星等
星等(英語:),為天文学术语,是指星体在天空中的相对亮度。一般而言,这也指“视星等”,即为从地球上所见星体的亮度。在地球上看起来越明亮的星体,其视星等数值就越低。常见情况下人们使用可见光来衡量视星等,但在科学探测中,红外线等其它波段也有用到。不同波段探测到的星等数据会有所不同。一颗星星的星等,取决于它离地球的距离、它本身的光度(即为绝对星等)、星际尘埃遮蔽等多重因素。一般人的肉眼能够分辨的极限大约是6.5等。
视星等
人眼 是否 可见 |
视星等 | 亮度 相对于 织女一 |
亮于 这个星等 的恒星数量[1] |
---|---|---|---|
是 | −1.0 | 250% | 1 |
0.0 | 100% | 4 | |
1.0 | 40% | 15 | |
2.0 | 16% | 48 | |
3.0 | 6.3% | 171 | |
4.0 | 2.5% | 513 | |
5.0 | 1.0% | 1 602 | |
6.0 | 0.40% | 4 800 | |
否 | 7.0 | 0.16% | 14 000 |
8.0 | 0.063% | 42 000 | |
9.0 | 0.025% | 121 000 | |
10.0 | 0.010% | 340 000 |
视星等(英語:,符號:m)最早是由古希腊天文学家喜帕恰斯制定的,他把自己编制的星表中的1022颗恒星按照亮度划分为6个等级,即1等星到6等星。1850年英国天文学家普森发现1等星要比6等星亮100倍。根据这个关系,星等被量化。重新定义后的星等,每级之间亮度则相差2.512倍,1勒克司(照度单位)的视星等为-13.98。[2]
但1到6的星等并不能描述当时发现的所有天体的亮度,天文学家延展本來的等級──引入「负星等」概念。这样整个视星等体系一直沿用至今。如牛郎星为0.77,织女星为0.03,除了太陽之外最亮的恒星天狼星为−1.44,太阳为−26.7,满月为−12.8,金星最亮时为−4.89。现在地面上最大的望远镜可看到24等星,而哈勃望远镜则可以看到30等星。
因为视星等是人们从地球上观察星体亮度的度量,它实际上只相当于光学中的照度;因为不同恒星与地球的距离不同,所以视星等并不能指示出恒星本身的发光强度。
由于视星等需要同时考虑星体本身光度与到地球的距离等多重因素,会出现距离地球近的星体视星等不如距离远的星体的情况。例如巴纳德星距离地球仅6光年,却无法被肉眼所见(9.54等)。
如果人们在理想環境下(清澈、晴朗且没有月亮的夜晚),肉眼能观察到的半個天空平均约3000颗星星(至6.5等計算),整个天球能被肉眼看到的星星則约有6000颗。大多数能为肉眼所见的星星都在数百光年内。现在人类用肉眼可以看见的最远天体是三角座星系,其星等约为6.3,距离地球约290万光年。历史上肉眼能看见的最远天体是GRB 080319B在2008年3月19日的一次伽玛射线暴,距离地球达到75亿光年,视星等达到5.8,相当于用肉眼看见那里75亿年前发出的光。[3]
另外,宇宙中大量的星际尘埃也会影响到星星的视星等。由于尘埃的遮蔽,一些明亮的星星在可见光上将变得十分暗淡。有一些原本能为肉眼所见的恒星变得再也无法用肉眼看见,例如银河系中心附近的手枪星。[4]
星星的视星等也随着星星本身的演化、和它们与地球的距离变化而变化当中。例如,当超新星爆发时,星体的视星等有机会骤增好几个等级。在未来的几万年内,一些逐渐接近地球的恒星将会显著变亮,例如葛利斯710在约一百万年后将从9.65等增亮到肉眼可见的1等。
视星等级 | 对应天体 |
---|---|
–38.00 | 在距离一天文单位外看参宿七。此时将看到一团巨大的火球,占据着35°的天空。 |
–30.30 | 在距离一天文单位外看天狼星。 |
–29.30 | 在水星近日点上看太阳。 |
–27.40 | 在金星近日点上看太阳。 |
–26.74 | 在地球近日点上看太阳,比满月亮40万倍。 |
–25.60 | 在火星近日点上看太阳。 |
–23.00 | 在木星近日点上看太阳。 |
–21.70 | 在土星近日点上看太阳。 |
–20.20 | 在天王星近日点上看太阳。 |
–19.30 | 在海王星近日点上看太阳。 |
–18.20 | 在冥王星近日点上看太阳。 |
–16.70 | 在阋神星近日点上看太阳。 |
–14 | 1个勒克斯的亮度。[5] |
–12.92 | 满月最亮时的亮度(一般是–12.74)。 |
–11.20 | 在塞德娜近日点上看太阳。 |
–10 | 1965年池谷-关彗星接近太阳时最亮的水平。[6] |
–9.50 | 在地面上可见的最亮的人造卫星。 |
–7.50 | 超新星SN 1006在1006年爆发最亮时的程度。 |
–6.00 | 距离地球6500光年远的SN 1054在1054年爆发时的最大亮度。 |
