[科普中國(guó)]-星等

簡(jiǎn)介

星等是天文學(xué)上對(duì)星星明暗程度的一種表示方法，記為 m。通俗的說(shuō)法是星星的等級(jí)1。

天文學(xué)上規(guī)定，星的明暗一律用星等來(lái)表示，星等數(shù)越小，說(shuō)明星越亮，星等數(shù)每相差 1星的亮度大約相差 2.512 倍。1 等星的亮度恰好是 6 等星的 100 倍。每相差0.1星等的亮度大約相差1.0965倍

天空中有一等星21 顆，二等星有 46 顆，三等星 134 顆，四等星共 458 顆，五等星有 1476 顆，六等星共 4840 顆，共計(jì) 6974 顆。更亮的為 0 等以至負(fù)的星等。例如，太陽(yáng)是 －26.7 等，滿月的亮度是 －12.6 等，金星最亮?xí)r可達(dá) －4.4 等。

我們把肉眼能夠看到的最暗的星設(shè)定是 6 等星（6m 星）。天空中亮度在 6 等以上（即星等數(shù)小于 6）也就是可以看到的星有 6000 多顆。當(dāng)然，同一時(shí)刻我們只能看到半個(gè)天球上的星星，即 3000 多顆。而當(dāng)今世界上最大的天文望遠(yuǎn)鏡能看到暗至 24m 的天體，而哈勃望遠(yuǎn)鏡能拍攝得到的最暗星等達(dá) 30m。

恒星的真正亮度還可用光度表示。光度就是恒星每秒鐘輻射的總能量。恒星的光度由它的溫度和表面積決定。溫度愈高光度愈大；恒星的表面積愈大光度也愈大。恒星的大小和溫度是決定恒星光度的兩個(gè)重要物理量。恒星的光度與絕對(duì)星等之間存在著密切的關(guān)系。絕對(duì)星等相差 1 等，光度相差 2.512 倍。例如絕對(duì)星等 1 等星的光度是絕對(duì)星等 2 等星的光度的 2.512 倍，是絕對(duì)星等 6 等星的 100 倍。這和星等與視亮度之間的關(guān)系是類似的。

恒星之間的光度差別非常大。以太陽(yáng)為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)比較，織女星的絕對(duì)星等是 0.5 等，它的光度是太陽(yáng)的 50 倍。超巨星“天津四”的絕對(duì)星等大約是－7.2 等，其光度比太陽(yáng)強(qiáng)五萬(wàn)多倍。還有一顆在星空中極不起眼的天蝎座“尾宿三” ，視星等只有 4.7 等，但它的絕對(duì)星等是 －10.2 等，它的光度幾乎是太陽(yáng)光度的 150～180 萬(wàn)倍。光度超過(guò)太陽(yáng)的 100 萬(wàn)倍的恒星比比皆是。

天文學(xué)家把光度大的恒星叫做巨星，光度小的稱為矮星。光度比巨星更強(qiáng)的叫超巨星。從表面積愈大光度也愈大的規(guī)律可以知道，光度大的巨星，體積也大，光度小的矮星，體積也小。太陽(yáng)是一顆黃色的矮星，相比之下光度比較弱。但還有比它更弱的矮星。

光度用每秒輻射多少爾格（爾格/秒）來(lái)表示。不僅適用于光學(xué)波段，也適用于其它波段，如紅外、紫外、射電、X 射線及 γ 射線波段。它是恒星本身所固有的，表征其輻射本領(lǐng)的量。

太陽(yáng)的光度是 ，知道了恒星的絕對(duì)星等后，就可以對(duì)比太陽(yáng)的光度，得到恒星的光度L。

起源發(fā)展

公元前二世紀(jì)，古希臘天文學(xué)家喜帕恰斯在愛(ài)琴海的羅德島建立觀星臺(tái)，并在天蝎座看到一顆陌生的星。為了描述這顆前人沒(méi)有記錄的星星，他決定繪制一份詳細(xì)的星圖。經(jīng)過(guò)頑強(qiáng)的努力，這份標(biāo)有上千顆恒星位置和亮度的星圖誕生了。喜帕恰斯將恒星按照亮度分成等級(jí)，最亮的二十顆作為一等星，最暗的作為六等星，中間又有二等星、三等星、四等星、五等星。喜帕恰斯在 2100多年前創(chuàng)立的“星等”的概念一直沿用到今天。

