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星等

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天狼星的星等約為-1.47等,是全天空最明亮的恆星之一

星等(英語:magnitude),為天文學術語,是指星體在天空中的相對亮度。一般而言,這也指「視星等」,即為從地球上所見星體的亮度。在地球上看起來越亮的星體,其視星等數值就越'''低'''。常見情況下人們使用可見光來衡量視星等,但在科學探測中,紅外線等其它波段也有用到。不同波段探測到的星等數據會有所不同。一顆星星的星等,取決於它離地球的距離、它本身的光度(即為絕對星等)、星際塵埃遮蔽等多重因素。一般人的肉眼能夠分辨的極限大約是6.5等。

視星等

人眼
是否
可見
視星等 亮度
相對於
織女一
亮於
這個星等
的恆星數量[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
從火星表面上看到的太陽視星等約為−25.60。
從地球上看月亮最亮時視星等可達到−12.92。
從地球上看獵戶座參宿四視星等約為0.42。
從地球上看仙女座星系視星等約為4.36,需要在光污染較少的地區才能被肉眼所見。
從地球上看三角座星系視星等約為5.72—6.3,接近人類肉眼可辨認的極限。
從地球上觀測后髮座NGC 4414視星等約為11.0。
小行星原神星(圖片右下角)視星等約為11.6,必須使用望遠鏡才能看到。
手槍星的視星等雖名義上有4,但由於星際塵埃的消光,實際在我們眼中比一般星系還要暗。
哈伯極深空中,最暗的星系視星等為30,只有肉眼可分辨光度下限的一百億分之一。

視星等(英語:apparent magnitude,符號:m)最早是由古希臘天文學家喜帕恰斯制定的,他把自己編制的星表中的1022顆恆星按照亮度劃分為6個等級,即1等星到6等星。1850年英國天文學家普森發現1等星要比6等星亮100倍。根據這個關係,星等被量化。重新定義後的星等,每級之間亮度則相差2.512倍,1勒克司(照度單位)的視星等為-13.98。[2]

但1到6的星等並不能描述當時發現的所有天體的亮度,天文學家延展本來的等級──引入「負星等」概念。這樣整個視星等體系一直沿用至今。如牛郎星為0.77,織女星為0.03,除了太陽之外最亮的恆星天狼星為−1.44,太陽為−26.7,滿月為−12.8,金星最亮時為−4.89。現在地面上最大的望遠鏡可看到24等星,而哈勃望遠鏡則可以看到30等星。

因為視星等是人們從地球上觀察星體亮度的度量,它實際上只相當於光學中的照度;因為不同恆星與地球的距離不同,所以視星等並不能指示出恆星本身的發光強度。

由於視星等需要同時考慮星體本身光度與到地球的距離等多重因素,會出現距離地球近的星體視星等不如距離遠的星體的情況。例如巴納德星距離地球僅6光年,卻無法被肉眼所見(9.54等)。

如果人們在理想環境下(清澈、晴朗且沒有月亮的夜晚),肉眼能觀察到的半個天空平均約3000顆星星(至6.5等計算),整個天球能被肉眼看到的星星則約有6000顆。大多數能為肉眼所見的星星都在數百光年內。現在人類用肉眼可以看見的最遠天體是三角座星系,其星等約為6.3,距離地球約290萬光年。歷史上肉眼能看見的最遠天體是GRB 080319B在2008年3月19日的一次伽瑪射線暴,距離地球達到75億光年,視星等達到5.8,相當於用肉眼看見那裡75億年前發出的光。[3]

另外,宇宙中大量的星際塵埃也會影響到星星的視星等。由於塵埃的遮蔽,一些明亮的星星在可見光上將變得十分暗淡。有一些原本能為肉眼所見的恆星變得再也無法用肉眼看見,例如銀河系中心附近的手槍星[4]

星星的視星等也隨著星星本身的演化、和它們與地球的距離變化而變化當中。例如,當超新星爆發時,星體的視星等有機會驟增好幾個等級。在未來的幾萬年內,一些逐漸接近地球的恆星將會顯著變亮,例如葛利斯710在約一百萬年後將從9.65等增亮到肉眼可見的1等。

