為了平衡城鄉教育差異,教育部推出了繁星計畫,讓偏遠地區或社區高中學生能有機會進入一流大學。有教授投書,肯定繁星計畫,但也希望發揮地方特色,不單只是挑選非明星學校學生進入一流大學,挑選的星星也要是有特色的星星。
而天上的星星也各有特色,一般描述星星只有亮度的差別,這是因為星星離我們太遠,很難仔細地認識星星本身。但天文學家除了亮度之外,還可以透過研究星星的顏色,進一步認識星星。
用稍微好一點的望遠鏡,可以看出織女星是一顆藍白色的星星。在天蝎座心臟位置的心宿二(Antares)則是一顆紅色的星星,英文Antares的意思是火星的對手,表示心宿二和火星一樣都是紅色星球。恆星的顏色所透露的訊息是恆星的表面溫度(火星是一顆行星,不會自己發光,只能反射太陽光,這種顏色不代表火星表面的溫度)。
物體表面發光的顏色取決於表面溫度,詳細的原理要到二十世紀初才被物理學家所瞭解。十九世紀末,科學家透過儀器測量各種不同顏色的能量分布,這種能量的分布就像一個班級的成績分布,可以知道這次月考當中,九十分以上的同學有多少人,八十到九十分的同學有多少人。
圖 黑體輻射的能量分布,橫座標是光的波長,單位是奈米,縱座標則是輻射的能量多寡。當中的三條白色曲線分別代表不同溫度的能量分布。
不同顏色的能量分布也可以用相同的方式表示(如圖),測量發現波長最長和最短的能量較低(也就是分布曲線的兩端),這和一個正常考試的成績分布類似,考高分數和低分數的同學最少。物體發光的能量分布又稱作物體的黑體輻射分布。
知道能量的分布,接下來就要靠理論學家解釋分布的原因。當時科學家都把光當成波動看待,認為物體發出來的光可以有任意的波長,但在解釋光能量分布時,在長波和短波的能量分布狀況出了問題,和測量的結果不合,直到普朗克將光當成一顆顆的光子,才得到正確的輻射光能量分布,這種光量子的概念也開啟了量子物理的大門。
我們現在知道物體只要有溫度,就會自行發光,這個光是由各種不同波長的光所組成,不同波長的光所擁有的能量強度也不相同,並且是遵循著黑體輻射分布,不同的溫度,分布曲線的長相都很類似,只是整個分布曲線左右移動,溫度越高,分布曲線向短波長的藍光移動,溫度越低,就向長波長的紅光移動(如圖),絕對溫度五千K的黑體輻射比三千K的黑體輻射更靠向左邊的短波長,這也就說明了加熱鐵塊時,鐵塊表面顏色的變化是從紅色逐漸轉成藍白色。
天上的星星會有各種不同的表面溫度,也就會有不同的顏色,但根據實際的經驗,大多數的星星看起來都是白光,差別只是明暗而已。這種經驗並不代表星星沒有顏色,問題出在人的眼睛。光進入肉眼之後,會在視網膜上呈像,視網膜上的特殊細胞將光的訊號轉成電的訊號,透過神經傳到大腦。
特殊細胞有兩種,長得像小麵棍的桿狀細胞和錐狀細胞,桿狀細胞負責光強度的接收,而錐狀細胞則負責顏色的接收,當光的強度太過微弱的時候,錐狀細胞就無法接收各種不同的顏色,但桿狀細胞仍可接收微弱的光線。這就是為什麼看到太暗的星光,卻無法分辨出星光的顏色。
不要懷疑,星星是有顏色的!星星的顏色不只是好看,還訴說了來自宇宙角落的訊息。