星等

星等

星等,(magnitude),是衡量天體光度的量。在不明確說明的情況下,星等一般指目視星等。為了衡量星星的明暗程度,天文學家創造出了星等這個概念。星等值越小,星星就越亮;星等的數值越大,它的光就越暗。星等首先由古希臘天文學家喜帕恰斯(Hipparchus)提出。

  • 中文名稱
    星等
  • 外文名稱
    magnitude
  • 創造者
    喜帕恰斯

信息簡介

星等星等

星等是天文學上對星星明暗程度的一種表示方法,記為m。天文學上規定,星的明暗一律用星等來表示,星等數越小,說明星越亮,星等數每相差1,星的亮度大約相差2.5倍。

天空中有一等星20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,總計6974顆。

整個天空肉眼能見到的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。例如,太陽是-26.8等,滿月的亮度是-12.6等,金星最亮時可達-4.4等。星等差1等,其亮度差2.512倍。1等星的亮度恰好是6等星的100倍。

肉眼能夠看到的最暗的星是6等星(6m星)。天空中亮度在6等以上(即星等數小于6),也就是可以看到的星有6000多顆。當然,每個晚上隻能看到其中的一半,3000多顆。滿月時月亮的亮度相當于-12.6等(在天文學上寫作 -12.6m);太陽是看到的最亮的天體,它的亮度可達-26.7m;而當今世界上最大的天文望遠鏡能看到暗至24m的天體。

恆星的真正亮度還用光度表示。光度就是恆星每秒鍾輻射的總能量。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系。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系是類似的

恆星之間的光度差別非常大。以太陽為標準來比較。織女星的絕對星等是0.5等,它的光度是太陽的50倍。超巨星“天津四”的絕對星等大約是-7.2等,其光度比太陽強五萬多倍。還有一顆在星空中極不起眼的天蠍座 ,視星等隻有3.8等,但它的絕對星等是-9.4等,它的光度幾乎是太陽光度的50萬倍。光度最強的恆星甚至有太陽的100萬倍。

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。

光度用每秒輻射多少爾格(爾格/秒)來表示。不僅適用于光學波段,也適用于其它波段,如紅外、紫外、射電、X射線及 射線波段。

發展歷程

星等星等

星星亮度的等級最早是由希臘天文學家依巴谷(Hipparchus)于公元二世紀時創立的。

他把天上最亮的二十顆星定為1等星,再依光度不同分為2等星、3等星,如此類推到6等星。直到1850年英國天文學家撲遜(Pogson)加以訂定其標準,他以光學儀器測定出星球的光度,製定每一星等間的亮度差為 2.512倍(基本上是定義1等星的亮度為6等星的100倍,而其五次方根為2.512,即是(2.512)5=100)。而比一等星還亮的星是0等;再亮的則用負數表示,如-1,-2,-3等。 公元前2世紀,古希臘有一位天文學家叫喜帕恰斯Hipparchus),他在愛琴海的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。這是什麽天體呢?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于在他手中誕生了。為了清楚地反應出恆星的亮度,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。

星等星等

到了1850年,由于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。于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,由于星等範圍太小,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,比如,太陽的視星等為-26.75等,滿月為-12.6等,金星最亮時為-4.4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0.04等星,牛郎星為0.77等星。而絕對星等是在距天體10秒差距(32.6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,而不是隻測量一部分可見光所得到的星等;單色星等是隻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。

計算公式

喜帕恰斯最早把全天人眼可見的星按感覺的亮度分為6等。最亮的20顆星定為1等。亮度隨星等數目的增加而降低。後來J.F.赫歇耳發現,1等星比6等星亮約100倍。于是普森用公式:

星等星等

聯系兩個天體的星等m1m2和它們的亮度I1I2。這個星等尺度的定義一直沿用至今。星等尺度的零點由規定某顆星的星等值來確定。

天體光度測量直接得到的星等同天體的距離有關,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而顯得很暗(星等數值大);而一顆實際上很暗的星可能由于距離近而顯得很亮(星等數值小)。對于點光源,則代表天體在地球上的照度。星等常用m表示。對單一波長測定的單色星等差與輻射探測器的特徵無關。但在一定波段內測定的星等差,隨探測器的選擇性而不同。因此,對應不同探測器有各種星等系統。例如:

