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紅色的太陽和粉紅色的月亮一樣，都是大氣中瑞利散射的結(jié)果。

在太陽紫外線的照射下，木星大氣中的硫與大氣中的分子發(fā)生各種光化學(xué)反應(yīng)，形成各種顏色。NASA

射手座三葉蟲星云是一個(gè)發(fā)射星云，受周圍O型和B型恒星強(qiáng)烈紫外線輻射激發(fā)，發(fā)出明亮的光芒。紅色來自氫（Hα）輻射，綠光來自氧，黃色和棕色則來自硫和其他離子。NASA

我們?nèi)庋蹘缀蹩床坏匠颂枴⒃铝林馄渌乔虻念伾鋵?shí)那些不起眼的星球同樣是色彩斑斕的，宇宙中的天體更是色彩斑斕。

超級月亮又來了！今年，它似乎有了新變化。這些天，“超級粉紅月亮”和“金色月亮”等詞占據(jù)了我們的屏幕。

相信大家對“超級月亮”并不陌生，但“粉月亮”和“金月亮”又是什么呢？其實(shí)，月亮顏色的變化并不罕見，在漆黑深邃的星空中，隱藏著無數(shù)絢爛奪目的色彩，讓人仿佛置身于一個(gè)世界。

瑞利散射導(dǎo)致太陽和月亮改變顏色

在人們的印象中，月亮通常是明亮潔白的。“明月當(dāng)空”、“冷月照耀”等詞句，都是形容這樣的景象。從原理上講，也是這樣，因?yàn)樵鹿鈦碜蕴枴７瓷涑鰜淼墓猱?dāng)然是白色的，就像陽光一樣。不過，如果仔細(xì)觀察，月亮剛升起（或即將落下）時(shí)，常常可以看到它呈現(xiàn)暗紅色。隨著海拔的上升，逐漸變亮為深橙黃色，升到更高處時(shí)，基本呈銀白色。

這就是所謂“粉紅月亮”和“金黃色月亮”的由來。其實(shí)，紅色和黃色并不是月亮本身的顏色，而是地球大氣層賦予它的顏色。類似的色彩變化在明亮的太陽上更為明顯。太陽升起時(shí)，常常可以看到一輪紅日破曉而出。霧霾重重時(shí)，還能看到紅日高懸在天空。這就是大氣中瑞利散射的結(jié)果：陽光穿過地球大氣層，太陽在地平線附近時(shí)，穿過的大氣層比在高空時(shí)要厚。波長較長的紅光幾乎被完全散射，雖然其強(qiáng)度因散射而大大減弱，但仍然足夠明亮，能夠到達(dá)人眼。此時(shí)的太陽呈現(xiàn)紅色或橙黃色，直視時(shí)并不刺眼。隨著太陽升得越來越高，它穿過的大氣路徑越來越短貝語網(wǎng)校，陽光變得越來越強(qiáng)，藍(lán)光等短波長光的強(qiáng)度也隨之增加。我們看到太陽從橙色變成金黃色，再變成耀眼的明亮白色。

月亮的顏色變化也是如此，但由于光線暗淡，人眼在暗視覺下對顏色不敏感，所以看上去并沒有太陽那樣明顯變化。尤其是所謂的“金月亮”，遠(yuǎn)沒有想象中那么耀眼。滿月的亮度只有太陽的四十萬分之一，而當(dāng)因塵埃散射而呈現(xiàn)紅色和黃色時(shí)，亮度就更加微弱了。人眼的色覺已經(jīng)很不敏感了，我們能感覺到暗黃色，但沒有照片中那么明顯。

由于空氣污染，玉兔號變紅并不罕見。這通常發(fā)生在大氣中有大量塵埃的時(shí)候。天文愛好者眼中“正宗”的紅月亮是指月全食時(shí)的紅月亮。此時(shí)地球阻擋太陽光線到達(dá)月球，太陽光中的藍(lán)光被地球大氣層散射，而一部分紅光穿過大氣層到達(dá)月球表面，再被月球反射回來。于是，我們就能看到一輪像銅一樣暗的紅色滿月。

行星的顏色主要由其大氣層決定

除了太陽和月亮以外，其他行星由于距離我們太遠(yuǎn)，我們?nèi)庋蹘缀蹩床坏剿鼈兊念伾鋵?shí)那些不起眼的行星同樣也是色彩斑斕的。

太陽系中有些行星的顏色源自其表面。大氣層稀薄的火星和沒有大氣層的水星，它們的“本色”就體現(xiàn)在表面。火星的紅色非常醒目，肉眼可見，因?yàn)槠浔砻娲蟛糠侄际羌t色。水星的表面與月球有些相似，巖石反射陽光，也呈現(xiàn)銀白色。

