[BizHanKook] 天空中有著五顏六色的星星。光的波長和顏色取決於溫度，呈紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫分佈。正因為每顆恆星的溫度各不相同，它們才會散發出如此多樣的色彩。然而，仔細觀察會發現一些奇怪之處——在彩虹光譜中確實存在的顏色，在夜空中卻找不到。那就是綠色。天空中既有紅星、黃星，也有藍星，唯獨沒有綠色的星星。長期以來，綠色被認為是不可能存在於恆星世界的顏色。
然而，最近一項有趣的觀點打破了這一常識。研究指出，當用人眼觀察時，確實存在看起來呈現綠色的星星。甚至，粉色和紫色的星星也是可能的。天文學家們為何一直認為綠色恆星不存在？又為何突然出現了“綠色恆星”呢？
首先，讓我們來看看為什麼人們一直說沒有綠色恆星。像太陽這樣的恆星，其顏色主要由表面溫度決定。溫和的恆星呈紅色或橙色，隨著溫度升高，逐漸變為白色，最終呈現藍色。這是因為恆星雖然並非完美，但近似於理想的“黑體”來輻射光線。
黑體輻射的光譜分佈在寬廣的波長範圍內，呈現連續狀態。根據溫度的不同，能量最強的波長點（峰值）也會隨之移動，但恆星並不僅僅輻射峰值波長的光，同時也會向該波長的兩側，即更短和更長的波長方向輻射光線。
如果我們繪製太陽光強隨波長的分佈曲線，其最高峰值確實位於綠色波長附近。然而，太陽看起來並不呈綠色。這是因為在綠色波長左右，還有大量波長略短的藍光和略長的紅光。人眼接收到這些光的混合結果，便產生了色彩感。當綠、紅、藍三色混合時，呈現出來的不是綠色，而是白色。人眼視網膜中的三種視錐細胞分別識別這三種基色，大腦再將其合成為整體色彩。
因此，比較不同溫度的恆星顏色時，它們會從紅色變為白色（而非綠色），再變為藍色。若要讓恆星看起來是綠色，它必須在兩側的紅色和藍色波長處完全不發光，僅在綠色波長處呈現尖銳的發射。如果像原子發射光線的“發射線”那樣，倒是有可能。極地的綠色極光就是一個典型例子，因為氧分子只選擇性地發射綠色波長的光。但對於像恆星這樣在寬波段平滑均勻發光的黑體輻射來說，這被認為是不可行的。
不過，如果恆星大氣能強力吸收特定波長的光，情況就可能改變。原本混合呈現白色光的紅、綠、藍光譜中，如果紅光和藍光被吸收掉了，那麼僅剩的綠光就能凸顯出來。特別是在像白矮星這種恆星演化末期的殘骸中，這種特殊的組合是有可能發生的。
在強引力作用下，白矮星的大氣密度極高。特別是在冷卻後的氦大氣中，粒子排列緊密，並與其中混合的其他元素髮生強烈相互作用。當然，在普通恆星中，大氣裡的元素也會吸收特定波長的光，並在光譜中留下暗淡的吸收線。但如果這些吸收線相對較窄，就不會對恆星整體的視覺顏色產生顯著影響。
然而，在一些白矮星中，這些吸收線會向更寬的波段擴散。這樣一來，恆星光的整體顏色組合就會改變，從而創造出單純依靠溫度無法預期的獨特色彩。
此次研究透過分析白矮星發出的光以及被吸收的光，將其與人類的色覺直接關聯起來。研究精確計算了會輻射出哪些波長的光，並分析了人眼觀察這些光時的視覺效果。因此，嚴謹來說，這並非拍攝到了實際發綠光的恆星照片，而是透過模擬復現瞭如果近距離用肉眼觀察這些恆星時，它們會呈現出什麼樣子。
這顆恆星的主角是 WD J1330+6435。其表面有效溫度約為 4240K（開爾文），是一顆比太陽略冷的白矮星。這顆恆星的氦大氣中混合了鈉和鉀元素。據推測，在白矮星大氣中發現這些重元素，通常是由於恆星吞噬了周圍行星殘骸中的岩石物質所留下的痕跡。
