Purkinje Effekten vs. Magnitud

[Robin Andersson]

Jag har en fråga vilket är följande:

En röd stjärna blir ju ljusare när vi tittar på den för en längre stund. Men så kom jag på en sak, exempel;

Jag har ett stjärnfält och den svagaste stjärnan jag ser är magnitud +10.5. Den är ej röd, men samtidigt precis intill finns det en röd stjärna som sägs ha en magnitud +10.7. Jag kan ej se den under den första stunden jag tittar, men efter att ha stirrat på 105 stjärnan ett tag så börjar 107 stjärnan dyka upp som låg precis intill 105:an.

Det jag precis nämner har ej hänt, men jag undrar om det är möjligt att det kan bli så? Att en röd stjärna som ligger under den "visuella gränsen för vanliga stjärnor" syns på grund utav purkinjeeffekten. Trots allt så träffar ju ljuset från stjärnan (107) ögat, men det är väldigt svagt. Och nej nu tänker jag ej på indirekt, vi utgår ifrån att den ej syns indirekt. Men att purkinje effekten gör en större roll i detta sammanhang. Hoppas ni förstår min fråga.

mvh
Robin Andersson

[Paul Schlyter]

Det borde kunna inträffa, men jag tror det blir besvärligt att verifiera det experimentellt.

Purkinje-effekten är egentligen en hel kaskad av effekter som uppträder då belysningen ligger på gränsen mellan dagseende (tappar, färgseende) och nattseende (stavar, monokromt seende). Att en röd och ganska ljussvag stjärna skenbart tycks öka i ljusstyrka då man ser på den en stund är bara en av ett flertal effekter som Purkinje noternade.

Kanske de rödkänsliga tapparna har förmåga att integrera ljus under några sekunder då man tittar på en röd stjärna som är för röd och för ljussvag för att vara synlig för stavarna i ögat, och att det är därför den röda stjärnan ser ut att öka i ljusstyrkan? Kanske denne effekt även kan fungera över gränsen för den ljussvagaste synliga stjärnan.

Kontentan av Purkinjeeffekten är i alla fall att man ska vara mycket försiktig då man tolkar visuella observationer av röda ljussvaga stjärnor. Plus att begreppet "visuell magnitud" kanske behöver klargöras: är magnituden visuell avseende ögats stavar eller ögats tappar? Det är en stor skillnad i den röda änden av det visuella spektrat.

[Hans Bengtsson]

Det är en bra fråga som inte är alldeles enkel att svara på, jag har funderat på det själv ibland.

Man kom redan för länge sedan (kanske redan på 1800-talet?) internationellt överens om att en röd variabel ska bedömas innan Purkinje-effekten börjat verka. Detta är inget självklart val. Men man lär få mera homogena resultat på det viset.

Om man har en mycket röd stjärna (speciellt en kolstjärna) som syns väl i teleskopet, och man kan se den utan problem även med direkt seende, då är Purkinje-effekten alltid tydlig. Vem som helst kan se den med lite träning. I vissa fall är den direkt påträngande och störande vid magnitudskattningen. Det gäller verkligen att kasta snabba blickar!

Mycket ofta kan jag direkt genom att titta i ett synfält se vilken stjärna som är den mira som jag ska magnitudbestämma, även om jag aldrig observerat stjärnan tidigare, och även om jag inte har hunnit titta närmare på mirans exakta position på kartan. Och faktiskt även om miran ligger relativt nära gränsmagnituden! Den ser helt enkelt "annorlunda" ut än de vita stjärnorna. Detta kan antingen bero på att jag faktiskt ser den röda färgen, trots att stjärnan är ljussvag, eller också på att jag ser en Purkinje-effekt som hjärnan tolkar som att "här har vi en röd stjärna". Margareta Westlund brukade använda uttrycket "stickigt" när det gällde röda stjärnors utseende.