星等星等

①目視星等mv是人眼測定的星等。美國哈佛大學天文台規定小熊座λ星的mv=+6.55等,以此來確定目視星等的零點。例如,太陽的目視星等為-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。 ②照相星等mp是用藍敏照相底片測定的星等。國際照相星等Ipg的零點是這樣規定的:令目視星等介于5.5~6.5等間的A0型星的平均Ipgmv

③仿視星等mpv、國際仿視星等Ipv是用正色底片加黃色濾光片測定的。它的分光特徵與人眼相近,實際上取代了目視星等。

④光電星等是用光電倍增管測定的星等。目前最常用的光電星等系統是UBV測光系統。U為紫外星等,B為藍星等,V為黃星等(和目視星等相似)。

⑤熱星等 mbol是表征天體在整個電磁波段內輻射總量的星等。不能直接由觀測來確定,隻能由多色測光的星等結合理論計算來求得。隨著各波段測光技術特別是大氣面板測的發展,確定熱星等的精度越來越高。

為了比較天體的發光強度,採用絕對星等。絕對星等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(以角秒計)和經星際消光改正的視星等m,可按下列公式計算絕對星等:

M=m+5+5lgπ

對應不同系統的視星等有不同的絕對星等。

兩種分類

星等是分為兩種的:目視星等(visual magnitude)及絕對星等(absolute visual magnitude)。

目視星等:是指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: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光亮的星細小。

絕對星等:由于目視星等並沒有實際的物理學意義,于是天文學家製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

下列是一些熟悉的明亮星體光度:

星體目視星等絕對星等
太陽-26.74.8
月球(滿月)-13 不適用
金星(最亮時)-4.6不適用
天狼星(全天最亮恆星)-1.451.43
織女星0.030.5
牛郎星0.77 2.19

註意:水星金星火星木星土星天王星海王星冥王星月球彗星等太陽系內的天體,並不會自己發光的,他們是靠反射太陽的光線。

為了比較不同恆星的真實發光能力,應該把它們放在距離相同的地方進行比較,就像賽跑必須站在同一起跑線上一樣。恆星的這條“起跑線”定為10秒差距(10 pc),即32.62光年。規定恆星在這個標準距離處的亮度為它的絕對亮度,用絕對星等來表示。一個恆星的絕對星等是通過計算得出來的。太陽的視亮度是無與倫比的,但如果把它放到比現在遠206萬倍遠的10秒差距處,它的絕對星等隻有+4.75等,是一顆很暗的星星了。

主要星體

註意

水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星、月球及彗星等太陽系內的天體,並不會自己發光的,他們是靠反射太陽的光線。 為了比較不同恆星的真實發光能力,應該把它們放在距離相同的地方進行比較,就像賽跑必須站在同一起跑線上一樣。恆星的這條“起跑線”定為10秒差距(10 pc),即32.62光年。規定恆星在這個標準距離處的亮度為它的絕對亮度,用絕對星等來表示。一個恆星的絕對星等是通過計算得出來的。太陽的視亮度是無與倫比的,但如果把它放到比現在遠206萬倍遠的10秒差距處,它的絕對星等隻有+4.75等,是一顆很暗的星星了。

星體目視星等絕對星等
太陽-26.704.80
月球(滿月)-13.00 不適用



金星(最亮時-4.6不適用



天狼星(全天最亮恆星)-1.4501.43
織女星0.03 0.50
牛郎星0.77 2.19

相關信息

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。

星等星等

星等星等

視星等

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。例如,太陽是-26.8等,滿月的亮度是-12.6等,金星最亮時可達-4.4等。星等差1等,其亮度差2.512倍。1等星的亮度恰好是6等星的100倍。 視星等的大小並不能說明恆星的真實發光能力。因為恆星與地球的距離相差懸殊。有些星相當亮,可以比太陽亮5萬倍,但由于離太遙遠了,所以看上去並不怎麽亮。距離越遠的恆星,看起來就越暗,這是不言而喻的事實。為了比較恆星的真正的光亮程度,需要把它們都放到同一個位置上來比較誰亮誰暗。絕對星等就是構想把恆星都放在32.6光年(10秒差距)的地方所得出的亮度。太陽的視亮度是絕對冠軍,但如果把太陽放到離地球10秒差距的地方,它隻有4.8等星的亮度,那隻是一顆看起來相當暗的星。

