易川栋
如果问你夜空中最亮的星是哪颗,你脱口而出的答案会是启明星、织女星,还是北极星?要科学地回答这个问题,以下几个天文学基础知识,需要了解—下。
夜
我们通常对于“夜”的理解为太阳落下后到第二天太阳升起前的这段时间,或者天黑之后即为“夜”,与“昼”相对应。但是,由于太阳光被高层大气层散射,在日落和日出前的一段时间内,低层大气和地表仍然清晰可见,并不会马上进入伸手不见五指的黑夜。
对于这段时间,天文学上有两个专门的词来形容——“晨光始”和“昏影终”,分别对应日出前和日落后,可统称为“晨昏蒙影”(Twilight)或“曙暮光”。其中又可分为民用、航海及天文晨昏蒙影,分别对应太阳中心位于地平线下6°、12°和18°。
民用晨昏蒙影,在早晨开始于太阳的中心点在地平线下6°,结束于日出的时刻;而在黄昏则开始于日落,结束于太阳的中心点在地平线下6°。在这个时段仍然有足够的阳光,所以有许多的活动可以继续在户外进行,而不需要人为的光源补助。对于日常生活来说,在民用昏影终(太阳中心落到地平线6°以下)之后就能称之为夜晚了,这时候你必须开灯才能看清周边的事物或者继续工作。
当太阳随着地球自转继续往下落,进入航海晨昏蒙影阶段,此时水手们已经不再能利用地平线在海上导航,但能利用知名的星来确认视域,并以能看见的地平线作为参考。
天文晨昏蒙影是太阳中心的高度在地平线下12°-18°之间,由高层大气散射进入低层大气的阳光。通常,天文晨昏蒙影时天空不再被太阳照亮,并且黑暗得使所有肉眼可以看见的天体得以逐一呈现。天文学上所说的夜晚,通常指天文昏影终到天文晨光始的这段时间,类似于星云和星系这些黯淡与扩散的目标也需要在天文昏影终之后才能进行观测。
星
我们平时在讨论“夜空中最亮的星”这个问题的时候,思维定式会让你只关注分布在夜空中的点点繁星,而忘记了天边那轮皎洁的明月也是一颗名副其实的星星。
在天文学中,能称得上星星的天体包括了恒星、行星、矮行星、小行星、天然卫星、人造卫星等等,若不限定范围,那么夜空中最亮的星非月亮莫属,因为月亮是地球的天然卫星,且“月明星稀”——由于月亮的亮度太高,使得平时明亮的星星看起来黯淡无光,而那些原本就不怎么亮的星星在满月之夜通常会看不见。如果不限定时间为“夜晚”,那么天空中最亮的星无疑是太阳,因為太阳是离我们最近的恒星啊。
亮度分级
天文学上对星星的亮度进行了统一划分,我们称之为“视星等”(apparent magnitude)。
最早对星星按亮度进行划分的是古希腊天文学家喜帕恰斯,他将自己编制的星表中的1022颗恒星按照亮度划分为6个等级,即1等星(最亮)到6等星(最暗)。到了1850年,英国天文学家普森发现1等星要比6等星亮100倍。根据这个关系,星等被量化为每级之间亮度相差2.512倍。
但1到6的星等并不能描述当时发现的所有天体的亮度,因此天文学家在原本的等级划分中引入“负星等”的概念,并一直沿用至今。按照现有视星等的划分,牛郎星为0.77,织女星为0.03,天狼星为-1.45,太阳为-26.7,满月为-12.8,金星(即大家常说的启明星)最亮时为-4.89。
因为视星等是人们从地球上观察星体亮度的度量,它实际上只相当于光学中的照度;因为不同恒星与地球的距离不同,所以视星等并不能指示出恒星本身的发光强度。
与此同时,视星等还要考虑星体本身亮度与到地球的距离等多重因素,因此也会出现距离地球近的星体视星等不如距离远的星体的情况,比如巴纳德星(9.54等)距离地球仅6光年,却无法被肉眼所见。
另外,宇宙中大量的星际尘埃会减弱一部分星光,甚至使得一些原本能为肉眼所见的恒星变得再也无法用肉眼看见,例如银河系中心附近的手枪星。而随着某些星体自身的演化,与地球距离的变化,月亮的阴晴圆缺以及地球上不同地区光污染的严重程度不一,视星等只能作为一个相对值来参考,而不是绝对不变的数值。
回到本文最开始的那个问题,在不限定范围的情况下,夜空中最亮的星是满月时的月亮(天然卫星),往后依次是新月时的金星(行星)、木星(行星)、火星(行星)、天狼星(恒星)、大角(恒星)、织女一(恒星)。