什麼是恆星光度計算器?
這項工具只需兩個參數——恆星的半徑與表面(有效)溫度——就能估算出恆星每秒向外輻射的總能量,也就是它的光度。計算過程將恆星視為理想黑體,並套用史蒂芬-波茲曼定律,這是恆星天文物理學的基石之一。計算結果會同時以瓦特,以及相對於太陽光度(L☉)的倍數呈現。
使用方法
請以太陽半徑為單位輸入恆星半徑(太陽 = 1 R☉),並以克耳文(K)輸入表面溫度。計算器會使用國際天文聯合會(IAU)的標稱太陽半徑(\(6.957\times10^{8}\ \text{m}\))將半徑換算成公尺,再計算出光度。作為參考,太陽的半徑為 1 R☉,有效溫度約為 5772 K。
公式解析
史蒂芬-波茲曼定律指出,黑體單位面積所輻射的功率與溫度的四次方成正比:\(j = \sigma T^{4}\)。再乘上恆星的總表面積 \(4\pi R^{2}\),即可得到完整的光度:
$$L = 4\pi R^{2} \sigma\, T^{4}$$由於存在 \(T^{4}\) 這項依賴關係,溫度只要稍有變動,光度便會大幅改變——溫度加倍,輻射輸出便會增加為原本的十六倍。
實例演算
以一顆類太陽恆星為例,\(R = 1\ R_{\odot} = 6.957\times10^{8}\ \text{m}\),\(T = 5772\ \text{K}\):表面積
$$4\pi(6.957\times10^{8})^{2} \approx 6.082\times10^{18}\ \text{m}^{2}$$代入 \(\sigma = 5.670374419\times10^{-8}\) 與 \(T^{4} = (5772)^{4} \approx 1.110\times10^{15}\),可得
$$L \approx 6.082\times10^{18} \times 5.670\times10^{-8} \times 1.110\times10^{15} \approx 3.83\times10^{26}\ \text{W}$$幾乎正好等於一個太陽光度。
常見問題
這是否假設恆星為完美黑體?是的。真實恆星會略有偏差,但有效溫度的定義本身就是要讓黑體公式能算出正確的光度。
採用的太陽光度數值是多少?採用 IAU 標稱值 \(L_{\odot} = 3.828\times10^{26}\ \text{W}\)。
可以用在任何天體上嗎?只要提供半徑與有效溫度,此定律適用於任何球形的熱輻射體,包括行星與棕矮星。