星星顏色其實超豐富!我們只看見白色 原因是它們距離太遠

那一年我們望著星空~

文/李永樂(西瓜視頻科普創作人)

星星為什麼是黑白的?——眼睛和視覺

夜晚遙望天空,會看到許許多多閃亮的星星。除了在地球附近的幾顆行星之外,能夠被我們看到的星星都是遙遠的恆星。恒星就是像太陽一樣的天體,可以發光發熱。

恆星距離我們非常遙遠,例如離我們最近的比鄰星都有4.2光年。也就是說,它發出的光需要經過4.2年才能到達地球,我們此刻看到的比鄰星,其實是它4.2年之前的樣子。一些恆星距離地球有幾十億光年之遠,我們看到的甚至可能是它們剛剛形成時的樣貌。

大家有沒有發現,這漫天的星斗,肉眼看去基本上都是黑白的,只有亮暗之分,卻很難區分它們的顏色,那麼恆星都是白色的嗎?

▲▼阿里山夜景,阿里山觀星,阿里山星空。(圖/記者徐文彬攝)
▲星星其實不只有白色/圖/記者徐文彬攝

一、恆星的顏色
實際上,恆星的顏色大概可以分為紅色、橙色、黃色、白色和藍色。這是由於恆星表面的溫度不同所造成,溫度很低的恆星呈紅色,而溫度很高的恆星呈白色。

溫度不同時,恆星的顏色為什麼不同呢?這就回到了我們之前討論過的問題——黑體輻射:黑體會輻射各種波長的電磁波,如果溫度愈高,峰值(能量最高的電磁波)波長愈短。

在可見光中,紅光波長最長,紫光波長最短。當溫度比較低時,恆星輻射的能量集中在長紅光一側,所以恆星表現為紅色;當溫度很高時,恆星輻射能量集中在紫光一側,但是人的眼睛對紫光不敏感,而對鄰近的藍色光敏感,所以就表現為藍色恆星。

二、視錐細胞和視桿細胞
既然如此,我們為什麼看到的星空是黑白的呢?這又是人的眼睛結構所決定的。

人的眼睛相當於一個高級的照相機,光線經過角膜和水晶體,就好像通過照相機的鏡頭一樣,光線會匯聚到後面有感光細胞的視網膜上,感光細胞感受到光照後,會把資訊傳給大腦。

感光細胞有兩種:視錐細胞和視桿細胞。

每隻眼睛大約有七百萬個視錐細胞,又可以分為三種,分別感受紅色、綠色和藍色。三種視錐細胞配合起來,就能感受到五顏六色的世界。不過,視錐細胞只能在強光下工作。

視桿細胞的作用剛好與視錐細胞互補,每隻眼睛大約有1.2億個視桿細胞,對光子的感受能力比視錐細胞強一百多倍,一個光子就可以激發視桿細胞的活動,所以在強光和弱光下都可以工作。但是,視桿細胞不能辨別顏色。

也就是說,只有在強光下,視錐細胞才能發揮作用,人們才能分辨顏色;在弱光下,只有視桿細胞才能發揮作用,因此人們不能辨別顏色。

▲▼ 星空,夜空,星座,星星。(圖/免費圖庫pixabay)
▲星星的顏色跟它的溫度有關/示意圖/取自免費圖庫Pixabay

許多動物的眼睛裡都沒有視錐細胞,所以不能辨色,如豬、狗、牛等,其實都不能辨色,在牠們的眼中世界都是黑白的。西班牙鬥牛士經常用一個紅布鬥牛,但實際上,牛對紅色並沒有什麼特殊感覺,只是討厭一個人用抖動的布挑逗牠而已,而那塊布之所以是紅色的,主要是為了讓觀眾看得更清楚。

這種現象也是進化的結果,因為許多動物為了保護自己,夜間也需要清晰的視覺,所以對視桿細胞的需求要大於對視錐細胞的需求。相反,許多鳥類都有比人類更強的辨色能力,這同樣是進化的結果,因為鳥類需要透過顏色辨別地面上的昆蟲,從而進行捕食。

現在,我們就能解釋肉眼看星星為什麼只有黑白的了。因為遙遠的恆星發射的光到達地球時,光線已經很微弱,所以只有視桿細胞才能感受到這些星光,視錐細胞是不能工作的,而視桿細胞又無法分辨顏色,因此看到的星星就只是黑白的。

想看彩色的星空。如果用望遠鏡將光線收集起來,讓星光變強,我們就可以看到星星的顏色了。

*本文摘錄自《跟著網紅老師玩科學:十分鐘搞懂數學、物理及生活科學》

▲▼跟著網紅老師玩科學。(圖/時報出版提供)

作者:李永樂

本文由 時報出版 授權轉載

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