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视星等

视星等,为天文学术语,是指观测者用肉眼所看到的星体亮度。视星等的大小可以取负数,数值越小亮度越高,反之越暗。

值得注意的是,视星等既与星体的发光能力(光度)有关,也与星体距离观测者的距离有关。因此,暗弱、甚至不发光的星体可以拥有很低的视星等,如满月时月球的视星等约为-12;而发光能力很强的星体常常拥有很高的视星等,是因为它们往往与地球有着上万光年的距离。

视星等(英语:apparent magnitude,符号:m)最早是由古希腊天文学家喜帕恰斯制定的,他把自己编制的星表中的1022颗恒星按照亮度划分为6个等级,即1等星到6等星。1850年英国天文学家普森发现1等星要比6等星亮100倍。根据这个关系,星等被量化。重新定义后的星等,每级之间亮度则相差2.512倍,1勒克司(亮度单位)的视星等为-13.98。但1到6的星等并不能描述当时发现的所有天体的亮度,天文学家延展本来的等级──引入“负星等”概念。这样整个视星等体系一直沿用至今。如牛郎星为0.77,织女星为0.03,除了太阳之外最亮的恒星天狼星为−1.45,太阳为−26.7,满月为−12.8,金星最亮时为−4.89。现在地面上最大的望远镜可看到24等星,而哈勃望远镜则可以看到30等星。因为视星等是人们从地球上观察星体亮度的度量,它实际上只相当于光学中的照度;因为不同恒星与地球的距离不同,所以视星等并不能指示出恒星本身的发光强度。

由于视星等需要同时考虑星体本身光度与到地球的距离等多重因素,会出现距离地球近的星体视星等不如距离远的星体的情况。例如巴纳德星距离地球仅6光年,却无法被肉眼所见(9.54等)。如果人们在理想环境下(清澈、晴朗且没有月亮的夜晚),肉眼能观察到的半个天空平均约3000颗星星(至6.5等计算),整个天球能被肉眼看到的星星则约有6000颗。大多数能为肉眼所见的星星都在数百光年内。现在人类用肉眼可以看见的最远天体是三角座星系,其星等约为6.3,距离地球约290万光年。历史上肉眼能看见的最远天体是GRB 080319B在2008年3月19日的一次伽玛射线暴,距离地球达到75亿光年,视星等达到5.8,相当于用肉眼看见那里75亿年前发出的光。另外,宇宙中大量的星际尘埃也会影响到星星的视星等。由于尘埃的遮蔽,一些明亮的星星在可见光上将变得十分暗淡。有一些原本能为肉眼所见的恒星变得再也无法用肉眼看见,例如银河系中心附近的手枪星。

星星的视星等也随着星星本身的演化、和它们与地球的距离变化而变化当中。例如,当超新星爆发时,星体的视星等有机会骤增好几个等级。在未来的几万年内,一些逐渐接近地球的恒星将会显著变亮,例如葛利斯710在约一百万年后将从9.65等增亮到肉眼可见的1等。

在地球量度之星的亮度等级。物体越近显得越亮;物体越远显得越暗。例如:近的烛光比远的街灯显得还要光亮些。视星等不能作为量度真实光亮度的指标。视星等只能量度物体表面上的光亮度(在地面上接收到的光能量)。

星图上所示的星等数反映了我们看到的恒星的亮暗不同,星等数越小,星星越亮。这个星等数并不反映恒星本身真正发出的光度大小,因为这里没有考虑恒星的距离(同样发光度的恒星,距离越远,我们看到的视亮度越小),所以我们把这个星等数叫作视星等。根据长时间的观测,肉眼刚能看到的星为六等星。视星等从一等到六等,等级相差5等,视亮度相差100倍。可见两颗星等数相差一等,它们的视亮度相差2.512倍。

恒星的真正亮度还用光度表示。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。

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。如著名的天狼星伴星是一颗白矮星,它的光度还不到太阳的万分之一。近些年来天文学家用大望远镜发现了一些绝对星等在20等左右的暗弱恒星,它们的光度大约仅为太阳的40万分之一到50万分之一,它们的光度连满月都不如。