恆星的真正亮度還用光度表示。光度就是恆星每秒鍾輻射的總能量。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系。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系是類似的。

恆星之間的光度差別非常大。以太陽為標準來比較。織女星的絕對星等是0.5等,它的光度是太陽的50倍。超巨星“天津四”的絕對星等大約是-7.2等,其光度比太陽強五萬多倍。還有一顆在星空中極不起眼的天蠍座 ,視星等隻有3.8等,但它的絕對星等是-9.4等,它的光度幾乎是太陽光度的50萬倍。光度最強的恆星甚至有太陽的100萬倍。

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。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。

光度用每秒輻射多少爾格(爾格/秒)來表示。不僅適用于光學波段,也適用于其它波段,如紅外、紫外、射電、X射線及射線波段。

最亮星表

名稱 英文星名 所屬星座 視星等 距離(光年)

太陽 Sun -26.72

1 天狼星 Sirius大犬座 -1.46 8.6

星等星等

2 老人星 Canopus 船底座 -0.7280

3 南門二 Rigel Kentaurus 半人馬座 -0.304.3

4 大角星 Arcturus牧夫座 -0.0430

5 織女星 Vega天琴座 0.03 25

6 五車二 Capella 御夫座 0.08 40

7 參宿七 Rigel 獵戶座 0.12 700

8 南河三 Procyon 小犬座 0.38 11

9 參宿四 Betelgeuse獵戶座 0.50 500

10 水委一 Achernar 波江座 0.46 80

11 馬腹一 Hadar 半人馬座 0.61 330

12 牛郎星 Altair 天鷹座 0.77 16

13 十字架二 Acrux 南十字座 0.80 450

14 畢宿五 Aldebaran 金牛座 0.85 60

15 角宿一 Spica 室女座 0.97 350

16 心宿二 Antares 天蠍座 0.96 500

17 北河三 Pollux 雙子座 1.14 35

18 北落師門 Fomalhaut 南魚座 1.16 22

19 天津四 Deneb 天鵝座 1.25 1800

20 十字架三 Mimosa 南十字座 1.25 500

21 軒轅十四 Regulus 獅子座 1.35 70

22 弧矢七 Adhara 大犬座 1.50 600

23 北河二 Castor 雙子座 1.58 50

24 十字架一 Gacrux 南十字座 1.63 80

25 尾宿八 Shaula 天蠍座 1.63 300

26 參宿五 Bellatrix 獵戶座 1.64 400

27 五車五 Elnath 金牛座 1.65 130

28 南船五 Miaplacidus 船底座 1.68 50

29 參宿二 Alnilam 獵戶座 1.70 1300

30 鶴一 Al Nair 天鶴座 1.74 70

31 玉衡 Alioth 大熊座 1.77 60

32 天樞 Dubhe 大熊座 1.79 70

33 天船三 Mirfak 英仙座 1.80 500

34 天社一 Regor 船帆座 1.82 1000

星等星等

35 箕宿三 Kaus Australis 人馬座 1.85 120

36 弧矢一 Wezen 大犬座 1.86 2800

37 海石一 Avior 船底座 1.86 80

38 搖光 Alkaid 大熊座 1.86 150

39 尾宿五 Sargas 天蠍座 1.87 200

40 五車三 Menkalinan 御夫座 1.90 60

41 三角形三 Atria 南三角座 1.92 100

42 井宿三 Alhena 雙子座 1.93 80

43 孔雀十一 Peacock 孔雀座 1.94 300

44 軍市一 Mirzam 大犬座 1.98 700

45 星宿一 Alphard 長蛇座 1.98 110

46 婁宿三 Hamal 牡羊座 2.00 70

47 北極星 Polaris 小熊座 2.02 400

48 鬥宿四 Nunki 人馬座 2.02 200

49 土司空 Diphda 鯨魚座 2.04 60

50 參宿一 Alnitak 獵戶座 2.05 1300

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