金星、木星、土星、天王星和海王星，顏色都是由大氣層決定的。金星的大氣層非常稠密，質(zhì)量是地球大氣層的90倍，根本無法看到行星表面。其他四顆氣態(tài)行星則完全沒有確定的顏色，表面物質(zhì)從外到內(nèi)逐漸由氣態(tài)過渡到液態(tài)、固態(tài)，不同的大氣成分和反射、吸收等作用賦予它們五彩繽紛的顏色，其中木星尤為絢麗多彩。

木星大氣的主要成分是氫和氦，還有少量的甲烷、氨和水蒸氣。它們本身無色，卻因?yàn)槠渲杏谢钚缘摹爸珓薄蚨兊妹髁痢Ｔ谧贤饩€的照射下，硫與高層大氣中的分子發(fā)生各種光化學(xué)反應(yīng)，形成的硫化物（如氫硫化銨）產(chǎn)生紅色、棕色和黃色等顏色。

土星的顏色也是如此，它的引力比木星小，云層也比木星更“蓬松”、更厚實(shí)，再加上它距離太陽較遠(yuǎn)，大氣光化學(xué)反應(yīng)較弱，所以顏色不如木星那么濃郁，但更加均勻、整齊，并且在硫磺天體的“著色”下，呈現(xiàn)出柔和的奶油黃色。

距離更遠(yuǎn)的天王星和海王星光化學(xué)反應(yīng)較弱，其整個(gè)表面基本呈藍(lán)色。這是甲烷的功勞。甲烷沒有顏色，但它是一種強(qiáng)大的紅光“捕手”，可以吸收大量波長較長的紅光。甲烷濃度越高，反射光越藍(lán)。天王星大氣中甲烷含量約為2%，使其呈現(xiàn)藍(lán)綠色；海王星中甲烷含量約為3%，使其呈現(xiàn)深藍(lán)色。

表面溫度決定恒星的“色調(diào)”

太陽系之外，宇宙中的天體更是絢爛多姿，蔚為壯觀。

如果在晴朗的夜晚仔細(xì)觀察，還可以用肉眼看到恒星有不同的顏色，這都取決于它們的表面溫度。例如，距離我們最近的恒星太陽的顏色是黃色，因?yàn)樗且活w G 型恒星，表面溫度為 5800 開爾文 (K)。其他恒星如藍(lán)色的參宿四是 O 型恒星，表面溫度接近 40,000 K紅太陽是怎樣升起來的，白色的織女星是 A 型，溫度約為 10,000 K，紅色的心宿二是 M 型紅太陽是怎樣升起來的，溫度只有約 3000K。

上述的G型、O型、A型其實(shí)就是恒星的光譜類別，恒星可依其光譜分為7類，分別以O(shè)、B、A、F、G、K、M（即光譜類型）表示，表面溫度各有不同，由O型到M型依次遞減，同時(shí)恒星顏色由藍(lán)色、藍(lán)白色到黃色、紅色等變化。

除了恒星，宇宙深空還有無數(shù)的星云、星系等天體，更是色彩絢麗。紅色星云大多為發(fā)射星云，受到周圍O型、B型恒星激烈的紫外輻射激發(fā)后發(fā)光，其中紅色來自氫（Hα）輻射，綠光來自氧，黃色、褐色等顏色則來自硫等離子。藍(lán)色星云則為反射星云，周圍的恒星雖然沒有足夠的輻射電離發(fā)光，但足以讓它們因反射而發(fā)光。這背后的物理機(jī)制也是瑞利散射，和天空呈藍(lán)色的原因是一樣的：來自附近恒星的藍(lán)光被星云中大量的物質(zhì)粒子散射，而紅光則大部分可以透射出去。我們從側(cè)面觀察星云時(shí)，只能看到藍(lán)光而看不到紅光。

星系的規(guī)模比星云要大得多，往往包含數(shù)千億顆恒星、星云以及大量的星際塵埃和氣體，它們有的誕生，有的消亡，有的發(fā)射，有的吸收……在各種難以想象的復(fù)雜與動蕩中營造出的星系色彩，無法用語言來描述。

我們之所以能欣賞到眾多天體的壯麗影像，得益于攝影師的辛勤付出以及各種尖端設(shè)備的幫助，大大延伸了人類的視野，這些照片大多需要幾個(gè)小時(shí)甚至幾十個(gè)小時(shí)的拍攝，再加上復(fù)雜的曝光，加上復(fù)雜的后期處理，雖然色彩細(xì)節(jié)可能和我們?nèi)庋鬯姷牟灰粯樱阋宰屛覀兛吹接钪鏌o盡的美麗！

（作者李健為北京天文館研究員）