光度用每秒辐射尔格(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。全天星图上通常标记出五等以上的星,通过这些较亮的星,认识星座的形状,从而熟悉星空。大的星图上标有10等甚至15等的星,供望远镜观测者使用。

早在公元前2世纪,古希腊有一位天文学家叫喜帕恰斯(又名:伊巴古,英文:Hipparchus),他在爱琴海的罗得岛上建起了观星台,他对恒星天空十分熟悉。一次,他在天蝎座中发现一颗陌生的星。凭他丰富的经验判断,这颗星不是行星,但是前人的记录中没有这颗星。这是什么天体呢?这就引出了这位细心的天文学家一个重要的思路。他决定绘制一份详细的恒星天空星图。经过顽强的努力,一份标有1000多颗恒星精确位置和亮度的恒星星图终于在他手中诞生了。为了清楚地反应出恒星的亮度,喜帕恰斯将恒星亮暗分成等级。他把看起来最亮的20颗恒星作为一等星,把眼睛看到最暗弱的恒星做为六等星。在这中间又分为二等星、三等星、四等星和五等星。

喜帕恰斯在2100多年前奠定的“星等”概念基础,一直沿用到今天。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)把我们的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五次根下100即约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,依此类推。它是天体光度学的重要内容。当然,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,如,太阳的视星等为-26.71等,满月为-12.6等,金星最亮时为-4.6等星,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0.00等星,牛郎星为0.77等星。而绝对星等是在距天体10秒差距(32.616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。

在晴朗而又没有月亮的夜晚,出现在我们面前的恒星天空中,眼睛能直接看到的恒星约3000颗,整个天球能被眼睛直接看到的恒星约6000颗。当然,通过天文望远镜就会看到更多的恒星。中国目前最大的光学望远镜,物镜直径2.4米,装上特殊接收器,它可以观测到23-25等星。美国1990年4月24日发射的绕地球运行的哈勃太空望远镜,可以观测到28等星。

只有从已知距离观察一个恒星得到的亮度,才能确定它自身的发光强度,并用来与其他星体进行比较。我们把从距离星体10个秒差距的地方看到的目视亮度(也就是视星等),叫做该星体的绝对星等。按照这个度量方法,牛郎星为2.19等,织女星为0.55等,天狼星为1.44等,太阳为4.83等。

因为行星、小行星、彗星等天体只能依靠反射星光才能看到,即使从固定的距离观察,它们的亮度也会不同,所以行星、小行星、彗星的绝对星等需要另外定义。

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亮的星暗。

由于目视星等并没有实际的物理学意义,于是天文学家制定了绝对星等来描述星体的实际发光本领。假想把星体放在距离10秒差距(即32.6光年,秒差距亦是天文学上常用的距离单位,1秒差距=3.26光年)远的地方,所观测到的视星等,就是绝对星等了。通常绝对星等以大写英文字母M表示。目视星等和绝对星等可用公式转换,公式如下:

M=m+5-5 lg d

M为绝对星等; m为目视星等; d为距离。

下表是一些我们熟悉的明亮星体的视星等和绝对星等:

星体

视星等

绝对星等

太阳

-26.71

4.83

月球

-13.00

不适用

金星

-4.6

不适用

天狼星

-1.45

1.44

织女星

0.00

0.55

牛郎星

0.75

2.19

请注意:水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星、月球等太阳系(太阳除外)内的天体,并不会自己发光的,他们是靠反射太阳的光线发光的。

下表是最亮星表(前十):

序号

英文名

中文名

视星等

所属星座

1

Sirius

天狼星

-1.45

大犬座 Canis Major

2

Canopus

老人星

-0.65

船底座 Carina

3

Rigil Kent

南门二

-0.27

半人马座 Centaurus

4

Arcturus

大角星

-0.04

牧夫座 Bootes

5

Vega

织女一

0.03

天琴座 Lyra

6

Capella

五车二

0.08

御夫座 Auriga

7

Rigel

参宿七

0.12

猎户座 Orion

8

Procyon

南河三

0.38

小犬座 Canis Minor

9

Achernar

水委一

0.46

波江座 Eridanus

10

Betelgeuse

参宿四

0.50

猎户座 Orion

上表的星体全部是恒星,因此只显示绝对星等。



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