星星的颜色

漆黑的夜晚，无数的星星在夜空中熠熠生辉。乍一看，天上的星星除了亮度的差异，好像并没有更多的区别。从很多与星星有关的画作中可以得见，在大多数人眼中，星星的形状要不就是点状，要不就是闪烁的星状，而颜色则是单调的黄色或白色。但是真实的星星果真如此吗？至少从颜色上来说，它们绝下单调，而星“五颜六色”的！

透过望远镜仔细观察星星，我们会发现天空中的星星其实有多种颜色，比如在猎户座中最亮的两颗星——参宿四和参宿七，它们的颜色就形成了鲜明的对比，凭肉眼便能看到参宿四呈红色，而参宿七则闪耀者明亮的蓝白色光芒。

恒星的“光谱”

谈到星星的颜色，我们要从一位磨镜师说起……

夫琅和费，1787年出生于德国，是一个玻璃匠的孩子，家境十分贫寒，而且不幸的是，夫琅和费11岁时成了孤儿。后来，他就在慕尼黑的一家玻璃作坊当学徒。作坊的房子崩塌后，他被巴伐利亚选帝侯马克西米利安一世·约瑟夫从废墟中救起。马克西米利安一世十分爱护夫琅和费，将他送往著名修道院的光学学院学习，这所修道院十分重视玻璃制作工艺。

通过学习，夫琅和费不仅在透镜设计制造方面有着出色的表现，他所制造的大型折射望远镜等光学仪器也极负盛名。因为夫琅和费，巴伐利亚也取代英国成为当时光学仪器的制造中心。

1814年，夫琅和费发明了分光仪，在太阳光的光谱中，他发现了574条黑线，这些线被称作夫琅和费线。在此基础上，1859年，基尔霍夫和本生发明了光谱仪。一个傍晚，基尔霍夫和本生在实验时，远处燃烧的大火吸引了他们的注意，他们直接把光谱仪瞄准大火。令人意外的是，即使相隔很远的距离，他们仍然可以从火焰的谱线排列中检测到火灾现场存在的元素。由此，本生产生了一个大胆的设想，如果把光谱仪对准太阳，也可以检测到太阳的元素吗？很快，基尔霍夫把本生这一疯狂的想法付诸实践。从太阳发出的光中，他成功辨认出九种元素，更加令人惊讶的是，太阳含有的元素和地球上的元素竟然一样。基尔霍夫的这一发现，极大地推动了19世纪天文学的发展，直接开启了两门新学科——光谱学和天体物理学。

光谱与颜色

天体物理学关心的一项重要指标便是恒星的颜色，而恒星的颜色就跟恒星的光谱有关。在恒星的光谱中我们可以看到，看上去发红的星星，它的光谱中显示的红光成分最多：而蓝色的星星，蓝光成分最多。基于恒星的光谱反映出来的问题，天文学家们开始注意到，金属片在不断加热的过程中，会依次产生红色、橙色、黄色、白色的光，那么是否意味着不同颜色的恒星也有不同的温度水平？当时，投入这方面研究的天文学家已经得出肯定的结论，他们认为不同颜色的恒星对应着不同的温度，即星星的颜色是由它的表面温度决定的。不过，在这一研究中，天文学家发现在恒星的光谱中还有很多“暗线”，这些“暗线”看上去就像裂缝一样，它们被称作“谱线”。对此，基尔霍夫和本生做出了合理的解释——恒星的表面有一层温度相对比较低的大气层，而正是大气层里那些特定元素中的原子吸收了恒星光芒中相应波长的光波，形成了谱线。正如以光谱来分析太阳的元素一样，人们开始关注和探究其他恒星的物质元素，最终发现组成恒星的原子与组成地球的原子本质上也并没有什么不同。

譜写恒星光谱的天文学家不止夫琅和费、基尔霍夫、本生等，还有很多天体物理学家参与其中。塞奇神父与夫琅和费同是恒星光谱学的先驱，1860年至1870年间，他收集了约4 000颗恒星的光谱。收集完后，他对这些恒星光谱进行了分析。整理资料时，他发现在他收集的这些恒星光谱中，其类型和子类型其实非常有限，完全可以按照光谱对这些恒星进行分类。因此，为了分辨恒星光谱，塞奇神父创造了早期的光谱分类法，创建了系统的恒星分类。在塞奇神父的恒星分类中，第一类是白色和蓝色的恒星，在这两种恒星的光谱中能够测出厚重的氢线和金属线;第二类是黄色恒星，观测这类恒星会发现其中氢的强度有所减弱，但是金属线却更加明显了：第三类是橘色恒星，它们有较为宽阔的谱线：第四类是红色恒星，它们有明显的碳带;第五类是发射谱线的恒星。塞奇神父的恒星分类被称为五种塞奇分类，不过此后这个分类逐渐被哈佛恒星分类法所取代。

赫罗圈

恒星的光谱信息就是指在恒星的辐射中体现出不同颜色或波长的分布情况。在一个世纪以前，就有天文学家发现恒星辐射功率与恒星温度之间的重要对应关系，即辐射功率越大，温度越高（并非全部恒星都是如此）。他们还发现，其中最关键的是恒星质量，即质量越大的恒星，辐射功率也越大，温度也就越高。

由哈佛大学天文台发展出来的哈佛恒星分类法，即著名的“赫罗图”就展示了恒星辐射功率（或者光度）与温度的关系。在赫罗图中，横轴是光谱类型及恒星的表面温度，温度从右向左递增。字母O、B、A、F、G、K、M分别代表了不同的光谱类型，这些光谱类型与不同的温度对应，温度较低的恒星颜色偏红，温度较高的恒星颜色偏蓝。图中还有各种颜色的圆点，这些彩点分别表示了各种半径大小不一的恒星以及所属的颜色序列。通过彩点可以看出，一般右上角分布的恒星个头儿比较大，属于巨星或者超巨星，比如参宿四就是一颗红巨星，它的直径比木星公转轨道的直径还要大，在赫罗图中它就处于右上角。分布在赫罗图左下角的恒星相对来说比较小，一般都是矮星，如天狼星的伴星天狼星B就是一颗亮度仅为天狼星万分之一的白矮星，必须借助大型望远镜，而且要在两星距离最远的时候才能看见。赫罗图从左上方到右下角这条明显的分布路径被称为主序带，描绘了恒星主要的“成长”路径，大部分恒星都分布在这条主序带上。

随着时间的推移，一颗恒星会不断演化，并在赫罗图的主序带上“移动”（当然也有部分恒星会在演化过程中离开主序带）。比如，目前正处于壮年时期的太阳，它现在位于赫罗图的中央位置，而当它演化至生命末期时，就会膨胀为一颗红巨星，并不断向外抛射外部壳层，最终成为一颗白矮星，“移动”至赫罗图的左下方。

恒星的一生非常漫长，所以它们的颜色变化十分缓慢，甚至在人的一生中，很难察觉一颗恒星的颜色变化。不过，了解了这些知识，下次你就可以在自己的星空画作上大胆画下五颜六色的星星了！