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
|| ||
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
|| ||
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
|| ||