Nordstjernen

Nordstjernen er en stjerne i det nordlige stjernebillede Lille Bjørn. Den omtales også ofte som Polaris eller Polarstjernen. Den systematiske betegnelse er Alfa Ursae Minoris, forkortet ${\displaystyle \alpha {\text{ UMi}}}$. Den Internationale Astronomiske Union IAUs Working Group on Star Names (WGSN) har den 30. juni 2016 fastlagt egennavnet Polaris for denne stjerne.^[5] Med en størrelsesklasse på ${\displaystyle m=2.02}$^[1] er Nordstjernen den 46. klareste stjerne på himlen.

Stjerne Nordstjernen eller Polaris (α Ursae Minoris)
Placeringen af Nordstjernen i enden af halen på Lille Bjørn, stjernebilledet Ursa Minor
Observerede data Epoke og ekvinoktium: J2000.0
Stjernebillede	Lille Bjørn
Rektascension ${\displaystyle \alpha }$	02h 31m 49,09456s [1]
Deklination ${\displaystyle \delta }$	+89° 15′ 50,7923″ [1]
Tilsyneladende størrelsesklasse m	2.02 (1.86 - 2.13) mag [1]
Typebeskrivelse
Spektralklasse	F8Ib [1]
Type af variabilitet	Klassisk cepheide
Astrometri
Radialhastighed ${\displaystyle \rho }$	(-16.42 ± 0.03) km/s [1]
Parallakse p	7,321 mas [2]
Afstand d[2]	447.6 la 137.2 pc
Absolut visuel størrelse  Mvis	−5,0 til −5,3 mag
Egenbevægelse
I rektascension ${\displaystyle \mu _{\alpha }}$	44.48 mas/år
I deklination ${\displaystyle \mu _{\delta }}$	-11.85 mas/år
Fysiske egenskaber
Masse M	5.13 ± 0.28 M☉ [3]
Radius R	46.3 ± 0.4 R☉ [3]
Luminositet L	ca. 1260 L☉
Effektiv temperatur Teff	6015 K [4]
Rotationstid Prot	2070 til 2355 dage
Alder	ca. 10 mio. år
Andre betegnelser og katalogindgange
Bonner Durchmusterung BD +7° 1055 Bright Star-kataloget HR 2061 Henry Draper-kataloget HD 39801 SAO Catalogue SAO 113271  Tycho-kataloget TYC 129-1873-1  Hipparcos-kataloget HIP 27989 Andre betegnelser ADS 4506

Stjernens navne skyldes, at stjernen står tæt på den nordlige himmelpol, afstanden er kun 0.66 grader. Den nordlige himmelpol er det punkt på nordhimlen, som Jordens rotationsakse peger mod. På den geografiske nordpol står Nordstjernen næsten i zenit, ved ækvator kan den måske skimtes helt nede i horisonten og ved sydpolen er den usynlig, den står i nadir.

I døgnets løb skifter Nordstjernen næsten ikke plads på himlen. Den er derfor velegnet til at bestemme retningen til geografisk nord. Den har været brugt til at navigere efter i århundrederne før kompasset blev opfundet, og til korrektion af kompassers misvisning.

Polaris er den nærmeste cepheide, en stjernetype med regelmæssig ændring af lysstyrken, som har haft stor betydning for måling af afstande til fjerne galakser. Dens egen afstand til jorden er først blevet nøjagtigt bestemt af den astrometriske satellit Gaia, der fandt en værdi på 448 lysår (137 parsec).

Polaris som stjerne

De tre komponenter af Alfa Ursae Minoris fotograferet af Hubble Space Telescope i 2006.^[6] Stjernekortet til venstre viser Karlsvognen og Lille Bjørn med Polaris. Øverst til højre: Polaris A og Polaris B med en indbyrdes afstand på 18 buesekunder. Nederst til venstre: Polaris Aa og Ab.

