1-5 宇宙的觀測

當我們仔細觀察天空或星象模擬軟體的畫面時，會發現天上的恆星似乎呈現著不同的顏色，主要包括：（橙）黃色、白色與藍色這些顏色，同時還有顏色的深淺不同。像是獵戶座的左肩（參宿五）就是一顆看起來接近藍色的恆星，獵戶座的右肩（參宿四）和天蠍座的中央（心宿二）則都是橙黃色的恆星（圖1-38、圖1-39）。如果是在日正當中的時候觀察天空中的太陽，就會發現太陽是一顆白色又帶點淡淡黃色的恆星。

恆星看起來會有顏色上的差異，主要源自於恆星所輻射出的電磁波能量分布不同，讓我們的眼睛產生對恆星顏色的視覺。如果我們用儀器觀察恆星所輻射出每一個不同波長電磁波的能量大小，就可以發現這些恆星輻射的能量分布都有一定的規律，而且和恆星的表面溫度有關。

在19世紀到20世紀之間，科學家透過物理的理論、實驗與觀測，提出像恆星這樣的物體，會同時輻射不同波長的電磁波，而且恆星溫度和它在各個波長所輻射出的能量大小有一定的比例關係。當恆星的溫度越高，每個波長所輻射出的能量都較大，且輻射出能量最強的電磁波波長會較短（圖1-40）。透過分析恆星所輻射出電磁波能量在不同波長的分布，我們就可以推論恆星的溫度。

當我們在夜空中用肉眼觀察恆星時，我們的眼睛會受到電磁波當中，波長在可見光範圍的能量分布所影響。當恆星的溫度越高，可見光當中波長較短的藍、紫光能量較強，加上其他顏色的能量，使恆星看起來像是閃耀著藍白色甚至藍色的光芒。當恆星的溫度較低時，看起來就接近黃白色甚至是橙黃色。而溫度介於兩者之間的恆星，因為長、短波長的可見光能量相當，恆星看起來是接近白色（圖1-41）。

下面這個網站有提供一個互動式的程式（圖1-42），同學可以調整右側的恆星溫度，畫面左側的恆星輻射曲線就會產生相對應的變化，畫面上方就會呈現這顆恆星的亮度和顏色，以及紅、綠、藍三個顏色看起來的相對亮度。

若是我們進一步根據恆星的溫度來推算恆星的發光能力，再比較恆星的絕對星等，就可以估算出恆星的大小。例如兩顆表面溫度相近的恆星，但其中一顆的絕對星等較小（發光能力較強），那這顆恆星可能就是體積較大，所以輻射出較多的能量。透過這些觀測方式，可以讓我們對宇宙中遙遠的天體有更多的認識。

最後要提醒同學的一點是，恆星發光顏色和溫度之間的關係，類似於日常生活中把鐵或玻璃加熱到高溫時所發出橙黃色光芒的原理（圖1-43）。

但是太陽系行星表面的顏色則是源自於反射太陽光時，受到行星表面物質吸收掉某些波長的電磁波之後，反射其他波長電磁波的能量，才形成我們看到的行星顏色。例如火星表面的氧化鐵將太陽光中橙紅色波長的電磁波反射，使得我們看見一顆橙紅色的火星（圖1-44）。這類似我們看見衣服有許多顏色的原理相同，和恆星發光的原理不同，所以不能用行星的顏色來判斷溫度。

另一個更容易搞混的顏色原理是瓦斯的爐火，由於瓦斯爐火的溫度高低也會影響顏色，所以很容易被同學搞混。瓦斯爐火的顏色主要是來自於物質燃燒時所發出的電磁波，與我們過去燃燒金屬鎂帶、鋅片之類的顏色類似，絢爛的煙火同樣也是以燃燒不同金屬粉末所製作（圖1-45）。因此，火焰的顏色主要受到燃燒物質的不同所影響，雖然也和溫度有關係，但是與恆星溫度和顏色之間的關係並不相同。