[BizHanKook] 天空中有着五颜六色的星星。光的波长和颜色取决于温度，呈红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫分布。正因为每颗恒星的温度各不相同，它们才会散发出如此多样的色彩。然而，仔细观察会发现一些奇怪之处——在彩虹光谱中确实存在的颜色，在夜空中却找不到。那就是绿色。天空中既有红星、黄星，也有蓝星，唯独没有绿色的星星。长期以来，绿色被认为是不可能存在于恒星世界的颜色。
然而，最近一项有趣的观点打破了这一常识。研究指出，当用人眼观察时，确实存在看起来呈现绿色的星星。甚至，粉色和紫色的星星也是可能的。天文学家们为何一直认为绿色恒星不存在？又为何突然出现了“绿色恒星”呢？
首先，让我们来看看为什么人们一直说没有绿色恒星。像太阳这样的恒星，其颜色主要由表面温度决定。温和的恒星呈红色或橙色，随着温度升高，逐渐变为白色，最终呈现蓝色。这是因为恒星虽然并非完美，但近似于理想的“黑体”来辐射光线。
黑体辐射的光谱分布在宽广的波长范围内，呈现连续状态。根据温度的不同，能量最强的波长点（峰值）也会随之移动，但恒星并不仅仅辐射峰值波长的光，同时也会向该波长的两侧，即更短和更长的波长方向辐射光线。
如果我们绘制太阳光强随波长的分布曲线，其最高峰值确实位于绿色波长附近。然而，太阳看起来并不呈绿色。这是因为在绿色波长左右，还有大量波长略短的蓝光和略长的红光。人眼接收到这些光的混合结果，便产生了色彩感。当绿、红、蓝三色混合时，呈现出来的不是绿色，而是白色。人眼视网膜中的三种视锥细胞分别识别这三种基色，大脑再将其合成为整体色彩。
因此，比较不同温度的恒星颜色时，它们会从红色变为白色（而非绿色），再变为蓝色。若要让恒星看起来是绿色，它必须在两侧的红色和蓝色波长处完全不发光，仅在绿色波长处呈现尖锐的发射。如果像原子发射光线的“发射线”那样，倒是有可能。极地的绿色极光就是一个典型例子，因为氧分子只选择性地发射绿色波长的光。但对于像恒星这样在宽波段平滑均匀发光的黑体辐射来说，这被认为是不可行的。
不过，如果恒星大气能强力吸收特定波长的光，情况就可能改变。原本混合呈现白色光的红、绿、蓝光谱中，如果红光和蓝光被吸收掉了，那么仅剩的绿光就能凸显出来。特别是在像白矮星这种恒星演化末期的残骸中，这种特殊的组合是有可能发生的。
在强引力作用下，白矮星的大气密度极高。特别是在冷却后的氦大气中，粒子排列紧密，并与其中混合的其他元素发生强烈相互作用。当然，在普通恒星中，大气里的元素也会吸收特定波长的光，并在光谱中留下暗淡的吸收线。但如果这些吸收线相对较窄，就不会对恒星整体的视觉颜色产生显著影响。
然而，在一些白矮星中，这些吸收线会向更宽的波段扩散。这样一来，恒星光的整体颜色组合就会改变，从而创造出单纯依靠温度无法预期的独特色彩。
此次研究通过分析白矮星发出的光以及被吸收的光，将其与人类的色觉直接关联起来。研究精确计算了会辐射出哪些波长的光，并分析了人眼观察这些光时的视觉效果。因此，严谨来说，这并非拍摄到了实际发绿光的恒星照片，而是通过模拟复现了如果近距离用肉眼观察这些恒星时，它们会呈现出什么样子。
这颗恒星的主角是 WD J1330+6435。其表面有效温度约为 4240K（开尔文），是一颗比太阳略冷的白矮星。这颗恒星的氦大气中混合了钠和钾元素。据推测，在白矮星大气中发现这些重元素，通常是由于恒星吞噬了周围行星残骸中的岩石物质所留下的痕迹。
