晴朗的夜空,在没有光污染的野外,会看到满天的繁星,这些星星都是一些什么身份呢?
我们今天就来讨论分享一下普通人能看到的星空里蕴藏着的一些秘密。
准确的说,我们肉眼可以看到三种不同身份的天体。
一种是恒星。恒星占了宇宙99%的质量,是宇宙风起云涌生生灭灭的主体。
恒星是一团炽热的等离子球,中心在源源不断的发生着核聚变,并释放出巨大能量,以电磁辐射的方式将这些能量发射到太空中。
我们太阳就是一颗恒星,是一颗黄矮星,在银河系约4000亿颗恒星中,属于中等偏小的恒星。最大质量恒星有太阳的200~300倍,但这种大质量恒星比较少。
事实上比太阳质量大8倍以上的恒星比重只占5%左右,而太阳0.8~8倍以下的恒星约占10%,其余的就是比太阳小的红矮星。
太阳质量为1.9891x10^30千克,通俗的说就是1989.1亿亿亿吨。
太阳占有了太阳系总质量的99.86%,太阳系八大行星和众多的矮行星、几百颗卫星、无数小行星和尘埃,加起来才占太阳系质量的0.14%,我们地球在太阳系占比约0.0003%,是太阳质量的33万分之一。
在宇宙中,恒星无数多,但我们肉眼能够看到的只有6000多颗。因为人类视网膜是感光的,太遥远或者太小的恒星肉眼无法看到。
我们只能够看到银河系以内比较大和较近的恒星,银河系直径20万光年,我们只能看到其中一个很小的圈圈。最远的可以看到距离我们7500光年的海山二,因为这颗恒星质量约太阳的120~200倍,又在演化末期,膨胀的很厉害,光变很大,所以我们能看到,有时候甚至很亮。
距离我们最近的恒星是南门二,又叫半人马座a星。这是一个三合星系统,就是三颗恒星由于距离较近,运行轨道受到相互的引力影响的恒星系统。我们肉眼看到的只是一个亮点,主要是南门二A星。
我们肉眼看到最亮的恒星是天狼星,这是一个双星系统,由两颗恒星组成。一颗约太阳质量2倍的蓝矮星,叫天狼星A;一颗约太阳质量1倍的白矮星,叫天狼星B。
我们肉眼看到的只是天狼星A,白矮星由于体积小,亮度弱,因此肉眼无法看到。
其实距离我们最近的一些恒星不少是红矮星。红矮星最小的恒星,质量从太阳质量的0.08到0.8之间。
如南门二C星,又叫比邻星,是一颗约太阳质量八分之一的红矮星,距离我们只有4.22光年,但我们肉眼无法看到。
还有距离我们6光年的巴纳德星,也是一颗红矮星,质量约太阳的六分之一,我们也看不到。
第二种是行星。行星是自身不发光,体积和质量比恒星小很多,围绕着主恒星公转的天体。它们之所以在夜空中也会星光闪烁,是因为受到阳光照射反射阳光的原因。
我们看到的行星都是太阳系以内的行星,太阳系以外虽然发现了几千颗行星,但人类凭肉眼一颗也看不到,而且即便用望远镜也很难看到。
绝大绝大多数太阳系外行星的发现,都是大型望远镜通过观察恒星的引力变化和光度变化而确定的。
因为行星运行的引力摄动,会改变恒星的运行轨迹,凭引力场理论就可以测算出这颗行星的一些参数。
当行星凌星时(就是行星运行到恒星与我们视线的中间时),会产生遮光现象,恒星的光度会减弱,这样可以观测计算这颗行星的遮光面积,从而得到这颗行星的体积。
