[原创]顶级目视变星的观测资料和观测体会
本帖最后由 zwhzjh 于 2010-11-22 02:26 编辑如果大家没耐性看我这篇长篇大论，请直接跳到5楼下载变星观测资料，还有抓紧时间观测御夫座epsilon。写完了梅西耶天体、双星和部分非M著名深空天体，最后就写写变星吧。这是最近这几年我写的最后一个观测体会帖了，接下来的几年应该是既没精力也无时间再来写长帖了。希望有别的同好能为新手们写太阳系天体的观测体会（尤其是月面的观测体会）。不过我写这个帖子本身就很不谨慎，因为我是两个月前开始进行变星观测的，根本也是个菜鸟（当然大陵五的极小是以前就观测过几次了），观测水平也很一般（老鸟们的目视星等估计精度能达到0.1等，我最多就能达到0.3等吧），而且只观测过大陵五，柱一，渐台二，蒭藁增二，造父一，参宿四和策这七颗变星（当然这些也是最著名的变星了，我也没有更多的精力去观测别的变星了，而且严格的说参宿四和策只观测两个月根本就看不出什么有价值的东西来）。不过这些亮变星的观测倒是很适合新手，对观测器材要求很低（比双星低多了，我列出来的都是可目视检测的变星，如果光害少，可直接看，如光害强，用普通的双筒望远镜辅助即可），而且很有科学价值（美国变星观测者协会AAVSO的网站现在依然在征集像蒭藁增二和参宿四这些著名亮变星的变光数据）。因为到处都找不到新手合用的资料，我就只好亲自献丑了。即便如此，也要像老婆所说，对于自己不擅长的领域要藏拙。所以先列出几个有重要参考价值的网站。首先是wiki的变星（variable star）的中英文词条，写得很详细，各个类别的变星又有自己的小词条，建议大家好好看看，我也可以省去不少笔墨。不过由于wiki在国内已被河蟹，所以我再列几个纯天文的参考网站：sky and telescope的变星观测专栏，我在帖子中所用的观测星图和变光曲线图全来自此网站 http://www.skyandtelescope.com/observing/objects/variablestars其中最关键的参考文献是《The Top 12 Naked-Eye Variable Stars》by John Isles（简称为《12》吧）, 以前坛子里有同好翻译过，不过现在全是乱码了（http://www.astronomy.com.cn/bbs/viewthread.php?tid=41188 ），我会重新提及一下里面的内容。接着当然就是AAVSO的官网 http://www.aavso.org有很多有用的信息，我最喜欢里面的light curve plotter搜索，可以查到一些长周期变星当前的亮度值，变星索引（VSX）和网站提供的星图也很有用。还有AAVSO的五星，十星观测教程的下载连接http://www.citizensky.org/sites/default/files/5startutorial.pdfhttp://www.aavso.org/sites/default/files/10startutorial.pdf波兰天文学家（J.M. Kreiner, 2004,
Acta Astronomica, vol. 54, pp 207-210.）提供的所有著名食变星的数据，最有用的是里面对极小值时刻的预报，还是换算成当地时间的，很方便，强烈推荐http://www.as.ap.krakow.pl/o-c/cont.html权威的变星总表（General catalog of variable stars, GCVS），从前苏联时代开始编纂（所以网站的国家代码还是用su而不是ru），现在已收录了超过4万颗河内变星和1万颗河外变星的资料了，我后面所用的极大值时刻和变光周期数据全来自此表，大家可以用下面的两个连接中的任意一个下载GCVS河内变星部分，文件名为iii.dat，大小6M，可以用excel打开，http://www.sai.msu.su/gcvs/gcvs/iii/ftp://ftp.sai.msu.su/pub/groups/cluster/gcvs/gcvs/iii/表格的说明在此 http://www.sai.msu.su/gcvs/gcvs/iii/html/还有建议大家去下天文馆ftp里面的Charles E. Scovil - The AAVSO Variable Star Atlas (1980).pdf。