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星等

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天狼星的视星等约为-1.47等,是全天空最明亮的恒星之一。
天狼星的视星等约为-1.47等,是全天空最明亮的恒星之一。

星等(英语:magnitude),为天文学术语,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。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]
−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
7.0 0.16% 14 000
8.0 0.063% 42 000
9.0 0.025% 121 000
10.0 0.010% 340 000
从火星表面上看到的太阳视星等约为−25.60。
从地球上看月亮最亮时视星等可达到−12.92。
从地球上看猎户座参宿四视星等约为0.42。
从地球上看仙女座星系视星等约为4.36,需要在光污染较少的地区才能被肉眼所见。
从地球上看三角座星系视星等约为5.72—6.3,接近人类肉眼可辨认的极限。
从地球上观测后发座NGC 4414视星等约为11.0。
小行星原神星(图片右下角)视星等约为11.6,必须使用望远镜才能看到。
手枪星的视星等虽名义上有4,但由于星际尘埃的消光,实际在我们眼中比一般星系还要暗。
哈伯极深空中,最暗的星系视星等为30,只有肉眼可分辨光度下限的一百亿分之一。

视星等(英语:apparent magnitude,符号: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,天文学家延展本来的等级──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,除了太阳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)。

如果人们在理想环境下(清澈、晴朗且没有月亮的夜晚),肉眼能观察到的半个天空平均约3000颗星星(至6.5等计算),整个天球能被肉眼看到的星星则约有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。

视星等对照表
视星等级 对应天体
–67.57 在距离一天文单位上看伽马射线暴GRB080319B
–41.39 在距离一天文单位上看天鹅座OB2#12
–40.67 在距离一天文单位上看M33-013406.63。
–40.17 在距离一天文单位上看海山二
–40.07 在距离一天文单位上看尾宿三
–39.66 在距离一天文单位上看R136a1
–39.47 在距离一天文单位上看天津增九
–38.00 在距离一天文单位上看参宿七。此时将看到一团巨大的火球,占据着35°的天空。
–30.30 在距离一天文单位上看天狼星
–29.30 水星近日点上看太阳
–27.40 金星近日点上看太阳
–26.74 地球上看太阳的平均亮度,比满月亮40万倍。
–25.60 火星远日点上看太阳
–25.00 引起眼睛轻微疼痛的最小亮度。
–23.00 木星远日点上看太阳
–21.70 土星远日点上看太阳
–20.20 天王星远日点上看太阳
–19.30 海王星远日点上看太阳
–18.20 冥王星远日点上看太阳
–16.70 阋神星远日点上看太阳
–14.20 1个勒克斯的亮度。[5][6]
–12.92 满月最亮时的亮度(一般是–12.74[来源请求])。
–12.40 当参宿四变成超新星时从地球上看到的亮度。[7]
–11.20 塞德娜近日点上看太阳
–10.00 1965年池谷-关彗星接近太阳时最亮的水平。[8]
–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。
–6.50 夜空的总综合星等。
–6.00 距离地球6500光年远的SN 1054在1054年爆发时的最大亮度。[来源请求]
–4.89 从地球上看金星的最大亮度。[来源请求]
-4.14 从地球上看金星的平均亮度。[来源请求]
–4.00 当太阳高高挂在天上时,肉眼能分辨的最暗天体。当天体的视星等等于或低于-4时,天体会投下人眼可见的阴影[9]
–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时间范围内,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)。[来源请求]
–2.94 从地球上看木星的最大亮度。[来源请求]
–2.91 从地球上看火星的最大亮度。[来源请求]
–2.50 当太阳低于地平线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(当水星处于的位置时)。[来源请求]
-2.20 从地球上看木星的平均亮度。[来源请求]
–1.66 从地球上看木星的最低亮度。[来源请求]
–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)。[来源请求]
–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。
0.23 从地球上看水星的平均亮度。[来源请求]
0.46 南门二看太阳。
0.46 从地球上看土星的平均亮度。[来源请求]
0.71 从地球上看火星的平均亮度。[来源请求]
1.47 从地球上看土星的最低亮度。[来源请求]
1.84 从地球上看火星的最低亮度。[来源请求]
3.03 SN 1987A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。[来源请求]
4.50 从地球上看M41[10]
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。[来源请求]
5.68 从地球上看天王星的平均亮度。[来源请求]
5.72 从地球上看三角座星系的最大亮度。[11][12]
5.73 从地球上看水星的最低亮度。[来源请求]
5.80 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)。
5.95 从地球上看天王星的最低亮度。[来源请求]
6.49 从地球上看智神星的最大亮度。
6.50 在非常好的观测条件下普通人用肉眼所能看到近似极限。6.5等以下的恒星大约有9500颗。[来源请求]
6.64 从地球上看谷神星的最大亮度。
6.75 从地球上看虹神星的最大亮度。
6.90 从地球上看波德星系的亮度。虽然暗于6.5等但仍处于人眼观测极限范围内。[13]
7.67 从地球上看海王星的最大亮度。[来源请求]
7.78 从地球上看海王星的平均亮度。[来源请求]
8.00 从地球上看海王星的最低亮度。[来源请求]
8.00 极端的裸眼极限,地球上最黑暗的天空,波特尔暗空分类法1级。[14]
8.10 从地球上观测土卫六(泰坦星)的最大亮度。
8.29 从地球上观测盾牌座UY的亮度。
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。[来源请求]
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。[15]
22.91 从地球上观测冥卫三
23.38 从地球上观测冥卫二
24.00 泛星计划1.8米望远镜使用60秒曝光可观测到的最暗物体,这是目前自动全天体测量的极限。[16]
24.80 类星体CFHQS J1641+3755的亮度[17][18]
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5000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。[19]
31.50 哈勃太空望远镜通过哈勃超深空在可见光下可观测到的最暗的物体,曝光时间约为23天,收集时间为10年。[20]
34.00 詹姆斯韦伯太空望远镜在可见光下能看到的最暗物体。[21]
35.00 从地球上看已知最暗小行星(未命名)的预期亮度,这是一个950米的柯伊伯带天体,由HST在2009年从一颗恒星前发现。[21][22]
35.00 在地球上观测变星LBV 1806-20。距离地球30000-49000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(英语:absolute magnitude,符号: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。

