晴朗的夜空,如果没有光污染,可以看到满天繁星。我们看到天上的星星大致有三种,就是行星、恒星、星系;而用专业的大型望远镜,则除了上述天体,还可以看到类星体、黑洞、中子星、白矮星、各种各样的星云。
今天我们在这里只讨论肉眼看到的天体。
发光的是恒星,恒星是组成宇宙可见物质的主体。
恒星是我们宇宙中最主要的存在,在宇宙可见物质中占有99%以上的质量。恒星就是自己会发光的星星,距离我们最近的恒星就是太阳。
太阳是我们太阳系的老大,占有了太阳系99.86%的质量,其余所有的天体,包括八大行星、若干矮行星、几百颗卫星、无数颗小行星彗星等,加起来才有太阳系质量的0.14%。在这其中,木星这个行星里面的大哥大又占去了0.1%,是除了太阳和它自己以外太阳系其他天体总质量的2.5倍;而地球只在剩下的0.04%里面分得了0.0003%这点残羹。
太阳在恒星中只是一颗中小型恒星,最大的恒星有太阳质量的300倍左右。在我们银河系就有约4000亿颗恒星,而银河系只是整个宇宙约10万亿个星系的一个,因此宇宙恒星至少应该以亿亿亿计。
恒星是自己发光发热的天体,是中心热核聚变形成巨大能量,以电磁辐射的方式源源不断向太空辐射能量的天体。质量越大的恒星寿命越短,寿命最短的恒星只要几百万年就会寿终正寝;寿命最长的恒星可以达到万亿年。
恒星质量越大寿命越短,质量越小寿命越长。但最小的恒星必须达到太阳质量8%左右,否则就激发不了中心核聚变,成不了恒星。我们晚上看到天上的星星,99.9%以上都是恒星,而且这些恒星绝大多数比太阳质量大。
天体的亮度是用星等来衡量的。
天体的亮度以星等划分,星等有绝对星等和视星等。
恒星因为自身会发光,有绝对星等和视星等两个亮度指标衡量;而行星等小型天体因为本身不发光,只有反射光,因此没有绝对星等,只有视星等。
绝对星等是把恒星都假定放在距离我们10秒差距(pc),也就是约32.6光年的距离,人眼看到的亮度。
因此绝对星等是恒星在同一起跑线上的真实亮度。
而视星等是人眼睛在地球上实际上看到的星星亮度。这些星星距离有远有近,光线进入人眼视网膜就不一定是星光的真实亮度,因为它们的大小、亮度都因距离不同而掩盖掉了。
因此视星等不是星星的真实亮度,而是人眼睛在地球上感觉到的亮度。
星光每个等级亮度相差2.512倍,因此是以2.512倍的指数级变化,比如1等星和6等星差了5等,1等星的亮度就是6等星的2.512^5倍,1等星比6等星亮约100倍。
星等数值越小,亮度越大,而且有负数,负得越多就越亮。绝对星等和目视星等的级差亮度倍数算法是一样的。
太阳的绝对星等为4.83等,参宿四的绝对星等为-6.02,其星等差距10.85等,因此参宿四的实际亮度是太阳的约2.2万倍;而太阳由于距离我们很近,视星等达到-26.74,参宿四视星等只有+0.5,相差27.24等,那么我们看到的太阳亮度是参宿四的788亿倍。
月亮满月时的亮度是-13等,与太阳差距为13.74等,因此太阳比月亮要亮31万倍。
人的肉眼最暗能够看到6等星。
人的肉眼最暗只能看到6等星,哈勃望远镜可以看到28等星。也就是说哈勃望远镜能够看到的星光比人眼扩大了约1600万倍。但我们今天只说肉眼看到的。
我肉眼能够看到的行星只有五颗,就是金木水火土。除此之外还有月亮。这些行星和月亮都本身不发光,就像地球和地球上的房子、山川河流、树木花草一样,都是依靠反射光才能够被人眼所接受。
这些天体和物体,只有在光照的情况下,我们才能够看到。
