抬頭仰望夜空,璀璨的繁星顏色各異。然而為什麼沒有綠色或紫色的星星呢?一起來看看天文領域優秀答主@太空僧 的回答吧。
為什麼星星沒有綠色或者紫色的呢?
|答主:太空僧
知乎上已經很久沒有這麼好的問題了。
也許你不知道,我們的太陽,在日落時分也可能會變綠,看上去是一個「綠太陽」。
儒勒·凡爾納還曾以此為題,寫過一篇小說《綠光(Le Rayon vert)》。
綠光是非常罕見的現象,通常持續不超過 2 秒
如果先忽略這種大氣層折射對顏色的影響,以及多普勒效應、宇宙膨脹等,我們能看到綠色或紫色的星星麼?
簡單地說,作為一個黑體,(在人類看來)星星的顏色是有限的。
下圖是(YUV 色彩空間中)假設亮度 Y=0.35 時,星星在不同溫度下的顏色:

這裡沒有綠色,也幾乎沒有紫色。
所以問題描述的現象是真實存在的。
為什麼?
我們知道,星星並不是一種只會發射單色光的「雷射星」,幾乎所有的恆星,都是「廣譜」的。
也就是說,它們會發出各種波長的光,從射電波段(無線電)、到紅外、到可見光、到紫外線直到伽瑪射線,波長範圍非常廣。

但我們人眼,只能看到可見光區的顏色。
需要注意的是,即使是可見光區,人眼也只是看個大概,因為用來感知顏色的視錐細胞,絕大多數人只有感知紅、綠、藍的三種,也就是隻能感應 L 長波、M 中波和 S 短波,然後大腦將這三個波段結合,形成了顏色的感知。
也就是說,人眼看到的,是可見光區中各個波長的綜合結果。
大家在高中都學過普朗克定律,也就是黑體輻射率與頻率的關係。還有一個就是維恩位移定律,關於這 2 個定律以及黑體的基礎知識,這裡就先略了。只需要能回憶起下面這張圖就夠了:

從圖中能看出,不同溫度下的黑體輻射譜是不同的。
隨著黑體溫度的升高,最大光譜強度會向更短的波長移動。在相對較低的溫度下,最大值位於紅外區間內,並且我們的眼睛看不到輻射。但隨著黑體溫度升高,輻射光譜轉移到可見光範圍內,此可見發射的輻射,表現為黑體開始發光。溫度越冷的恆星看起來越是偏紅色的,溫度越高的恆星越是偏藍色的。

舉例來說,如果一顆恆星,它很冷,比方只有 3000K,那麼它發出的輻射大部分都集中在紅外線波段,那麼在可見光波段的尾巴上,便是紅色佔大頭兒,幾乎沒有綠色和藍色,所以看上去是紅色的。
如果恆星溫度再高一點,那麼雖然它發出的輻射大部分仍是紅外線,但有更多的可見光了,藍色和綠色也多出來了,那麼經過人眼和大腦一綜合,認為看到的光是黃色的。
如果恆星溫度再再高一點,那麼它發出的輻射的峰值可能會出現在綠色附近(我們的太陽的光譜實際上有一個峰值在大約 500 奈米左右,那裡正是綠色),那會不會就是綠色的呢?不會,因為前面說過,恆星的光波長的範圍很廣,是「廣譜」的,當綠色很強時,藍色、黃色、紅色波長的光也很強,在人眼看來,它不是綠色的,而是一種混合的白色。
如果恆星的溫度高得離譜,發出的輻射大都是高能射線,是不是就會在可見光段波呈紫色的呢?不會,人眼看到的將會是藍色。
因為在如此超高能量的輻射中,一定也會帶有海量的黃色和紅色。
記住,紫色對應的波長比藍色更短,所以當紫色中混入波長更長的紅色和黃色時,人眼會把它看成藍色。
這一點與畫水彩畫是不同的,這是一道生物題,而不是美術題。

事實上,在人眼能看到的顏色中,恆星的顏色只佔了其中非常窄的一部分。
下圖中那個黑色的線,就代表不同溫度下的黑體能呈現的顏色。當然,當恆星的溫度無限熱時,它在人眼中並不會呈現藍色,而是三種視錐細胞都過曝了,先是看到刺眼的白色,然後就瞎了。

也就是說,由於綠色處於可見光譜的中間位置,所以「綠星」實際看上去是「白星」;而由於普朗克定律和維恩位移定律,所以「紫星」實際看上去是「藍星」。
這一切的背後,都是人眼對顏色的識別模式決定的。
綜上,在前述的正常條件下,人眼是看不到綠色和紫色的星星的。
補充:
考慮到宇宙塵埃以及大氣散射的影響,星星發出的藍色光更容易被散射,因此它們看起來比實際的顏色會略微偏紅。另外,構成恆星的化學物質(尤其是金屬)也會影響它的顏色,當一個富碳的恆星發光時,它會吸收藍紫色,從而讓恆星變成更加深紅。當然,如果像開頭那樣,創造一個極苛刻的前提條件,什麼顏色的星光,都可以搞出來。
題圖來源:答主@千帆