太阳系的行星距离我么就很近了,与恒星比起来,距离差距太大了。比如距离我们最近的恒星也有4.22光年,而距离我们最远的海王星才约45亿千米,是最近距离恒星的2102分之一。
正是这个原因,行星很小我们也能够看到,而且有几颗还是全天最亮的星星。
太阳系行星有8颗,按距离太阳由近而远排位,依次为:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。我们肉眼只能看到6颗,它们依次是:地球、水星、金星、火星、木星、土星。
天王星海王星太远,就看不到了。
第三种是星系。我们都知道,我们太阳系就是银河系的一员,我们身在其中,无法看到银河系全貌,只能猜想。因此网络上的银河系图片都是电脑根据相关数据,和参照河外类似星系制作出来的。
真正的银河系照片只有一张,就是NASA通过斯皮策太空望远镜十几年拍摄的200多万张资料照片,通过电脑合成的银河系全景图。这张全景图不是从银河系外面拍摄的真正正面全景照片,而是在我们地球这个位置,也就是银河系悬臂的一条猎户支臂上,在距离银河系中心2.6万光年的位置,周天拍摄的一张所谓360°全景图。
这张图只拍摄了地球上看到天区的3%,但却包含了银河系一半的恒星。
银河系有恒星1500亿~4000亿颗,是本星系群排行老二的星系。
本星系群包含有约50个星系,其中最大的星系是仙女座星系,这个星系约有银河系的2倍大,拥有约亿亿颗恒星。仙女座星系距离我们254万光年,由于其体量巨大,虽然距我们很远,视面积也达到190′ × 60′,是满月的7倍大。
仙女座星系坐落在东北方向,有些像一个纺锤挂在夜空,在较暗的天空背景下比较容易看到。
仙女座视星等为3.44,但只是中心一块较亮,周围看起来只是一个模糊的光斑,因此需要在光污染很少天空较暗时才有可能看到。
目力好的人还宣称看到过三角座星系,这是本星系群第三大星系,比我们银河系小一些,距离我们300万光年,被认为是人类肉眼看到的最远天体。
这个星系比较小,只有约银河系十分之一大小,视星等为5.7~6.3,是人视力的极限,因此肉眼较难观测到。
我们肉眼还可以看到的星系是两个矮星系,即大小麦哲伦星系。
这两个星系虽然比银河系小很多,但却是银河系众多卫星星系里最大的两个,距离银河系很近,分别只有16万光年和20万光年,因此是很明亮的星系。
大麦哲伦星系坐落在剑鱼座与山案座两个星座交界处,跨域两个星座,占据10.75°×9.17°的一大块天区,相当于200个满月的视面积;小麦哲伦星系位于杜鹃座,占据5°20′×3°5′的天区,相当于30个满月的视面积。
大麦哲伦星系视星等为0.9等,小麦哲伦星系视星等为2.7等。两个星系都在南半球的天区,高高挂在南天天顶附近,争相辉映,从来也不落下地平线。可惜这样的场景只有南半球的居民们能看到,我们北半球看不到。我国最南边的南沙群岛,可以勉强在地平线看到它们。
我们肉眼夜空中可以看到的明亮天体就是这三个部分:一是恒星,二是行星,三是星系。当然还可以看到一些反射着星光浓密的星际尘埃和星云。可能有同学注意到,前面常常用星等来说明星星的亮度,那么星等是怎样确定的呢?
