如果把人类发现的最亮的恒星放在比邻星的位置上，能把地球的夜空照亮吗？

balabala

如果把人类发现的最亮的恒星与地球的距离为 4 光年多一点，我们所看到的夜空是一种什么样的景象？
相关问题：

原文地址：https://www.zhihu.com/question/286481412

感恩由您

先说一下看法：如果是可见光的话，可以，大概是这样的效果：


如果指的是全波段星等最亮（发光最多）的话，有点难，但还是可以的。
本来我想，这个问题不就是平方反比定律或者算一下绝对星等，再去维基上面拉两个数字解决的嘛？
但是当我发现下面这张图指的是全波段星等的时候，发现问题没那么简单。
首先我们需要明确定义什么是最亮的恒星（新星也算是激变变星的一种），超新星这种东西怎么办？当然类星体这种妖孽就算了。
然后大约在比邻星（4.3ly）处，根据简单的计算绝对星等的公式（d0为32.6光年/10秒差距）：


可知需要达到下面的“照亮”效果需要的星等：
A、太阳（大概照度是130000勒克斯）的效果：
需要视星等-26.7，绝对星等-22.31（视星等比绝对星等小4.39）。
B、非常暗（多云）的白天（大概照度是100勒克斯）的效果：
需要视星等-19，绝对星等-14.61。
C、暮光（大概照度是1-10勒克斯）的效果：
需要视星等-16到-14，绝对星等-11.61至-9.61。
D、月亮（大概照度是0.267勒克斯）的效果：
需要视星等-12.7，绝对星等-8.31。
E、金星（1.4^(10^-4)，据说最黑暗处可以在地面上照出影子）的效果：
需要视星等-4.3，绝对星等0.11。
（数据来自Radiometry and photometry in astronomy）
维基百科里面有不少的恒星数据，比如满足各位大就是好爱好者的最亮恒星列表List of most luminous stars。
但我们需要的是V波段的星等（M v），不是全波段星等。维基百科上面的数据是全波段星等（M bol），所以需要换算：


其中的BC（热改正，Bolometric correction）这个数值随着恒星光谱而变化，对于主序星，巨星，超巨星也不一样……下面这个表还只是主序星的。




原因嘛，随着温度的提高，高温恒星的大多数辐射都会超出可见光范围外，可以看到对于太热或者太冷的恒星（WR星或者是M型超巨型）限制在可见光波段是非常的亏的；所以这些看起来很吓人的高温-12或-13星等的巨型恒星在可见光波段都可能缩水3-4个星等；例如天津四（Deneb）的V绝对星等是-8.25，比R136a1这种巨无霸的-8.2还高……



这不作数的

上面的好多O型星看看自己那3-40000K的体温，直接出局了……
先不管这些乱七八糟的，随便找一个可见光波段比较亮的星来算算看：
对于D和C，剑鱼座S的V波段绝对星等正好是-10（虽然船底座AG可达-10.3），代入：


约是-14.4等，比满月强（-12.7），如果月亮的亮度可以“照亮”的话肯定是符合条件了。大概地球在差不多天顶上能看到这颗星的地方，天空大概就相当于太阳在地平线下方5°（日落之后差不多半小时）的天空。在stellarium里面大概是这样（自动忽略地表附近的光）：


按照上面的表格给出的BC数据，手枪星（Pistol Star）的-11.56减去0.65左右是-10.91，在比邻星的位置上可以达到-15.3等，基本上这就是极限了。
而我们可怜的R136a1空有-12.2的全波段星等，那-8.2的V波段星等甚至不如月亮……勉勉强强吧。
至于恒星本身没有爆掉的情况下，1843年船底座η（海山二）在2300秒差距的距离上达到了-0.8的视星等，绝对星等达到了吓人的-12.608，后来的估算是恒星本体的绝对星等达到了-13.8，甚至达到了一些超新星。





下面当背景板的是超新星……

但是-18.2的视星等也就够日落后13分钟左右的天空亮度（C满足了），无法达到哪怕是最暗的白天多云天气程度，并且只是短时间的：


至于E，0等星的代表就是织女星（Vega），天上多了去了，随随便便都行。
再来考虑离谱的情况：超新星
距离地球160K光年的SN 1987A最大亮度2.9等，绝对星等为-15.55。在4.3光年的距离上视星等为-19.94，足够达到极端情况下白天的亮度。
然而目前发现的最亮极超新星（Hypernova）ASASSN-15lh（SN 2015L）在亮度峰值达到了16.8等。考虑到它的距离是38亿光年，在4.3光年的距离上视星等是丧心病狂的-27.92等，甚至比太阳亮3倍。
大概就是这个效果：