当然我还会引用坛子里其它涉及变星观测的帖子。像坛子里有个帖子，列出了各个权威的变星数据网站的连接，地址如下 http://www.astronomy.com.cn/bbs/viewthread.php?tid=106399闲话休提，转入正文。《12》文中作者提到根据GCVS，变光幅度不小于0.4等，亮度极大时不低于4.0等，并且不属于新星超新星那一类的变星共有34颗（其中有个特例是北冕座T，属于再发新星），而其中有24颗亮度从不低于5.1等。这34颗星是最适合初学者观看的变星，原文中没有具体列出来，结果我“人肉”了一把GCVS（其实也不难，掌握方法的话十分钟就找好了，还校对了两次，应无遗漏了），总共找到36颗，放在附件里（简称《36》）。特别需要注意的是亮度测量时所用的测光系统，应该是V（可见光，主要是551nm波长），P（可见光照相）或B（蓝光），我开头没注意这个，结果找了90颗，1/3以上是米拉型变星，因为记得符合条件的米拉型变星应该只有3、4颗，百思不得其解，差点去cloudynights上发帖询问。后来脑子一转，发现这里头很多变星的亮度都用J,H,K,L系统，全是红外线的波长，将它们都去掉后就只剩30多颗星了。下面的4个楼会跟据《12》和《36》挑重点的变星类型和它们的重要代表来讲解。 本帖最后由 zwhzjh 于 2010-11-22 03:05 编辑
变星根据其变光机制可分为外因（extrinsic）变星和内因（本质）(intrinsic)变星两大类，其下又细分了好多类型。详情请参考wiki。先说外因变星，又分自转变星(rotating variable stars)和食双星(eclipsing binaries)两类。自转变星光变幅度很小，不适合目测，略过不说（后来仔细看了《36》表，发现里面居然有一颗这样的变星——天兔座mu）。单表食双星，又分为EA,EB和EW三种，详情请参考wiki。按我的经验来说，食双星最突出的特点就是——亮度极小时很难碰到，这和其它类型的变星正好相反（它们都是亮度极大时间段较短），所以GCVS表中的亮度极值儒略日栏，对于食变星都是亮度极小的时刻，而其它类型的变星基本都是亮度极大的时刻。好了，又扯远了。先说EA型（大陵型）食双星，原型自然就是英仙座beta大陵五（Algol）。变光幅度2.1-3.4等，变光周期2.87天，参照星我用的是英仙座alpha（1.8等）和delta（3.0等）（《12》中用2.1等的仙女座gamma），rho星（3.3-4.0等）因为也是变星，所以做参照的话不是特别好。掩食（包括偏食的过程）持续10个小时，极小时刻正负1小时是最适合观测的时间段，亮度明显比delta低，在极小时刻附近的亮度和rho（最亮时）差不多。正负2小时的时候比delta稍亮，到正负4小时的时候基本看不出变化。极小时刻预报（S&T也有，不过用起来较麻烦，不推荐，波兰网站和S&T的预报只差了4分钟，根据实际观测经验，两者都挺准确的）http://www.as.wsp.krakow.pl/minicalc/PERBETA.HTM还有现在不可不说的另一颗EA型变星——御夫座epsilon（柱一），也是已知变光周期最长（27年）的食双星，变光幅度2.9-3.9等，参照星御夫座eta（3.2等）和zeta（3.8等）。掩食持续两年，从09年8月开始变暗，11年春天开始亮度逐渐回升。望各位新晋同好抓紧机会观测，否则就要再等25年了。以前nngs兄和我写的帖子http://www.astronomy.com.cn/bbs/viewthread.php?tid=106443http://www.astronomy.com.cn/bbs/viewthread.php?tid=103461http://www.astronomy.com.cn/bbs/viewthread.php?tid=124757《12》文中还提到另一颗EA型变星，金牛座lambda，变光幅度3.4-3.9等，变光周期3.95天，掩食持续14个小时，极小时刻预报http://www.as.wsp.krakow.pl/minicalc/TAULAMBDA.HTM 还有一颗特殊的长周期EA型变星双子座eta，在下面介绍半规则变星时会提到。