到了 1850 年，由于光度計(jì)在天體光度測(cè)量中的應(yīng)用，英國(guó)天文學(xué)家普森（M.R.Pogson）把肉眼看見(jiàn)的一等星到六等星做了比較，發(fā)現(xiàn)星等相差 5 等的亮度之比約為 100 倍。于是提出的衡量天體亮度的單位，一個(gè)星等間的亮度比規(guī)定為 即約 2.512 倍。它是天體光度學(xué)的重要內(nèi)容。當(dāng)然，現(xiàn) 在對(duì)天體光度的測(cè)量非常精確，星等自然也分得很精細(xì)，由于星等范圍太小，又引入了負(fù)星等，來(lái)衡量極亮的天體，把比一等星還亮的定為零等星，比零等星還亮的定為－1 等星，依此類推，同時(shí)，星等也用小數(shù)表示。星等又分視星等和絕對(duì)星等，視星等是地球上的觀測(cè)者所見(jiàn)的天體的亮度，比如，全天最亮的恒星天狼星為－1.45 等星，老人星為－0.73 等星，織女星為 0.04 等星，牛郎星為 0.77 等星。而絕對(duì)星等是在距天體 10 秒差距（32.6光年）處所看到的亮度，太陽(yáng)的絕對(duì)星等為 4.75 等；熱星等是測(cè)量恒星整個(gè)輻射，而不是只測(cè)量一部分可見(jiàn)光所得到的星等；單色星等是只測(cè)量電磁波譜中某些范圍很窄的輻射而得的星等；窄頻帶星等是測(cè)量略寬一點(diǎn)的頻段所得的星等；寬頻帶星等的測(cè)量范圍更寬；人眼對(duì)黃色最敏感，因此目視星等也可稱為黃星等。

計(jì)算公式普森公式：

聯(lián)系兩個(gè)天體的星等 m1、m2 和它們的亮度 E1、E2。這個(gè)星等尺度的定義一直沿用至今。星等尺度的零點(diǎn)由規(guī)定某顆星的星等值來(lái)確定。

星等分類視星等天體光度測(cè)量直接得到的星等同天體的距離有關(guān)，稱為視星等，它反映天體的視亮度。一顆很亮的星可以由于距離遠(yuǎn)而顯得很暗（星等數(shù)值大）；而一顆實(shí)際上很暗的星可能由于距離近而顯得很亮（星等數(shù)值?。?。對(duì)于點(diǎn)光源，則代表天體在地球上的照度。星等常用 m 表示。對(duì)單一波長(zhǎng)測(cè)定的單色星等差與輻射探測(cè)器的特性無(wú)關(guān)。但在一定波段內(nèi)測(cè)定的星等差，隨探測(cè)器的選擇性而不同。因此，對(duì)應(yīng)不同探測(cè)器有各種星等系統(tǒng)。例如：

目視星等 mv 是人眼測(cè)定的星等。美國(guó)哈佛大學(xué)天文臺(tái)規(guī)定小熊座λ 星的 mv=+6.55 等，以此來(lái)確定目視星等的零點(diǎn)。例如，太陽(yáng)的目視星等為－26.74 等；天狼星的目視星等為－1.6 等。目視星等為 1 等的星，在地面的照度約等于 8.3×10-9 勒克司。

照相星等 mp 是用藍(lán)敏照相底片測(cè)定的星等。國(guó)際照相星等 Ipg 的零點(diǎn)是這樣規(guī)定的：令目視星等介于 5.5～6.5 等間的 A0 型星的平均 Ipg 為 mv。