这是金星视角……

所以结论是可以。

队长是我

我对Kenneth Pan的回答有点异议。 R136a1 是沃夫-拉叶星。其光最亮的部分在紫外和远紫外波段，并不在可见光波段。可见光波段一般采用V波段星等。R136a1 的visible magnitude （V 波段视星等）只有12.23等（VLT V band），换算一下在 visible Absolute magnitude（可见光绝对星等） 只有 12.23+5-5* log (163000/3.26) =-6.26等，换算到比邻星的距离大约是12.23+5-5log (163000/3.26*10/1.295)= -10.7等，不如满月（-12.6）。
需要注意的是，wiki 记录R136a1 的视亮度绝对星等列为-8.09等，这是使用了哈勃望远镜F555w 滤光片得出的结果。实际上两个filter 不一样，V 波段滤光片应该更接近人的视觉。

用List of brightest stars把全天视星等最亮的一百颗恒星V 波段绝对星等做了个排名，Deneb(天津四)排名第一。 它是一颗蓝白超巨星。实际上， Alnilam（参宿二）, Rigel（参宿七）等都是蓝超巨星或蓝白超巨星，由于天津四已经离开主序星阶段，恒星直径现在膨胀到太阳的200倍以上，因此造成其亮度在V band 非常高，恰好其光谱是A型，A型恒星光谱峰值仍然在可见光波段内。这可以合理的解释为什么它在V 波段是最明亮恒星之一。
天津四在比邻星位置的视星等=-8.26-4.44=-12.7。和满月差不多，不能照亮星空~



但是这个回答仍然有问题，因为R136a1 附近有很多的尘埃，因此其测光值可能被低估了。
另外，可以通过恒星理论上计算V波段最亮的恒星类型，这个就超出了我的能力了。

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Update: 剑鱼座S （最高V 波段绝对星等 -10)和海山二（V 波段 绝对星等 -8.6)等恒星可能是V 波段更亮的恒星，但是它们都是变星的一种。恒星到了如此巨大的质量和亮度之后之后，在本质上是不稳定的, 亮度在以年为单位的尺度上发生巨大的变化。就不好定义其绝对星等了。

有些人很奇怪为什么在大麦云里有R136a1 这么亮的星。其实这么亮的星有很多。R136a1属于大麦哲伦星系里的蜘蛛星云。蜘蛛星云和M33里面的NGC 604 应该是本星系群里面最著名的HII 区了，它们也是恒星形成最为猛烈的区域之一，产生着数以万计的O，B 恒星~可以推测，在M82和触角星系等星爆星系中，这种大质量恒星会更为常见。可惜的是，我们的望远镜目前只能分辨出这些离我们很近的本星系群内的超巨星。否则我们会有更多惊人的发现~



蜘蛛星云里的R136星团



NGC 604, 本星系群最猛烈的恒星形成区域

图片地址：
R136 - Wikipediahttp://chandra.harvard.edu/photo/2009/n604/

长长的路

太长不看：如果把人类目前发现的最亮的恒星放在比邻星的位置上，带来的效果可能相当于日落后半小时左右天空的亮度，可能比满月时候的天空亮那么一些些。
<hr/>这道题我们可以换个思路，即
「在比邻星的位置上放一个多亮的天体，能把地球的夜空照亮？」
这里的关键是「把地球的夜空照亮」
问题来了，怎样才算能算是「亮」呢？
最近太阳落山以后，天空中有三个引人注目的亮点，它们其实分别是木星、火星和金星，三颗行星的光芒不输暮光，但肯定还远远谈不上「照亮地球的夜空」。
有没有再亮一些的天体？
有啊，就是月亮，这里主要说的是满月。
在晴朗无云的环境下，满月的亮度照出影子已经绰绰有余，甚至可以看书。
这时候，即便不是月亮附近的夜空，似乎也并不是漆黑一片了。
看来满月的亮度可以勉强当作「照亮地球夜空」的亮度下限，不过我觉得还差点意思。
在地球上看，比月亮还亮的就只剩太阳了。太阳能不能照亮地球的天空这个问题，我觉得只要是地球人，都不会给出否定的回答。
这样经过一番初步分析，我们可以知道，要想照亮地球夜空，天体的亮度下限必须超过满月的亮度，上限的话太阳足够了，太阳本身就足够亮瞎了。
其实太阳也有不那么亮瞎的时候，比如在日全食的时候，当太阳几乎被月亮遮挡住，亮度会出现肉眼可见的下降，地面上的影子也变得不太明显，但天空还是比一般的傍晚来得亮堂。粗略估计，这个时候的太阳亮度是正常水平百分之一到千分之一。这可作为一个新的亮度上限。
我们这时候可以把上限和下限转化为天文学中的常用标准了，天文学上一般用「星等」衡量天体的亮度，天体越亮，对应的星等数值越低，比如说，1等星比6等星亮，-1等星又比1等星亮。
满月最亮时，星等接近-13等，而太阳的星等是-26.74等（参考维基）。
现在我们规定星等相差5等，相当于亮度相差100倍，那么正常太阳亮度的百分之一到千分之一就介于-19到-21等，方便起见我们就取-20等吧。
也就是说，如果现在比邻星的位置上有一颗亮度介于-13等到-20等的天体，这个天体应该能够照亮地球夜空。
要注意，这里说的星等是「视星等」，并不代表天体的真实亮度，天体的真实亮度一方面和天体本身有关，另一方面也要看天体和地球之间的距离。
天文学上我们用一个叫「绝对星等」的概念来表示天体的真实亮度。那么，如果在比邻星的位置上有一颗视星等介于-13到-20等的天体，它的绝对星等是多少？
此处将出现本回答唯一一个公式：

