简介

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1。

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。

起源发展

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 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。

计算公式

普森公式:

联系两个天体的星等 m1、m2 和它们的亮度 E1、E2。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。

星等分类视星等

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 mv=+6.55 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 8.3×10-9 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。

绝对星等

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d0 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:

目视星等

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。

照相星等

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:

E为照度,在国际单位制中的单位是流明/米2;r 为天体距离,C为常数,定义为太阳的可见绝对星等 MU=5.61,MB=5.84,MV=4.83。

光度表

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2。

亮星表
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-1.458.61.45
2.老人星Canopus船底座-0.7380-5.53
3.南门二Rigel Kentaurus半人马座-0.104.34.20
4.大角星Arcturus牧夫座-0.0636-0.38
5.织女星Vega天琴座0.04250.58
6.五车二Capella御夫座0.08400.48
7.参宿七Rigel猎户座0.11700-6.69
8.南河三Procyon小犬座0.35112.70
9.水委一Achernar波江座0.4680-2.77
10.参宿四Betelgeuse猎户座0.80500-5.13(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0.60525-5.1
12.河鼓二Altair天鹰座0.77162.21
13.毕宿五Aldebaran金牛座0.8560-0.63
14.十字架二Acrux南十字座0.90450-4.00
15.角宿一Spica室女座0.96350-3.52
16.心宿二Antares天蝎座1.00500-4.71
17.北河三Pollux双子座1.15351.09
18.北落师门Fomalhaut南鱼座1.16221.75
19.天津四Deneb天鹅座1.251800-8.73
20.十字架三Mimosa南十字座1.26500-4.02
21.轩辕十四Regulus狮子座1.3570-0.52
22.弧矢七Adhara大犬座1.52600-3.97
23.北河二Castor双子座1.58500.58
24.十字架一Gacrux南十字座1.6380-0.5 
25.尾宿八Shaula天蝎座1.63300-5.07
26.参宿五Brellatrix猎户座1.64400-2.75
27.五车五Elnath

金牛座

1.65130-1.6
28.南船五Miaplacidus船底座1.6850-1.1
29.参宿二Alnilam猎户座1.701300-7.213
30.鹤一Al Nair天鹤座1.7470-0.74
31.参宿一Alnitak猎户座1.761300-5.25
32.玉衡Alioth大熊座1.7760-0.2
33.天枢Dubhe大熊座1.7970-1.07
34.天社一Regor船帆座1.781000-5.31(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1.79500-4.21
37.弧矢一Wezen大犬座1.842800-6.66
38.箕宿三Kaus Australis人马座1.85120-2(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1.8680-4.58
40.摇光Alkaid大熊座1.86150-0.61
41.尾宿五Sargas天蝎座1.87200-2.76
42.轩辕十二Algieba狮子座1.90850.2(实为双星,γ1 2.28 等,γ2 3.53 等)
43.三角形三Atria南三角座1.92100-3.64
44.井宿三Alhena双子座1.9380-0.61(分光双星系统)
45.孔雀十一Peacock孔雀座1.94300-3.7
46.军市一Mirzam大犬座1.98700-3.95
47.星宿一Alphard长蛇座1.98110-1.7
48.娄宿三Hamal白羊座2.00700.47
49.斗宿四Nunki人马座2.02200-2.14(伴星 9.5等)
50.天社三Gl 321.3 A/B船帆座2.0265-0.01(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2.0460-0.31
52.壁宿二Alpheratz仙女座2.07100-0.7
53.奎宿九Mirach仙女座2.0684-1.86
54.参宿六Saiph猎户座2.062100-4.44
55.库楼三 半人马座2.06500.77
56.帝(北极星) 小熊座2.08400-3.63(三星系统)
57.侯(蛇夫座 α星) 蛇夫座2.08541.3
58.鹤二 天鹤座2.10260-2.5~-2.2
59.大陵五 英仙座2.1272-0.4