星等首先由古希腊天文学家喜帕恰斯(Hipparchus)提出,他把天上最亮的二十颗星定为1等星,再依光度不同分为2等星、3等星,如此类推到6等星。
星等(magnitude)是衡量天体光度的量。为了衡量星星的明暗程度,古希腊天文学家喜帕恰斯(Hipparchus,又名依巴谷)在公元前二世纪首先提出了星等这个概念。星等值越小,星星就越亮;星等的数值越大,它的光就越暗。在不明确说明的情况下,星等一般指目视星等。
星等是天文学上对星星明暗程度的一种表示方法,记为 m。通俗的说法是星星的等级。天文学上规定,星的明暗一律用星等来表示,星等数越小,说明星越亮,星等数每相差 1星的亮度大约相差 2.512 倍。1 等星的亮度恰好是 6 等星的 100 倍。每相差0.1星等的亮度大约相差1.0965倍天空中有一等星21 颗,二等星有 46 颗,三等星 134 颗,四等星共 458 颗,五等星有 1476 颗,六等星共 4840 颗,共计 6974 颗。更亮的为 0 等以至负的星等。例如,太阳是 -26.7 等,满月的亮度是 -12.6 等,金星最亮时可达 -4.4 等。我们把肉眼能够看到的最暗的星设定是 6 等星(6m 星)。天空中亮度在 6 等以上(即星等数小于 6)也就是可以看到的星有 6000 多颗。当然,同一时刻我们只能看到半个天球上的星星,即 3000 多颗。而当今世界上最大的天文望远镜能看到暗至 24m 的天体,而哈勃望远镜能拍摄得到的最暗星等达 30m。恒星的真正亮度还可用光度表示。光度就是恒星每秒钟辐射的总能量。恒星的光度星等星等由它的温度和表面积决定。温度愈高光度愈大;恒星的表面积愈大光度也愈大。恒星的大小和温度是决定恒星光度的两个重要物理量。恒星的光度与绝对星等之间存在着密切的关系。绝对星等相差 1 等,光度相差 2.512 倍。例如绝对星等 1 等星的光度是绝对星等 2 等星的光度的 2.512 倍,是绝对星等 6 等星的 100 倍。这和星等与视亮度之间的关系是类似的。恒星之间的光度差别非常大。以太阳为标准来比较,织女星的绝对星等是 0.5 等,它的光度是太阳的 50 倍。超巨星“天津四”的绝对星等大约是-7.2 等,其光度比太阳强五万多倍。还有一颗在星空中极不起眼的天蝎座“尾宿三” ,视星等只有 4.7 等,但它的绝对星等是 -10.2 等,它的光度几乎是太阳光度的 150~180 万倍。光度超过太阳的 100 万倍的恒星比比皆是。天文学家把光度大的恒星叫做巨星,光度小的称为矮星。光度比巨星更强的叫超巨星。从表面积愈大光度也愈大的规律可以知道,光度大的巨星,体积也大,光度小的矮星,体积也小。太阳是一颗黄色的矮星,相比之下光度比较弱。但还有比它更弱的矮星。光度用每秒辐射多少尔格(尔格/秒)来表示。不仅适用于光学波段,也适用于其它波段,如红外、紫外、射电、X 射线及 γ 射线波段。它是恒星本身所固有的,表征其辐射本领的量。太阳的光度是,知道了恒星的绝对星等后,就可以对比太阳的光度,得到恒星的光度L。
公元前二世纪,古希腊天文学家喜帕恰斯在爱琴海的罗德岛建立观星台,并在天蝎座看到一颗陌生的星。为了描述这颗前人没有记录的星星,他决定绘制一份详细的星图。经过顽强的努力,这份标有上千颗恒星位置和亮度的星图诞生了。喜帕恰斯将恒星按照亮度分成等级,最亮的二十颗作为一等星,最暗的作为六等星,中间又有二等星、三等星、四等星、五等星。喜帕恰斯在 2100多年前创立的“星等”的概念一直沿用到今天。
到了 1850 年,由于光度计在天体光度测量中的应用,英国天文学家普森(M.R.Pogson)把肉眼看见的一等星到六等星做了比较,发现星等相差 5 等的亮度之比约为 100 倍。于是提出的衡量天体亮度的单位,一个星等间的亮度比规定为五次根号下100即约 2.512 倍。它是天体光度学的重要内容。当然,现 在对天体光度的测量非常精确,星等自然也分得很精细,由于星等范围太小,又引入了负星等,来衡量极亮的天体,把比一等星还亮的定为零等星,比零等星还亮的定为-1 等星,依此类推,同时,星等也用小数表示。星等又分视星等和绝对星等,视星等是地球上的观测者所见的天体的亮度,比如,全天最亮的恒星天狼星为-1.45 等星,老人星为-0.73 等星,织女星为 0.04 等星,牛郎星为 0.77 等星。而绝对星等是在距天体 10 秒差距(32.6光年)处所看到的亮度,太阳的绝对星等为 4.75 等;热星等是测量恒星整个辐射,而不是只测量一部分可见光所得到的星等;单色星等是只测量电磁波谱中某些范围很窄的辐射而得的星等;窄频带星等是测量略宽一点的频段所得的星等;宽频带星等的测量范围更宽;人眼对黄色最敏感,因此目视星等也可称为黄星等。
普森公式:
联系两个天体的星等 和它们的亮度 。这个星等尺度的定义一直沿用至今。星等尺度的零点由规定某颗星的星等值来确定。