EB型（渐台型）食双星，原型是天琴座beta渐台二，也是《36》表中这类星唯一的代表。变光幅度3.3-4.4等，变光周期12.94天，参照星我用的是天琴座gamma（3.2等）、delta（4.3等）和zeta（4.4等）。其中delta和zeta是双星，delta的伴星角距很大，zeta的则只有49弧秒，不过在10倍双筒下还是可以分开的。EB型的特点是两颗靠得很近的大质量互绕恒星在相互的重力作用下变形成椭球形，所以其亮度在整个变光周期中一直在变化，不过我这种菜鸟看不太出来。平时beta星亮度和gamma差不多（比它稍暗一点点），在主极小时刻，beta星和zeta星的光度很接近。在主极小前后一天，它的亮度约是3.7等（比gamma星暗0.4等左右），但前后两天就基本看不出和gamma的差别了。据《12》一文，该星在次极小处的光变也有0.4-0.5等，不过我曾两次在次极小后6小时观测，都看不出差别。以后有机会一定要在次极小的时刻看看，不过今年没机会了。主、次极小时刻预报http://www.as.ap.krakow.pl/minicalc/LYRBETA.HTM EW型在《36》表中没有代表，按下不表了。但根据wiki，其数量很多，约占全部恒星的1%，只是它们的代表星亮度都太低了，像原型星大熊座W只有8等。 本帖最后由 zwhzjh 于 2010-11-22 03:15 编辑
内因（本质）变星分成三大类——脉动（pulsating），喷发/爆发（eruptive）和激变/灾变（cataclysmic）变星。再往下分的小类型更是让人头疼。本着继续藏拙的精神，挑《36》表中最常见的类型讲一讲（我现在也明白nngs兄所说的——对于变星研究者来说，肉眼可见的变星已经算是超级亮星了。很多类型的变星在《36》表中根本找不到代表）。其中激变（灾变）变星主要是新星和超新星，大多属于“过把瘾就死”的类型，除了最后会提到的再发新星（还有矮新星和仙女座Z型变星，请查wiki），都略过不讲（《36》表中也不收罗普通的新星和超新星）。先稍微详细的讲讲脉动变星。脉动变星的变化来自于恒星的膨胀和收缩，这类变星又分为短周期和长周期两种。短周期脉动变星的变光周期在几天到几个月之间，其光度变化一般很规则，它的一个重要小类型就是著名的造父变星(cepheids),原型星就是仙王座delta（造父一）。变光幅度3.5-4.4等，光度极大时刻2436075.445，变光周期5.366341天，从光度极小到极大的时间约占整个变光周期的25%（M-m%，即GCVS和《36》表中变光周期后面的M-m一栏），所以从光度极大到极小约花4天整而从光度极小到极大只需经过32个小时。参照星我用的是仙王座zeta（3.35等）和epsilon（4.2等）。因为造父变星可以作为标准烛光用以测量天体距离，所以坛子里有不少讨论的帖子，一搜就有了，不过有一个帖子要专门提一下，就是imax同好在拍摄北天极天区时正好遇到造父一光度极大的一张照片http://www.astronomy.com.cn/bbs/viewthread.php?tid=105300 ，而这也是造父一光度极大时用目视能看到的效果——和zeta星的亮度很接近。用双筒观测时，zeta星呈明显的橙黄色而造父一发白，这样在望远镜中比较亮度反而麻烦了，当然它亮度极小时明显比epsilon星暗。还有一个问题，由于没有网站预报该星的极大极小时刻，所以我给出它在GCVS中光度极大时刻和变光周期的精确值，大家可以通过自己的计算，再将极大极小的儒略日时刻换算成所在地的时间就可以（很多网站都有提供换算的工具，AAVSO上就有，再提示一下，从那个极大时刻到2010年11月初已经经过了3622个变光周期了），根据实际观测经验，这个预报值还是很准的。
《12》文中还列了另外两个造父变星。一个是作者被称“夏天的造父一”的天鹰座eta，变光幅度3.5-4.4等，M-m% 32%，和造父一很接近，只是变光周期稍长，为7.18天
