星星顏色為何不同?

文/山羊 |2024.04.04
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圖/kimi

文/山羊

半夜看到滿天星斗,好像都只是明暗不同的白色小燈泡而已,那是因為眼球裡,負責區分顏色的視錐細胞,在沒有足夠光線時,會開始關閉並進入睡眠狀態,所以在黑夜中,肉眼看到的基本上都是黑白的,只有亮暗之分,不容易辨認出不同顏色來。

那麼星星會有不同的顏色嗎?不同的顏色又有哪幾種呢?

先以廚房的瓦斯爐為例,一般正常的「藍色」火焰燃燒效率高,溫度也高。因故出現的「紅色」火焰就熱量不足,溫度較低,煮開水速度也比較慢。

再以露營時營火燃燒的情形來看,當炭火燒到最旺時,火焰會呈現藍白色。漸漸的,炭火的溫度會冷卻下來,變成橘橙色,然後再變紅,最終熄滅。

而星星之所以會有不同顏色,道理和炭火一樣,基本上也是取決於星星表面的溫度。

表面溫度 決定顏色

一直到約200年前,科學家也都認為所有星星都是白色的,不知道它們幾乎擁有彩虹的所有色調,令人驚豔。

原來,星星本身就是一大團的燃燒體,會發光、發熱,溫度不同,顏色就會有所變化。根據「黑體輻射定律」(blackbody radiation),溫度愈高的物體,發出的光波愈短,顏色愈偏藍;溫度愈低的物體,發出的光波愈長,顏色就愈偏紅。

也就是說,星星表面的溫度愈高,其顏色就愈偏藍或白;星星表面的溫度愈低,其顏色就愈偏紅。從冷(或者更確切地說,最不熱)到熱,顏色可以是紅、橙、黃、綠、藍,跟彩虹顏色的順序相同,不過跟我們畫畫時用藍白代表冰凍,紅色代表炙熱的習慣則剛好相反。

一般來說,紅色星星的溫度約為3000℃。我們的太陽溫度約為6000℃,發出橙、黃色的光。綠色星星的溫度約為10000℃,而最熱的藍色星星溫度則在25000℃以上(甚至可高達40000℃)。

除了溫度之外,星星的顏色也會受到其他因素的影響,如它的成分、大小、年齡或者光線,經過我們地球的大氣層而被干擾等。

年輕星星 溫度愈高

其實,星星的顏色也有助於我們了解它們的年紀。這是因為星星愈年輕,它產生的能量愈多,燃燒達到的溫度也就愈高,所以呈現偏藍的顏色。反之,隨著恆星的年齡愈來愈大,它們產生的能量與溫度會逐漸降低,顏色就變得偏紅。

此外,星星的顏色還取決於它們的大小。譬如,宇宙中最大的恆星消耗全部能量的速度比小的恆星快得多。這代表它們的壽命非常短,會在更短的時間內變成紅色。相反的,質量較小的恆星活的時間更長,呈藍色狀態的時間也更長。

以我們的太陽為例,它的生命週期已經過了一半,是一顆中等大小的星星,呈現中年的狀態,所以,我們看到的太陽大致是橙、黃色。等到很久很久以後,終究有一天,當它耗盡氫氣(它的燃料)時,就會膨脹成一顆巨大的紅色恆星,準備爆炸!

換句話說,現在我們看到的紅色星星,大部分都是恆星演化到末期,在生命結束時膨脹成其原始大小的數千倍,導致它們的表面失去熱量而變成的紅巨星,如比鄰星(Proxima Centauri,是已知距離我們最近的恆星,有4.2光年。也就是說,我們現在看到的比鄰星,其實是它4.2光年之前的樣子。)至於肉眼可見的藍白色星星,如織女星(Vega,距離我們有25.3光年),則為年輕高溫的恆星。

總之,不管多遙遠的星星,即便它們能發光數十億年那麼久,卻沒有一顆是永恆的。但是當您抬頭看到滿天閃爍的星星時,請記住!它們不僅彩色繽紛,而且也非常獨特!

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