天体光度测量直接得到的星等同天体的距离有关,称为视星等,它反映天体的视亮度。一颗很亮的星可以由于距离远而显得很暗(星等数值大);而一颗实际上很暗的星可能由于距离近而显得很亮(星等数值小)。对于点光源,则代表天体在地球上的照度。星等常用 m 表示。对单一波长测定的单色星等差与辐射探测器的特性无关。但在一定波段内测定的星等差,随探测器的选择性而不同。因此,对应不同探测器有各种星等系统。例如:
目视星等 mv 是人眼测定的星等。美国哈佛大学天文台规定小熊座λ 星的 等,以此来确定目视星等的零点。例如,太阳的目视星等为-26.74 等;天狼星的目视星等为-1.6 等。目视星等为 1 等的星,在地面的照度约等于勒克司。
照相星等 mp 是用蓝敏照相底片测定的星等。国际照相星等 Ipg 的零点是这样规定的:令目视星等介于 5.5~6.5 等间的 A0 型星的平均 Ipg 为 mv。
仿视星等 mpv、国际仿视星等 Ipv 是用正色底片加黄色滤光片测定的。它的分光特性与人眼相近,实际上取代了目视星等。
光电星等是用光电倍增管测定的星等。目前最常用的光电星等系统是 UBV 测光系统。U 为紫外星等,B 为蓝星等,V 为黄星等(和目视星等相似)。
热星等 mbol 是表征天体在整个电磁波段内辐射总量的星等。不能直接由观测来确定,只能由多色测光的星等结合理论计算来求得。随着各波段测光技术特别是大气外观测的发展,确定热星等的精度越来越高。
为了比较天体的发光强度,采用绝对星等。绝对星等 M 的定义是,把天体假想置于距离 10 秒差距处所得到的视星等。若已知天体的视差π(以弧秒计)和经星际消光改正的视星等m,可按下列公式计算绝对星等:
若已知天体的距离d和视星等m,可按下列公式计算绝对星等:
其中d是 10秒差,即 32.616光年。
对应不同系统的视星等有不同的绝对星等。
若已知天体的绝对星等和视差π,或者距离d,可按照下列公式计算可视星等:
或
是指我们用肉眼所看到的星等。看来不突出的、不明亮的恒星,并不一定代表他
们的发光本领差。道理十分简单:我们所看到恒星视亮度,除了与恒星本生所辐射光度有关外,距离的远近也十分重要。同样亮度的星球
距离我们比较近的,看起来自然比较光亮。所以晦暗的星并不代表他比较光亮的星细小。
UBV 系统包括对天体在三个波长段的辐射测量,传统上通过在检测系统前放置标准滤光
片实现:
U:波长 360nm 左右,测量近紫外线成份,所得为紫外星等。
B:波长 440nm 左右,测量蓝色成分,所得为蓝色星等(蓝等,英文 Blue magnitude)。
V:波长 550nm 左右,测量黄、绿色成分,和人眼所见亮度接近,所得为可见星等。天文文献中,不特别说明的星等一般是可见星等。
这三个星等每个又有视星等和绝对星等之区分。绝对星等的定义为:
为照度,在国际单位制中的单位是流明/米; 为天体距离,为常数,定义为太阳的可见绝对星等 。
星体 | 目视星等 | 绝对星等 |
太阳 | -26.70 | 4.80 |
月球(满月) | -13.00 | 不适用 |
金星(最亮时) | -4.6 | 不适用 |
天狼星(全天最亮恒星) | -1.450 | 1.43 |
织女星 | 0.03 | 0.50 |
牛郎星 | 0.77 | 2.19 |
注:水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星、月球及彗星等太阳系内的天体,并不会自己发光的,他们是靠反射太阳的光线。
为了比较不同恒星的真实发光能力,应该把它们放在距离相同的地方进行比较,就像赛跑必须站在同一起跑线上一样。恒星的这条“起跑线”定为 10 秒差距(10 pc),即 32.616 光年。规定恒星在这个标准距离处的亮度为它的绝对亮度,用绝对星等来表示。一个恒星的绝对星等是通过计算得出来的。太阳的视亮度是无与伦比的,但如果把它放到比当前远 206 万倍远的 10 秒差距处,它的绝对星等只有 4.75 等,是一颗很暗的星星了。
中文名 | 英文名 | 所属星座 | 目视星等 | 地球距离(光年) | 绝对星等 |
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. 南门二 | Rigel Kentaurus | 半人马座 | -0.10 | 4.3 | 4.20 |
4. 大角星 | Arcturus | 牧夫座 | -0.06 | 36 | -0.38 |
5. 织女星 | Vega | 天琴座 | 0.04 | 25 | 0.58 |
6. 五车二 | Capella | 御夫座 | 0.08 | 40 | 0.48 |
7. 参宿七 | Rigel | 猎户座 | 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. 参宿四 | Betelgeuse | 猎户座 | 0.80 | 500 | -5.13(长周期不规则 变星,0.2~1 等,周期 2000 天) |
11. 马腹一 | Hadar | 半人马座 | 0.60 | 525 | -5.1 |
12. 河鼓二 | Altair | 天鹰座 | 0.77 | 16 | 2.21 |
