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星等

发布时间:2023-09-15 16:48:26

星等(magnitude)是衡量天体光度的量。为了衡量星星的明暗程度,古希腊天文学家喜帕恰斯(Hipparchus,又名依巴谷)在公元前二世纪首先提出了星等这个概念。星等值越小,星星就越亮;星等的数值越大,它的光就越暗。在不明确说明的情况下,星等一般指目视星等。

星等简介

星等是天文学上对星星明暗程度的一种表示方法,记为 m。通俗的说法是星星的等级。

星等

天文学上规定,星的明暗一律用星等来表示,星等数越小,说明星越亮,星等数每相差 1星的亮度大约相差 2.512 倍。1 等星的亮度恰好是 6 等星的 100 倍。每相差0.1星等的亮度大约相差1.0965倍

天空中有一等星21 颗,二等星有 46 颗,三等星 134 颗,四等星共 458 颗,五等星有 1476 颗,六等星共 4840 颗,共计 6974 颗。更亮的为 0 等以至负的星等。例如,太阳是 -26.7 等,满月的亮度是 -12.6 等,金星最亮时可达 -4.9 等。

我们把肉眼能够看到的最暗的星设定是 6 等星(6m 星)。天空中亮度在 6 等以上(即星等数小于 6)也就是可以看到的星有 6000 多颗。当然,同一时刻我们只能看到半个天球上的星星,即 3000 多颗。而当今世界上最大的天文望远镜能看到暗至 24m 的天体,而哈勃望远镜能拍摄得到的最暗星等达 30m。

星等

恒星的真正亮度还可用光度表示。光度就是恒星每秒钟辐射的总能量。恒星的光度由它的温度和表面积决定。温度愈高光度愈大;恒星的表面积愈大光度也愈大。恒星的大小和温度是决定恒星光度的两个重要物理量。恒星的光度与绝对星等之间存在着密切的关系。绝对星等相差 1 等,光度相差 2.512 倍。例如绝对星等 1 等星的光度是绝对星等 2 等星的光度的 2.512 倍,是绝对星等 6 等星的 100 倍。这和星等与视亮度之间的关系是类似的。

恒星之间的光度差别非常大。以太阳为标准来比较,织女星的绝对星等是 0.5 等,它的光度是太阳的 50 倍。超巨星“天津四”的绝对星等大约是-7.2 等,其光度比太阳强五万多倍。还有一颗在星空中极不起眼的天蝎座“尾宿三” ,视星等只有 4.7 等,但它的绝对星等是 -10.2 等,它的光度几乎是太阳光度的 150~180 万倍。光度超过太阳的 100 万倍的恒星比比皆是。

天文学家把光度大的恒星叫做巨星,光度小的称为矮星。光度比巨星更强的叫超巨星。从表面积愈大光度也愈大的规律可以知道,光度大的巨星,体积也大,光度小的矮星,体积也小。太阳是一颗黄色的矮星,相比之下光度比较弱。但还有比它更弱的矮星。

光度用每秒辐射多少尔格(尔格/秒)来表示。不仅适用于光学波段,也适用于其它波段,如红外、紫外、射电、X 射线及 γ 射线波段。它是恒星本身所固有的,表征其辐射本领的量。

太阳的光度是星等

,知道了恒星的绝对星等后,就可以对比太阳的光度,得到恒星的光度L。

星等起源发展

星等

公元前二世纪,古希腊天文学家喜帕恰斯在爱琴海的罗德岛建立观星台,并在天蝎座看到一颗陌生的星。为了描述这颗前人没有记录的星星,他决定绘制一份详细的星图。经过顽强的努力,这份标有上千颗恒星位置和亮度的星图诞生了。喜帕恰斯将恒星按照亮度分成等级,最亮的二十颗作为一等星,最暗的作为六等星,中间又有二等星、三等星、四等星、五等星。喜帕恰斯在 2100多年前创立的“星等”的概念一直沿用到今天。

星等

到了 1850 年,由于光度计在天体光度测量中的应用,英国天文学家普森(M.R.Pogson)把肉眼看见的一等星到六等星做了比较,发现星等相差 5 等的亮度之比约为 100 倍。于是提出的衡量天体亮度的单位,一个星等间的亮度比规定为星等

即约 2.512 倍。它是天体光度学的重要内容。当然,现 在对天体光度的测量非常精确,星等自然也分得很精细,由于星等范围太小,又引入了负星等,来衡量极亮的天体,把比一等星还亮的定为零等星,比零等星还亮的定为-1 等星,依此类推,同时,星等也用小数表示。星等又分视星等和绝对星等,视星等是地球上的观测者所见的天体的亮度,比如,全天最亮的恒星天狼星为-1.45 等星,老人星为-0.73 等星,织女星为 0.04 等星,牛郎星为 0.77 等星。而绝对星等是在距天体 10 秒差距(32.6光年)处所看到的亮度,太阳的绝对星等为 4.75 等;热星等是测量恒星整个辐射,而不是只测量一部分可见光所得到的星等;单色星等是只测量电磁波谱中某些范围很窄的辐射而得的星等;窄频带星等是测量略宽一点的频段所得的星等;宽频带星等的测量范围更宽;人眼对黄色最敏感,因此目视星等也可称为黄星等。

