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輸入計算

數學公式

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結果

恆星光度
1
× 太陽光度(L☉)
光度(瓦特) 382,799,090,315,259,050,000,000,000 W
半徑(公尺) 695,700,000 m

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。

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恆星從表面發出輻射的示意圖,標註了半徑R和表面溫度T
恆星以由溫度T決定的速率,從整個球面(\(4\pi R^{2}\))輻射能量。

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。

比較小型低溫恆星、太陽和大型高溫恆星光度的長條圖
光度隨溫度(四次方)和半徑的平方急遽增加。

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。

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