星体亮度衡量与判别光度和通量的区别(亮度与星等)

导语：星体亮度衡量与判别：光度和通量

简介： 光度是单位时间内辐射体在所有波长、所有方向上向外流出的总能量。通量是单位时间内垂直穿过单位面积的光能总流量。余文通过方程阐述了光度与通量的关系。

在天文学中，光度是一个星体，星系或其他天文物体单位时间辐射的总能量,它与一个星球的明亮程度有关。在国际单位制中，光度的单位为焦耳/秒或瓦特。

光度L是单位时间内辐射体在所有波长、所有方向上向外流出的总能量。在国际单位制中，光度的SI单位是瓦特（W），它衡量了每秒传输了多少焦耳的能量。

通量F定义为单位时间内垂直穿过单位面积的光能总流量，或者是单位时间内物体的单位面积散发的总能量。通量的单位为J s-1 m-2或W -2（即每秒每平方米的焦耳，或简称为瓦/秒）

光度是星体或任何其他物体辐射其能量的速率。与灯泡的种类划分类似。 40W灯泡比100W灯泡散发更少的能量。对于星体来说也是如此，但是它们辐射的能量要大得多。

我们星系中太阳的能量输出功率约为3.89x1026 W（即389，后跟24个零！），我们的太阳甚至不是一颗明亮的星星！随着恒星的流逝，我们的太阳将会最终变成20W的灯泡。

由于涉及光度的数值过于巨大，天文学家们更喜欢使用一个更方便的单位，称为太阳光度，用符号L⊙表示。 一个太阳的光度等于我们太阳的光度，但是即使如此，恒星也可以高达1x106L⊙，所以宇宙之大，星星的光度数值也会很大！

光度位为2L⊙的恒星的亮度是太阳的两倍，同理，光度为0.5 L⊙的恒星的亮度则是我们的太阳的一半。

光度

通量是单位面积上接收到的能量，而光度是恒星的总能量输出。由于恒星会向各个方向辐射能量（各向同性）。由于我们仅接收总能量的一小部分，我们可以使用一部分内容来进行计算视在大小。了解地球观测到的通量与恒星的光度（总能量输出）之间的关系将很有帮助。

想象一下，有一个离我们距离为d的星星在所有方向上均等地辐射。 我们可以使用探测器（任何类型）测量磁通量，其表面积为1平方米，垂直于恒星。 从上图可以看出，恒星向各个方向辐射，可以围绕恒星形成一个球体。

根据先前的定义，光度（L）是每秒输出的总能量，通量（F）是穿过单位面积的表面的每秒总能量，根据以上的信息，我们可以确定光通量和光度之间的关系。半径为d的球的表面积为：

方程21 球体表面积和半径之间的关系

因此，通过单位面积的探测器在地球上测得的通量F为：

方程22 通量和半径以及光度的关系

从方程中我们可以看到，通量随着距离的增加而减小，并且和距离的平方成反比。由此可见，光遵循平方反比定律，即从星体观察到的通量与恒星与观测者之间距离的平方成反比。下图更清楚地说明了这一点。

从地球看到的星体的亮度不仅取决于其固有的光度，还取决于距地球的距离。一个星体的观测亮度随着观测者和它的距离的增加而降低，星际气体的存在将进一步降低观测到的亮度。从图中我们可以看到，对于每增加一个距离单位r，光就会散布在一个另外的区域r2上。

通量

在有关量级标度的文章中，我们看到了Pogson设计的标度，其中1级恒星的亮度是5级恒星的100倍。这个对数的数值表明，一颗1级星体的亮度是一颗2级星体的2.512倍，一颗2级星体是一颗3级星体的2.512倍，依此类推...

我们可以使用每个量级的恒定比率来获得通量比率的公式。考虑两颗星，它们的视星等分别为m和n，并且测得的Fm和Fn的通量为：

方程18 – 通量比方程

如果一颗星体为6级（n = 6），而另一颗星体为1级（m = 1），则幅度差为n – m = 6 - 1 =5。我们可以使用公式18来计算这些通量 。

方程19 通量比方程

我们可以看到，该等式表明，按照Pogson规则，5个数量级的差异会影响大小100倍。 通过显示两个对象之间的幅度差异可以用通量比的对数表示，我们可以进一步加强通量和幅度之间的关系。 这种形式被称为Pogson关系，是天文学家工具箱中一种或另一种最有用的方程式。

方程 20 Pogsons关系

作者: Tim Trott

FY: Maze Runner

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