–4.89 | 从地球上看金星的最大亮度。 |
–4.00 | 当太阳高高挂在天上时,肉眼能分辨的最暗天体。 |
–3.99 | 470万年前从地球上看弧矢七的亮度。它是距今前后五百万年的時間範圍內,从地球上所能看到最亮的恒星(除了太阳、超新星)。 |
–3.82 | 从地球上看金星的最低亮度(当金星处于轨道远离地球的一侧时)。 |
–2.94 | 从地球上看木星的最大亮度。 |
–2.91 | 从地球上看火星的最大亮度。 |
–2.50 | 当太阳高于地平线10度时,肉眼所能见到的最暗天体。 |
–2.50 | 从地球上看新月的最大亮度。 |
–2.45 | 从地球上看水星的最大亮度(当水星处于合的位置时)。 |
–1.61 | 从地球上看木星的最低亮度。 |
–1.47 | 从地球上看天狼星的亮度。它是目前全天空除太阳外最明亮的恒星。 |
–0.83 | 1843年4月海山二假超新星爆发时的最大亮度。 |
–0.72 | 从地球上看老人星的亮度。 |
–0.49 | 从地球上看土星的最大亮度(当它的光环完全朝地球敞开时)。 |
–0.27 | 从地球上看南门二的亮度。 |
–0.04 | 从地球上看大角星的亮度。 |
−0.01 | 从地球上看半人马座α星A。 |
+0.03 | 从地球上看织女星。它也是最初被定义为0等的恒星。 |
+0.50 | 从南门二看太阳。 |
1.47 | 从地球上看土星的最低亮度。 |
1.84 | 从地球上看火星的最低亮度。 |
3.03 | SN 1987A在大麦哲伦星云内爆发时的最大亮度。距离地球16万光年远。 |
3至4 | 当人身处城市(即较大光污染)时肉眼所能看见的最暗天体。 |
4.36 | 从地球上看仙女座星系 (M31)的亮度。 |
4.38 | 从地球上看木卫三的最大亮度。它是太阳系已知最大的卫星。 |
4.50 | 从地球上看M41。[7] |
5.20 | 从地球上看灶神星的最大亮度。 |
5.32 | 从地球上看天王星的最大亮度。 |
5.72 | 从地球上看三角座星系的最大亮度。[8][9] |
5.73 | 从地球上看水星的最低亮度。 |
5.8 | 2008年3月19日发生的GRB 080319B伽玛射线暴的最大亮度,持续约半分钟,它刷新了人类以肉眼看见的最远天体记录(75亿光年)。[3] |
5.95 | 从地球上看天王星的最低亮度。 |
6.49 | 从地球上看智神星的最大亮度。 |
6.50 | 地球上人类以肉眼能够分辨的最暗天体极限。 |
6.64 | 从地球上观测谷神星的最大亮度。 |
6.75 | 从地球上观测虹神星的最大亮度。 |
6.90 | 从地球上观测波德星系的亮度。虽然暗于6.5等但仍处于人眼观测极限范围内。[10] |
7至8 | 理论上在地球上最黑暗的地方,肉眼能看到的范围极限。[11] |
7.78 | 从地球上观测海王星的最大亮度。 |
8.02 | 从地球上观测海王星的最低亮度。 |
8.10 | 从地球上观测土卫六(泰坦星)的最大亮度。 |
8.94 | 从地球上观测健神星的最大亮度。 |
9.50 | 一般情况下,使用7x50双筒望远镜能看到的最暗范围。 |
10.20 | 从地球上观测土卫八的最大亮度。 |
12.91 | 最亮的类星体3C 273,距离地球24.4亿光年。 |
13.42 | 从地球上观测海卫一的最大亮度。 |
13.65 | 从地球上观测冥王星的最大亮度,比6.5等星暗725倍。 |
15.40 | 从地球上观测小行星2060的最大亮度。 |
15.55 | 从地球上观测冥卫一的最大亮度。 |
16.80 | 从地球上观测鸟神星。 |
17.27 | 从地球上观测妊神星。 |
18.70 | 从地球上观测阋神星。 |
20.70 | 从地球上观测木卫十七。 |
22.00 | 使用里奇-克莱琴望远镜拍摄30分钟重叠影像所能看到的极限。[12] |
22.91 | 从地球上观测冥卫三。 |
23.38 | 从地球上观测冥卫二。 |
24.80 | 类星体CFHQS J1641 +3755的亮度[13][14] |
25.00 | 从地球上观测土卫四十一。 |
27.00 | 使用8米地面望远镜能观测到的最暗物体。 |
28.00 | 如果把木星放到距离太阳5,000个天文单位的位置(0.08光年)。 |
28.20 | 2003年,当哈雷彗星运行到距离太阳28个天文单位的时候。[15] |
31.50 | 哈勃太空望远镜在可见光范围能够看到的最暗物体极限。 |
35.00 | 在地球上观测变星LBV 1806-20。距离地球30,000–49,000光年。它本身光度很高,但星际尘埃的消光使得它的光传到地球时相当地暗。 |
36.00 | 使用欧洲极大望远镜能够探测到的最暗星体极限。 |
