От голубого до красного: почему звезды на ночном небе имеют разные цвета

Космический термометр в цветах

Наблюдение за звездами доставляет истинное удовольствие, когда глаз начинает различать различные оттенки на темном небе. Цвета придают каждому созвездию особый характер и служат прямым визуальным доказательством того, насколько сильно отличается температура разных светил. 24 Канал раскрывает подробности звездной жизни.

Смотрите также Почему на Венере жарче, чем на Меркурии, хотя она расположена дальше от Солнца

Например, многие яркие звезды летнего сезона, такие как Вега, имеют голубовато-белый цвет. В то же время на небе легко найти контрастные оттенки: красноватый Антарес, желтовато-белый Альтаир или ярко-оранжевый Арктур, который одиноко сияет высоко на юге.

Интересно, что человеческий глаз способен различать эти цвета только у самых ярких звезд. Это связано с физиологией нашего зрения: рецепторы сетчатки, известные как колбочки, отвечают за цвет, но они нечувствительны к слабому свету. Когда освещение тусклое, в работу вступают палочки. Они обладают более высокой светочувствительностью, однако страдают цветовой слепотой. Именно поэтому слабые звезды обычно кажутся нам просто белыми.

Однако если посмотреть на них через бинокль или телескоп, усиленная яркость стимулирует колбочки, и мы наконец видим настоящие цвета далеких солнц.

Секреты контраста и двойных звезд

Один из лучших способов увидеть цвета — это метод сравнения. Астрономы советуют использовать метод "контраста", быстро переводя взгляд с одного объекта на другой. Известный лектор планетария Генри Нили еще в 1950-х годах предлагал искать звезду Арктур, двигаясь по дуге рукоятки Большой Медведицы, а затем переходить к Спике. Спика имеет выраженный голубой оттенок, и быстрое переключение внимания между оранжевым Арктуром и голубой Спикой наглядно демонстрирует колоссальную разницу в их температурах.

Еще более эффективным методом является наблюдение за двойными звездами. Самым красивым примером в ночном небе считают Альбирео в созвездии Лебедя. Даже с помощью небольшого телескопа или стабильно закрепленного бинокля можно увидеть, как Альбирео разделяется на две крошечные точки света: одна из них имеет насыщенный желтовато-оранжевый цвет, а другая — глубокий голубой. Это зрелище становится особенно впечатляющим при увеличении в 18–30 раз.

Смотрите также Почему некоторые созвездия видны только в определенное время года

Физика света: от печи до звезд

Хотя мы привыкли называть звезды типа Антареса красными, технически это не совсем верно. Звезды спектрального класса M на самом деле имеют желто-оранжевый цвет, похожий на свет старой лампы накаливания. Их температура составляет примерно 3 000 градусов Кельвина. Излучение звезд похоже на то, что физики называют излучением абсолютно черного тела.

Мы знаем, что чем горячее звезда, тем больше энергии она излучает на каждой длине волны — для очень горячих звезд пиковые излучения направлены на более короткие, то есть голубые, длины волн, 
– объясняет инструктор и лектор планетария Гайдна в Нью-Йорке Джо Рао.

Человеческие глаза эволюционировали так, чтобы наилучшим образом воспринимать излучение Солнца, которое является средней звездой по показателям температуры и цвета. Очень горячие светила излучают больше всего энергии в ультрафиолетовом диапазоне, а холодные – в инфракрасном.

Ученые объясняют цвет звезд с помощью двух фундаментальных законов:

• Первый – закон Стефана-Больцмана, который установили Йозеф Стефан и Людвиг Больцман. Он гласит, что скорость, с которой объект излучает тепло, пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры в градусах Кельвина. Это означает, что при удвоении температуры выход энергии возрастает в 16 раз.
• Второй закон – закон Вина, названный в честь Вильгельма Вина. Согласно ему, длина волны пикового излучения обратно пропорциональна температуре. Если температура возрастает вдвое, длина волны пика сокращается вдвое. Этот закон можно проиллюстрировать на примере спиралей электрической плиты: с ростом температуры они сначала излучают невидимое инфракрасное тепло, затем начинают светиться тускло-красным, ярко-красным и, в конце концов, оранжевым цветом. Несмотря на то, что металлы плавятся раньше, если бы мы могли нагревать их дальше, они стали бы желтыми, белыми, а затем голубовато-белыми — точно так же, как это делают звезды в безграничном космосе.

Смотрите также Некоторые звезды, кажется, не стареют, хотя существуют уже миллиарды лет: теперь их тайну раскрыли

Так как же определяется цвет звезды

Цвет звезды почти полностью зависит от температуры ее поверхности. Чем горячее поверхность, тем больше она излучает коротковолнового света синей части спектра. Чем холоднее поверхность, тем сильнее смещается излучение в сторону красной части спектра.

Если расположить звезды от самых горячих к самым холодным, то получим такую последовательность:

Например, наше Солнце имеет температуру поверхности примерно 5 780 Кельвинов и принадлежит к спектральному классу G. Его часто называют желтой звездой, хотя из космоса оно выглядит почти белым с легким желтоватым оттенком.

Самые горячие звезды класса O могут иметь температуру более 50 000 Кельвинов и выглядят синими или сине-белыми. Примером является Спика. В то же время холодные красные гиганты и красные карлики, такие как Бетельгейзе, имеют температуру всего около 3 000 Кельвинов.

Интересно, что зеленых звезд практически не существует. Хотя некоторые звезды излучают больше всего энергии вблизи зеленого диапазона, они одновременно излучают много света и других цветов. В результате человеческий глаз воспринимает такую смесь как белую или желтовато-белую.

Астрономы классифицируют звезды по температуре и цвету по спектральной шкале O, B, A, F, G, K, M. Она идет от самых горячих синих звезд к самым холодным красным.

Поэтому цвет звезды фактически является своеобразным "термометром": взглянув на ее оттенок, астроном может примерно оценить температуру поверхности даже на расстоянии в десятки, сотни или тысячи световых лет.