسوبة فعليًا بواسطة نصف قطر النجم.
قيم مُدخَلة قياسية
- الضياء (L☉)
- 50
- درجة الحرارة (K)
- 22
قيم مُدخَلة مرتفعة
- الضياء (L☉)
- 85
- درجة الحرارة (K)
- 40
قيم مُدخَلة منخفضة
- الضياء (L☉)
- 10
- درجة الحرارة (K)
- 5