Jag har hittills undvikit din huvudfråga. Jag vet inte säkert om man genom Purkinje-effekten kan få en stjärna att "traska över" gränsmagnituden så att den övergår från att bli osynlig till att bli synlig. Men jag tror det knappast. Det är nog i huvudsak när man kan använda det direkta seendet som Purkinje-effekten uppträder. Vid observationer alldeles intill gränsmagnituden brukar man ha allt sjå i världen att avgöra hurvida man ser en stjärna eller inte, och om man ser den bestämma magnituden. Det blir inte att man funderar över Purkinje i det läget. Men om man hade blivit utsatt för Purkinje kring gränsmagnituden borde detta ha avspeglat sig i en platå i ljuskurvan just vid gränsmagnituden och kanske ett stycke ovanför, och någon sådan har jag aldrig märkt. Den egna ljuskurvan för en röd variabel brukar löpa snyggt och fint hela vägen från gränsmagnituden och uppåt. Därför är mitt preliminära svar: troligen inte.

mvh
Hans Bengtsson

[Robin Andersson]

Hmm... Väldigt kul och intressant diskussion dock. Och ja det ligger nog något i det som du säger hans att purkinje effekten kanske bara verkar när man väl ser objektet och ej när det inte ens kan uppskattas indirekt.
Men samtidigt känns som det är något som drar det tillbaka. För fotonerna träffar väl ändå ögat trots att vi ej ser det? Eller är det att det är för lite energi för att det ska bli någon kemisk reaktion i ögat? Eller är det helt enkelt för lite fotoner som gör att ljuset blir svagt?

mvh
Robin Andersson

[Hans Bengtsson]

Jag känner mig inte kompetent att avgöra hur det teoretiskt bör bli med Purkinje-effekten när vi ligger i gränslandet mellan vad ögat kan uppfatta och inte kan uppfatta. Så jag ställer en öppen fråga:

- Finns det någon ögonexpert här på Astronet? Hallå, vi behöver en ögonexpert!

Mycket möjligt att t.ex. en astronomiintresserad ögonläkare skulle kunna svara på Purkinje-frågan utan att ens tycka den är svår.

Edit:
Under årens lopp har jag sett ett flertal olika definitioner av "Purkinje-effekten". Men inom svensk variabelastronomi har vi, åtminstone sedan Darsenius dagar, menat den process eller grupp av processer i ögat/hjärnan som yttrar sig i att en röd stjärna tycks bli ljusare jämfört med vita stjärnor ifall man stirrar på den under några sekunder.

mvh
Hans Bengtsson

[Robin Andersson]

Det ska bli kul och se om vi kan få frågan besvarad, svar finns det till allt :-D!

mvh
Robin Andersson

[ThomasK]

Jag har en fråga vilket är följande:
Och nej nu tänker jag ej på indirekt, vi utgår ifrån att den ej syns indirekt. Men att purkinje effekten gör en större roll i detta sammanhang. Hoppas ni förstår min fråga.

mvh
Robin Andersson

Jag tror inte jag varit med om nångång att en stjärna som inte syns med indirekt seende blir synlig med direkt seende... Är den så svag att den ligger på gränsen att ses är jag glad bara jag ser stjärnan. En annan stor betydelse för bedömningen av röda stjärnor är vilken förstorning man använder. Jag vet inte om Purkinje är inblandat där också?

[nilsolof]

Tack för tips om diskussionen - jag vill inte inbilla någon att jag har någon erfarenhet av variabelskattningar men bortsett från det...

I botten av detta ligger ju egenheter hos synsinnet:
I det centrala synfältet (det handlar om c:a en grad bred cirkel av synfältet!) finns rikligt med tappar med färgkänslighet, där (i normala fall, men undantag finns!) max-känslighet ligger vid 550 nm (gulgrönt). Utanför detta finns det perifera seendet - framförallt stavar som står för ljuskänsligheten och har känslighetsmax vid 500 nm (blågrönt). Här finns en del tappar också, men när det är så mörkt att alla katter är grå bidrar de inte till ljuskänsligheten. Vid mörk himmelsbakgrund är det stavarna och det indirekta seendet som står för största ljuskänsligheten.

Riktigt vad Purkinjeeffekten innebär varierar lite med vad man hittar - den här är läsvärd:

http://adsabs.harvard.edu/full/1941JRASC..35...20B

men åtminstone i botten ligger att max ljuskänslighet drar sig mot blått om ljusnivån ändras, så att t ex röda föremål blir relativt mörkare än blåa när totala ljusnivån minskas. Om tiden kommer in i detta har jag inte hittat något om, men i så fall gissar jag det har med skillnader i mörkeradaptationen att göra, i varje fall för stavarna ökar adaptationen klart om man observerar mot en mörk bakgrund. Men varför det skulle innebära att en rödare stjärna skulle synas relativt ljusare med tiden i stället för tvärtom fattar jag inte på direkten.

