(科普向)天文觀測基本概念之星等

2020-12-01 樹有點胖

在天文觀測上經常要用到星等這個概念。中小學教材裡也有學過,星等是衡量天體亮度的量,用以標記衡量星星的明暗程度,但是在一些常用的星圖星表裡經常有標視覺星等和絕對星等,這兩者之間有什麼區別以及星等的量化標準,下面我們來了解一下。

不同天體的視星等級

星等的基本概念

星等是天文學上對星星明暗程度的一種表示方法,記為m。通俗的說法是星星的等級。

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2.512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6974顆。更亮的為0等以至負的星等。例如,太陽是-26.7等,滿月的亮度是-12.6等,金星最亮時可達-4.4等。

我們把肉眼能夠看到的最暗的星設定是6等星(6m星)。天空中亮度在6等以上(即星等數小於6)也就是可以看到的星有6000多顆。當然,同一時刻我們只能看到半個天球上的星星,即3000多顆。而當今世界上最大的天文望遠鏡能看到暗至24m的天體,而哈勃望遠鏡能拍攝得到的最暗星等達30m。

恆星的真正亮度還可用光度表示。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。

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「尾宿三」,視星等只有4.7等,但它的絕對星等是-10.2等,它的光度幾乎是太陽光度的150~180萬倍。光度超過太陽的100萬倍的恆星比比皆是。

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。它是恆星本身所固有的,表徵其輻射本領的量。

太陽的光度是

,知道了恆星的絕對星等後,就可以對比太陽的光度,得到恆星的光度L。

星等分類

視星等

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於距離遠而顯得很暗(星等數值大);而一顆實際上很暗的星可能由於距離近而顯得很亮(星等數值小)。對於點光源,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性無關。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:

1、目視星等mv是人眼測定的星等。美國哈佛大學天文臺規定小熊座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,在地面的照度約等於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:令目視星等介於5.5~6.5等間的A0型星的平均Ipg為mv。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。它的分光特性與人眼相近,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是表徵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,只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外觀測的發展,確定熱星等的精度越來越高。

絕對星等

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,把天體假想置於距離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)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:

若已知天體的距離d和視星等m,可按下列公式計算絕對星等:

其中d0是10秒差,即32.616光年。

對應不同系統的視星等有不同的絕對星等。

若已知天體的絕對星等和視差π,或者距離d,可按照下列公式計算可視星等:

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光亮的星細小。

照相星等

UBV系統包括對天體在三個波長段的輻射測量,傳統上通過在檢測系統前放置標準濾光片實現:

U:波長360nm左右,測量近紫外線成份,所得為紫外星等。

B:波長440nm左右,測量藍色成分,所得為藍色星等(藍等,英文Bluemagnitude)。

V:波長550nm左右,測量黃、綠色成分,和人眼所見亮度接近,所得為可見星等。天文文獻中,不特別說明的星等一般是可見星等。

這三個星等每個又有視星等和絕對星等之區分。絕對星等的定義為:

E為照度,在國際單位制中的單位是流明/米;r為天體距離,C為常數,定義為太陽的可見絕對星等MU=5.61,MB=5.84,MV=4.83。

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