绝对星等视星等的换算:

M = m + 5 - 5 × lg d,

其中M为绝对星等,m为视星等,d为以秒差距为单位的恒星距离。

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义。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

LBV 1806-20由于躲藏在尘埃云后,在可见光下仅有35等,然而在穿透力较强的红外线下可测出8等。灵活使用不同波长将对观测这类天体大有帮助。
LBV 1806-20由于躲藏在尘埃云后,在可见光下仅有35等,然而在穿透力较强的红外线下可测出8等。灵活使用不同波长将对观测这类天体大有帮助。

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,测量近紫外线成分,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。

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[23]

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。

其它标准

波格森的系统下,恒星织女星被用作基本参考星,无论量测科技或波长滤波器如何,视星等都定义为。这就是为什么比织女星更亮的天体,比如天狼星(以织女星为标准的星等为 − 1.46或 − 1.5)具有负星等。然而,在二十世纪末,人们发现织女星的亮度有所不同,因此不适合作为绝对参考,所以参考系统被现代化,不再依赖于任何特定恒星的稳定性。这就是为什么织女星的星等在现在很接近,但不再完全为零,而是在可见光(V,视觉)波段为0.03[24]。 当前的绝对参考系统包括AB星等英语AB magnitude系统,其中参考的是各个频率具有恒定通量密度的源,以及STMAG系统,其中参考源被定义为各个波长具有恒定通量密度[来源请求]

分贝

强度的另一个对数标度是分贝。虽然它通常用于声音强度,但也用于光强度。它是光电倍增管的一个参数,也是望远镜和显微镜等类似相机的光学元件的一个参数。强度为10的每个因数对应于10分贝。特别是,强度为100的乘数对应于20分贝的增加,也对应于幅度减少5分贝。通常,分贝的变化与星等的变化有关

