紅色旭日與粉紅月亮一樣，都是大氣發生瑞利散射的結果。

在太陽光紫外線的照射下，木星大氣中的硫與大氣中的分子發生各種光化學反應，形成了各種顏色。NASA

人馬座的三葉星雲為發射星雲，被周圍O、B型恆星猛烈的紫外輻射激發，發出亮光。紅色來自於氫（Hα）輻射，綠光則來自於氧，黃、褐等顏色來自於硫和其他離子。NASA

我們用肉眼幾乎看不出日月之外其他星球的顏色。其實，那些並不起眼的行星也都色彩斐然，宇宙天體更是色彩斑斕。

超級月亮又來了！今年似乎還有了新的花樣。“超級粉紅月亮”“金色月亮”等詞這幾天霸佔了我們的螢幕。

相信大家對“超級月亮”已經不陌生了。但“粉紅月亮”“金色月亮”是什麼？事實上月亮顏色的變化並不稀奇，在漆黑深邃的星空中，潛藏著的是無數瑰麗無比的彩色世界。

　瑞利散射讓日月“變色”

人們印象中的月亮，通常都是銀光皎皎、一片潔白，諸如“皓月當空”“冷月清輝”等詞句描寫的都是這樣的場景。從原理上講，也理當如此，因為月光來自太陽光的反射，當然也同陽光一樣都是白色。不過若留心觀察的話，當月亮剛升起不久（或快要落山）時，經常能看到它呈現出偏暗紅的顏色，隨著高度的上升，逐漸變亮至暗橙黃色，當升到較高時，則已基本上是一片銀白了。

這就是所謂“粉紅月亮”“金色月亮”的由來。其實紅和黃並不是月亮本身的顏色，而是地球大氣給它“上的色”。類似的顏色變化在明亮的太陽上表現得更加明顯。旭日初昇時，常常可見一輪紅日噴薄而出，霧霾較重時，也能見到發紅的太陽懸在空中。這都是大氣發生瑞利散射的結果：陽光穿過地球大氣時，會被大氣分子以及塵埃顆粒散射，波長越短散射得越厲害。地平面附近的太陽，和它位於高處時相比，陽光穿過的大氣要厚上幾倍，波長較短的藍光幾乎被散射殆盡，波長較長的紅光部分雖然也因散射而強度大減，但仍足夠抵達人眼。這時的太陽就呈紅色或橙黃色，而且直視也不覺刺眼。隨著太陽逐漸升高，穿過的大氣路徑越來越短，陽光越來越強，藍光等短波長光線的強度也在增加，我們就看到太陽從橙色、金黃色直到變為刺目的亮白。

月亮的顏色變化也如出一轍，只是因為光線闇弱，而人眼在暗視覺時對顏色不敏感，看起來沒有太陽變化得這麼明顯。尤其是所謂的“金色月亮”遠非想象中那麼金光耀目。滿月的亮度只有太陽的40萬分之一，而且當它因塵埃散射而呈現出紅和黃的顏色時亮度更弱，人眼的色覺已很不敏感，我們能感覺到暗黃的色彩，但並不如照片中那麼明顯。

現在由於大氣汙染，“玉兔”變紅也已屢見不鮮了，這通常都發生在大氣中粉塵較多的時候。天文愛好者們眼中“正宗”的紅月亮，指的是月全食時的紅月。此時地球擋住了太陽射向月亮的光芒，陽光中的藍光被地球大氣散射，一部分紅光穿過大氣抵達月面，再被月亮反射回來。於是我們可以看到一輪暗如紫銅的紅色滿月。

行星顏色多由大氣“作主”

除了太陽和月亮以外，因為距離太遠，我們用肉眼幾乎看不出其他星球的顏色。其實，那些並不起眼的行星也都色彩斐然。

太陽系中，有些行星的顏色來源於他們的地表。大氣稀薄的火星和沒有大氣的水星，展現的是它們的地表“本色”。火星的紅色十分醒目，肉眼就能分辨，因為它表面大部分割槽域都覆蓋著富含氧化鐵的紅褐色塵埃，還有南、北極冠（主要是乾冰）的白色也是火星的特色。水星的表面和月球有些相像，岩石反射陽光，也是一片銀白。

