更新時(shí)間:2024-08-23 17:48:12作者:佚名
紅色的太陽和粉紅色的月亮一樣,都是大氣中瑞利散射的結(jié)果。
在太陽紫外線的照射下,木星大氣中的硫與大氣中的分子發(fā)生各種光化學(xué)反應(yīng),形成各種顏色。NASA
射手座三葉蟲星云是一個(gè)發(fā)射星云,受周圍O型和B型恒星強(qiáng)烈紫外線輻射激發(fā),發(fā)出明亮的光芒。紅色來自氫(Hα)輻射,綠光來自氧,黃色和棕色則來自硫和其他離子。NASA
我們?nèi)庋蹘缀蹩床坏匠颂枴⒃铝林馄渌乔虻念伾鋵?shí)那些不起眼的星球同樣是色彩斑斕的,宇宙中的天體更是色彩斑斕。
超級(jí)月亮又來了!今年,它似乎有了新變化。這些天,“超級(jí)粉紅月亮”和“金色月亮”等詞占據(jù)了我們的屏幕。
相信大家對(duì)“超級(jí)月亮”并不陌生,但“粉月亮”和“金月亮”又是什么呢?其實(shí),月亮顏色的變化并不罕見,在漆黑深邃的星空中,隱藏著無數(shù)絢爛奪目的色彩,讓人仿佛置身于一個(gè)世界。
瑞利散射導(dǎo)致太陽和月亮改變顏色
在人們的印象中,月亮通常是明亮潔白的。“明月當(dāng)空”、“冷月照耀”等詞句,都是形容這樣的景象。從原理上講,也是這樣,因?yàn)樵鹿鈦碜蕴枴7瓷涑鰜淼墓猱?dāng)然是白色的,就像陽光一樣。不過,如果仔細(xì)觀察,月亮剛升起(或即將落下)時(shí),常常可以看到它呈現(xiàn)暗紅色。隨著海拔的上升,逐漸變亮為深橙黃色,升到更高處時(shí),基本呈銀白色。
這就是所謂“粉紅月亮”和“金黃色月亮”的由來。其實(shí),紅色和黃色并不是月亮本身的顏色,而是地球大氣層賦予它的顏色。類似的色彩變化在明亮的太陽上更為明顯。太陽升起時(shí),常常可以看到一輪紅日破曉而出。霧霾重重時(shí),還能看到紅日高懸在天空。這就是大氣中瑞利散射的結(jié)果:陽光穿過地球大氣層,太陽在地平線附近時(shí),穿過的大氣層比在高空時(shí)要厚。波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光幾乎被完全散射,雖然其強(qiáng)度因散射而大大減弱,但仍然足夠明亮,能夠到達(dá)人眼。此時(shí)的太陽呈現(xiàn)紅色或橙黃色,直視時(shí)并不刺眼。隨著太陽升得越來越高,它穿過的大氣路徑越來越短貝語網(wǎng)校,陽光變得越來越強(qiáng),藍(lán)光等短波長(zhǎng)光的強(qiáng)度也隨之增加。我們看到太陽從橙色變成金黃色,再變成耀眼的明亮白色。
月亮的顏色變化也是如此,但由于光線暗淡,人眼在暗視覺下對(duì)顏色不敏感,所以看上去并沒有太陽那樣明顯變化。尤其是所謂的“金月亮”,遠(yuǎn)沒有想象中那么耀眼。滿月的亮度只有太陽的四十萬分之一,而當(dāng)因塵埃散射而呈現(xiàn)紅色和黃色時(shí),亮度就更加微弱了。人眼的色覺已經(jīng)很不敏感了,我們能感覺到暗黃色,但沒有照片中那么明顯。
由于空氣污染,玉兔號(hào)變紅并不罕見。這通常發(fā)生在大氣中有大量塵埃的時(shí)候。天文愛好者眼中“正宗”的紅月亮是指月全食時(shí)的紅月亮。此時(shí)地球阻擋太陽光線到達(dá)月球,太陽光中的藍(lán)光被地球大氣層散射,而一部分紅光穿過大氣層到達(dá)月球表面,再被月球反射回來。于是,我們就能看到一輪像銅一樣暗的紅色滿月。
行星的顏色主要由其大氣層決定
除了太陽和月亮以外,其他行星由于距離我們太遠(yuǎn),我們?nèi)庋蹘缀蹩床坏剿鼈兊念伾鋵?shí)那些不起眼的行星同樣也是色彩斑斕的。
太陽系中有些行星的顏色源自其表面。大氣層稀薄的火星和沒有大氣層的水星,它們的“本色”就體現(xiàn)在表面。火星的紅色非常醒目,肉眼可見,因?yàn)槠浔砻娲蟛糠侄际羌t色。水星的表面與月球有些相似,巖石反射陽光,也呈現(xiàn)銀白色。
