漫谈恒星的视星等与绝对星等

宋媛媛

说到夜空中最亮的恒星，很多人会不约而同地想到北极星，在大家的印象里，北极星极为明亮，能够在野外迷路时为我们指引方向。事实真是这样吗？其实，北极星只是一颗2等星，如果你观测过星空，就会发现比北极星亮的恒星还有很多！如果把全天的恒星按亮度排序，北极星大约只能排到第五十名左右！

全天的恒星是如何准确地根据亮度进行划分的呢？这里就要讲一讲关于星等的知识啦！

恒星亮度与视星等

我们说到一颗星是几等星，一般都是指目视星等（视星等），用m表示。顾名思义，目视星等指的就是我们在地球上，用肉眼观测到的星星亮度。目视星等的由来，要追溯到公元前2世纪，当时古希腊有一位伟大的天文学家名叫喜帕恰斯（也有译名为依巴谷），他编制了西方的第一个星表，发现了岁差现象，还首次用“星等”来划分星星的亮度，在天文学领域取得了诸多成就。

虚拟天文馆模拟星空，你能找到北极星吗？

在望远镜还未出现的年代，所有的天文观测都是用眼睛进行的。传说喜帕恰斯的视力非常好，他在观测恒星时把全天肉眼可见的恒星按照亮度分成了6个等级，1等星最亮，2等星稍暗……6等星表示的是人的眼睛能看到的最暗的星星。星等的数值越小，表示星星越亮，这个星等系统沿用至今。

两千年后，法国数学家布盖发明了测日光度计，用以比较天体的亮度。1857年，英国天文学家普森用光度计测出了恒星的亮度，并与星等进行了比较，他发现1等星的亮度是6等星的100倍！那么，星等相差一个等级，亮度差异就是（100）^1/5=2.512倍。根据人眼的生理特性，对亮度强弱的感受服从对数规律，因此星等之间的亮度关系可以用以下公式表示：

其中，E₁和E₂分别为两颗恒星的实际亮度，即单位时间单位面积接收到的辐射流，称为“照度”，这是用光度计测得的。而m₁和m₂分别表示两颗恒星的目视星等。

喜帕恰斯

现在我们测定一颗星星的星等，会先用天文仪器测定星星的亮度，然后通过星等与亮度的换算公式计算出星等。英国天文学家普森为了更准确地测定星等值，还引入了“负数”表示更亮的星星，比如太阳的视星等为-26.75等，月亮满月时的星等为-13等，金星最亮时能达到-4.6等。当然，月球和金星本身是不发光的，它们是反射的太阳光。

夜空中最亮的恒星——天狼星的视星等为-1.45等，而北极星为2.02等，它们的实际亮度相差25倍！随着望远镜的发展，我们通过望远镜看到了比6等星更暗的天体，于是出现了7等星、8等星……大型望远镜甚至能观测到28等星。

英国天文学家普森

恒星光度与绝对星等

视星等能代表恒星的真实亮度吗？答案是否定的！这就像我们夜晚看到的路灯，离我们近的路灯明亮耀眼，远处的路灯则呈现点点微光，然而实际上这些路灯亮度几乎相同。夜空中的恒星和我们的距离各不相同，我们是根据在地球上接收到的恒星“辐射流量”测得的恒星亮度，这和恒星距离有很大的关系，并不能反映出恒星真实的发光能力，比如：小犬座的南河三距离我们约11.4光年，视星等为0.38等;天鹅座的天津四距离我们约1400光年，视星等为1.25等;如果我们把它们放在同样的距离比较一下，就会发现天津四的真实发光能力是南河三的10000倍！南河三之所以看上去更亮，是因为它离我们更近。

发光的恒星

那么如何测量一颗恒星真实的发光能力呢？我们知道恒星之所以会发光，是因为其核心在不断地进行热核反应，产生的能量不断地向外层转移，最终从恒星表面逸出，射向宇宙。要衡量恒星真正的发光能力，我们要测量的是恒星表面单位时间内辐射的总能量，这才是恒星的真实亮度，天文学上称其为恒星的“光度”。恒星的光度一般通过天文望远镜和辐射探测器进行测量。

为了能公平地比较不同恒星的光度，天文学上假设把所有恒星都放在同一个距离上，即10秒差距（pc）处。在这个距离上，我們看到的视星等大小，被称为绝对星等，用大写字母M表示。

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秒差距

恒星之间的距离非常遥远，在测量恒星之间的距离时一般使用秒差距作为距离单位，英文用pc表示。1秒差距大约等于3.26光年。

牧夫座最亮的星——大角星

太阳的绝对星等是4.83等，在地球上看，太阳光芒万丈，是所有恒星中最明亮的，因为它离地球最近。如果把太阳放在10秒差距处，它看上去就是一颗视星等为4.83等的暗弱的星星，这个视星等的恒星如果放在灯火辉煌的城市夜晚，我们几乎看不到它。而牧夫座大角星的绝对星等是-0.2等，和太阳相差大约5个星等，也就是大角星真实的发光能力是太阳的100倍，只不过它离我们很远，在我们看来它并没有太阳明亮。可以想象一下，如果把大角星放在太阳的位置将会怎样？我们的地球是否还能存在生命？此外，天文学家们还发现了很多比太阳亮的恒星，比如船底座的海山二，其光度约为太阳的500万倍！

牧夫座最亮的星——大角星绝对星等M，视星等m，恒星到太阳的距离D之间的关系可以用公式来表示：

M=m+5-51gD（D的单位就是秒差距）

全天最亮的21颗恒星

了解了视星等与绝对星等的概念，你还觉得北极星是最明亮的恒星吗？看看全天最亮的21颗恒星表，你还可以用手机或电脑下载“虚拟天文馆”等软件模拟一下今晚夜空中有哪些亮星，它们都是几等星？然后试着找一个开阔的地方进行观测，看看你是否能找到它们。