肉眼看到的星星有幾種,它們是自發光還是反射光,亮度怎樣劃分?

2020-12-14 時空通訊

晴朗的夜空,如果沒有光汙染,可以看到滿天繁星。我們看到天上的星星大致有三種,就是行星、恆星、星系;而用專業的大型望遠鏡,則除了上述天體,還可以看到類星體、黑洞、中子星、白矮星、各種各樣的星雲。

今天我們在這裡只討論肉眼看到的天體。

自發光的是恆星,恆星是組成宇宙可見物質的主體。

恆星是我們宇宙中最主要的存在,在宇宙可見物質中佔有99%以上的質量。恆星就是自己會發光的星星,距離我們最近的恆星就是太陽。

太陽是我們太陽系的老大,佔有了太陽系99.86%的質量,其餘所有的天體,包括八大行星、若干矮行星、幾百顆衛星、無數顆小行星彗星等,加起來才有太陽系質量的0.14%。在這其中,木星這個行星裡面的大哥大又佔去了0.1%,是除了太陽和它自己以外太陽系其他天體總質量的2.5倍;而地球只在剩下的0.04%裡面分得了0.0003%這點殘羹。

太陽在恆星中只是一顆中小型恆星,最大的恆星有太陽質量的300倍左右。在我們銀河系就有約4000億顆恆星,而銀河系只是整個宇宙約10萬億個星系的一個,因此宇宙恆星至少應該以億億億計。

恆星是自己發光發熱的天體,是中心熱核聚變形成巨大能量,以電磁輻射的方式源源不斷向太空輻射能量的天體。質量越大的恆星壽命越短,壽命最短的恆星只要幾百萬年就會壽終正寢;壽命最長的恆星可以達到萬億年。

恆星質量越大壽命越短,質量越小壽命越長。但最小的恆星必須達到太陽質量8%左右,否則就激發不了中心核聚變,成不了恆星。我們晚上看到天上的星星,99.9%以上都是恆星,而且這些恆星絕大多數比太陽質量大。

天體的亮度是用星等來衡量的。

天體的亮度以星等劃分,星等有絕對星等和視星等。

恆星因為自身會發光,有絕對星等和視星等兩個亮度指標衡量;而行星等小型天體因為本身不發光,只有反射光,因此沒有絕對星等,只有視星等。

絕對星等是把恆星都假定放在距離我們10秒差距(pc),也就是約32.6光年的距離,人眼看到的亮度。

因此絕對星等是恆星在同一起跑線上的真實亮度。

而視星等是人眼睛在地球上實際上看到的星星亮度。這些星星距離有遠有近,光線進入人眼視網膜就不一定是星光的真實亮度,因為它們的大小、亮度都因距離不同而掩蓋掉了。

因此視星等不是星星的真實亮度,而是人眼睛在地球上感覺到的亮度。

星光每個等級亮度相差2.512倍,因此是以2.512倍的指數級變化,比如1等星和6等星差了5等,1等星的亮度就是6等星的2.512^5倍,1等星比6等星亮約100倍。

星等數值越小,亮度越大,而且有負數,負得越多就越亮。絕對星等和目視星等的級差亮度倍數算法是一樣的。

太陽的絕對星等為4.83等,參宿四的絕對星等為-6.02,其星等差距10.85等,因此參宿四的實際亮度是太陽的約2.2萬倍;而太陽由於距離我們很近,視星等達到-26.74,參宿四視星等只有+0.5,相差27.24等,那麼我們看到的太陽亮度是參宿四的788億倍。

月亮滿月時的亮度是-13等,與太陽差距為13.74等,因此太陽比月亮要亮31萬倍。

人的肉眼最暗能夠看到6等星。

人的肉眼最暗只能看到6等星,哈勃望遠鏡可以看到28等星。也就是說哈勃望遠鏡能夠看到的星光比人眼擴大了約1600萬倍。但我們今天只說肉眼看到的。

我肉眼能夠看到的行星只有五顆,就是金木水火土。除此之外還有月亮。這些行星和月亮都本身不發光,就像地球和地球上的房子、山川河流、樹木花草一樣,都是依靠反射光才能夠被人眼所接受。

