什么是星等？星星也分高低贵贱吗？

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翻译：刘峰

校对：吕梓欣

美工：邱和琴

后台：朱宸宇

https://www.astronomy.com/observing/why-do-astronomers-measure-stars-i

先说答案，星等是亮度单位，用于衡量恒星的亮度，与星星的高低贵贱无关（当然，星星也没有高低贵贱之分）。天文学家使用的亮度标度恒星自古以来就已经存在。本文讲一讲关于恒星亮度的那些事儿。

如果有人问你，“猎户座那颗桔红的星星有多亮？”而你干巴巴地回答“很亮”，那显然是回答了个寂寞。而在强调严谨的天体比较研究中，这种含糊不清的描述更是毫无价值可言。因此，几个世纪以来，天文学家创造并改进了一种确定恒星和所有其他天体亮度的科学方法，称为“星等系统”。

猎户座拥有天空中最亮的 10 颗恒星中的两颗，参宿四和参宿七。亮度分别为0.5和0.2星等，参宿四（左上角的橙色恒星）和参宿七（右下角的蓝白色恒星）与周围的许多恒星形成鲜明对比。图片来源：艾伦·戴尔（Alan Dyer）

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发展历程

已知第一个对恒星亮度差异进行分类的人是希腊天文学家希帕恰斯（Hipparchus），他生活在公元前二世纪。他将大约850颗可见恒星列成星表并分为六个亮度等级，最亮的恒星称为“一等星”。

大约200年后，埃及博学者和著名天文学著作《天文学大成》（Almagest）的作者克劳迪乌斯·托勒密（Claudius Ptolemy）细化了这六个亮度等级内的恒星顺序。他的星表清楚地表明，即使在每个星等范围内，有些恒星会更亮些，有些恒星则暗些。这个系统被使用了1500多年，几乎没有变化。

在17世纪，随着望远镜发明以及随后的升级，托勒密的星等系统亟需扩展。使用望远镜，人们可以看到比以往任何时候都多的星星。事实上，在意大利天文学家伽利略（Galileo Galilei）建造了几台望远镜之后，他将以前肉眼看不到7等星天体添加到了他的发现清单中。

随着时间的推移，天文学家发现的暗淡恒星越来越多，先前的系统已经远远不能满足他们的需要，他们急需一种更精确的方法来比较恒星的亮度。到了18世纪末，另一种不太严格的测量体系开始应用。其中，相距一个星等的恒星的亮度差异大约为2.5倍。

1856年，英国天文学家诺曼·波格森（Norman R. Pogson）建议使用常数10^2/5(约为2.512)来校准所有观测结果。校准后，相差一个星等的天体之间，亮度比率为2.512倍。他在保留希帕恰斯原来的星表系统的基础上，设定了一个数学标准。

这时，也出现了使用等于和小于“零星等”的概念。其基本原理是保留原始系统的基本功能之一，即人眼的极限星等约为 6 等。有了这个限制，再加上波格森的数学公式，很明显，最亮的三颗恒星，天狼星（大犬座α星）、老人星（船底座α星）和南门二（半人马座α星），比一等星亮得多，更别提最亮的行星、月球，当然，还有太阳。

数字 2.512 是 100 的五次方根。这意味着 5 个星等的差异相当于100倍的亮度差异。例如，天狼星的亮度为-1.46，大约是天樽二（双子座δ星）的100倍，后者的亮度为3.53等。

视星等是衡量天体可见亮度的标准，负数代表天空中最亮的天体。

图片来源：罗恩·凯利（Roen Kelly），NASA/JHU APL/SwRI/亚历克斯·帕克（Alex Parker），美国宇航局、欧空局、加拿大宇航局、阿莉莎·帕甘（Alyssa Pagan，来自太空望远镜科学研究所）

02

到底亮多少倍？

观察者经常想知道恒星A比恒星B亮多少。例如，让我们找出1.4星等的轩辕十四（狮子座α星）和3.7等的御夫座δ星之间的亮度差异。计算这个公式很简单：它是 2.512 对两颗恒星星等差的幂。所以，使用这个公式，我们只需要计算。2.512^(3.7-1.4)。3.7 和 1.4 之间的差是 2.3，因此公式变为 2.512^2.3 = 8.3。这告诉我们，轩辕十四的亮度是御女座三角洲的8.3倍。

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双星组合星等的计算

有时你想知道双星的组合星等。拿出你的计算器，用这个公式计算组合星等。组合星等= m₂-2.5log(10^x + 1)，其中 x = 0.4(m₂-m₁)，m₁ 和 m₂ 是两颗恒星的星等。我们这里的例子选取群众喜闻乐见的双星“辇道增七”（天鹅座β星，又叫Albireo）。这两颗恒星的星等分别为3.2和5.1。所以：

x = 0.4(5.1-3.2) = 0.76，公式变为：

5.1-2.5log(10^0.76 + 1)=5.1-2.5log(6.754)=5.1-2.5(0.83)= 3.026。

所以辇道增七的组合星等约为3.0。

04

其他测量系统

以上我所描述的只是视星等系统。视星等是一颗恒星从地球上“看起来”有多亮而不是实际的亮度。因此还需要测量绝对星等，天文学家用这个指标来比较恒星的实际亮度。恒星的绝对星等是从10秒差距（即32.6光年）的标准距离来看它的视星等。

在绝对星等这个测量系统中，距离我们小于10秒差距的恒星的视星等将大于它们的绝对星等。然而，对于绝大多数恒星来说，情况正好相反，因为它们离我们更为遥远，其绝对星等大于其视星等。太阳的视星等为-26.7。如果将其移动到 10 秒差距的距离，其绝对星等将降至 4.8。那是3.98万亿倍的亮度差异！

还有其他测量系统使用滤光片进行测量，这样天文学家可以比较不同波长下单颗恒星的光输出。其中最有用的是UBV也称为Johnson-Morgan系统，它提供了一种测量恒星温度的方法。通过校准的紫外线 （U）、蓝色 （B） 和视觉 （V） 滤光片分别测量三个亮度，然后进行比较。视觉滤光片是研究人员谈到亮度时最常使用的测量方法。数字越小，恒星越热，反之亦然。

研究人员甚至开发了一种测量系统将恒星的所有辐射都统计在内，而不仅仅是它的光，可以用于确定恒星的能量输出。这个测量数值被称作恒星的“热星等”。例如，太阳的热星等为4.74，和它的绝对星等差不多。

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你学会了吗？

天文学家现在可以将恒星亮度测量的精度达到千分之一星等。作为普通的观星者，我们不需要这种精确度。你只要学会本文的几个公式，就足以在技惊四座傲视群雄。

所以，亲爱的朋友，你学废了吗？

责任编辑：DAIKIN

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夸张的月球

图片数据来源:NASA, Lunar Orbiter Laser Altimeter

图像处理:Ildar Ibatullin

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