仿視星等 mpv、國(guó)際仿視星等 Ipv 是用正色底片加黃色濾光片測(cè)定的。它的分光特性與人眼相近，實(shí)際上取代了目視星等。

光電星等是用光電倍增管測(cè)定的星等。目前最常用的光電星等系統(tǒng)是 UBV 測(cè)光系統(tǒng)。U 為紫外星等，B 為藍(lán)星等，V 為黃星等（和目視星等相似）。

熱星等 mbol 是表征天體在整個(gè)電磁波段內(nèi)輻射總量的星等。不能直接由觀測(cè)來(lái)確定，只能由多色測(cè)光的星等結(jié)合理論計(jì)算來(lái)求得。隨著各波段測(cè)光技術(shù)特別是大氣外觀測(cè)的發(fā)展，確定熱星等的精度越來(lái)越高。

絕對(duì)星等為了比較天體的發(fā)光強(qiáng)度，采用絕對(duì)星等。絕對(duì)星等 M 的定義是，把天體假想置于距離 10 秒差距處所得到的視星等。若已知天體的視差π（以弧秒計(jì)）和經(jīng)星際消光改正的視星等m，可按下列公式計(jì)算絕對(duì)星等：

若已知天體的距離d和視星等m，可按下列公式計(jì)算絕對(duì)星等：

其中d0 是 10秒差，即 32.616光年。

對(duì)應(yīng)不同系統(tǒng)的視星等有不同的絕對(duì)星等。

若已知天體的絕對(duì)星等和視差π，或者距離d，可按照下列公式計(jì)算可視星等：

或

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目視星等是指我們用肉眼所看到的星等。看來(lái)不突出的、不明亮的恒星，并不一定代表他們的發(fā)光本領(lǐng)差。道理十分簡(jiǎn)單：我們所看到恒星視亮度，除了與恒星本生所輻射光度有關(guān)外，距離的遠(yuǎn)近也十分重要。同樣亮度的星球

距離我們比較近的，看起來(lái)自然比較光亮。所以晦暗的星并不代表他比較光亮的星細(xì)小。

照相星等UBV 系統(tǒng)包括對(duì)天體在三個(gè)波長(zhǎng)段的輻射測(cè)量，傳統(tǒng)上通過(guò)在檢測(cè)系統(tǒng)前放置標(biāo)準(zhǔn)濾光片實(shí)現(xiàn)：

U：波長(zhǎng) 360nm 左右，測(cè)量近紫外線成份，所得為紫外星等。

B：波長(zhǎng) 440nm 左右，測(cè)量藍(lán)色成分，所得為藍(lán)色星等（藍(lán)等，英文 Blue magnitude）。

V：波長(zhǎng) 550nm 左右，測(cè)量黃、綠色成分，和人眼所見(jiàn)亮度接近，所得為可見(jiàn)星等。天文文獻(xiàn)中，不特別說(shuō)明的星等一般是可見(jiàn)星等。

這三個(gè)星等每個(gè)又有視星等和絕對(duì)星等之區(qū)分。絕對(duì)星等的定義為：

E為照度，在國(guó)際單位制中的單位是流明/米2；r 為天體距離，C為常數(shù)，定義為太陽(yáng)的可見(jiàn)絕對(duì)星等 MU=5.61，MB=5.84，MV=4.83。

光度表

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注：水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星、月球及彗星等太陽(yáng)系內(nèi)的天體，并不會(huì)自己發(fā)光的，他們是靠反射太陽(yáng)的光線。

為了比較不同恒星的真實(shí)發(fā)光能力，應(yīng)該把它們放在距離相同的地方進(jìn)行比較，就像賽跑必須站在同一起跑線上一樣。恒星的這條“起跑線”定為 10 秒差距（10 pc），即 32.616 光年。規(guī)定恒星在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)距離處的亮度為它的絕對(duì)亮度，用絕對(duì)星等來(lái)表示。一個(gè)恒星的絕對(duì)星等是通過(guò)計(jì)算得出來(lái)的。太陽(yáng)的視亮度是無(wú)與倫比的，但如果把它放到比當(dāng)前遠(yuǎn) 206 萬(wàn)倍遠(yuǎn)的 10 秒差距處，它的絕對(duì)星等只有 4.75 等，是一顆很暗的星星了2。

亮星表

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