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。在不明確說明的情況下,星等一般指目視星等。星等首先由古希臘天文學家喜帕恰斯(Hipparchus)提出,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。星等[1] (magnitude)是衡量天體光度的量。為了衡量星星的明暗程度,古希臘天文學家喜帕恰斯(Hipparchus,又名依巴谷)在公元前二世紀首先提出了星等這個概念。星等值越小,星星就越亮;星等的數值越大,它的光就越暗。在不明確說明的情況下,星等一般指目視星等。

基本信息

概念

星等概念
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,總計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
星等
星等
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,表征其輻射本領的量。
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。

起源發展

公元前二世紀,古希臘天文學家喜帕恰斯在愛琴海的羅德島建立觀星台,並在天蠍座看到一顆陌生的星。為了描述這顆前人沒有記錄的星星,他決定繪製一份詳細的星圖。經過頑強的努力,這份標有上千顆恆星位置和亮度的星圖誕生了。喜帕恰斯將恆星按照亮度分成等級,最亮的二十顆作為一等星,最暗的作為六等星,中間又有二等星、三等星、四等星、五等星。喜帕恰斯在2100多年前創立的“星等”的概念一直沿用到今天。
到了1850年,由於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。於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號下100即約2.512倍。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,由於星等範圍太小,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,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,而不是只測量一部分可見光所得到的星等;單色星等是只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

普森公式:
聯繫兩個天體的星等m1、m2和它們的亮度E1、E2。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。

星等星等

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:

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,在地面的照度約等於 8.3×10 勒克司。

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。

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。

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)。

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,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:

星等星等

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:

星等星等

其中d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:

星等星等

星等星等

目視星等

星等星等

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

星等星等

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 Blue magnitude)。

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:

星等星等

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。

光度表

星體 目視星等 絕對星等
太陽 -26.70 4.80
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) -1.450 1.43
織女星 0.03 0.50
牛郎星 0.77 2.19

註: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 32.616 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,但如果把它放到比當前遠 206 萬倍遠的 10 秒差距處,它的絕對星等只有 4.75 等,是一顆很暗的星星了。

亮星表

中文名 英文名 所屬星座 目視星等 地球距離(光年) 絕對星等
1. 天狼星 Sirius 大犬座 -1.45 8.6 1.45
2. 老人星 Canopus 船底座 -0.73 80 -5.53
3. 南門二 Rigel Kentaurus 半人馬座 -0.10 4.3 4.20
4. 大角星 Arcturus 牧夫座 -0.06 36 -0.38
5. 織女星 Vega 天琴座 0.04 25 0.58
6. 五車二 Capella 御夫座 0.08 40 0.48
7. 參宿七 Rigel 獵戶座 0.11 700 -6.69
8. 南河三 Procyon 小犬座 0.35 11 2.70
9. 水委一 Achernar 波江座 0.46 80 -2.77
10. 參宿四 Betelgeuse 獵戶座 0.80 500 -5.13(長周期不規則 變星 ,0.2~1 等,周期 2000 天)
11. 馬腹一 Hadar 半人馬座 0.60 525 -5.1
12. 河鼓二 Altair 天鷹座 0.77 16 2.21
13. 畢宿五 Aldebaran 金牛座 0.85 60 -0.63
14. 十字架二 Acrux 南十字座 0.90 450 -4.00
15. 角宿一 Spica 室女座 0.96 350 -3.52
16. 心宿二 Antares 天蠍座 1.00 500 -4.71
17. 北河三 Pollux 雙子座 1.15 35 1.09
18. 北落師門 Fomalhaut 南魚座 1.16 22 1.75
19. 天津四 Deneb 天鵝座 1.25 1800 -8.73
20. 十字架三 Mimosa 南十字座 1.26 500 -4.02
21. 軒轅十四 Regulus 獅子座 1.35 70 -0.52
22. 弧矢七 Adhara 大犬座 1.52 600 -3.97
23. 北河二 Castor 雙子座 1.58 50 0.58
24. 十字架一 Gacrux 南十字座 1.63 80 -0.5
25. 尾宿八 Shaula 天蠍座 1.63 300 -5.07
26. 參宿五 Brellatrix 獵戶座 1.64 400 -2.75
27. 五車五 Elnath 金牛座 1.65 130 -1.6
28. 南船五 Miaplacidus 船底座 1.68 50 -1.1
29. 參宿二 Alnilam 獵戶座 1.70 1300 -7.213
30. 鶴一 Al Nair 天鶴座 1.74 70 -0.74
31. 參宿一 Alnitak 獵戶座 1.76 1300 -5.25
32. 玉衡 Alioth 大熊座 1.77 60 -0.2
33. 天樞 Dubhe 大熊座 1.79 70 -1.07
34. 天社一 Regor 船帆座 1.78 1000 -5.31(實為雙星,γ1 視星等為 4.27,子星 γ2 視星等 1.78)
35. 天船三 Mirfak 英仙座 1.79 500 -4.21
37. 弧矢一 Wezen 大犬座 1.84 2800 -6.66
38. 箕宿三 Kaus Australis 人馬座 1.85 120 -2(實為雙星,人馬座 ε1,視星等 1.79,ε2,視星等 10)
39. 海石一 Avior 船底座 1.86 80 -4.58
40. 搖光 Alkaid 大熊座 1.86 150 -0.61
41. 尾宿五 Sargas 天蠍座 1.87 200 -2.76
42. 軒轅十二 Algieba 獅子座 1.90 85 0.2(實為雙星,γ1 2.28 等,γ2 3.53 等)
43. 三角形三 Atria 南三角座 1.92 100 -3.64
44. 井宿三 Alhena 雙子座 1.93 80 -0.61(分光雙星系統)
45. 孔雀十一 Peacock 孔雀座 1.94 300 -3.7
46. 軍市一 Mirzam 大犬座 1.98 700 -3.95
47. 星宿一 Alphard 長蛇座 1.98 110 -1.7
48. 婁宿三 Hamal 牡羊座 2.00 70 0.47
49. 斗宿四 Nunki 人馬座 2.02 200 -2.14(伴星 9.5等)
50. 天社三 Gl 321.3 A/B 船帆座 2.02 65 -0.01(雙伴星系統,四顆恆星中最亮的是船帆座 A,它是一顆 A 型的主序白矮星,視星等為 2.02。它的伴星船帆座 B 星等為 5.1,距船帆座 A 為 2.6 弧秒;另一個雙星系統在 69 弧秒之外,由 11 等的船帆座 C 和船帆座 D 組成,二者相距 6 弧秒。最近,伽利略探測器在木星發現天社三是一顆變星,它每 45 天亮度變化約 30%。天社三是已知最亮的食雙星(儘管大陵五更加容易觀測))
51. 土司空 Diphda 鯨魚座 2.04 60 -0.31
52. 壁宿二 Alpheratz 仙女座 2.07 100 -0.7
53. 奎宿九 Mirach 仙女座 2.06 84 -1.86
54. 參宿六 Saiph 獵戶座 2.06 2100 -4.44
55. 庫樓三 半人馬座 2.06 50 0.77
56. 帝 ( 北極星 ) 小熊座 2.08 400 -3.63(三星系統)
57.侯(蛇夫座 α星) 蛇夫座 2.08 54 1.3
58. 鶴二 天鶴座 2.10 260 -2.5~-2.2
59. 大陵五 英仙座 2.12 72 -0.4

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