例如,比参考值大1个星等(更暗)的对象将产生比参考值小4 dB的讯号,这可能需要通过将相机的能力新增尽可能多的分贝来补偿。

参考文献

  1. ^ Magnitude. National Solar Observatory—Sacramento Peak. [2006-08-23]. (原始内容存档于2008-02-06). 
  2. ^ 星等概念及计算. 星星宇宙. [2013-01-19]. (原始内容存档于2021-03-17). 
  3. ^ NASA Satellite Detects Naked-Eye Explosion Halfway Across Universe. NASA. 2008-03-21 [2008-03-21]. (原始内容存档于2012-03-13). 
  4. ^ 超越恒星演化的极限 手枪星. [2013-01-18]. (原始内容存档于2013-05-03). 
  5. ^ Dufay, Jean. Introduction to Astrophysics: The Stars. 2012-10-17: 3 [2016-02-28]. ISBN 9780486607719. (原始内容存档于2017-03-24). 
  6. ^ McLean, Ian S. Electronic Imaging in Astronomy: Detectors and Instrumentation. Springer. 2008: 529. ISBN 978-3-540-76582-0. 
  7. ^ Dolan, Michelle M.; Mathews, Grant J.; Lam, Doan Duc; Lan, Nguyen Quynh; Herczeg, Gregory J.; Dearborn, David S. P. Evolutionary Tracks for Betelgeuse. The Astrophysical Journal. 2017, 819 (1): 7. Bibcode:2016ApJ...819....7D. S2CID 37913442. arXiv:1406.3143可免费查阅. doi:10.3847/0004-637X/819/1/7. 
  8. ^ Brightest comets seen since 1935. International Comet Quarterly. [2011-12-18]. (原始内容存档于2011-12-28). 
  9. ^ NASA Science Question of the Week. Gsfc.nasa.gov (April 7, 2006). Retrieved on 2013-04-26.
  10. ^ M41 possibly recorded by Aristotle. 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). 
  11. ^ SIMBAD-M33. SIMBAD Astronomical Database. [2009-11-28]. (原始内容存档于2014-09-13). 
  12. ^ Lodriguss, Jerry. M33 (Triangulum Galaxy). 1993 [2009-11-27]. (原始内容存档于2010-01-15).  (shows b mag not v mag)
  13. ^ Messier 81. 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). 
  14. ^ John E. Bortle. The Bortle Dark-Sky Scale. Sky & Telescope. February 2001 [2009-11-18]. (原始内容存档于2009-03-23). 
  15. ^ Steve Cullen (sgcullen). 17 New Asteroids Found by LightBuckets. LightBuckets. 2009-10-05 [2009-11-15]. (原始内容存档于2010-01-31). 
  16. ^ Pan-STARRS limiting magnitude. [2021-10-01]. (原始内容存档于2020-11-24). 
  17. ^ Cooperation with Ken Crawford
  18. ^ CRedshift 6 Quasar (CFHQS J1641 +3755). [2015-12-05]. (原始内容存档于2021-01-25). 
  19. ^ New Image of Comet Halley in the Cold. ESO. 2003-09-01 [2009-02-22]. (原始内容存档于2009-03-01). 
  20. ^ Illingworth, G. D.; Magee, D.; Oesch, P. A.; Bouwens, R. J.; Labbé, I.; Stiavelli, M.; van Dokkum, P. G.; Franx, M.; Trenti, M.; Carollo, C. M.; Gonzalez, V. The HST eXtreme Deep Field XDF: Combining all ACS and WFC3/IR Data on the HUDF Region into the Deepest Field Ever. The Astrophysical Journal Supplement Series. 21 October 2013, 209 (1): 6. Bibcode:2013ApJS..209....6I. S2CID 55052332. arXiv:1305.1931可免费查阅. doi:10.1088/0067-0049/209/1/6. 
  21. ^ 21.0 21.1 http://www.jaymaron.com/telescopes/telescopes.html 互联网档案馆存档,存档日期2017-08-01. (retrieved Sep 14 2017)
  22. ^ Hubble Finds Smallest Kuiper Belt Object Ever Seen. NASA. [16 March 2018]. (原始内容存档于9 June 2017) (英语). 
  23. ^ Absolute Magnitude of the Sun 互联网档案馆存档,存档日期2007-07-18.
  24. ^ Milone, E. F. Astronomical Photometry: Past, Present and Future有限度免费查阅,超限则需付费订阅. New York: Springer. 2011: 182–184. ISBN 978-1-4419-8049-6. 

参看

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