Undersøgelser med store kikkerter viser, at der er tale om en tredobbelt stjerne.

Den primære stjerne (og den som har IAU-egennavnet "Polaris") er en gul superkæmpe med det systematiske navn Polaris Aa. Dens spektraltype er F7Ib. Den omkredses af ledsagerstjernen Polaris Ab med en omløbstid på 29.4 år.

Dette par omkredses af en fjernere ledsager, dværgstjernen Polaris B (BD+88°9). Den har været brugt som sammenligningsstjerne til at påvise lysstyrkeændringer hos Polaris.

Det ydre par AB blev opdaget i 1779 af den engelske astronom William Herschel med en hjemmebygget spejlkikkert ^[7]. Den visuelle ledsager, Polaris B, er en hovedseriestjerne af spektraltype F3 V og størrelsesklasse 8. Afstanden AB er på 18" i buemål, hvilket svarer til en lineær afstand på 2400 au.

Polaris Ab blev første gang fotograferet af Hubble Space Telescope i 2006.^[8][9] De to komponenter er adskilt med under 0.2 buesekunder, hvilket er nær Hubbles opløsningsevne. En vinkel på 0.2" er lig udstrækningen af en bordtennisbold (diameter 40 mm) set i en afstand af 41 km. Desuden er forskellen i lysstyrke meget stor: Polaris har som superkæmpe en lysstyrke på omkring 1260 gange Solens, medens Polaris Ab er en beskeden hovedseriestjerne med spektraltype F6V. Hvis det lykkes at få målt en nøjagtig bane af Ab omkring Aa, vil man kunne bestemme massen af denne med god nøjagtighed, hvilket hidtil har været vanskeligt for cepheider på grund af deres store afstande.

Middelafstanden Aa - Ab er 18.5 au, hvilket kan sammenlignes med 20.1 au for Solen - Uranus. Til sammenligning er afstanden A - B ca. 2400 au.

Man har haft to nære stjerner med afstande på 43" og 83" mistænkt for at være yderligere komponenter ("Polaris C" hhv. "Polaris D"), men det drejer sig blot om feltstjerner ("optiske dobbeltstjerner").

Lyse og mørkeområder på overfladen af Polaris. Pixeleringen skyldes den begrænsede opløsningsevne. Rekonstrueret ved brug af interferometriske data opsamlet gennem 5 år.

I 2024 lykkedes det for første gang at påvise detaljer på overfladen af kæmpestjernen Polaris.^[3] Man anvendte et optisk interferometer, CHARA Array^[10], med lang basislængde (op til 331 m) for at opnå høj opløsningsevne. Observationerne blev foretaget i årene 2016 - 2021. Man kunne også bestemme massen af Polaris med relativ høj nøjagtighed, ${\displaystyle M_{\text{Aa}}=5.13\pm 0.28\,{\text{M}}_{\odot }}$, medens ledsagestjernen Ab har massen ${\displaystyle M_{\text{Ab}}=1.32\pm 0.03\,{\text{M}}_{\odot }}$. Radius blev målt til ${\displaystyle R_{\text{Aa}}=46.3\pm 0.4\,{\text{R}}_{\odot }}$ og systemets omløbstid til ${\displaystyle P=29.416\pm 0.028\,{\text{år}}}$.

Polaris som cepheidestjerne

Polaris er den nærmeste af den type variable stjerner, som betegnes cepheider og den eneste, hvis masse har kunnet bestemmes dynamisk (på grund af tilstedeværelsen af en ledsager). Cepheider kan på grund af deres høje lysstyrke ses ud i store afstande (ud til de nærmeste galakser). De er velegnede til brug for afstandsbestemmelse.

