視星等

視星等

視星等,是指觀測者用肉眼所看到的星體亮度。視星等的大小可以取負數,數值越小亮度越高,反之越暗。無論是肉眼能看到的星星或者是用天文望遠鏡觀測到的天體,發現其亮度都不盡相同,視星等只是是表示宇宙中肉眼可見星星的亮度,因此,看來不突出的、不明亮的恆星,並不一定代表他們的發光本領差。

視星等的概念

晴朗的夜晚,點點繁星,有明有暗。天文學家用“視星等”來區分它們的明亮程度。整個天空肉眼能見到的大約有6000多顆 恆星。將肉眼可見的星分為6等。肉眼剛能看到的定為6等星,比6等亮一些的為5等,依次類推,亮星為1等,更亮的為0等以至負的星等。 視星等,是指觀測者用肉眼所看到的星體亮度。視星等的大小可以取負數,數值越小亮度越高,反之越暗。值得注意的是,視星等既與星體的發光能力(光度)有關,也與星體距離觀測者的距離有關。因此,暗弱、甚至不發光的星體可以擁有很低的視星等,如滿月時月球的視星等約為-12;而發光能力很強的星體常常擁有很高的視星等,是因為它們往往與地球有著上萬光年的距離。

視星等的意義

在地球量度之星的亮度等級。物體越近顯得越亮;物體越遠顯得越暗。例如:近的燭光比遠的街燈顯得還要光亮些。視星等不能作為量度真實光亮度的指標。視星等只能量度物體表面上的光亮度(在地面上接收到的光能量)。
星圖上所示的星等數反映了我們看到的恆星的亮暗不同,星等數越小, 星星越亮。這個星等數並不反映恆星本身真正發出的光度大小,因為這裡沒有考慮恆星的距離(同樣發光度的恆星,距離越遠,我們看到的視亮度越小),所以我們把這個星等數叫作視星等。根據長時間的觀測,肉眼剛能看到的星為六等星。視星等從一等到六等,等級相差5等,視亮度相差100倍。可見兩顆星等數相差一等,它們的視亮度相差2.512倍。

恆星的光度

恆星的真正亮度還用光度表示。光度就是恆星每秒鐘輻射的總能量。恆星的光度由它的溫度和表面積決定,溫度愈高光度愈大;恆星的表面積愈大光度也愈大。恆星的大小和溫度是決定恆星光度的兩個重要物理量。恆星的光度與 絕對星等之間存在著密切的關係。絕對星等相差1等,光度相差2.512倍。例如絕對星等1等星的光度是絕對星等2等星的光度的2.512倍,是絕對星等6等星的100倍。這和星等與視亮度之間的關係是類似的。
天文學家把光度大的恆星叫做 巨星,光度小的稱為 矮星。光度比巨星更強的叫超巨星。從表面積愈大光度也愈大的規律可以知道,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。
天狼星的伴星:白矮星-內部結構模型圖天狼星的伴星:白矮星-內部結構模型圖
如著名的天狼星伴星是一顆白矮星,它的光度還不到太陽的萬分之一。近些年來天文學家用大望遠鏡發現了一些絕對星等在20等左右的暗弱恆星,它們的光度大約僅為太陽的40萬分之一到50萬分之一,它們的光度連滿月都不如。
光度用每秒輻射 爾格(爾格/秒)來表示。不僅適用於光學波段,也適用於其它波段,如紅外、紫外、射電、X射線及γ射線波段。
全天星圖上通常標記出五等以上的星,通過這些較亮的星,認識星座的形狀,從而熟悉星空。大的星圖上標有10等甚至15等的星,供望遠鏡觀測者使用。

