為什麼天上的星星有明有暗?你需要了解這個概念——「視星等」

2020-12-05 天文在線

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太陽的視星等被定義為-26.74,我想知道計算這個的準則是什麼,-26.74是如何被測算出來的?這個方法可以用來測量其他光譜類型的星體的視星等嗎?

「視星等」的說法可以追溯到希臘的天文學家希帕克斯。他望著天上的星星,按照亮度來把它們分類。看起來最亮的星為一級,二級比一級暗一點,六級則是我們看見的光最為微弱的星星,這是我們沿用至今已有兩千餘年的分類準則。

這個方法看起來很好很簡單,但是它的結果不能很好的與星體實際亮度相對應。因為人類的眼睛觀察的亮度會產生很大的差異,並且讓這些差異變得更小。

因此,你可能會認為視星等分級設置是「正確」的,一級星和二級星所產生的光線之間的區別會與二級星和三級星所產生的光線之間的區別一樣——這就是所謂的線性亮度比。然而,當我們測量所接收到的星星產生的光有多亮時,(使用精密儀器,如數位相機或耦合器)我們會發現不同的視星等之間的亮度比率是常數。

這就是說,二級視星等大約比一級暗2.5倍,並且三級視星等比二級暗2.5倍因此是比一級暗2.5*2.5≈6.5倍,一直到六級視星等(希帕克斯所看到的最暗的星星)我們發現六級視星等比一級大概暗100倍。這種類型的現象特徵就是所謂的亮度對數。

到現代,我們對希帕克斯的定義進行調整,使其更精確更方便。因此,我們現在定義五個「量級」的差異正好是100的亮度比。此外,我們把整個規模與被定義為0級視星等(或者說非常接近0,不管怎麼說,現代的精確地測量把織女星的視星等定義為0.03級,但是這是一個技術點)的織女星聯繫起來。最後,儘管希帕克斯的方法只能定義一到六級視星等,我們不對其進行任何限制——可以出現比織女星更亮的甚至為負數的視星等。(我大學時的一位天文教授曾推測,也許希帕克斯在觀察天上的星星時,只看了一方的天空,當他轉身看見一顆更亮的像是織女星的星星時,於是他說:「哎呀,我想我們得把他的視星等設置為0」)

以上混亂討論的結果是,我們得到了任意兩個星星的亮度和大小的公式

F2 / F1 = 100(m1 - m2) / 5

或者

m1 - m2 = -2.5 log10 ( F1 / F2)

在上述式中,F1和F2是我們用耦合器所測量的到的兩個星星的亮度或流量,同時m1和m2是兩顆星的視星等。所以我們發現太陽的視星等是-26.74的方法是測量在地球上看它有多亮,然後觀察到我們從太陽接收到的光是織女星的510倍,在上面的公式中帶入F1/F2的比值我們得到太陽的視星等是-26.74。

需要指出的是,視星等並不能用來測量它的實際亮度,而是我們能看到的亮度,也取決於這些星星離我們的距離有多遠。(這就是為什麼儘管太陽只是一個普通的星星而它的視星等卻是這麼極端特別。)我們也可以定義所謂的絕對視星等,即測量物體的實際亮度。它被定義為一個物體距離我們10秒差距,太陽的絕對視星等是4.83。

解答你最後的問題,上述公式可以用於任何恆星,不管它們的光譜類型和顏色是何種。然而,恆星有不同顏色的事實意味著,給定的兩個星星之間的亮度比率可能會隨著你所觀察的顏色而改變。因此,每個星星的視星等也取決於它們的光的顏色。所以,當我們引用一顆恆星的視星等時,我們必須準確的定義我們所看到的光類型。在上面的文章中,我們討論了「視覺」或「V波段」的視星等,它對應於與眼睛最敏感的光(黃綠色)相似的光來測量的視星等。要了解一些關於表觀視星等系統利弊的觀點(儘管它很複雜,但優點比你想像的要多),請看這篇來自基特峰國家天文臺的史蒂夫·懷特的文章。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. Dave Rothstein-astro- dulzura

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