I 1800-tallet blev Polaris anvendt som standardstjerne til ved sammenligning at bestemme lysstyrken af andre stjerner. Men fra 1852 fik man mistanke om, at lysstyrken varierede, omend svagt. I 1911 kunne den danske astronom Ejnar Hertzsprung bekræfte, at Polaris var variabel med en periode på P = 3.9681 døgn.^[11] Variabiliteten viste sig at være som hos cepheidestjerner. ^[12]

Polaris er den nærmeste og lysstærkeste klassiske cepheide. Men amplituden i lysstyrkeændringen er lille og er blevet meget mindre i historisk tid, jævnfør de to viste lyskurver. Før 1963 var amplituden over 0.1 størrelsesklasser. Efter 1966 faldt den kraftigt mod 0.05 størrelsesklasser, og den har varieret uregelmassigt siden. Udsvingets beskedne størrelse synes nu at have stabiliseret sig og er måske voksende igen. Årsagen kan være, at Polaris er i færd med at forlade den såkaldte ustabilitets-stribe i HR-diagrammet. Det er et område af HR-diagrammet, som en tung stjerne i sin udvikling som superkæmpe passerer igennem og i hvilket stjernen pulserer fysisk.

Polaris som cepheide-variabel stjerne. Fire billeder blev i 2022 optaget med 24 timers mellemrum. Sekvensen illustrerer stjernens svage pulseren; lysstyrken varierer med kun 0.27 størrelsesklasser.

Ejnar Hertzsprungs første kurve for lysvariationen af Polaris. Observationerne blev udført mellem 7. november 1910 og 15. maj 1911. De blev samlet i 20 grupper, hvis middelværdi vises med en prik. De er fordelt efter fase, dvs. brøkdele af perioden på P = 3.9681 døgn; fasen er vist fra 0.0, via 1.0 til 1.2. På andenaksen vises forskellen mellem størrelsesklassen af Polaris og sammenligningsstjernen BD +88°4. Lysstyrken svinger med knap 1 størrelsesklasse. Hertzsprung kunne ikke konstatere en klar afvigelse fra en sinusvariation (stiplet kurve). Forskellen vises nederst. Han kunne derfor ikke endeligt fastslå, at der var tale om en cepheide (hvor lysstyrken vokser hurtigt, men aftager langsomt).

Figuren viser den svage variation af lysstyrken af Polaris i 1994. Perioden var da P = 3.9696 døgn og udsvinget kun Δm = 0.13 størrelsesklasser. I alt 5148 observationer blev samlet og fordelt i de viste 7 lige store dele af pulsationsperioden.[13] ]]

Polaris som polstjerne

Positionen af Polaris på himmelkuglen med ti års mellemrum fra 2020 til 2190.Positionen ændrer sig på grund af jordaksens præcession.

Da Polaris står tæt på himlens nordpol, ændres dens rektascension sig kraftigt på kort tid, se figuren. Hosstående tabel viser, at deklinationen langsomt vokser mod et maximum for derefter at aftage. I tabellen er der ikke taget hensyn til jordaksens nutation og stjernelysets aberration. Den mindste afstand til polen indtræffer i februar 2102, hvor deklinationen vil være ${\displaystyle +89^{\textrm {o}}32'23''}$ ^{[14] :305} . Medtager man nutation og årlig aberration i beregningerne, så indtræffer mindste afstand næsten to år tidligere, nemlig 24. marts 2100, hvor deklinationen vil være ${\displaystyle +89^{\textrm {o}}32'50.62''}$ ^{[14] :308} .