金星、木星、土星、天王星和海王星,顏色都是由大氣層決定的。金星的大氣層非常稠密,質(zhì)量是地球大氣層的90倍,根本無法看到行星表面。其他四顆氣態(tài)行星則完全沒有確定的顏色,表面物質(zhì)從外到內(nèi)逐漸由氣態(tài)過渡到液態(tài)、固態(tài),不同的大氣成分和反射、吸收等作用賦予它們五彩繽紛的顏色,其中木星尤為絢麗多彩。
木星大氣的主要成分是氫和氦,還有少量的甲烷、氨和水蒸氣。它們本身無色,卻因?yàn)槠渲杏谢钚缘摹爸珓薄蚨兊妹髁痢T谧贤饩€的照射下,硫與高層大氣中的分子發(fā)生各種光化學(xué)反應(yīng),形成的硫化物(如氫硫化銨)產(chǎn)生紅色、棕色和黃色等顏色。
土星的顏色也是如此,它的引力比木星小,云層也比木星更“蓬松”、更厚實(shí),再加上它距離太陽較遠(yuǎn),大氣光化學(xué)反應(yīng)較弱,所以顏色不如木星那么濃郁,但更加均勻、整齊,并且在硫磺天體的“著色”下,呈現(xiàn)出柔和的奶油黃色。
距離更遠(yuǎn)的天王星和海王星光化學(xué)反應(yīng)較弱,其整個(gè)表面基本呈藍(lán)色。這是甲烷的功勞。甲烷沒有顏色,但它是一種強(qiáng)大的紅光“捕手”,可以吸收大量波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光。甲烷濃度越高,反射光越藍(lán)。天王星大氣中甲烷含量約為2%,使其呈現(xiàn)藍(lán)綠色;海王星中甲烷含量約為3%,使其呈現(xiàn)深藍(lán)色。
表面溫度決定恒星的“色調(diào)”
太陽系之外,宇宙中的天體更是絢爛多姿,蔚為壯觀。
如果在晴朗的夜晚仔細(xì)觀察,還可以用肉眼看到恒星有不同的顏色,這都取決于它們的表面溫度。例如,距離我們最近的恒星太陽的顏色是黃色,因?yàn)樗且活w G 型恒星,表面溫度為 5800 開爾文 (K)。其他恒星如藍(lán)色的參宿四是 O 型恒星,表面溫度接近 40,000 K紅太陽是怎樣升起來的,白色的織女星是 A 型,溫度約為 10,000 K,紅色的心宿二是 M 型紅太陽是怎樣升起來的,溫度只有約 3000K。
上述的G型、O型、A型其實(shí)就是恒星的光譜類別,恒星可依其光譜分為7類,分別以O(shè)、B、A、F、G、K、M(即光譜類型)表示,表面溫度各有不同,由O型到M型依次遞減,同時(shí)恒星顏色由藍(lán)色、藍(lán)白色到黃色、紅色等變化。
除了恒星,宇宙深空還有無數(shù)的星云、星系等天體,更是色彩絢麗。紅色星云大多為發(fā)射星云,受到周圍O型、B型恒星激烈的紫外輻射激發(fā)后發(fā)光,其中紅色來自氫(Hα)輻射,綠光來自氧,黃色、褐色等顏色則來自硫等離子。藍(lán)色星云則為反射星云,周圍的恒星雖然沒有足夠的輻射電離發(fā)光,但足以讓它們因反射而發(fā)光。這背后的物理機(jī)制也是瑞利散射,和天空呈藍(lán)色的原因是一樣的:來自附近恒星的藍(lán)光被星云中大量的物質(zhì)粒子散射,而紅光則大部分可以透射出去。我們從側(cè)面觀察星云時(shí),只能看到藍(lán)光而看不到紅光。
星系的規(guī)模比星云要大得多,往往包含數(shù)千億顆恒星、星云以及大量的星際塵埃和氣體,它們有的誕生,有的消亡,有的發(fā)射,有的吸收……在各種難以想象的復(fù)雜與動(dòng)蕩中營(yíng)造出的星系色彩,無法用語言來描述。
我們之所以能欣賞到眾多天體的壯麗影像,得益于攝影師的辛勤付出以及各種尖端設(shè)備的幫助,大大延伸了人類的視野,這些照片大多需要幾個(gè)小時(shí)甚至幾十個(gè)小時(shí)的拍攝,再加上復(fù)雜的曝光,加上復(fù)雜的后期處理,雖然色彩細(xì)節(jié)可能和我們?nèi)庋鬯姷牟灰粯樱阋宰屛覀兛吹接钪鏌o盡的美麗!
(作者李健為北京天文館研究員)