另一个是双子座zeta，变光幅度3.6-4.2等，变光周期10.15天，M-m% 50% 。这三颗造父变星的极大极小时刻都可以根据GCVS给出的光度极大时刻和变光周期的精确值进行预报，而且根据《12》一文作者的经验，都挺准确的。
本帖最后由 zwhzjh 于 2010-11-22 02:37 编辑
长周期脉动变星的变光周期则是从接近一年到好几年。其中一类光度变化较有规律而且变光幅度非常大的是蒭藁型变星（mira variants），其原型星鲸鱼座omicron蒭藁增二（蒭藁，读音是chu2hao1，因为太生僻了，我还是喜欢用其英文名mira的音译，称这种类型的变星为米拉型变星，再说一句，mira的意思是“奇妙”的意思，是发现其光变后给它取的名字）也是这个类型的变星中最早被发现的和最亮的一颗。变光幅度2.0（此极大光度值在每个周期都不一样，这是历史最高值）-10.1等，变光周期约332天（就是后一年的极大值日期会比前一年的提早一个月）。2010年在10月底11月初光度达到最大，约是2.8-2.9等，根据这个可以推算出接下来几年的极大值日期。现在11月中旬又开始变暗了。搜了坛子，发现居然只有一篇我写的观测帖子http://www.astronomy.com.cn/bbs/viewthread.php?tid=147901&highlight=因为变光幅度太大，所需参照星较多，请参考来自S&T的下图S&T的变星专栏还提到另一颗著名的米拉变星，也是第二颗被发现的米拉变星——天鹅座chi。变光幅度3.3（此极大光度值在每个周期也都不一样，这是历史最高值）-14.2等，变光周期约408天。来自S&T的参照图如下。顺便提一句，第三颗被发现的米拉变星长蛇座R,还有像狮子座R和天兔座R,这几颗编号为R的米拉变星也非常有名，不过因为篇幅有限略过，大家可以去wiki,AAVSO和S&T查它们的资料。貌似很多星座里编号为R的变星，就是该星座里最早被发现的变星，都是米拉变星。长周期脉动变星的第二大类是半规则变星（semi-regular variables, 英文缩写为SR,又分为SRA,SRB,SRC和SRD四小类），按我的理解，其亮度变化有一定的周期性，但在各个周期里亮度的变化不太有规律性（就是每个周期的光变曲线的形状都不一样）。而其变光周期的长短亦有变化。它的代表星大家都知道也都认得——猎户座alpha参宿四。变光幅度0.3-0.9等（按《12》一文）/ 0-1.3等（按GCVS），变光周期约2335天。参照星我用的是参宿七(0.2等)和毕宿五(约0.85等)，这两颗星也都是变星，所幸光变幅度较小（毕宿五变化稍大，在0.75-0.95等之间）。也可以用亮度不变的南河三（0.38等）和北河三（1.14等），不过我想还是毕宿五好，因为颜色相近。现在参宿四亮度明显比毕宿五亮，和参宿七很接近，估计是0.3-0.4等。因为周期长达6年半，需要做好长期抗战的准备。《12》一文提到在1988，1990，1991年的冬天其亮度是0.3等而1989，1993年的冬天和1995年初春是0.9等，不过大家看下面的光变曲线，可以明白未来的变化很难预测。 《12》一文还提到的其他几个著名的半规则变星：仙王座mu, 变光幅度3.4-5.1等，变光周期由730天（两年整）和12年两个周期相互作用组成。武仙座alpha（帝座），变光幅度2.7-4.0等，变光周期由100天和6年两个周期相互作用组成。双子座eta,是半规则变星加EA型食双星的组合，平时以半规则变星的面目示人，亮度在3.2等附近作轻微的变化，周期约为233天，但每隔8.2年开始露出食双星的“双重人格”，亮度也大幅下降至4.0等。预计下次掩食发生在2012年10月。
长周期脉动变星的第三种类型是不规则变星（slow irregular variables, 在GCVS中的类别一栏中以L开头），顾名思义，就是变化完全没有规律的变星（当然也有些成员据猜测是半规则变星，只是变光规律没有好好研究），不多说了，《36》表中的代表是飞马座beta和epsilon。毕宿五和心宿二也是，但变化不明显。 本帖最后由 zwhzjh 于 2010-11-22 02:41 编辑
