如何知道恒星离我们有多远(判断恒星温度)

导语：隔着遥远的距离，科学是怎么知道恒星温度的？看看恒星有多亮就行

晴朗的夜晚，点点繁星犹如镶嵌在夜幕中的宝石。它们之中有的很明亮，有的很暗淡；有的呈现出蓝色，有的却是红色的。据科学家统计，整个天空中肉眼可见的行星大约有6000多颗。这其中只有5颗是太阳系中的行星，其它的都是距离我们十分遥远的恒星。

夜空中的恒星

恒星是能够自身发光发热的。所以它们都和太阳一样具有很高的温度。例如科学家告诉我们，夜晚最明亮的恒星天狼星表面温度为9940K。（K是热力学温度单位。一般所说的绝对零度就是0K，也就是零下273.15℃）

那么很多朋友会很好奇，天狼星距离我们有8.6光年（81万亿公里）之遥。隔着这么遥远的距离，科学家是怎么知道天狼星表面温度的呢？在平常生活当中，我们要想知道一个物体的温度，只要拿个温度去测量一下就知道了。但是天狼星离我们太远了。难不成科学家拿着温度计跑到天狼星那里去测量吧！显然这是不现实的。

烧红的铁块

在了解科学家如何知道恒星的温度之前，我们先来了解一个生活当中能够见到的场景。当我们烧一个铁块时会发现，随着温度的升高，铁块的颜色会发生变化，由暗红色变成红色、橙色、黄色，当温度继续升高时还会变成白色、蓝色。

通过烧铁块我们发现，铁块呈现出暗红色和红色时温度相对较低，而铁块呈现出白色和蓝色时温度会变得很高。恒星也是这样的。恒星的不同颜色暗示着它们具有不同的表面温度。例如，猎户座的参宿七是一颗蓝色的恒星。猎户座的参宿四是一颗红色的恒星。这就意味着参宿七的表面温度要比参宿四高很多。

猎户座中的恒星

通过恒星的颜色，我们可以知道恒星表面的高低。那科学家是怎么知道遥远的恒星表面温度的具体数据的呢？是计算出来的。计算恒星的表面温度用到了一条物理定律，叫作斯特藩-波尔兹曼定律。这条定律是由斯洛文尼亚的物理学家约瑟夫-斯特藩和奥地利的物理学家路德维希-玻尔兹曼分别在1879年和1884年各自独立提出来的。

奥地利的物理学家路德维希-玻尔兹曼

斯特藩-波尔兹曼定律指的是一个黑体表面单位面积辐射出的总功率与黑体本身的热力学温度的四次方成正比。什么是黑体？黑体是热力学术语，是一个理想化的物体。它能够吸收外来的全部电磁辐射，并且不会有任何的反射和透射。

红色的恒星

黑体的定义晦涩难懂？没有关系，我们只要记住一点就行了。我们可以把恒星看作是一个黑体。这样我们就可以用斯特藩-波尔兹曼定律来计算恒星近似的表面温度了。计算恒星表面温度的公式为：L=σ4πR²T^4

简单的了解一下这个公式，L是恒星的光度。σ（西格玛）是斯特藩-玻尔兹曼常数，约等于5.67×10-8 W·m-2·K-4。R是恒星的半径（单位为米），所以4πR²就是恒星的表面积。而T就是我们想要知道的恒星表面温度（单位为K）。

蓝色的恒星

通过这个公式得知，只要我们知道恒星的光度，即恒星有多亮；知道了恒星的半径，即恒星有多大，我们就能计算出恒星的表面温度。而恒星的半径大小和光度都是可以通过仪器测量出来的。我们将这些数值代入公式就可以计算出恒星的表面温度T。

这里有个问题，科学家可以用专业的仪器测量恒星的半径和光度，而我们这些普通的天文爱好者没有这些仪器怎么办？如何知道恒星的半径和恒星的光度呢？有朋友说了，查资料呗。是的，通过查询资料，这些数据都能够查出来，就连恒星的表面温度科学家也给我们计算好了啊！

天狼星

假如我们只知道一颗恒星的半径和它的视星等亮度以及它到地球的距离，怎么计算出它的表面温度呢？这个也很容易。我们就以天狼星为例吧！天狼星距离地球大约8.6光年。它的半径约为太阳的1.711倍，也就是大约119万公里。天狼星是夜晚最亮的恒星，视星等为-1.47。

我们知道了天狼星到地球的距离和视星等亮度，就可以计算出天狼星的绝对星等亮度。绝对星等是假定把恒星放在距离地球32.6光年的地方测得的恒星亮度。它可以反映出恒星的真实发光本领。

绝对星等

绝对星等的计算公式为M=m+5㏒10 d0/d。其中，m是视星等，d0是32.6光年，d为该恒星到地球的距离。

把天狼星的相关数据代入公式计算，我们得知天狼星的绝对星等为1.4。这是有多亮呢？我们得把它和太阳比较一下。太阳的绝对星等为4.83。天狼星的绝对星等比太阳亮了3.41等。天文学家发现，1等星要比6等星亮100倍，每个相邻的星等之间亮度相差2.512倍。天狼星的亮度是太阳的2.512^3.14＝23.6倍。

太阳表面

现在我们知道了天狼星的光度是太阳的23.6倍。太阳的光度为3.827×10^26瓦，所以，天狼星的光度为9.03×10^27瓦。

知道了天狼星的半径R和天狼星的光度L，我们把这些数据代入斯特藩-玻尔兹曼定律就可以计算出天狼星的表面温度了，结果为9717K（大约9400℃）。这和我们在一些资料上查到的天狼星表面温度很接近。

宇宙中的恒星

所以，只要知道了恒星半径大小，恒星的视星等以及它到地球的距离，我们就能够计算出恒星的表面温度。

至于计算过程中涉及的对数、指数和开方等这些较为复杂的计算，在网上有很多针对性的计算器，我们只要输入相应的数值就计算出来了，很简单。利用斯特藩-波尔兹曼定律计算恒星的表面温度很有趣。感兴趣的朋友可以试一下哦！

这样以后和朋友们聊天吹牛时又有新的谈资了。

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