[论文解读] IAU 2015 Resolution B2 on Recommended Zero Points for the Absolute and Apparent Bolometric Magnitude Scales

Eric E. Mamajek, Guillermo Torres+20 more|arXiv (Cornell University)|Oct 21, 2015

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 1被引用 30

一句话总结

该 IAU 2015 决议 B2 使用精确的太阳光度和辐照度值，为绝对和视在的总光度 magnitude 标度建立了标准化的零点。它将 $ M_{\rm Bol} = 0 $ mag 定义为光度 $ 3.0128 \times 10^{28} \, \text{W} $，将 $ m_{\rm Bol} = 0 $ mag 定义为辐照度 $ 2.518 \times 10^{-8} \, \text{W m}^{-2} $，解决了文献中长期存在的不一致问题，并实现了光度测量到光度的稳定转换。

ABSTRACT

The XXIXth IAU General Assembly in Honolulu adopted IAU 2015 Resolution B2 on recommended zero points for the absolute and apparent bolometric magnitude scales. The resolution was proposed by the IAU Inter-Division A-G Working Group on Nominal Units for Stellar and Planetary Astronomy after consulting with a broad spectrum of researchers from the astronomical community. Resolution B2 resolves the long-standing absence of an internationally-adopted zero point for the absolute and apparent bolometric magnitude scales. Resolution B2 defines the zero point of the absolute bolometric magnitude scale such that a radiation source with $M_{ m Bol}$ = 0 has luminosity L$_{\circ}$ = 3.0128e28 W. The zero point of the apparent bolometric magnitude scale ($m_{ m Bol}$ = 0) corresponds to irradiance $f_{\circ}$ = 2.518021002e-8 W/m$^2$. The zero points were chosen so that the nominal solar luminosity (3.828e26 W) adopted by IAU 2015 Resolution B3 corresponds approximately to $M_{ m Bol}$(Sun) = 4.74, the value most commonly adopted in recent literature. The nominal total solar irradiance (1361 W/m$^2$) adopted in IAU 2015 Resolution B3 corresponds approximately to apparent bolometric magnitude $m_{ m bol}$(Sun) = -26.832. Implicit in the IAU 2015 Resolution B2 definition of the apparent bolometric magnitude scale is an exact definition for the parsec (648000/$π$ au) based on the IAU 2012 Resolution B2 definition of the astronomical unit.

研究动机与目标

• 解决绝对和视在总光度 magnitude 标度长期缺乏普遍接受的零点问题。
• 应对天文学文献中总光度 magnitude 和修正值不一致的泛滥问题。
• 使总光度 magnitude 系统与现代、可追溯至国际单位制的太阳光度和总太阳辐照度测量值保持一致。
• 为将光度数据转换为物理辐射量提供一个稳定、可重复的参考系统。
• 确保天文学界在恒星和行星光度与通量测量中的一致性。

提出的方法

• 通过设定 $ M_{\rm Bol} = 0 $ mag 对应光度 $ L_\circ = 3.0128 \times 10^{28} \, \text{W} $，定义绝对总光度 magnitude 的零点，该值基于 IAU 2012 天文单位和更新后的太阳辐照度推导得出。
• 根据光度和距离标准，推导出视在总光度 magnitude 的零点为 $ m_{\rm Bol} = 0 $ mag 对应辐照度 $ f_\circ = 2.518021 \times 10^{-8} \, \text{W m}^{-2} $（在 10 秒差距处）。
• 使用对数 magnitude 系统：$ M_{\rm Bol} = -2.5 \log_{10}(L / L_\circ) $ 和 $ m_{\rm Bol} = -2.5 \log_{10}(f / f_\circ) $，确保与 magnitude 标度历史定义的一致性。
• 利用最精确的现代总太阳辐照度（TSI）测量值校准零点，包括 TIM/SORCE、PREMOS/PICARD 等空间仪器的数据，并采用可追溯至国际单位制的校准方法。
• 通过名义太阳光度 $ \mathcal{L}^N_\odot = 3.828 \times 10^{26} \, \text{W} $ 验证零点，结果为 $ M_{\rm Bol,\odot} \approx 4.74 $ mag 和 $ m_{\rm Bol,\odot} \approx -26.832 $ mag。
• 确保零点与 IAU 2012 定义的天文单位和秒差距一致，从而实现精确且可重复的计算。

实验结果

研究问题

• RQ1 什么是最优的绝对总光度 magnitude 标度零点，可确保与现代太阳光度测量值的一致性？
• RQ2 如何定义视在总光度 magnitude 的零点，以与绝对 magnitude 零点及 10 秒差距的标准距离保持一致？
• RQ3 在最新的 TSI 测量值和 IAU 2012 天文单位下，$ m_{\rm Bol} = 0 $ mag 对应的精确辐照度值是多少？
• RQ4 所提出的零点如何与文献中广泛使用的 $ M_{\rm Bol,\odot} \approx 4.74 $ mag 和 $ m_{\rm Bol,\odot} \approx -26.83 $ mag 值相协调？
• RQ5 新零点在多大程度上减少了恒星和行星天文学中光度修正和光度转换的不确定性和不一致性？

主要发现

• 绝对总光度 magnitude 零点通过设定 $ M_{\rm Bol} = 0 $ mag 对应光度 $ L_\circ = 3.0128 \times 10^{28} \, \text{W} $ 确定，该值与 IAU 2012 天文单位和现代 TSI 测量值一致。
• 视在总光度 magnitude 零点对应于 10 秒差距处的辐照度 $ f_\circ = 2.518021 \times 10^{-8} \, \text{W m}^{-2} $，该值基于光度和距离标准推导得出。
• 名义太阳光度 $ \mathcal{L}^N_\odot = 3.828 \times 10^{26} \, \text{W} $ 对应的绝对总光度 magnitude 为 $ M_{\rm Bol,\odot} \approx 4.74 $ mag，证实与广泛使用的数值一致。
• 名义总太阳辐照度 $ S_\odot = 1361 \, \text{W m}^{-2} $ 在新零点下对应视在总光度 magnitude $ m_{\rm Bol,\odot} \approx -26.832 $ mag。
• 新零点与 IAU 2012 定义的天文单位和秒差距一致，支持精确且可追溯的计算。
• 该决议解决了总光度 magnitude 系统长期存在的不一致问题，实现了光度测量向物理光度和辐照度的准确、可重复转换。