視星等對照表
視星等級 對應天體
–67.57 在距離一天文單位上看伽馬射線暴GRB080319B
–41.39 在距離一天文單位上看天鵝座OB2#12
–40.67 在距離一天文單位上看M33-013406.63
–40.17 在距離一天文單位上看海山二
–40.07 在距離一天文單位上看尾宿三
–39.66 在距離一天文單位上看R136a1
–39.47 在距離一天文單位上看天津增九
–38.00 在距離一天文單位上看參宿七。此時將看到一團巨大的火球,占據著35°的天空。
–30.30 在距離一天文單位上看天狼星
–29.30 水星近日點上看太陽
–27.40 金星近日點上看太陽
–26.74 地球上看太陽的平均亮度,比滿月亮40萬倍。
–25.60 火星遠日點上看太陽
–25.00 引起眼睛輕微疼痛的最小亮度。
–23.00 木星遠日點上看太陽
–21.70 土星遠日點上看太陽
–20.20 天王星遠日點上看太陽
–19.30 海王星遠日點上看太陽
–18.20 冥王星遠日點上看太陽
–16.70 鬩神星遠日點上看太陽
–14.20 1個勒克斯的亮度。[5][6]
–12.92 滿月最亮時的亮度(一般是–12.76[7])。
–12.40 當參宿四變成超新星時從地球上看到的亮度。[8]
–11.20 塞德娜近日點上看太陽
–10.00 1965年池谷-關彗星接近太陽時最亮的水平。[9]
–9.50 在地面上可見的最亮的人造衛星。
–7.50 超新星SN 1006在1006年爆發最亮時的程度。
–6.50 夜空的總綜合星等。
–6.00 距離地球6500光年遠的SN 1054在1054年爆發時的最大亮度。[來源請求]
–4.89 從地球上看金星的最大亮度。[來源請求]
-4.14 從地球上看金星的平均亮度。[來源請求]
–4.00 當太陽高高掛在天上時,肉眼能分辨的最暗天體。當天體的視星等等於或低於-4時,天體會投下人眼可見的陰影[10]
–3.99 470萬年前從地球上看弧矢七的亮度。它是距今前後五百萬年的時間範圍內,從地球上所能看到最亮的恆星(除了太陽、超新星)。
–3.82 從地球上看金星的最低亮度(當金星處於軌道遠離地球的一側時)。[來源請求]
–2.94 從地球上看木星的最大亮度。[來源請求]
–2.91 從地球上看火星的最大亮度。[來源請求]
–2.50 當太陽低於地平線10度時,肉眼所能見到的最暗天體。
–2.50 從地球上看新月的最大亮度。
–2.45 從地球上看水星的最大亮度(當水星處於的位置時)。[來源請求]
-2.20 從地球上看木星的平均亮度。[來源請求]
–1.66 從地球上看木星的最低亮度。[來源請求]
–1.47 從地球上看天狼星的亮度。它是目前全天空除太陽外最明亮的恆星。
–0.83 1843年4月海山二假超新星爆發時的最大亮度。
–0.72 從地球上看老人星的亮度。
–0.49 從地球上看土星的最大亮度(當它的光環完全朝地球敞開時)。[來源請求]
–0.27 從地球上看南門二的亮度。
–0.04 從地球上看大角星的亮度。
−0.01 從地球上看半人馬座α星A
0.03 從地球上看織女星。它也是最初被定義為0等的恆星。
0.23 從地球上看水星的平均亮度。[來源請求]
0.46 南門二看太陽。
0.46 從地球上看土星的平均亮度。[來源請求]
0.71 從地球上看火星的平均亮度。[來源請求]
1.47 從地球上看土星的最低亮度。[來源請求]
1.84 從地球上看火星的最低亮度。[來源請求]
3.03 SN 1987A大麥哲倫星雲內爆發時的最大亮度。距離地球16萬光年遠。
3至4 當人身處城市(即較大光污染)時肉眼所能看見的最暗天體。
4.36 從地球上看仙女座星系 (M31)的亮度。
4.38 從地球上看木衛三的最大亮度。它是太陽系已知最大的衛星。[來源請求]
4.50 從地球上看M41[11]
5.20 從地球上看灶神星的最大亮度。
5.32 從地球上看天王星的最大亮度。[來源請求]
5.68 從地球上看天王星的平均亮度。[來源請求]
5.72 從地球上看三角座星系的最大亮度。[12][13]
5.73 從地球上看水星的最低亮度。[來源請求]
5.80 2008年3月19日發生的GRB 080319B伽瑪射線暴的最大亮度,持續約半分鐘,它刷新了人類以肉眼看見的最遠天體記錄(75億光年)。
5.95 從地球上看天王星的最低亮度。[來源請求]
6.49 從地球上看智神星的最大亮度。
6.50 在非常好的觀測條件下普通人用肉眼所能看到近似極限。6.5等以下的恆星大約有9500顆。[來源請求]
6.64 從地球上看穀神星的最大亮度。
6.75 從地球上看虹神星的最大亮度。
6.90 從地球上看波德星系的亮度。雖然暗於6.5等但仍處於人眼觀測極限範圍內。[14]
7.67 從地球上看海王星的最大亮度。[來源請求]
7.78 從地球上看海王星的平均亮度。[來源請求]
8.00 從地球上看海王星的最低亮度。[來源請求]
8.00 極端的裸眼極限,地球上最黑暗的天空,波特爾暗空分類法1級。[15]
8.10 從地球上觀測土衛六(泰坦星)的最大亮度。
8.29 從地球上觀測盾牌座UY的亮度。
8.94 從地球上觀測健神星的最大亮度。
9.50 一般情況下,使用7x50雙筒望遠鏡能看到的最暗範圍。[來源請求]
10.20 從地球上觀測土衛八的最大亮度。
12.91 最亮的類星體3C 273,距離地球24.4億光年。
13.42 從地球上觀測海衛一的最大亮度。
13.65 從地球上觀測冥王星的最大亮度,比6.5等星暗725倍。
15.40 從地球上觀測小行星2060的最大亮度。
15.55 從地球上觀測冥衛一的最大亮度。
16.80 從地球上觀測鳥神星
17.27 從地球上觀測妊神星
18.70 從地球上觀測鬩神星
20.70 從地球上觀測木衛十七
22.00 使用里奇-克萊琴望遠鏡拍攝30分鐘重疊影像所能看到的極限。[16]
22.91 從地球上觀測冥衛三
23.38 從地球上觀測冥衛二
24.00 泛星計劃1.8米望遠鏡使用60秒曝光可觀測到的最暗物體,這是目前自動全天體測量的極限。[17]
24.80 類星體CFHQS J1641+3755的亮度[18][19]
25.00 從地球上觀測土衛四十一
27.00 使用8米地面望遠鏡能觀測到的最暗物體。
28.00 如果把木星放到距離太陽5000個天文單位的位置(0.08光年)。
28.20 2003年,當哈雷彗星運行到距離太陽28個天文單位的時候。[20]
31.50 哈勃太空望遠鏡通過哈勃超深空在可見光下可觀測到的最暗的物體,曝光時間約為23天,收集時間為10年。[21]
34.00 詹姆斯韋伯太空望遠鏡在可見光下能看到的最暗物體。[22]
35.00 從地球上看已知最暗小行星(未命名)的預期亮度,這是一個950米的柯伊伯帶天體,由HST在2009年從一顆恆星前發現。[22][23]
35.00 在地球上觀測變星LBV 1806-20。距離地球30000-49000光年。它本身光度很高,但星際塵埃的消光使得它的光傳到地球時相當地暗。
36.00 使用歐洲極大望遠鏡能夠探測到的最暗星體極限。
請參見恆星亮度列表