脉动变星的变化来自于恒星的膨胀和收缩，而喷发变星的变化则来自于恒星表面物质的向外喷发。最著名的一颗喷发变星很多同好都知道——船底座eta海山二，1843年夜空中的第二亮恒星。它属于高光度蓝变星（LBV，也称为剑鱼座S型变星）。不过这种大质量高光度的变星毕竟不多，在《36》表中出现最多的喷发变星的小类型是以仙后座gamma（策）为代表，此星以自己的名字“自成一派”的仙后座gamma型变星（按通常命名规则，似乎应称为策型变星，但太冏了，好像这类变星还有另一个名字，壳层星shell star）。根据《12》一文，该星原来的亮度是2.25，在1937年喷出外层的一层气体时亮度升至1.6等，在1940年又暗到3.0等，然后亮度慢慢回升，到1966年达到2.2等，一直保持稳定到现在。将来的变化是不可预测的，所以需要持续的监视。参考星我用的是仙后座alpha（2.23等），beta（2.27等），delta（2.68等）和epsilon（3.38等），其实“W”的五个顶点全都是变星，只是其它四颗星的变化幅度很小。现在gamma和alpha，beta的亮度很接近，而明显比delta亮0.4-0.5等，估计是2.2-2.3等。 最后谈一谈北冕座当中两颗离得很紧但截然不同的变星，它们也是“各自门派的首座弟子”了。文中的图和数据来自S&T的另一篇文章由Alan M. MacRobert撰写的文章。第一颗是北冕座R，nngs兄写过一个关于该星的帖子http://www.astronomy.com.cn/bbs/viewthread.php?tid=139715细节就不多说了，该星的独特之处就在于，相比于其它喷发变星的突然变亮，它的亮度通常是在6.0等左右，但每隔几年会突然变暗到14-15等，过几个月后亮度逐渐恢复。不过最近这次已经变暗三年多了，还没有恢复的意思。类似的变星统称为喷发变星中的北冕座R型变星（简称RCB，“自立门户”了）。北冕座R也是《36》表中我列的第37颗星，放在最后作为特例。第二颗北冕座T则是激变变星中的再发新星（recurrent novae, NR）中极大亮度最高的一颗。平时只有10.8等，在1866和1946年两次爆发，亮度达到2-3等。下次爆发可能随时发生。这两颗变星的参照星图如下。
根据wiki的资料，银河系内的再发新星迄今只发现了10颗，其中蛇夫座RS,罗盘座T和天蝎座U也挺有名，而且已知的爆发次数至少有5次，可惜极大亮度不够高（最亮的蛇夫座RS也只有4.3等），所以《36》表没有收录其余的这些NR变星。末尾简要说一下附件里的内容，除了《12》，《36》，此文章的doc格式文件和用到的所有图，还有AAVSO和Orion DeepMap600推荐的顶级变星表（但有些对初学者来说还是太难）。也希望大家善用开头列出的网站查询自己所需的信息。最最后，带着对老婆和即将出生的儿子的感激和愧疚之情，对最近几年我发的所有观测体会帖说拜拜了。 字太多，yct57.gif 怎么，大家都对变星观测没兴趣？ 很好很详细 结合某淼的变星观测攻略,以后有机会就进行变星观测 国内关注的好像不是很多 对变星观测感兴趣的星友可以和zwhzjh星友多多交流::070821_09.jpg:: skyczheng版主真是折煞我也，在变星观测方面我也只是个菜鸟。只是一来希望留下一些资料供新晋的变星观测者查询，二来也想向高手们请教几个问题。像《12》文中提到仙王座mu,变光周期由730天（两年整）和12年两个周期相互作用组成。武仙座alpha（帝座），变光周期由100天和6年两个周期相互作用组成。这究竟是怎么回事？百思不得其解，我可以试试查查Burnham的观测手册。 国内关注并进行变星观测的极少，我以前做过三年多的变星观测，刚开始观测时观测等级星等并不高，时间长了就可以达到0.1等。不过只观测过大陵五、造父一、渐台二、蒭藁增二这四颗变星，大陵五、造父一、渐台二观测时间最长、最多，连续观测了三年多。大陵五画过完整的光变曲线图，有时候极小时刻开始基本每隔30分钟左右观测一次，一直观测到天亮。根据观测结果画过光变曲线图。主要就是为了掌握变星的观测方法。不知道LZ采用哪种方法观测？等级法？内插法？还是等级内插法？ 回复 12# BA2CR