通常情况下，由于强引力，这些重元素会沉入大气底层。但如果这颗恒星至今仍在不断“啃食”周围残留的小行星碎片，新的物质持续涌入，恒星表面就可能一直残留着大量重元素。通常钠元素会吸收 589nm 附近的黄光。在致密的大气中，由于与周围粒子的相互作用，吸收线会变得更宽，甚至能强力吸收橙色光部分，这被称为压力增宽（pressure broadening）。而钙元素则会“蚕食”紫色区域的光。结果，这颗恒星光谱中的颜色比例发生变化，整体呈现出像网球一样的淡绿色。虽然不是 100% 纯粹的绿色，但在橙光和紫光几乎消失、剩余光线混合后，看起来便呈现出带有淡淡绿意的黄绿色。
以同样的方式，粉色的星星也是可能存在的。另一颗白矮星 WD J0902+2010 中，碳元素起到了关键作用。在寒冷白矮星的氦层中，由于强烈的对流，内部沉降的碳被混合到了外层大气中。其中一部分碳在高密度环境下结合成两个原子组成的 C₂分子，这种分子会产生覆盖较宽波段的吸收线，被称为“天鹅带”（Swan bands），这也是富含碳的彗星光谱的一个显著特征。特别是在白矮星大气的高密度下，这些吸收带的位置和形态会发生改变。最终，星光的混合比例随之改变，使其看起来呈现淡淡的紫色或粉色。
甚至还有另一颗白矮星 WD J1011+2845，由于碳分子的强吸收线导致可见光中短波长的光大幅减少，它很有可能呈现出深鲑鱼粉色。
由此可见，星光的颜色不仅取决于表面温度，还会受到构成表面大气成分的巨大影响。普通恒星的大气密度不高，即使存在吸收线也不会有太大影响，但在像白矮星这样密度极端的恒星中，影响就变得非常大。因此，不仅是发出的光，被“蚕食”掉的吸收光也会对整体配色产生重大影响。根据发出的光以及消失的光，“光之鸡尾酒”的颜色会发生翻天覆地的变化。
出人意料的是，白矮星并不只是单纯的白色。甚至还有一颗恒星拥有“两张面孔”。最极端的例子是 2023 年发现的所谓“双面神星”（Janus）。这颗距离我们 1300 光年、以 3 万 5000K 温度发光的恒星，被冠以了罗马双面神的名字。
这颗恒星的亮度变化非常快，且随时间呈现出不同的光谱模式。有时能看到清晰的氢吸收线，有时却显示出氦吸收线。这种变化以短短 15 分钟为周期迅速交替。这是因为白矮星表面大气在快速旋转，轮流展现出不同性质的一面。
通过进一步研究，天文学家推测这是因为恒星表面一侧覆盖着足以掩盖下方氦层的厚氢层，而另一侧却没有氢层，直接露出了底下的氦层。那么，为什么只有一侧的氢层变得如此厚呢？推测是磁场不对称导致的。磁场影响了物质的对流和移动方式，从而造就了这种一半是氢、一半是氦的双面神样貌。
正如这些例子所示，星光的颜色极其复杂多样。人们通常认为星光颜色仅由温度决定，但大气成分、密度、磁场等更细微的特征也会影响其整体色调。星光的颜色让我们得以窥见恒星更深层的“故事”。宇宙之所以美丽，或许正是因为星星们并非只有一种颜色，而是以多种色彩共同闪耀。尽管从整体看，宇宙是无尽的黑色与虚无，但在那黑暗之中，星星们正努力不让自己遗忘那份斑斓——哪怕是在核聚变耗尽、走向终结的过程之中。
参考
https://academic.oup.com/rasti/article/doi/10.1093/rasti/rzag069/8914458?login=true
作者 池雄培 (Ji Ung-bae) 是谁？热爱猫咪与宇宙。儿时在看过《银河铁道999》后，立下了向世人宣传宇宙之美的梦想。目前担任世宗大学自由专业学部助理教授，积极从事演讲及撰稿等各类科学传播活动。著有《关于天文学家的无用论》、《我们生来皆是天文学家》、《仰望宇宙时想到的奇怪问题》等书籍，并翻译了《我为何灭掉了冥王星》、《量子生活》、《UFO》等作品。