这是计算天体绝对星等的公式。这里的m为视星等，d为天体距离，单位取秒差距（1秒差距约为3.26光年）。
我们可以拿太阳试试水，已知太阳视星等为-26.74，与地球距离为1天文单位，合1/206265秒差距（1秒差距=206265天文单位）

太阳的绝对星等为4.83
我们不妨把这个在比邻星位置的新天体叫做「夜太阳」，那么夜太阳的绝对星等下限为

上限为-8.6-7=-15.6等
我尝试说人话，如果夜太阳的绝对星等为-8.6等，就相当于天空中多了一个满月；如果夜太阳的绝对星等来到-15.6等，那么就真的相当于多了一个小太阳。
参考List of most luminous stars，以下限为准，天空中有很多恒星都能达标。如果是高标准严要求，那还真是一个能打的都没有。目前人类发现的最能发光的恒星，绝对星等满打满算-13等，换算成视星等就是-17等，有人（Radiometry and photometry in astronomy）做过估算，这可以等价于暮光/晨光的亮度，我觉得可以参考日落后半小时左右天空的亮度。
PS：维基给出的绝对星等并不是可见光波段下的绝对星等，所谓的-13等要再打折扣，扣完以后其实和满月也不差多少了。参考 @Kenneth Pan 与 @刘博洋
<hr/>所以太阳只有一个，还是要好好珍惜呢。

卡卡

不考虑超新星这种炸完就没的，只看主序星，已知最亮的大概是光谱型为O3的恒星，例如HD 93129A，光谱型为O2.7，GAIA g波段绝对星等-5.3（绝对星等是在10秒差距处的星等，GAIA DR2数据推算。GAIA g波段基本上就是可见光波段了），如果放到比邻星处，也就是1.295秒差距处，则g波段星等-9.7，大概相当于上弦月的亮度。

参见 @Kenneth Pan 的答案，我举的例子不是最亮的。
不过我算出来R136a1的话大概和满月相当。

卡卡

挺有意思、但其实不难计算的一个问题。
目前人类发现的最亮的恒星，是在大麦哲伦星云的 R136a1 星。按热辐射亮度（bolometric luminosity）来算，为太阳的871万倍。（见图一）
比邻星离地球大约4.367光年，也就是折合约276174 AU（天文单位），或曰：大约是太阳离地球距离的27.6万倍。
光是一种电磁辐射，随着距离以平方率衰减。也就是说，计算R136a1星在比邻星的位置，只需要很简单的一道算式：


答案就是：假如R136a1星位于现实世界中比邻星的位置，对于在地球上的观察者来说，其亮度将是太阳的 0.0001142, 也就是大约为太阳亮度的万分之一。
好像很少，对不对？但是满月的亮度只有太阳亮度的四十万分之一。（见图二）
也就是说，R136a1（比邻）星的亮度，将会是满月的四十倍。

*** 1.1版更正：以上计算漏了R136a1是一颗沃尔夫-瑞业星（Wolf–Rayet star）这一事实。与太阳这样，发出的电磁辐射50%左右为可见光的主序星不同，沃尔夫-瑞业星发出的电磁辐射中，大部分为紫外线，甚至有相当部分为X光，可见光反而只占小部分。
所以 @刘博洋  兄的计算结果是正确的：对于地球上的观察者来说，R136a1（比邻）星的亮度只是大约和满月相当。
... 我先回去面壁了。以后再也不一边打EVE，一边回答严肃问题了。
*** 1.1版结束 ***

图一，最亮的恒星，来源：维基百科



图二，太阳与满月亮度对比计算，来源：维基百科



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