恒星为何会有不同的颜色？宇宙中有比太阳温度还高的恒星吗？

现在正值高温酷暑时期，全国很多地方的日最高温度都已经突破30摄氏度，笔者身处东北地区的吉林省，虽然最高温度目前也仅有31、2度，比起南方一些地区要“凉爽”许多，但是走在外面暴露在太阳底下，一会儿就浑身冒汗，忍受不了了。我们知道，地球表面的热量几乎全部来自于太阳辐射，而接收到的这点能量只占到太阳向外释放能量的22亿分之一，况且从太阳到地球还要通过较长的宇宙空间，以热辐射的形式才将能量从太阳的表面传递到地球大气层，依据太阳照射时间的长短特别是入射角度的大小，地表所接收到的太阳能量会呈现不同的状态，这也是为什么地球的北半球在夏天距离太阳较远，却因为入射角度的增大，环境温度反而变得增加的重要原因。

太阳是一颗恒星，其向外释放的能量，来源于内部每时每刻都在进行着的核聚变反应，对于太阳这种规模的恒星来说，其主要成分为氢和氦，现阶段所进行的核聚变主要是以氢聚变为氦为主，具体来说，就是在核心区的高温高压条件下，通过一定几率的量子隧穿效应，使氢原子中的质子突破了原子核之间库仑力的排斥，从而进入到另外的原子核之中，与另外的质子结合形成氢的一种同位素－氘，继而再聚合为氦3和氦4，在此过程中释放相应的伽马光子、中微子和能量，这也是所谓的恒星中质子－质子链式反应。在太阳内部，还有一种核聚变类型，即碳氧循环过程，说白了，也是一种链式反应，不过所占的比重较小。

从太阳核聚变过程中所产生的能量，以不同频率的电磁波为载体，向外界传递。根据太阳发出电磁波的不同类型，可以将太阳光分为伽马射线、X射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波。科学家们根据太阳光线所形成的光谱特征，将太阳发出的光线视为黑体辐射，即假定太阳一种理想状态下的辐射源，在特定的温度和波长条件下可以释放出最大的辐射能量，这种辐射强度仅与光源发出光线的频率和光源的温度有关。据此，我们可以将我们接收到的太阳光谱，与理想状态下的黑体辐射相比较，通过同一颜色所对应的黑体辐射温度，我们就可以判定太阳表面的温度。

科学家正是应用了上述原理，在不接触或者不近距离接触太阳时，就能通过太阳光谱中辐射能量最高光线的波长或者频率，来反推太阳表面的温度。计算的方法就是应用了基尔霍夫辐射定律里面的维恩位移方程，即辐射温度与辐射能量最高值对应的光线波长二者的乘积为一定值。在太阳的光谱中，对应辐射能量最高的部分位于可见光区，具体波长为500nm，所以太阳表面的温度可以计算出的结果约为5800K，即5570摄氏度左右。

至于太阳内部的温度测算，则主要是依据温度－压强的热力学公式推导出来的，计算过程简单地说就是根据太阳体积保持稳定的条件下，太阳物质因重力向内坍缩要与内核向外的辐射压保持平衡，而辐射压的产生则是热运动作用的结果，通过计算太阳内部的压力，然后通过“多少温度才可以产生出这么大的辐射压”这种推导过程得出最终的结果，具体计算过程相对复杂一些，这里不再罗列了，得出的太阳内部温度大约在1500万K左右。

处在主序期内的恒星，其内部核聚变程度的剧烈程度，将直接关系到恒星的内核温度，继而影响着其表面温度。而恒星的质量越大，则一方面在内部参与核聚变的物质就会越多，单位时间内进行质子－质子链式反应的轻元素数量就越多，所释放的能量就越高；另一方面恒星外层物质向内的重力作用就会越明显，因内核参与核聚变物质的短期减少所引发的坍缩效应就越明显，从而推动内部核聚变越来越强烈，内核的温度也会越来越高。

通过以上的分析，我们可以看出，不同质量的恒星，其内部核反应的强度会有差异，进而所释放的能量密度会有相应的不同，根据黑体辐射定律，在地球上所接收到的恒星光谱中辐射能量最大的区间也会有差异，这也就造成了恒星所呈现的颜色有所不同。科学家们根据恒星的不同颜色，来标注恒星相对于太阳的光度比率，绘制了恒星的赫罗图，整体趋势是恒星表面温度越高，则颜色越来越倾向于蓝色，表面温度越低，则倾向于红色。这种颜色的区别，其实对应的也往往表现出恒星质量大小的差异。

太阳在能够观测到的恒星世界里，虽然属于质量中等偏下的水平，但是这种界定是基于恒星的最小质量下限与发现的最高质量的平均分布为衡量标准的，而实际上宇宙中95%以上的恒星都没有太阳的质量大，也就意味着95%以上的恒星在赫罗图中处于太阳的亮度之下。不过，仍然有不到5%处于主序期的恒星，由于质量非常大，其内部核聚变程度非常之高，表面温度也比太阳要高。例如蓝超巨星系列，其光谱类型为O或者B型，表面温度可以达到上万K甚至10万K级别，随着时间的推移，蓝超巨星在内部核聚变物质逐渐减少到一定程度后，会演化为红超巨星，表面温度随即慢慢下降。

另外，大质量恒星在处于超新星爆发的前期时，也会呈现非常高的亮度，比如WR102（人马座的沃尔夫·拉叶星），质量是太阳的19倍左右，是目前科学家们发现的表面温度最高的恒星，数值达到惊人的21万K。

当然，还有一些已经结束了主序期的恒星残骸，受到超新星爆发的影响，其表面和周围空间温度会异常高，在超新新星爆发时能达到上百上千亿K，最终的残骸继续坍缩为中子星以后，表面温度也会达到上百万K，随后将进入漫长的冷却期。