金星、木星、土星、天王星和海王星，顏色則全憑大氣“做主”。金星大氣十分濃密，其質量是地球大氣的90倍，導致無法看到行星表面。另外四顆氣態行星則根本沒有確定的地表，物質由外到內從氣態逐漸過渡到液態和固態。不同的大氣成分以及反射、吸收等效應，給它們帶來了斑斕的色彩，其中木星尤為多彩多姿。

木星大氣的最主要成分是氫氣和氦氣，還有少量甲烷、氨氣和水蒸氣等。它們本都沒有顏色，但卻因活躍的“著色劑”——硫，而鮮豔起來。在太陽光紫外線的照射下，硫和上層大氣中的分子發生各種光化學反應，形成的硫化物（例如硫氫化銨）產生了紅、褐、黃等顏色。

土星的顏色也是如此。它的引力小於木星，雲層比木星更“蓬鬆”也更厚。再加上離太陽更遠，大氣光化學反應更弱，顏色不如木星豐富。但卻更加均勻齊整，在硫化物的“著色”下，呈現為柔和的奶黃色。

更遠處的天王星和海王星，光化學反應很弱，整個表面基本都是一片藍色。這得歸功於甲烷。甲烷沒有顏色，卻是強力的紅光“捕手”，能大量吸收波長較長的紅、黃光，把短光反射出去。甲烷濃度越高，反射光的顏色越藍。天王星大氣中甲烷含量約為2%，它呈現為藍綠色；海王星甲烷含量約為3%，就成了一片湛藍。

表面溫度決定恆星“色調”

太陽系以外，宇宙天體更是色彩斑斕，氣象萬千。

在晴朗的夜晚仔細觀察的話，用肉眼也能發現恆星有著不同的顏色，這些都取決於它們的表面溫度。比如離我們最近的恆星——太陽的顏色是黃色，這是因為它是一顆G型星，表面溫度為5800開爾文（K）。其他恆星例如藍色的參宿一是O型星，表面溫度將近40000K，白色的織女星為A型，溫度約為10000K，紅色的心宿二屬於M型，溫度只有3000K左右。

上述G型、O型、A型其實都是恆星的光譜類別。恆星可以按照光譜分為7大類，以O、B、A、F、G、K、M表示（即光譜型），不同型別具有不同的表面溫度，從O到M遞減。同時，恆星的顏色也由藍、藍白而逐漸變成黃、紅色。

除了恆星，宇宙深空中還有不計其數的星雲、星系等天體，色彩更加瑰麗。紅色的星雲大多是發射星雲，它們被周圍O型、B型恆星猛烈的紫外輻射激發，然後發出光芒。其中的紅色來自於氫（Hα）輻射，綠光則來自於氧，黃、褐等顏色來自於硫和其他離子。藍色的星雲為反射星雲。它們周圍的恆星沒有足夠的輻射使之電離發光，但足以讓它們因反射而發亮。這背後的物理機制也是瑞利散射，與“天空之所以是藍色”的道理一樣：附近恆星射來的星光裡，藍光被星雲中的物質顆粒大量散射，而紅光大部分可以透射出去。我們從旁邊觀測星雲時，就只見藍光而不見紅光了。

星系的尺度比星雲大得多，動輒包含數以千億計的恆星、星雲以及大量星際塵埃、氣體等，它們有的生、有的滅、有的發射、有的吸收……在各種難以想象的紛繁擾攘中共同塑造出星系的顏色，已非筆墨所能形容。

我們之所以能欣賞到眾多天體的壯美影象，要得益於攝影師的辛勤勞動，以及各種尖端裝置的助力，它們大大延伸了人類的視覺。這些照片大都需要幾小時甚至幾十小時的長曝光，再加上覆雜的後期處理，儘管色彩細節或許並不等同於肉眼所見，也足以讓我們一睹宇宙的無盡之美了！

（作者系北京天文館研究員 李 鑑 ）