星等是科学界用来划分天体光度,也就是衡量星星明暗程度的标尺。
星等的值与星星亮度成反比,也就是说数值越大,星星的光就越暗,数值越小,星星就越亮。而且星等有负值,负得越多,就越亮。
星等有两种划分标准,一种是绝对星等,一种是目视星等。绝对星等是指恒星的绝对光度,与我们人类目视光暗无关。绝对星等是将所有恒星放在同一起跑线上来评比,方法是假定把恒星都放在距离地球10个秒差距(1秒差距约3.26光年),也就是在32.6光年距离,测量它们的亮度,这样就能够衡量出恒星的真正亮度。
绝对星等只适用于恒星,不适用于自身不发光的行星。
目视星等又叫视星等,是人类在地球上肉眼看到各种恒星和行星光度的衡量指标,与绝对星等采用同一种数值标准。视星等是指人类眼睛实际看到的星星亮度,而且包括了本身不发光的行星亮度,这与人类看到的星星远近关系密切,与星星真实亮度没有关系。
人类肉眼能够看到的星星亮度极限是6等星,在地球上我们看到最亮的天体,首先是太阳,视星等为-26.74,绝对星等为4.83;月亮满月视星等为-12.6,月球本身不发光,因此没有绝对星等。
除此之外,我们肉眼看到最亮的几颗星星都是行星。行星本身不发光,只有视星等,没有绝对星等。它们依次是:金星,视星等为-4.6;木星,视星等为-2.9;火星,视星等为-2.0;水星,视星等为-1.9;土星,视星等为-0.4。
天上恒星最亮的几颗为:天狼星视星等为-1.45,绝对星等为1.44;老人星视星等为-0.65,绝对星等为-5.53;南门二视星等为-0.27,绝对星等为4.6;大角星视星等为-0.04,绝对星等为-0.38;织女一视星等为0.03,绝对星等为0.528;参宿四视星等为0.50,绝对星等为-5.3。
以上可以看出,由于距离不同,一些小的恒星或者行星更亮,而大的绝对星等很亮的恒星,肉眼看起来却更暗。
星等的确定已经很古老了,始祖是古希腊一位叫喜帕恰斯的天文学家,他在公元前二世纪就绘制了一幅详细的天空星图,把星等划分为6等。喜帕恰斯把人类目力极限能看到最暗的星星定为6等星,把最亮的20颗星定为1等星,这样就有了从1等到6等的星等。
1850年英国天文学家普森对1到6等星做了比较,发现这5等之间亮度约相差100倍,于是提出了星等亮度差的量化,规定每一个星等之间的亮度相差为100的五次根,约2.512倍。这样从6等星每升级1等叠加2.512倍,到了1等星亮度就刚好是6等星的100倍。
后来,天文观测越来越精细和深远,6个星等远远不足以划分宇宙中恒星的光度,因此就增加了很多档次的亮度等级,尤其是绝对星等。
现在发现最亮的恒星r136a1绝对星等达到-12.5等,最暗的恒星UDF 2457绝对星等只有25等。
r136a1比UDF 2457光度要大37.5个数量级。
根据星等指数计算:2.512^(25 12.5)=2.512^37.5=1001696865862846
这是什么意思呢?也就是说在宇宙中,最亮的恒星r136a1的亮度比最暗的恒星UDF 2457要亮1000万亿倍。
按照这个星等计算公式,r136a1比太阳亮度大856万倍。
我们的太阳光芒耀目,视星等为-27.6;而距离我们16万光年的r136a1,视星等只有12.23,再加几双眼睛也看不到。
这就是距离与亮度的反比关系,也是目视星等和绝对星等的完全不同之处。
在目视星等中,星等档次调整增加不多,主要为最亮几颗星设定了负值,包括前面说的5颗行星和4颗恒星。
现在我们知道了视星等是人眼看到的星星亮度,而绝对星等是恒星真实的亮度,这两者真的一点关系都没有吗?不是的,如果在星等之间加上距离关系,这两个星等之间的关系就可以理顺了。也就是说视星等就能够换算出这颗恒星的真实亮度,也就是绝对星等。
如果已知天体的视星等m和距离d,那么可以根据下式得出天体的绝对星等M。
它们之间的关系式为:
或
其中,d0为10秒差,即32.616光年,π是天体的视差,单位是弧秒。
同理,如果已知天体的绝对星等M,和距离d,也可提得出天体的视星等m。
其关系式为:
或
因此,目视星等和绝对星等通过距离这个变数,就可以相互转换。
我们天上能够看到的恒星全天有6947颗,其中1等星21颗,2等星46颗,3等星134颗,4等星458颗,5等星1476颗,6等星4840颗。这6947颗恒星,我们如果不是旅行家或者追星者,是看不完全的,我们只能大致看到一半。这些星星分布在整个天球,也就是围绕着地球360度的星空,我们北半球和南半球分享整个天球。
这就是我们看到夜空星光眨眼的秘密,知道了这些,我们看起星空来就会有不一样的感受。
这些秘密说穿了,就是常识,只为与大家分享,谢谢阅读。
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