絕對星等

由於視星等需要考慮星體光度、距離、星際塵埃遮蔽等多重因素,因此僅憑視星等衡量恆星本身亮度是不客觀的。只有從已知的距離觀察一個恆星得到的亮度,才能確定它自身的發光強度,並用來與其他星體進行比較。我們把從距離星體10個秒差距(32.6光年)的地方看到的目視亮度(也就是視星等),叫做該星體的絕對星等(英語:absolute magnitude,符號:M)。按照這個度量方法,牛郎星為2.19等,織女星為0.5等,天狼星為1.43等,太陽為4.8等。

絕對星等視星等的換算:

M = m + 5 - 5 log 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。

因為行星小行星彗星等天體只能依靠反射星光才能看到,即使從固定的距離觀察,它們的亮度也會不同,所以行星、小行星、彗星的絕對星等需要另外定義。行星的絕對星等定義為「天體在距離太陽和地球的距離都為一個天文單位(au),且相位角為0°時,呈現的視星等」。

各種類型的星等

以下列舉使用不同的觀測手段或關注的領域的星等。它們都有視星等和絕對星等之分。除此之外,還有AB星等(AB magnitude)和基於織女一的Vega星等。各種資料庫,比如SDSS,會說明自身的星等標準。

光電星等

LBV 1806-20由於躲藏在塵埃雲後,在可見光下僅有35等,然而在穿透力較強的紅外線下可測出8等。靈活使用不同波長將對觀測這類天體大有幫助

最常用的光電星等系統是UBV系統。

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360納米(nm)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。

它們之間的換算可以表示為

M=-2.5 log10 E -5log10 r + 常數

其中M為絕對星等,E為照度,在國際單位制中的單位是坎德拉/米2;r為天體距離,常數的定義目前為太陽的可見絕對星等MU=5.61, MB=5.84, MV=4.83[24]

其它波段也可以測量星等。例如SDSS可以測量五種波段的星等:紫外(u),綠色(g),紅色(r),近紅外(i)和紅外(z)。各個測出的數值都不相同。在某些有特殊需求的場合(例如穿透塵埃雲),這些波段將大有作用。

其它標準

波格森的系統下,恆星織女星被用作基本參考星,無論量測科技或波長濾波器如何,視星等都定義為。這就是為什麼比織女星更亮的天體,比如天狼星(以織女星為標準的星等為 − 1.46或 − 1.5)具有負星等。然而,在二十世紀末,人們發現織女星的亮度有所不同,因此不適合作為絕對參考,所以參考系統被現代化,不再依賴於任何特定恆星的穩定性。這就是為什麼織女星的星等在現在很接近,但不再完全為零,而是在可見光(V,視覺)波段為0.03[25]。 當前的絕對參考系統包括AB星等系統,其中參考的是各個頻率具有恆定通量密度的源,以及STMAG系統,其中參考源被定義為各個波長具有恆定通量密度[來源請求]

分貝

強度的另一個對數標度是分貝。雖然它通常用於聲音強度,但也用於光強度。它是光電倍增管的一個參數,也是望遠鏡和顯微鏡等類似相機的光學元件的一個參數。強度為10的每個因數對應於10分貝。特別是,強度為100的乘數對應於20分貝的增加,也對應於幅度減少5分貝。通常,分貝的變化與星等的變化有關

例如,比參考值大1個星等(更暗)的對象將產生比參考值小4 dB的訊號,這可能需要通過將相機的能力新增盡可能多的分貝來補償。

參考文獻

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