请参见恒星亮度列表。 |
绝对星等
由于视星等需要考虑星体光度、距离、星际尘埃遮蔽等多重因素,因此仅凭视星等衡量恒星本身亮度是不客观的。只有从已知的距离观察一个恒星得到的亮度,才能确定它自身的发光强度,并用来与其他星体进行比较。我们把从距离星体10个秒差距(32.6光年)的地方看到的目视亮度(也就是视星等),叫做该星体的绝对星等(英語:,符號:M)。按照这个度量方法,牛郎星为2.19等,织女星为0.5等,天狼星为1.43等,太阳为4.8等。
- M = m + 5 - 5 × lg d,
其中M為絕對星等,m為視星等,d為以秒差距為單位的恆星距離。
因为行星、小行星、彗星等天体只能依靠反射星光才能看到,即使从固定的距离观察,它们的亮度也会不同,所以行星、小行星、彗星的绝对星等需要另外定義。行星的绝对星等定义为“天体在距离太阳和地球的距离都为一个天文单位(au),且相位角为0°时,呈现的视星等”。
各种类型的星等
以下列举使用不同的观测手段或关注的领域的星等。它们都有视星等和绝对星等之分。除此之外,还有AB星等(AB magnitude)和基于织女一的Vega星等。各种数据库,比如SDSS,会说明自身的星等标准。
光电星等
最常用的光电星等系统是UBV系统。
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360纳米(nm)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)。
- 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。
它们之间的换算可以表示为
- M=-2.5 log10 E -5log10 r + 常数
其中M为绝对星等,E为照度,在国际单位制中的单位是坎德拉/米2;r为天体距离,常数的定义目前为太阳的可见绝对星等MU=5.61, MB=5.84, MV=4.83[16]。
其它波段也可以测量星等。例如SDSS可以测量五种波段的星等:紫外(u),绿色(g),红色(r),近红外(i)和红外(z)。各个测出的数值都不相同。在某些有特殊需求的场合(例如穿透尘埃云),这些波段将大有作用。
参考文献
- . National Solar Observatory—Sacramento Peak. [2006-08-23]. (原始内容存档于2008-02-06).
- . 星星宇宙. [2013-01-19].
- . NASA. 2008-03-21 [2008-03-21]. (原始内容存档于2012-03-13).
- . [2013-01-18]. (原始内容存档于2013-05-03).
- Ian S. McLean, Electronic imaging in astronomy: detectors and instrumentation Springer, 2008, ISBN 3-540-76582-4 page 529
- . International Comet Quarterly. [2011-12-18]. (原始内容存档于2011-12-28).
- . SEDS (Students for the Exploration and Development of Space). 2006-07-28 [2009-11-29]. (原始内容存档于2011-08-08).
- . SIMBAD Astronomical Database. [2009-11-28]. (原始内容存档于2019-05-02).
- Lodriguss, Jerry. . 1993 [2009-11-27]. (原始内容存档于2010-01-15). (shows b mag not v mag)
- . SEDS (Students for the Exploration and Development of Space). 2007-09-02 [2009-11-28]. (原始内容存档于2010-01-19).
- John E. Bortle. . Sky & Telescope. February 2001 [2009-11-18]. (原始内容存档于2009-03-23).
- Steve Cullen (sgcullen). . LightBuckets. 2009-10-05 [2009-11-15]. (原始内容存档于2010-01-31).
- Cooperation with Ken Crawford
- .
- . ESO. 2003-09-01 [2009-02-22]. (原始内容存档于2009年3月1日).
- Absolute Magnitude of the Sun 的存檔,存档日期2007-07-18.