Om man nu vill uppskatta visuell magnitud (V-magnitud) så måste det egentligen göras med direkt seende av både objekt och jämförande stjärna (-or), vilket inte är helt enkelt - man kan inte gärna se båda stjärnor samtidigt med direkt seende, flyttar man blicken så ser man ena stjärnan direkt och den andra indirekt, och vice versa när man byter.

Egentligen borde man definiera en "indirekt visuell magnitud" för indirekt seende, som korrigerrar för färgindex (=B-V, som är t ex 0 för Vega och 1.86 för Betelgeuse). Den bästa uppskattning (någorlunda efter minnet, från Arne Henden - referensen hittar jag inte längre) skulle motsvara V + 0.35(B-V) - om Vega och Betelgeuse hade samma visuella magnitud skulle Betelgeuse synas 0.65 magnituder svagare med indirekt seende.
Så om samma färger gällde Robins hypotetiska stjärnor med 0.2 mag skillnad, skulle den rödare stjärnan synas 0.85 magnituder svagare för indirekt seende, som 11.35 kanske - inte underligt att den höll sig undan så länge den kunde.

Effekten drivs nästan in absurdum med planetariska nebulosor, där OIII-linjerna som ligger just på känslighetsmax för stavarna står för större delen av ljuset. Ta Eskimånebulosan som har en närbelägen användbar jämförelsestjärna (eller ngc6826 i Cygnus, "the blinking planetary" som är känd för denna effekt). Titta på stjärnan- då ser du med indirekt seende nebulosan lysa kraftigt, men skifta och fixera blicken på nebulosan så försvinner den praktiskt taget (ha inte för hög förstoring!).

Om man nu vill uppskatta visuell magnitud (V-magnitud) så måste det egentligen göras med direkt seende av både objekt och jämförande stjärna (-or), vilket inte är helt enkelt - man kan inte gärna se båda stjärnor samtidigt med direkt seende, flyttar man blicken så ser man ena stjärnan direkt och den andra indirekt, och vice versa när man byter. Båda kan ses indirekt, men då blir det fel "filter" och inte ren visuell magnitud.

Mot en mörk bakgrund är indirekt seende klart känsligare, som Thomas menade - mot en ljusare bakgrund är det tvärtom. Som när jag skulle se Merkurius för ett par veckor sen - ingen möjlighet att se den förrän den irrande blicken lyckades fånga den i det 1 grad lilla fältet för direkt seende!

Därmed vad jag kan komma på på rak arm, men fler kommentarer är väl på gång?

Nils Olof Carlin

[Robin Andersson]

Förstog kanske exakt ditt svar, det var väldigt bra dock men lite avancerat kanske. Men så jag fattade så blir röda stjärnor svagare för ögat relativt blåa stjärnor när de närmar sig gränsmagnituden mot en mörk himmel? Det betyder också att röda stjärnor tyvärr, ej, kan "klättra över" magnitudgränsen på grund utav purkinje effekten.

mvh
Robin Andersson

[Hans Bengtsson]

Intressant och givande inlägg!

De två lurigheter man rent praktiskt märker när man observerar röda variabler är:

1) En kraftigt röd variabel ökar i ljusstyrka om man stirrar på den några sekunder. Inom variabilistkretsar är det just det fenomenet som vi kallar Purkinje-effekten. AAVSO-manualen beskriver saken bra:

“When observing variables which have a decidedly red color, it is recommended that the estimate be made by the so-called ’quick glance’ method rather than by prolonged ’stares’. Due to the Purkinje effect, red stars tend to excite the retina of the eye when watched for an extended period of time; accordingly, red stars would appear to become unduly bright in comparison to blue stars, thus producing an erroneous impression of the relative magnitudes.”