Ækvatorkoordinater for Polaris

Epoke og ekvinoktium	Rektascension ${\displaystyle \alpha }$	Deklination ${\displaystyle \delta }$
${\displaystyle {\textrm {J2000.0}}}$	${\displaystyle 2^{\textrm {h}}31^{\textrm {m}}48.704^{\textrm {s}}}$	${\displaystyle +89^{\textrm {o}}15'50.72''}$
${\displaystyle {\textrm {J2025.0}}}$	${\displaystyle 3^{\textrm {h}}04^{\textrm {m}}25.013^{\textrm {s}}}$	${\displaystyle +89^{\textrm {o}}22'03.33''}$
${\displaystyle {\textrm {J2050.0}}}$	${\displaystyle 3^{\textrm {h}}48^{\textrm {m}}16.421^{\textrm {s}}}$	${\displaystyle +89^{\textrm {o}}27'15.39''}$
${\displaystyle {\textrm {J2075.0}}}$	${\displaystyle 4^{\textrm {h}}45^{\textrm {m}}30.226^{\textrm {s}}}$	${\displaystyle +89^{\textrm {o}}30'54.10''}$
${\displaystyle {\textrm {J2100.0}}}$	${\displaystyle 5^{\textrm {h}}53^{\textrm {m}}29.166^{\textrm {s}}}$	${\displaystyle +89^{\textrm {o}}32'22.18''}$
${\displaystyle {\textrm {J2102.1}}}$	${\displaystyle 5^{\textrm {h}}59^{\textrm {m}}24.852^{\textrm {s}}}$	${\displaystyle +89^{\textrm {o}}32'22.75''}$
${\displaystyle {\textrm {J2125.0}}}$	${\displaystyle 7^{\textrm {h}}02^{\textrm {m}}29.149^{\textrm {s}}}$	${\displaystyle +89^{\textrm {o}}31'19.48''}$
${\displaystyle {\textrm {J2150.0}}}$	${\displaystyle 8^{\textrm {h}}01^{\textrm {m}}56.436^{\textrm {s}}}$	${\displaystyle +89^{\textrm {o}}28'00.76''}$

Nordstjernen på stjernehimlen

Figuren viser, til fire forskellige lokale tidspunkter, positionen på den nordlige himmel af Lille Bjørn og Karlsvognen Sidstnævnte er en del af stjernebilledet Store Bjørn, som vises i sin helhed nederst. Som man kan se, bevæger Nordstjernen (for enden af Lille Bjørns hale) sig kun meget lidt i døgnets løb. Nederst vises nogle kompasretninger, og zenit øverst er markeret med et kryds (×).

Illustrationen viser, hvordan man ved hjælp af det nok kendteste stjernekonfiguration, Karlsvognen, kan finde Nordstjernen. Man forlænger buen mellem de to forreste stjerner i Karlsvognen fem gange og når da et punkt på himlen nær den nordlige himmelpol – og dermed Nordstjernen.

Som det fremgår af ovenstående illustrationer kan man benytte Karlsvognen til at finde Nordstjernen på himlen. Retter man en klar nat et faststående kamera mod nord og holder lukkeren åben, vil stjernernes daglige bevægelse hen over himlen vise sig som små buer på fotografiet. Buelængden i synsfeltet vokser med stjernens afstand fra himlens nordpol og er kun ganske lille for Nordstjernens vedkommende, se nedenstående eksempler.

Billedet viser typiske stjernespor omkring den nordlige himmelpol. Det er sammensat af 20 enkeltoptagelser på hver 1½ minuts varighed. Nordstjernen ses tæt ved centrum for alle buerne (himlens nordpol). Det svage lysspor oven over Nordstjernen nær øvre rand skyldes et fly. Billedet er optaget i England på nordlig geografisk bredde 52° 28′.

Denne optagelse fra det nordlige Arizona i 1982 viser et stort antal stjernespor. Belysningstiden var over 7 timer. Sporet af Nordstjernen ses tæt ved og over himlens nordpol, men man kan se, at der er svagere stjerner endnu tættere på polen.

Polaris på flag og våbenskjold

Polaris figurerer sammen med Karlsvognen markant på Alaskas flag og er også afbildet på flaget for det canadiske territorium Nunavut samt på våbenskjoldet for den finske kommune Utsjoki i Lapland.

• 
  Alaskas flag
• 
  Nunavuts flag
• 
  Utsjokis våbenskjold