星等计算公式

普森公式:

星等

星等

联系两个天体的星等 m1、m2 和它们的亮度 E1E2。这个星等尺度的定义一直沿用至今。星等尺度的零点由规定某颗星的星等值来确定。

星等星等分类

星等视星等

天体光度测量直接得到的星等同天体的距离有关,称为视星等,它反映天体的视亮度。一颗很亮的星可以由于距离远而显得很暗(星等数值大);而一颗实际上很暗的星可能由于距离近而显得很亮(星等数值小)。对于点光源,则代表天体在地球上的照度。星等常用 m 表示。对单一波长测定的单色星等差与辐射探测器的特性无关。但在一定波段内测定的星等差,随探测器的选择性而不同。因此,对应不同探测器有各种星等系统。例如:

    目视星等 mv 是人眼测定的星等。美国哈佛大学天文台规定小熊座λ 星的 mv=+6.55 等,以此来确定目视星等的零点。例如,太阳的目视星等为-26.74 等;天狼星的目视星等为-1.6 等。目视星等为 1 等的星,在地面的照度约等于 8.3×10 勒克司。

    照相星等 mp 是用蓝敏照相底片测定的星等。国际照相星等 Ipg 的零点是这样规定的:令目视星等介于 5.5~6.5 等间的 A0 型星的平均 Ipg 为 mv。

    仿视星等 mpv、国际仿视星等 Ipv 是用正色底片加黄色滤光片测定的。它的分光特性与人眼相近,实际上取代了目视星等。

    光电星等是用光电倍增管测定的星等。目前最常用的光电星等系统是 UBV 测光系统。U 为紫外星等,B 为蓝星等,V 为黄星等(和目视星等相似)。

    热星等 mbol 是表征天体在整个电磁波段内辐射总量的星等。不能直接由观测来确定,只能由多色测光的星等结合理论计算来求得。随着各波段测光技术特别是大气外观测的发展,确定热星等的精度越来越高。

星等绝对星等

为了比较天体的发光强度,采用绝对星等。绝对星等 M 的定义是,把天体假想置于距离 10 秒差距处所得到的视星等。若已知天体的视差π(以弧秒计)和经星际消光改正的视星等m,可按下列公式计算绝对星等:

星等

若已知天体的距离d和视星等m,可按下列公式计算绝对星等:

星等

其中d0 是 10秒差,即 32.616光年。

对应不同系统的视星等有不同的绝对星等。

若已知天体的绝对星等和视差π,或者距离d,可按照下列公式计算可视星等:

星等

星等

星等目视星等

星等

是指我们用肉眼所看到的星等。看来不突出的、不明亮的恒星,并不一定代表他们的发光本领差。道理十分简单:我们所看到恒星视亮度,除了与恒星本生所辐射光度有关外,距离的远近也十分重要。同样亮度的星球

距离我们比较近的,看起来自然比较光亮。所以晦暗的星并不代表他比较光亮的星细小。

星等照相星等

星等

UBV 系统包括对天体在三个波长段的辐射测量,传统上通过在检测系统前放置标准滤光片实现:

U:波长 360nm 左右,测量近紫外线成份,所得为紫外星等。

B:波长 440nm 左右,测量蓝色成分,所得为蓝色星等(蓝等,英文 Blue magnitude)。

V:波长 550nm 左右,测量黄、绿色成分,和人眼所见亮度接近,所得为可见星等。天文文献中,不特别说明的星等一般是可见星等。

这三个星等每个又有视星等和绝对星等之区分。绝对星等的定义为:

星等

E为照度,在国际单位制中的单位是流明/米;r 为天体距离,C为常数,定义为太阳的可见绝对星等 MU=5.61,MB=5.84,MV=4.83。

星等光度表

星体

目视星等

绝对星等

太阳

-26.70

4.80

月球(满月)

-13.00

不适用

金星(最亮时)

-4.9

不适用

天狼星(全天最亮恒星)

-1.450

1.43

织女星

0.03

0.50

牛郎星

0.77

2.19

注:水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星、月球及彗星等太阳系内的天体,并不会自己发光的,他们是靠反射太阳的光线。

为了比较不同恒星的真实发光能力,应该把它们放在距离相同的地方进行比较,就像赛跑必须站在同一起跑线上一样。恒星的这条“起跑线”定为 10 秒差距(10 pc),即 32.616 光年。规定恒星在这个标准距离处的亮度为它的绝对亮度,用绝对星等来表示。一个恒星的绝对星等是通过计算得出来的。太阳的视亮度是无与伦比的,但如果把它放到比当前远 206 万倍远的 10 秒差距处,它的绝对星等只有 4.75 等,是一颗很暗的星星了。

星等亮星表

中文名

英文名

所属星座

目视星等

地球距离(光年)

