เคยสงสัยไหม เขากำหนดความสว่างของดาวกันอย่างไร

เมื่อพูดถึงความสว่างของดวงดาวหรือวัตถุต่าง ๆ บนท้องฟ้า เราอาจได้ยินการระบุความสว่างแบบแปลก ๆ ไม่คุ้นหู ซึ่งอาจทำให้คนที่ไม่คุ้นเคยหรือมือใหม่สับสนได้ 

ความสว่างของดวงดาว รวมถึงวัตถุต่าง ๆ บนท้องฟ้า ไม่ได้บอกเป็นวัตต์หรือเป็นลูเมนแบบความสว่างของหลอดไฟ แต่นักดาราศาสตร์มีมาตรวัดเฉพาะสำหรับวัตถุท้องฟ้า เรียกว่า โชติมาตร หรือ อันดับความสว่าง (magnitude) 

ในที่นี้ขอเรียกว่าโชติมาตรเพียงอย่างเดียว ถ้าไปพบคำว่าอันดับความสว่างที่ไหนก็ขอให้เข้าใจว่ามีความหมายเหมือนกัน 

โชติมาตรระบุด้วยตัวเลขอย่างเดียว ไม่มีหน่วย ค่าตัวเลขโชติมาตรกับความสว่างจะสวนทางกัน นั่นคือ ตัวเลขยิ่งต่ำความสว่างยิ่งมาก ตัวเลขยิ่งมากความสว่างยิ่งน้อย  นิยามของโชติมาตรกำหนดไว้ว่า ดาวที่มีโชติมาตรต่างกัน 5 อันดับจะมีความสว่างต่างกัน 100 เท่า ดังนั้น โชติมาตรที่ต่างกันแต่ละอันดับจะมีความสว่างต่างกันประมาณ 2.512 เท่า ดูตัวอย่างโชติมาตรของวัตถุบางดวงได้ในตารางข้างล่างนี้



ไม่เพียงแต่ดวงดาวเท่านั้น วัตถุต่าง ๆ ที่ไปลอยอยู่บนฟ้า ก็ใช้มาตรเดียวกันในการระบุความสว่าง ไม่ว่าจะเป็นดาวเทียม สถานีอวกาศ ดาวตก ลูกไฟ เช่น สถานีอวกาศนานาชาติช่วงที่สว่างที่สุดอาจมีโชติมาตร -6 สถานีเทียนกงมีขนาดย่อมลงมาก็ยังมีโชติมาตร -4.3 ก็ยังนับว่าสว่างมาก แสงวาบอิริเดียมซึ่งเกิดจากดาวเทียมอิริเดียมสะท้อนแสงอาทิตย์มีโชติมาตรต่ำถึง -9 ซึ่งสว่างมาก

ค่าโชติมาตรยังอาจใช้ในการระบุขีดจำกัดของการมองเห็นของสายตาหรืออุปกรณ์หรือสถานการณ์ได้อีกด้วย เป็นค่าที่เรียกว่า ขอบเขตโชติมาตร ซึ่งหมายถึงโชติมาตรสูงสุด (จางที่สุด) เท่าที่จะมองเห็นได้ ดาวที่จางที่สุดเท่าที่สายตามนุษย์ปกติจะมองเห็นได้คือ โชติมาตร 6 ก็กล่าวได้ว่า สายตามนุษย์มีขอบเขตโชติมาตร 6 เมื่อนำอุปกรณ์ต่าง ๆ มาช่วยในการสังเกตดาว เช่นกล้องสองตา กล้องโทรทรรศน์ ขอบเขตโชติมาตรก็จะมากขึ้น หมายความว่ามองเห็นวัตถุที่จางลงได้ดีขึ้น เช่น กล้องสองตาขนาด 10x50 มีขอบเขตโชติมาตรประมาณ +10 แสดงว่ามองเห็นได้ถึงดาวที่มีโชติมาตร 10 กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลมีขอบเขตโชติมาตรถึง +31.5 จึงส่องเห็นดาวที่จางมาก ๆ ได้

ขอบเขตโชติมาตรยังใช้ระบุทัศนวิสัยของท้องฟ้าได้ด้วย เมื่อใช้ในความหมายนี้จะเป็นตัวเลขที่แสดงว่าสภาพท้องฟ้าขณะนั้นสามารถมองเห็นดาวที่จางที่สุดได้เท่าใด ทัศนวิสัยของท้องฟ้ามีตัวแปรต่าง ๆ มากที่ทำให้ขอบเขตโชติมาตรเปลี่ยนไป เช่น แสงรบกวน หมอกควันในบรรยากาศ ความชื้น เมฆจาง ๆ โดยทั่วไปถือว่า สภาพท้องฟ้าที่มีทัศนวิสัยดีที่สุดมีขอบเขตโชติมาตร 6.5 ถ้าไปดูดาวในคืนจันทร์เพ็ญ หรือใกล้แหล่งชุมชน หรือในเมือง ค่าขอบเขตโชติมาตรย่อมลดลงไป ในเมืองใหญ่อย่างกรุงเทพ อาจมีค่าขอบเขตโชติมาตรอยู่ที่ประมาณ 4 เท่านั้น นับว่าเป็นสถานที่ที่ไม่น่าดูดาวเอาเลย

ความหมายของโชติมาตรตามที่อธิบายไว้ตั้งแต่ต้น เรียกว่า โชติมาตรปรากฏ (apparent magnitude) หมายถึงความสว่างตามที่มองเห็นจากโลกเท่านั้น มิได้แสดงถึงความสว่างที่แท้จริงของดวงดาวนั้น ดาวที่สว่างมากแต่หากอยู่ไกลมาก ก็จะปรากฏเพียงริบหรี่ ดาวที่ริบหรี่แต่อยู่ใกล้ ก็อาจปรากฏว่าสว่างมากก็ได้ แสงไฟจากเทียนไขที่อยู่ห่างออกไปสองเมตรย่อมดูสว่างกว่าแสงไฟจากไฟหน้ารถยนต์ที่ห่างออกไป 200 เมตร ความสว่างปรากฏจึงใช้แสดงความสว่างที่แท้จริงของแหล่งกำเนิดแสงนั้นไม่ได้เช่นกัน ดวงอาทิตย์ของเราจัดเป็นดาวฤกษ์ขนาดเล็กเมื่อเทียบกับดาวส่วนใหญ่ แต่ปรากฏสว่างที่สุดเพราะอยู่ใกล้โลกมาก ดังนั้นโชติมาตรปรากฏจึงใช้แสดงความสว่างที่แท้จริงของดาวไม่ได้ จึงมีมาตรวัดอีกชนิดหนึ่งเรียกว่า โชติมาตรสัมบูรณ์ (absolute magnitude) มีนิยามว่าโชติมาตรที่จะวัดได้โดยสมมุติว่าดาวดวงนั้นมีระยะห่างจากโลก 10 พาร์เซก หรือ 32.6 ปีแสง 



ระยะมาตรฐานที่กำหนดไว้ 10 พาร์เซกนี้ใช้เฉพาะกับดาวฤกษ์ หากเป็นกรณีของดาวหาง ดาวเคราะห์น้อย ก็จะใช้ระยะ 1 หน่วยดาราศาสตร์เป็นระยะมาตรฐาน และหากเป็นกรณีของดาวตก ก็จะใช้ระยะ 100 กิโลเมตรเป็นระยะมาตรฐาน