非常感谢您的回复。我用的是等级法，但自己的水平非常菜，估计最好只能精确到0.2-0.3等。接下来的几年估计都没有时间和精力来锻炼亮度估计的能力了。还有根据您的经验，渐台二的次极小一般能持续多久？ 我用的也是等级法，等级法是最容易掌握的，也尝试过其他两种方法，但均没有等级法用的熟练。我用了大约半年多的时间才精确到0.1等的。渐台二也画过完整的光变曲线图，其光变周期有加长的趋势，和以前看到的介绍资料相符，至于渐台二的次极小一般能持续多久的问题，我要查查以前的观测记录，再重新画光变曲线图（以前的光变曲线图早就没了）才能知道。不过数据不一定非常准确。毕竟已经二十年没做变星的观测了。 回复BA2CR
非常感谢您的回复。我用的是等级法，但自己的水平非常菜，估计最好只能精确到0.2-0.3等。接 ...
zwhzjh 发表于 2010-11-23 15:38 http://www.astronomy.com.cn/bbs/images/common/back.gif
比较星您选几颗？我是选四颗比较星 太深奥了，慢慢学习～～～ 有兴趣学习变星观测，先收藏了，有空慢慢看，谢谢楼主~~ 呵呵,这帖原来在新手版是屈才了 回复 18# cosmosEX
不敢当，其实我的一个目的是想引出像BA2CR版主这样的高手出手，然后好向他们请教。因为我在变星观测方面还只是菜鸟，所以开头才不敢发在观测版，但在新手版的话很快就沉底了。而且现在看来，这个帖子还远达不到能像我的双星观测帖那样能在新手区顶置的水平。有很多基本问题我还没弄清楚呢。下面就有一个。 本帖最后由 zwhzjh 于 2010-11-27 13:39 编辑
回复 15# BA2CR
因为关于变星亮度估计的详细方法的中文资料在网上根本查不到，我只好去搜英文的资料，查到大卫利维的observing variable stars: a guide for the beginner的几页书页，里面有详细的介绍 （地址是http://books.google.com/books?id=5-O2cd937FMC&pg=PA28&lpg=PA28&dq=variable+star+estimate+method&source=bl&ots=8EUesiG2O3&sig=tjKNSAFOx56LDpwro4p7Xfv4LuQ&hl=zh-CN&ei=hxnsTPrqLYGCsQOcuOWQDw&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=8&ved=0CD4Q6AEwBw#v=onepage&q=variable%20star%20estimate%20method&f=false）。 其中提到的Herschel-Algelander ”step” method我想应该就是您所提到的等级法。如果是这样的话，我就明白自己的问题所在了。初学者的等级法所用的亮度相邻的两颗比较星的亮度不能相差太大，最好不超过0.5等，而我因为喜欢取离变星很近的同一星座的两颗星作为对照，这样它们的亮度差就比较大了，像渐台二我用的是天琴座的gamma和zeta，足足差了1等，所以我实际上用的是“内插法”，或是利维的书里所说的fractional method（分数法），而这种方法非有经验的观测者不能用也。所以您才会说总共用了四颗比较星，因为有一些要用到旁边武仙座的星星。另外书中提到的Pogson’s step method应该即是等级内插法了，好难啊，还要对0.1等的亮度差有精确的认识，真是非老鸟不能为也。我又找了另外一个一个网站，列出了我上面提到的几乎所有变星所需的详细对照星图http://www.popastro.com/sections/vs/vss_charts.htm这个网站还推荐了一些变星，也很不错，列表在此http://www.popastro.com/sections/vs/observing_notes.htm
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