13. 毕宿五 | 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 | 天蝎座 | 1.00 | 500 | -4.71 |
17. 北河三 | Pollux | 双子座 | 1.15 | 35 | 1.09 |
18. 北落师门 | Fomalhaut | 南鱼座 | 1.16 | 22 | 1.75 |
19. 天津四 | Deneb | 天鹅座 | 1.25 | 1800 | -8.73 |
20. 十字架三 | Mimosa | 南十字座 | 1.26 | 500 | -4.02 |
21. 轩辕十四 | Regulus | 狮子座 | 1.35 | 70 | -0.52 |
22. 弧矢七 | Adhara | 大犬座 | 1.52 | 600 | -3.97 |
23. 北河二 | Castor | 双子座 | 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 | 天蝎座 | 1.63 | 300 | -5.07 |
26. 参宿五 | Brellatrix | 猎户座 | 1.64 | 400 | -2.75 |
27. 五车五 | Elnath | 金牛座 | 1.65 | 130 | -1.6 |
28. 南船五 | Miaplacidus | 船底座 | 1.68 | 50 | -1.1 |
29. 参宿二 | Alnilam | 猎户座 | 1.70 | 1300 | -7.213 |
30. 鹤一 | Al Nair | 天鹤座 | 1.74 | 70 | -0.74 |
31. 参宿一 | Alnitak | 猎户座 | 1.76 | 1300 | -5.25 |
32. 玉衡 | Alioth | 大熊座 | 1.77 | 60 | -0.2 |
33. 天枢 | Dubhe | 大熊座 | 1.79 | 70 | -1.07 |
34. 天社一 | Regor | 船帆座 | 1.78 | 1000 | -5.31(实为双星,γ1 视星等为 4.27,子星 γ2 视星等 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 | 人马座 | 1.85 | 120 | -2(实为双星,人马座 ε1,视星等 1.79,ε2,视星等 10) |
39. 海石一 | Avior | 船底座 | 1.86 | 80 | -4.58 |
40. 摇光 | Alkaid | 大熊座 | 1.86 | 150 | -0.61 |
41. 尾宿五 | Sargas | 天蝎座 | 1.87 | 200 | -2.76 |
42. 轩辕十二 | Algieba | 狮子座 | 1.90 | 85 | 0.2(实为双星,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 | 双子座 | 1.93 | 80 | -0.61(分光双星系统) |
45. 孔雀十一 | Peacock | 孔雀座 | 1.94 | 300 | -3.7 |
46. 军市一 | Mirzam | 大犬座 | 1.98 | 700 | -3.95 |
47. 星宿一 | Alphard | 长蛇座 | 1.98 | 110 | -1.7 |
48. 娄宿三 | Hamal | 白羊座 | 2.00 | 70 | 0.47 |
49. 斗宿四 | Nunki | 人马座 | 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(双伴星系统,四颗恒星中最亮的是船帆座 A,它是一颗 A 型的主序白矮星,视星等为 2.02。它的伴星船帆座 B 星等为 5.1,距船帆座 A 为 2.6 弧秒;另一个双星系统在 69 弧秒之外,由 11 等的船帆座 C 和船帆座 D 组成,二者相距 6 弧秒。最近,伽利略探测器在木星发现天社三是一颗变星,它每 45 天亮度变化约 30%。天社三是已知最亮的食双星(尽管大陵五更加容易观测)) |
51. 土司空 | Diphda | 鲸鱼座 | 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. 参宿六 | Saiph | 猎户座 | 2.06 | 2100 | -4.44 |
55. 库楼三 | 半人马座 | 2.06 | 50 | 0.77 | |
56. 帝(北极星) | 小熊座 | 2.08 | 400 | -3.63(三星系统) | |
57.侯(蛇夫座 α星) | 蛇夫座 | 2.08 | 54 | 1.3 | |
58. 鹤二 | 天鹤座 | 2.10 | 260 | -2.5~-2.2 | |
59. 大陵五 | 英仙座 | 2.12 | 72 | -0.4 |
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