這些天體和物體,只有在光照的情況下,我們才能夠看到。

因此月亮有陰晴圓缺,是太陽照射到它表面的位置和我們看到的視角不同而出現的;行星隨著運動,會距離我們遠近變化,太陽照射的角度也發生變化,因此有時會更亮,有時會暗淡。

其實天上最亮的幾顆星星不是自身發光的恆星,而是依靠反射發光的月亮和幾顆行星。

金星是距離地球最近的一顆行星,而且又與地球大小差不多,因此是天上最亮的星星,視星等最亮可達到-4.6等。木星雖然比火星距離還遠,但由於巨大,質量為地球的318倍,體積是地球的1300多倍,因此很明亮,是天上第二亮星,最亮時視星等達到-2.9等;火星雖然較小,質量只有地球的約1/9,半徑只有地球的約一半,但由於比木星近很多,因此看起來也很亮,最亮時視星等和木星差不多,也達到-2.9。

水星凌日

水星的視星等最亮可達-1.9,本來是天上第四亮星,但由於太靠近太陽,常常掩映在太陽的光輝下,很難看到。據說偉大的天文學家哥白尼一生都沒有看到水星,視為一大遺憾;土星視星等最亮可達-0.4,就有幾顆恆星比它還要亮了。

天上最亮恆星除了太陽,排名前十的是:天狼星最亮,視星等達到-1.46,其餘依次為:老人星-0.72等,南門二-0.3等,大角星-0.04等,織女星+0.03等,五車二+0.08等,參宿七+0.12等,南河三+0.38等,水委一+0.46等,參宿四+0.50等。

人眼能夠直接看到的恆星,最遠的就是海山二,距離我們約6、7千光年,這是由於它膨脹得太大了,質量有太陽的120~200倍,所以才能夠看到。其實人們能肉眼看到的幾千顆恆星,大多數在幾十光年和數百光年。

肉眼能夠看到的星系主要有3個。

一個星女座星系M31,是人類肉眼能夠看到的最大星系,也是距離我們最近的大星系。

仙女座星系M31距離我們約254萬光年,位於大熊座的下方,飛馬座附近。這個星系比銀河系大約1倍,擁有上萬億顆恆星。肉眼看到這個星系視面積很大,約有滿月的7倍,但亮度並不高視星等只有4.8等,而且由於邊緣暗淡模糊,只有中間明亮些,因此實際上看上去只是一個比月亮還要小的光斑。

還有兩個就是大小麥哲倫星系,這兩個星系都位於南天球,只有南半球能夠看到,我國最南邊的南沙群島一帶才可以在接近地平線的地方找到它們。

這兩個星系雖然很小,由於距離我們很近,因此看起來很大很明顯。

大麥哲倫星系距離我們約16萬光年,直徑約銀河系的1/5,包含約100~200億顆恆星。地球上看,大麥位於劍魚座與山案座兩個星座的交界處,橫跨兩個星座,佔據了一塊11°x9°的天區,相當於200多個滿月的視面積,視星等為0.9等。

小麥倫星系距離我們約20萬光年,直徑約銀河系的1/11,包含數億到幾十億顆恆星。小麥位於杜鵑座,佔據了5.2°x3.5°的天區,相當於30個滿月視面積,視星等為2.7等。

這兩個星系距離不遠,只有20°左右,在南天頂附近高高懸掛在天際,交相輝映,南半球一年四季都可以看到,從來不會落到地平線以下。這有點像我們北半球看北鬥七星,永遠也不會落下地平線。

這兩個星系都是我們銀河系的衛星星系,圍繞著銀河系運動。由於靠的很近,受到銀河系引力拉扯,兩個星系都成為不規則星系,據NASA建模分析,在未來的數十億年間,這兩個星系都會被銀河系吞併。

還有人聲稱肉眼看到過M33三角座星系,這個星系比銀河系略小,距離我們300萬光年,視星等約5.72等。如果真的如此,將是人類肉眼能夠看到最遠的星系,但這個說法還沒有得到證實。

以上幾個星系都屬於本星系群中的星系。

這就是人類肉眼在地球上看到的星空星星種類,以及它們光度等級的劃分。

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  • 有一顆常追隨太陽,出現在東方和西方最亮的星星,叫什麼星?
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  • 都是車燈不亮惹的禍:最容易被吐槽亮度不夠的2種車燈組合
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  • 人的眼睛最遠能夠看到多遠的星體?
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