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星体的质量怎么算出来的(星体质量计算公式)

导语:星体重要参数:光度和通量——你想获知的问题答案这里都有

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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