2) En kraftigt röd variabel tycks ljusare relativt vita stjärnor om himmelsbakgrunden är ljus. Detta ger sig till känna i t.ex. månsken. Men också om man ökar förstoringen. Himmelsbakgrunden blir då mörkare, och den röda variabeln tycks relativt svagare.

Ett bra exempel är kolstjärnan U Cygni. Med låg förstoring och om man (mot rutinerna!) låter Purkinje-effekten verka genom att stirra på stjärnan, så kan man få ett 2 magnituder ljusare värde än när man använder hög förstoring och dessutom undviker Purkinje-effekten. Naturligt nog kommer spridningen i värdena för U Cygni bli mycket stor – vilket ändå inte hindrar att man får en bra ljuskurva eftersom stjärnan är så välobserverad. Många observationer gör att medelvärdet från olika observatörer med olika instrument trots svårigheterna ger goda och signifikanta resultat.

När man observerar variabler (röda eller andra) bör man alltid sträva efter att kasta snabba blickar mellan variabeln och jfr-stjärnorna. Man låter variabeln och jfr-stjärnorna ”tävla på samma villkor”, dvs man ska inte titta på jfr-stjärnan med direkt seende och variabeln med indirekt seende, eller på olika avstånd från synfältets centrum. Antingen tar man alla med direkt seende eller alla med indirekt seende. Men det är något som blir självklart när man skaffat sig träning. Ögat (eller snarare hjärnan) ” kommer ihåg” ljusstyrkan för en stjärna under en kort stund, och det innebär inga problem att t.ex. jämföra två stjärnor med varandra pga att man inte kan se dem med direkt seende i exakt samma ögonblick.

Ett bra sätt (som jag alltid praktiserar så snart tillfälle ges) att undvika Purkinje är att defokusera. AAVSO-manualen:

“Another technique that is strongly recommended for making magnitude estimates of red stars, is called the ‘out-of-focus method’. That is, the eyepiece must be drawn out of focus so far that the stars become visible as colorless disks. In this way a systematic error due to the Purkinje effect is avoided.”

När jag tänkt på saken ytterligare en smula, så har jag blivit rätt säker på att man rent praktiskt kan bortse från Purkinje-effekten (den röda stjärnans skenbara ljusökning när man stirrar på den) vid observation med indirekt seende. Främst för att man då faktiskt inte kan ”stirra” på stjärnan utan ständigt låter ljuset träffa olika delar av näthinnan, men också för att det inte finns några diskontinuiteter i ljuskurvor som jag märkt pga detta. Och man kan nog förmoda att detta var anledningen till att man internationellt bestämde sig för att vid direkt seende göra skattningen innan Purkinje börjat verka. Därmed undviker man diskontinuiteter som annars skulle ha uppstått.

För att variabla kolstjärnor ska vara meningsfulla att observera med visuella metoder så bör de ha en hyggligt stor amplitud, annars dränks de verkliga variationerna av felkällorna. För min egen del brukar jag i fallet kolstjärnor kräva en amplitud av minst 2 magnituder eller i nödfall 1.5 magnituder.

Man kan också i sammanhanget påpeka, att den visuella magnituden V inte är samma sak som den visuella magnituden mv, skillnaden kan uppgå till flera tiondelar för stjärnor med stort fägindex. V är ju entydigt bestämd i UBVRI-systemet, medan mv är en indvidberoende magnitudskala. För svaga kolstjärnor är det dock mycket svårt att bestämma V med CCD-utrustning, bl.a. för att man sällan vet jfr-stjärnornas färgegenskaper och därför har svårt att reducera på korrekt sätt. Till synes lite paradoxalt kan mv med visuella metoder i praktiken i sådana fall ge mera enhetliga resultat - speciellt när värden från många olika observatörer ska sammanfogas till ett enda observationsmaterial.

mvh
Hans Bengtsson

[Robert]

Mot en mörk bakgrund är indirekt seende klart känsligare, som Thomas menade - mot en ljusare bakgrund är det tvärtom. Som när jag skulle se Merkurius för ett par veckor sen - ingen möjlighet att se den förrän den irrande blicken lyckades fånga den i det 1 grad lilla fältet för direkt seende!

Tack för att man fick en förklaring till det fenomenet. Har undrat varför det är så svårt att se den ibland innan man lyckats hittar var den är.