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？
▲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》
作者：李永樂
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