《談天說文》不只繁星，更要特色星星

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為了平衡城鄉教育差異，教育部推出了繁星計畫，讓偏遠地區或社區高中學生能有機會進入一流大學。有教授投書，肯定繁星計畫，但也希望發揮地方特色，不單只是挑選非明星學校學生進入一流大學，挑選的星星也要是有特色的星星。

而天上的星星也各有特色，一般描述星星只有亮度的差別，這是因為星星離我們太遠，很難仔細地認識星星本身。但天文學家除了亮度之外，還可以透過研究星星的顏色，進一步認識星星。

用稍微好一點的望遠鏡，可以看出織女星是一顆藍白色的星星。在天蝎座心臟位置的心宿二（Antares）則是一顆紅色的星星，英文Antares的意思是火星的對手，表示心宿二和火星一樣都是紅色星球。恆星的顏色所透露的訊息是恆星的表面溫度（火星是一顆行星，不會自己發光，只能反射太陽光，這種顏色不代表火星表面的溫度）。

物體表面發光的顏色取決於表面溫度，詳細的原理要到二十世紀初才被物理學家所瞭解。十九世紀末，科學家透過儀器測量各種不同顏色的能量分布，這種能量的分布就像一個班級的成績分布，可以知道這次月考當中，九十分以上的同學有多少人，八十到九十分的同學有多少人。


圖  　黑體輻射的能量分布，橫座標是光的波長，單位是奈米，縱座標則是輻射的能量多寡。當中的三條白色曲線分別代表不同溫度的能量分布。


不同顏色的能量分布也可以用相同的方式表示（如圖），測量發現波長最長和最短的能量較低（也就是分布曲線的兩端），這和一個正常考試的成績分布類似，考高分數和低分數的同學最少。物體發光的能量分布又稱作物體的黑體輻射分布。

知道能量的分布，接下來就要靠理論學家解釋分布的原因。當時科學家都把光當成波動看待，認為物體發出來的光可以有任意的波長，但在解釋光能量分布時，在長波和短波的能量分布狀況出了問題，和測量的結果不合，直到普朗克將光當成一顆顆的光子，才得到正確的輻射光能量分布，這種光量子的概念也開啟了量子物理的大門。

我們現在知道物體只要有溫度，就會自行發光，這個光是由各種不同波長的光所組成，不同波長的光所擁有的能量強度也不相同，並且是遵循著黑體輻射分布，不同的溫度，分布曲線的長相都很類似，只是整個分布曲線左右移動，溫度越高，分布曲線向短波長的藍光移動，溫度越低，就向長波長的紅光移動（如圖），絕對溫度五千K的黑體輻射比三千K的黑體輻射更靠向左邊的短波長，這也就說明了加熱鐵塊時，鐵塊表面顏色的變化是從紅色逐漸轉成藍白色。

天上的星星會有各種不同的表面溫度，也就會有不同的顏色，但根據實際的經驗，大多數的星星看起來都是白光，差別只是明暗而已。這種經驗並不代表星星沒有顏色，問題出在人的眼睛。光進入肉眼之後，會在視網膜上呈像，視網膜上的特殊細胞將光的訊號轉成電的訊號，透過神經傳到大腦。

特殊細胞有兩種，長得像小麵棍的桿狀細胞和錐狀細胞，桿狀細胞負責光強度的接收，而錐狀細胞則負責顏色的接收，當光的強度太過微弱的時候，錐狀細胞就無法接收各種不同的顏色，但桿狀細胞仍可接收微弱的光線。這就是為什麼看到太暗的星光，卻無法分辨出星光的顏色。

不要懷疑，星星是有顏色的！星星的顏色不只是好看，還訴說了來自宇宙角落的訊息。