人类肉眼看到的恒星质量最小的就是太阳吗？
2024-11-19 阅读 29
更新于 2024年11月22日
省流：不是。
理论上人类肉眼能看到最暗6.5等的恒星，但在综合观测环境，观测者经验以及现代人视力水平等诸多影响因素后，大部分人并没太多机会或能力肉眼观测到暗于5等甚至4等的恒星。所以提问可以近似转化为
视星等亮于4等的恒星中是否有质量比太阳小的恒星？考虑到一般情况下恒星的质量与光度（发光能力）呈正相关，实际上我们可以通过比较太阳和其他恒星的光度获得它们的质量大小关系（恒星越亮，质量越大）。不过需要注意我们平常在夜晚看到的恒星亮度（即视星等）并不完全等价于它的发光能力，我们还需要考虑距离对亮度的影响。
为了消除距离对亮度的影响，我们引入一个叫「绝对星等」的概念，把所有恒星都放在距离地球约32.6光年的地方观察他们此时的视星等。在距离相同时，恒星的亮度就能忠实反映其发光能力了[1]。
现实中我们自然不可能随意挪动恒星，因此我们一般借助公式 M=m+5-5lgd 计算恒星的绝对星等，其中M是恒星的绝对星等，m为视星等，d是恒星距离，单位为秒差距（pc），lgd是d以10为底的对数。
首先我们计算太阳的绝对星等，得M（太阳）≈4.8。在接下来的计算中，如果一颗恒星的绝对星等比太阳亮（＜4.8），就说明其质量大于太阳，反之则是太阳质量更大[2]。凑巧的是维基百科正好有一份视星等4等以上恒星的列表[3]，可以直接作为本回答的数据支撑。
全天21颗亮星图︱数据来源Wikipedia表格中的序号代表恒星视星等排序，轩辕十四一般被视为一等星守门员，比他亮的恒星顶着大城市城区光污染进行观测也不是不行。在这些恒星里面，视星等第三的南门二三合星之中的南门二A和南门二B是最符合条件的两颗恒星，两者视星等分别是0.01和1.33，质量分别是太阳的约108%和约90%。
全天前100亮星图︱数据来源Wikipedia视星等排名22到100名的恒星里几乎没有与太阳绝对星等相差1等以内的恒星，说明这些恒星的发光能力都至少是太阳的2.5倍，质量自然也在太阳之上。唯一符合条件的是贯索四B，质量约为92%太阳质量，但作为食双星系统中的伴星，贯索四B似乎不能算肉眼可见。
视星等亮于4等的恒星按照维基的数据，视星等亮于4等的恒星有510余颗（组），如以绝对星等倒序排列，同时排序中加入太阳，太阳的排位是倒数第三[4]，这在一定程度上也解释了题主为何发出提问——在肉眼较为容易观测到的恒星中，太阳的发光能力确实排不上号。
包括太阳在内视星等4等以上恒星发光能力倒数前十，注意天大将军三的数据明显有误︱Wikipedia这些恒星中质量小于太阳的有天苑四（82%太阳质量）[5]、天仓五（69%太阳质量）[6]、下台二Aa（97%太阳质量）、下台二Ba（86%太阳质量）[7]、王良三（97%太阳质量）[8]。
在未来，准确点说是大概130万年后，会有一颗质量不足太阳60%的恒星成为地球上可见的最亮恒星[9]。这颗恒星是格利泽710，目前位于巨蛇座，视星等9.7，绝对星等8.2。按照预测，它与太阳系的最近距离只有约0.05秒差距，合0.17光年，或1.07万天文单位。视星等换算下来达到了-3.2，亮度远超目前的夜空最亮恒星天狼星（视星等-1.46），也要比大冲时的木星和火星更亮。
参考^严格来说完整反映恒星辐射本领的是绝对热星等，绝对星等一般指的是恒星在可见光波段的辐射能力^如比较恒星为红巨星，则不能简单套用质光关系^https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%81%86%E6%98%9F%E4%BA%AE%E5%BA%A6%E5%88%97%E8%A1%A8^维基的数据中天大将军三的绝对星等数据有误^https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2012ApJ...748...72B/abstract^https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ace906^https://academic.oup.com/mnras/article/384/1/173/964730^https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab2fce^https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2515-5172/ac7b95
思路：（1）举个例/多例，给出肉眼可见的、比太阳质量小的恒星；（2）利用全部肉眼可见的恒星数据，构建恒星质量分布，看看有没有比太阳小的恒星。
我们采用第二种思路。
数据：亮星星表The Bright Star Catalogue。该星表包含9110颗亮于6.5—7等的亮星（7等以内基本完备），全天分布见下图。网址：Yale Bright Star Catalog；Index of /ftp/cats/V/50/；The Bright Star Catalogue。
亮于6.5等亮星全天分布图，来自http://tdc-www.harvard.edu/catalogs/bsc5.html处理：去除暗于6.5等星，去除星表中双星，进行矮星和亚巨星/巨星/超巨星分类，并进一步分成OBAFGKM七个光谱型。画直方图，如下。
