Від блакитного до червоного: чому зорі на нічному небі мають різні кольори

Космічний термометр у кольорах

Спостереження за зорями приносить справжнє задоволення, коли око починає розрізняти різні барви в темному небі. Кольори додають кожному сузір'ю особливого характеру і слугують прямим візуальним доказом того, наскільки сильно відрізняється температура різних світил. 24 Канал розкриває подробиці зоряного життя.

Дивіться також Чому на Венері спекотніше, ніж на Меркурії, хоча вона розташована далі від Сонця 

Наприклад, багато яскравих зірок літнього сезону, таких як Вега, мають блакитно-білий колір. Водночас на небі легко знайти контрастні відтінки: червонуватий Антарес, жовтувато-білий Альтаїр або яскраво-помаранчевий Арктур, який самотньо сяє високо на півдні.

Цікаво, що людське око здатне розпізнавати ці кольори лише у найяскравіших зірок. Це пов'язано з фізіологією нашого зору: рецептори сітківки, відомі як колбочки, відповідають за колір, але вони нечутливі до слабкого світла. Коли освітлення тьмяне, у роботу вступають палички. Вони мають вищу світлочутливість, проте страждають на кольорову сліпоту. Саме тому слабкі зірки зазвичай здаються нам просто білими. 

Однак якщо поглянути на них крізь бінокль або телескоп, посилена яскравість стимулює колбочки, і ми нарешті бачимо справжні кольори далеких сонць.

Секрети контрасту та подвійних зірок

Один із найкращих способів побачити кольори – це метод порівняння. Астрономи радять використовувати метод "контрасту", швидко переводячи погляд з одного об'єкта на інший. Відомий лектор планетарію Генрі Нілі ще у 1950-х роках пропонував шукати зірку Арктур, рухаючись за дугою ручки Великого Воза, а потім переходити до Спіки. Спіка має виразний блакитний відтінок, і швидке перемикання уваги між помаранчевим Арктуром та блакитною Спікою наочно демонструє колосальну різницю в їхніх температурах.

Ще ефективнішим методом є спостереження за подвійними зорями. Найкрасивішим прикладом у нічному небі вважають Альбірео в сузір'ї Лебедя. Навіть за допомогою невеликого телескопа або стабільно закріпленого бінокля можна побачити, як Альбірео розділяється на дві крихітні точки світла: одна з них має насичений жовтувато-помаранчевий колір, а інша – глибокий блакитний. Це видовище стає особливо вражаючим при збільшенні у 18 – 30 разів.

Дивіться також Чому деякі сузір'я видно лише певну частину року 

Фізика світла: від печі до зірок

Хоча ми звикли називати зірки на кшталт Антареса червоними, технічно це не зовсім точно. Зірки спектрального класу M насправді мають жовто-помаранчевий колір, подібний до світла старої лампи розжарювання. Їхня температура становить приблизно 3 000 градусів Кельвіна. Випромінювання зірок подібне до того, що фізики називають випромінюванням абсолютно чорного тіла.

Ми знаємо, що чим гарячіша зоря, тим більше енергії вона випромінює на кожній довжині хвилі – для дуже гарячих зірок пікові випромінювання спрямовані на коротші, тобто блакитні, довжини хвиль, 
– пояснює інструктор і лектор планетарію Гайдна в Нью-Йорку Джо Рао.

Людські очі еволюціонували так, щоб найкраще сприймати випромінювання Сонця, яке є середньою зорею за показниками температури та кольору. Дуже гарячі світила випромінюють найбільше енергії в ультрафіолетовому діапазоні, а холодні – в інфрачервоному.

Науковці пояснюють колір зірок за допомогою двох фундаментальних законів:

• Перший – закон Стефана-Больцмана, який встановили Йозеф Стефан та Людвіг Больцман. Він стверджує, що швидкість, з якою об'єкт випромінює тепло, пропорційна четвертому ступеню абсолютної температури в градусах Кельвіна. Це означає, що при подвоєнні температури вихід енергії зростає у 16 разів.
• Другий закон – закон Віна, названий на честь Вільгельма Віна. Згідно з ним, довжина хвилі пікового випромінювання обернено пропорційна температурі. Якщо температура зростає вдвічі, довжина хвилі піку скорочується вдвічі. Цей закон можна проілюструвати на прикладі спіралей електричної плити: зі зростанням температури вони спочатку випромінюють невидиме інфрачервоне тепло, потім починають світитися тьмяно-червоним, яскраво-червоним і, зрештою, помаранчевим кольором. Попри те, що метали плавляться раніше, якби ми могли нагрівати їх далі, вони стали б жовтими, білими, а потім блакитно-білими – точно так само, як це роблять зірки у безкрайньому космосі.

Дивіться також Деякі зорі, здається, не старіють, хоча існують уже мільярди років: тепер їхню таємницю розкрили 

То як же визначаєтсья колір зорі

Колір зірки майже повністю залежить від температури її поверхні. Чим гарячіша поверхня, тим більше вона випромінює короткохвильового світла синьої частини спектра. Чим холодніша поверхня, тим сильніше зміщується випромінювання до червоної частини спектра.

Якщо розташувати зорі від найгарячіших до найхолодніших, то отримаємо таку послідовність:

Наприклад, наше Сонце має температуру поверхні приблизно 5 780 Кельвінів і належить до спектрального класу G. Його часто називають жовтою зіркою, хоча з космосу воно виглядає майже білим із легким жовтуватим відтінком.

Найгарячіші зорі класу O можуть мати температуру понад 50 000 Кельвінів і виглядають синіми або синьо-білими. Прикладом є Спіка. Натомість холодні червоні гіганти та червоні карлики, такі як Бетельгейзе, мають температуру лише близько 3 000 Кельвінів.

Цікаво, що зелених зір практично не існує. Хоча деякі зорі випромінюють найбільше енергії поблизу зеленого діапазону, вони одночасно випромінюють багато світла й інших кольорів. У результаті людське око сприймає таку суміш як білу або жовтувато-білу.

Астрономи класифікують зорі за температурою та кольором за спектральною шкалою O, B, A, F, G, K, M. Вона йде від найгарячіших синіх зір до найхолодніших червоних.

Тому колір зірки фактично є своєрідним "термометром": поглянувши на її відтінок, астроном може приблизно оцінити температуру поверхні навіть на відстані в десятки, сотні або тисячі світлових років.