因此月亮有阴晴圆缺,是太阳照射到它表面的位置和我们看到的视角不同而出现的;行星随着运动,会距离我们远近变化,太阳照射的角度也发生变化,因此有时会更亮,有时会暗淡。
其实天上最亮的几颗星星不是自身发光的恒星,而是依靠反射发光的月亮和几颗行星。
金星是距离地球最近的一颗行星,而且又与地球大小差不多,因此是天上最亮的星星,视星等最亮可达到-4.6等。木星虽然比火星距离还远,但由于巨大,质量为地球的318倍,体积是地球的1300多倍,因此很明亮,是天上第二亮星,最亮时视星等达到-2.9等;火星虽然较小,质量只有地球的约1/9,半径只有地球的约一半,但由于比木星近很多,因此看起来也很亮,最亮时视星等和木星差不多,也达到-2.9。
水星凌日
水星的视星等最亮可达-1.9,本来是天上第四亮星,但由于太靠近太阳,常常掩映在太阳的光辉下,很难看到。据说伟大的天文学家哥白尼一生都没有看到水星,视为一大遗憾;土星视星等最亮可达-0.4,就有几颗恒星比它还要亮了。
天上最亮恒星除了太阳,排名前十的是:天狼星最亮,视星等达到-1.46,其余依次为:老人星-0.72等,南门二-0.3等,大角星-0.04等,织女星+0.03等,五车二+0.08等,参宿七+0.12等,南河三+0.38等,水委一+0.46等,参宿四+0.50等。
人眼能够直接看到的恒星,最远的就是海山二,距离我们约6、7千光年,这是由于它膨胀得太大了,质量有太阳的120~200倍,所以才能够看到。其实人们能肉眼看到的几千颗恒星,大多数在几十光年和数百光年。
肉眼能够看到的星系主要有3个。
一个星女座星系M31,是人类肉眼能够看到的最大星系,也是距离我们最近的大星系。
仙女座星系M31距离我们约254万光年,位于大熊座的下方,飞马座附近。这个星系比银河系大约1倍,拥有上万亿颗恒星。肉眼看到这个星系视面积很大,约有满月的7倍,但亮度并不高视星等只有4.8等,而且由于边缘暗淡模糊,只有中间明亮些,因此实际上看上去只是一个比月亮还要小的光斑。
还有两个就是大小麦哲伦星系,这两个星系都位于南天球,只有南半球能够看到,我国最南边的南沙群岛一带才可以在接近地平线的地方找到它们。
这两个星系虽然很小,由于距离我们很近,因此看起来很大很明显。
大麦哲伦星系距离我们约16万光年,直径约银河系的1/5,包含约100~200亿颗恒星。地球上看,大麦位于剑鱼座与山案座两个星座的交界处,横跨两个星座,占据了一块11°x9°的天区,相当于200多个满月的视面积,视星等为0.9等。
小麦伦星系距离我们约20万光年,直径约银河系的1/11,包含数亿到几十亿颗恒星。小麦位于杜鹃座,占据了5.2°x3.5°的天区,相当于30个满月视面积,视星等为2.7等。
这两个星系距离不远,只有20°左右,在南天顶附近高高悬挂在天际,交相辉映,南半球一年四季都可以看到,从来不会落到地平线以下。这有点像我们北半球看北斗七星,永远也不会落下地平线。
这两个星系都是我们银河系的卫星星系,围绕着银河系运动。由于靠的很近,受到银河系引力拉扯,两个星系都成为不规则星系,据NASA建模分析,在未来的数十亿年间,这两个星系都会被银河系吞并。
还有人声称肉眼看到过M33三角座星系,这个星系比银河系略小,距离我们300万光年,视星等约5.72等。如果真的如此,将是人类肉眼能够看到最远的星系,但这个说法还没有得到证实。
以上几个星系都属于本星系群中的星系。
这就是人类肉眼在地球上看到的星空星星种类,以及它们光度等级的划分。
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