绝对星等

1.天狼星

Sirius

大犬座

-1.45

8.6

1.45

2.老人星

Canopus

船底座

-0.73

310

-5.53

3.南门二

Rigel Kentaurus

半人马座

-0.10

4.3

4.20

4.大角星

Arcturus

牧夫座

-0.06

36

-0.38

5.织女星

Vega

天琴座

0.04

25

0.58

6.五车二

Capella

御夫座

0.08

40

0.48

7.参宿七

Rigel

猎户座

0.11

700

-6.69

8.南河三

Procyon

小犬座

0.35

11

2.70

9.水委一

Achernar

波江座

0.46

80

-2.77

10.参宿四

Betelgeuse

猎户座

0.80

500

-5.13(长周期不规则变星,0.2~1 等,周期 2000 天)

11.马腹一

Hadar

半人马座

0.60

525

-5.1

12.河鼓二

Altair

天鹰座

0.77

16

2.21

13.毕宿五

Aldebaran

金牛座

0.85

60

-0.63

14.十字架二

Acrux

南十字座

0.90

450

-4.00

15.角宿一

Spica

室女座

0.96

350

-3.52

16.心宿二

Antares

天蝎座

1.00

500

-4.71

17.北河三

Pollux

双子座

1.15

35

1.09

18.北落师门

Fomalhaut

南鱼座

1.16

22

1.75

19.天津四

Deneb

天鹅座

1.25

1800

-8.73

20.十字架三

Mimosa

南十字座

1.26

500

-4.02

21.轩辕十四

Regulus

狮子座

1.35

70

-0.52

22.弧矢七

Adhara

大犬座

1.52

600

-3.97

23.北河二

Castor

双子座

1.58

50

0.58

24.十字架一

Gacrux

南十字座

1.63

80

-0.5

25.尾宿八

Shaula

天蝎座

1.63

300

-5.07

26.参宿五

Brellatrix

猎户座

1.64

400

-2.75

27.五车五

Elnath

金牛座

1.65

130

-1.6

28.南船五

Miaplacidus

船底座

1.68

50

-1.1

29.参宿二

Alnilam

猎户座

1.70

1300

-7.213

30.鹤一

Al Nair

天鹤座

1.74

70

-0.74

31.参宿一

Alnitak

猎户座

1.76

1300

-5.25

32.玉衡

Alioth

大熊座

1.77

60

-0.2

33.天枢

Dubhe

大熊座

1.79

70

-1.07

34.天社一

Regor

船帆座

1.78

1000

-5.31(实为双星,γ1 视星等为 4.27,子星 γ2 视星等 1.78)

35.天船三

Mirfak

英仙座

1.79

500

-4.21

37.弧矢一

Wezen

大犬座

1.84

2800

-6.66

38.箕宿三

Kaus Australis

人马座

1.85

120

-2(实为双星,人马座 ε1,视星等 1.79,ε2,视星等 10)

39.海石一

Avior

船底座

1.86

80

-4.58

40.摇光

Alkaid

大熊座

1.86

150

-0.61

41.尾宿五

Sargas

天蝎座

1.87

200

-2.76

42.轩辕十二

Algieba

狮子座

1.90

85

0.2(实为双星,γ1 2.28 等,γ2 3.53 等)

43.三角形三

Atria

南三角座

1.92

100

-3.64

44.井宿三

Alhena

双子座

1.93

80

-0.61(分光双星系统)

45.孔雀十一

Peacock

孔雀座

1.94

300

-3.7

46.军市一

Mirzam

大犬座

1.98

700

-3.95

47.星宿一

Alphard

长蛇座

1.98

110

-1.7

48.娄宿三

Hamal

白羊座

2.00

70

0.47

49.斗宿四

Nunki

人马座

2.02

200

-2.14(伴星 9.5等)

50.天社三

Gl 321.3 A/B

船帆座

2.02

65

-0.01(双伴星系统,四颗恒星中最亮的是船帆座 A,它是一颗 A 型的主序白矮星,视星等为 2.02。它的伴星船帆座 B 星等为 5.1,距船帆座 A 为 2.6 弧秒;另一个双星系统在 69 弧秒之外,由 11 等的船帆座 C 和船帆座 D 组成,二者相距 6 弧秒。最近,伽利略探测器在木星发现天社三是一颗变星,它每 45 天亮度变化约 30%。天社三是已知最亮的食双星(尽管大陵五更加容易观测))

51.土司空

Diphda

鲸鱼座

2.04

60

-0.31

52.壁宿二

Alpheratz

仙女座

2.07

100

-0.7

53.奎宿九

Mirach

仙女座

2.06

84

-1.86

54.参宿六

Saiph

猎户座

2.06

650

-4.44

55.库楼三

半人马座

2.06

50

0.77

56.帝(北极二)

小熊座

2.08

400

-3.63(三星系统)

57.侯(蛇夫座 α星)

蛇夫座

2.08

54

1.3

58.鹤二

天鹤座

2.10

260

-2.5~-2.2

59.大陵五

英仙座

2.12

72

-0.4

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