發展歷史

早在 公元前2世紀, 古希臘有一位 天文學家喜帕恰斯(又名:伊巴古,英文:Hipparchus),他在 愛琴海羅得島上建起了 觀星台,他對恆星天空十分熟悉。一次,他在 天蠍座中發現一顆陌生的星。憑他豐富的經驗判斷,這顆星不是 行星,但是前人的記錄中沒有這顆星。這是什麼天體呢?這就引出了這位細心的天文學家一個重要的思路。他決定繪製一份詳細的恆星天空星圖。經過頑強的努力,一份標有1000多顆恆星精確位置和亮度的恆星 星圖終於在他手中誕生了。為了清楚地反應出 恆星亮度,喜帕恰斯將恆星亮暗分成等級。他把看起來最亮的20顆恆星作為一等星,把眼睛看到最暗弱的恆星做為六等星。在這中間又分為二等星、三等星、四等星和五等星。
喜帕恰斯在2100多年前 奠定的“星等” 概念基礎,一直沿用到今天。到了1850年,由於 光度計在天體光度測量中的套用,英國天文學家 普森(M.R.Pogson)把我們的肉眼看見的一等星到六等星做了比較,發現星等相差5等的亮度之比約為100倍。於是提出的衡量天體亮度的單位。一個星等間的亮度比規定為五次根下100即約2.512倍,一等星比二等星亮2.512倍,二等星比三等星亮2.512倍,依此類推。它是天體光度學的重要內容。當然,現在對天體光度的測量非常精確,星等 自然也分得很精細,由於星等範圍太小,又引入了負星等,來衡量極亮的天體,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,星等也用小數表示。星等又分視星等和絕對星等,視星等是地球上的觀測者所見的天體的亮度,如,太陽的視星等為-26.71等, 滿月為-12.6等,金星最亮時為-4.6等星,全天最亮的恆星天狼星為-1.45等星, 老人星為-0.73等星,織女星為0.00等星,牛郎星為0.77等星。而絕對星等是在距天體10 秒差距(32.616光年)處所看到的亮度,太陽的絕對星等為4.75等,熱星等是測量恆星整個輻射,而不是只測量一部分可見光所得到的星等;單色星等是只測量 電磁波譜中某些範圍很窄的 輻射而得的星等;窄頻帶星等是測量略寬一點的頻段所得的星等,寬頻帶星等的測量範圍更寬;人眼對黃色最敏感,因此目視星等也可稱為黃星等。
在晴朗而又沒有 月亮的夜晚,出現在我們面前的恆星天空中,眼睛能直接看到的恆星約3000顆,整個天球能被眼睛直接看到的恆星約6000顆。當然,通過 天文望遠鏡就會看到更多的恆星。 中國目前最大的 光學望遠鏡,物鏡直徑2.4米,裝上特殊接收器,它可以觀測到23-25等星。 美國1990年4月24日發射的繞地球運行的 哈勃太空望遠鏡,可以觀測到28等星。

絕對星等

只有從已知距離觀察一個恆星得到的亮度,才能確定它自身的發光強度,並用來與其他星體進行比較。我們把從距離星體10個 秒差距的地方看到的目視亮度(也就是視星等),叫做該星體的 絕對星等。按照這個度量方法, 牛郎星為2.19等, 織女星為0.00等, 天狼星為1.44等, 太陽為4.83等。
因為 行星小行星彗星天體只能依靠反射星光才能看到,即使從固定的距離觀察,它們的亮度也會不同,所以行星、小行星、彗星的絕對星等需要另外定義。

區別及示例

目視星等:

是指我們用肉眼所看到的星等。看來不突出的、不明亮的恆星,並不一定代表他們的發光本領差。道理十分簡單:我們所看到恆星視亮度,除了與恆星本生所輻射光度有關外,距離的遠近也十分重要。同樣亮度的星球距離我們比較近的,看起來自然比較光亮。所以晦暗的星並不代表他比較亮的星暗。

絕對星等:

由於目視星等並沒有實際的物理學意義,於是天文學家制定了絕對星等來描述星體的實際發光本領。假想把星體放在距離10秒差距(即32.6光年,秒差距亦是天文學上常用的距離單位,1秒差距=3.26光年)遠的地方,所觀測到的視星等,就是絕對星等了。通常絕對星等以大寫英文字母M表示。目視星等和絕對星等可用公式轉換,公式如下:
M=m+5-5 log d
M為絕對星等; m為目視星等; d為距離。
下表是一些我們熟悉的明亮星體的視星等和絕對星等:
星體 目視星等 絕對星等
太陽 -26.71 4.83
月球(滿月) -13.00 不適用
金星(最亮) -4.6 不適用
天狼(全天最亮恆星) -1.45 1.44
織女(織女一 0.00 0.55
牛郎(河鼓二 0.75 2.19
 請注意:水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星、月球等太陽系(太陽除外)內的天體,並不會自己發光的,他們是靠反射太陽的光線發光的。
下表是最亮星表(前十):
序號 英文名 中文名 絕對星等 所屬星座
1 Sirius (αCMa) 天狼 -1.45 大犬座 Canis Major
2 Canopus (αCar) 老人 -0.65 船底座 Carina
3 Rigil Kent (αCen) 南門二 -0.27 半人馬座 Centaurus
4 Arcturus (αBoo) 大角 -0.04 牧夫座 Bootes
5 Vega (αLyr) 織女一 0.03 天琴座 Lyra
6 Capella (αAur) 五車二 0.08 御夫座 Auriga
7 Rigel (βOri) 參宿七 0.12 獵戶座 Orion
8 Procyon (αCMi) 南河三 0.38 小犬座 Canis Minor
9 Achernar (αEri) 水委一 0.46 波江座 Eridanus
10 Betelgeuse (αOri) 參宿四 0.50 獵戶座 Orion
上表的星體全部是恆星,因此只顯示絕對星等。

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