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17.2: 星星的颜色

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    学习目标

    在本节结束时，您将能够：

    • 根据恒星的颜色比较它们的相对温度
    • 了解天文学家如何使用颜色指数来测量恒星的温度

    看看图中所示的射手座星云中星星的漂亮照片\(\PageIndex{1}\)。 星星呈现多种颜色，包括红色、橙色、黄色、白色和蓝色。 正如我们所看到的，恒星的颜色并不完全相同，因为它们的温度并不相同。 为了精确定义颜色，天文学家设计了定量方法来表征恒星的颜色，然后使用这些颜色来确定恒星温度。 在接下来的章节中，我们将提供我们所描述的恒星的温度，本节将告诉你这些温度是如何根据恒星发出的光的颜色确定的。

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    图\(\PageIndex{1}\)：射手座星云。 这张照片由哈勃太空望远镜拍摄，显示了朝向银河系中心方向的恒星。 明亮的星星像黑色天鹅绒背景上的彩色珠宝一样闪闪发光。 恒星的颜色表示其温度。 蓝白色的恒星比太阳热得多，而红色的星星更凉爽。 平均而言，该场中的恒星距离约为25,000光年（这意味着穿越它们到我们的距离需要25,000年的光），而场的宽度约为13.3光年。

    颜色和温度

    正如我们之前了解到的那样，维也纳定律将恒星颜色与恒星温度联系起来。 蓝色在非常热的恒星的可见光输出中占主导地位（紫外线中有很多额外的辐射）。 另一方面，冷星的大部分可见光能量都以红色波长发射（红外线中散发的辐射更多）（图\(\PageIndex{1}\)）。 因此，恒星的颜色可以衡量其固有的或真实的表面温度（除了星际尘埃变红的影响，将在星际之间：太空中的气体和尘埃中讨论）。 颜色不取决于与物体的距离。 你应该从日常经验中熟悉这一点。 例如，无论交通信号灯有多远，它的颜色看起来都是一样的。 如果我们能以某种方式拍摄一颗恒星，观察它，然后将其移到更远的地方，它的表观亮度（幅度）就会改变。 但是所有波长的亮度变化都是相同的，因此它的颜色将保持不变。

    表\(\PageIndex{1}\)：示例星星颜色和相应的近似温度
    星星颜色 大概温度 示例
    蓝色 25,000 K Spica
    白色 10,000 K 维加
    黄色 6000 K 太阳
    橙子 4000 K Aldebaran
    红色 3000 K Betelgeuse
    Phet：黑体光谱

    转到科罗拉多大学的这个交互式模拟，看看恒星的颜色随着温度的变化而变化。

    最热的恒星温度超过 40,000 K，最酷的恒星的温度约为 2000 K。我们的太阳的表面温度约为 6000 K；它的峰值波长颜色略带绿黄色。 在太空中，太阳看起来是白色的，闪耀着大约相等数量的红色和蓝色波长的光。 从地球表面看，它看起来有点黄，因为我们星球的氮分子从到达我们的阳光束中散射出一些较短（即蓝色）的波长，留下了更长波长的光。 这也解释了为什么天空是蓝色的：蓝天是由地球大气层散射的阳光。

    颜色指数

    为了确定恒星的确切颜色，天文学家通常通过滤镜测量恒星的表观亮度，每个滤镜只传输来自特定窄波长（颜色）带的光。 日常生活中过滤器的一个粗略例子是绿色的塑料软饮料瓶，当它放在眼前时，只能让绿色的光线通过。

    天文学中常用的一组滤光片可测量对应于紫外线、蓝光和黄光的三个波长的恒星亮度。 滤镜命名为：U（紫外线）、B（蓝色）和 V（视觉，代表黄色）。 这些滤光片分别在 360 纳米 (nm)、420 nm 和 540 nm 的波长附近传输光。 通过每个滤镜测得的亮度通常以量级表示。 其中任意两个量级之间的差异，即蓝色和视觉量级 (B—V) 之间的差异称为颜色索引。

    转到这个光和滤光片模拟器，演示不同的光源和滤光片如何组合以确定观测到的光谱。 您还可以看到感知到的颜色如何与光谱相关联。

    经天文学家同意，对UBV系统的紫外线、蓝色和视觉幅度进行了调整，使表面温度约为10,000 K的恒星（例如Vega）的颜色指数为0。 恒星的 B—V 颜色指数范围从最蓝恒星的 −0.4（温度约为 40,000 K）到温度约为 2000 K 的最红恒星的 +2.0 不等。太阳的 B—V 指数约为 +0.65。 请注意，按照惯例，B—V 索引始终是 “更蓝” 减去 “更红” 的颜色。

    如果颜色索引最终意味着温度，为什么要使用颜色索引？ 因为恒星通过滤波器的亮度是天文学家实际测量的，当我们的陈述与可测量的量有关时，我们总是会更自在。

    摘要

    星星有不同的颜色，它们是温度的指标。 最热的恒星往往呈现蓝色或蓝白色，而最酷的恒星则是红色。 恒星的颜色指数是在任意两个波长下测量的幅度的差异，是天文学家测量和表达恒星温度的一种方式。

    词汇表

    颜色索引
    以两个不同光谱区域的光线测量的恒星或其他物体的大小之间的差异——例如，蓝色减去视觉 (B—V) 量级