通常情況下，由於強引力，這些重元素會沉入大氣底層。但如果這顆恆星至今仍在不斷“啃食”周圍殘留的小行星碎片，新的物質持續湧入，恆星表面就可能一直殘留著大量重元素。通常鈉元素會吸收 589nm 附近的黃光。在緻密的大氣中，由於與周圍粒子的相互作用，吸收線會變得更寬，甚至能強力吸收橙色光部分，這被稱為壓力增寬（pressure broadening）。而鈣元素則會“蠶食”紫色區域的光。結果，這顆恆星光譜中的顏色比例發生變化，整體呈現出像網球一樣的淡綠色。雖然不是 100% 純粹的綠色，但在橙光和紫光幾乎消失、剩餘光線混合後，看起來便呈現出帶有淡淡綠意的黃綠色。
以同樣的方式，粉色的星星也是可能存在的。另一顆白矮星 WD J0902+2010 中，碳元素起到了關鍵作用。在寒冷白矮星的氦層中，由於強烈的對流，內部沉降的碳被混合到了外層大氣中。其中一部分碳在高密度環境下結合成兩個原子組成的 C₂分子，這種分子會產生覆蓋較寬波段的吸收線，被稱為“天鵝帶”（Swan bands），這也是富含碳的彗星光譜的一個顯著特徵。特別是在白矮星大氣的高密度下，這些吸收帶的位置和形態會發生改變。最終，星光的混合比例隨之改變，使其看起來呈現淡淡的紫色或粉色。
甚至還有另一顆白矮星 WD J1011+2845，由於碳分子的強吸收線導致可見光中短波長的光大幅減少，它很有可能呈現出深鮭魚粉色。
由此可見，星光的顏色不僅取決於表面溫度，還會受到構成表面大氣成分的巨大影響。普通恆星的大氣密度不高，即使存在吸收線也不會有太大影響，但在像白矮星這樣密度極端的恆星中，影響就變得非常大。因此，不僅是發出的光，被“蠶食”掉的吸收光也會對整體配色產生重大影響。根據發出的光以及消失的光，“光之雞尾酒”的顏色會發生翻天覆地的變化。
出人意料的是，白矮星並不只是單純的白色。甚至還有一顆恆星擁有“兩張面孔”。最極端的例子是 2023 年發現的所謂“雙面神星”（Janus）。這顆距離我們 1300 光年、以 3 萬 5000K 溫度發光的恆星，被冠以了羅馬雙面神的名字。
這顆恆星的亮度變化非常快，且隨時間呈現出不同的光譜模式。有時能看到清晰的氫吸收線，有時卻顯示出氦吸收線。這種變化以短短 15 分鐘為週期迅速交替。這是因為白矮星表面大氣在快速旋轉，輪流展現出不同性質的一面。
透過進一步研究，天文學家推測這是因為恆星表面一側覆蓋著足以掩蓋下方氦層的厚氫層，而另一側卻沒有氫層，直接露出了底下的氦層。那麼，為什麼只有一側的氫層變得如此厚呢？推測是磁場不對稱導致的。磁場影響了物質的對流和移動方式，從而造就了這種一半是氫、一半是氦的雙面神樣貌。
正如這些例子所示，星光的顏色極其複雜多樣。人們通常認為星光顏色僅由溫度決定，但大氣成分、密度、磁場等更細微的特徵也會影響其整體色調。星光的顏色讓我們得以窺見恆星更深層的“故事”。宇宙之所以美麗，或許正是因為星星們並非只有一種顏色，而是以多種色彩共同閃耀。儘管從整體看，宇宙是無盡的黑色與虛無，但在那黑暗之中，星星們正努力不讓自己遺忘那份斑斕——哪怕是在核聚變耗盡、走向終結的過程之中。
參考
https://academic.oup.com/rasti/article/doi/10.1093/rasti/rzag069/8914458?login=true
作者 池雄培 (Ji Ung-bae) 是誰？熱愛貓咪與宇宙。兒時在看過《銀河鐵道999》後，立下了向世人宣傳宇宙之美的夢想。目前擔任世宗大學自由專業學部助理教授，積極從事演講及撰稿等各類科學傳播活動。著有《關於天文學家的無用論》、《我們生來皆是天文學家》、《仰望宇宙時想到的奇怪問題》等書籍，並翻譯了《我為何滅掉了冥王星》、《量子生活》、《UFO》等作品。