چرا ستاره‌ها رنگ‌های مختلف دارند؟

رنگ ستاره‌ها شناسنامهٔ آن‌هاست. هر جسم داغ نور می‌تابد و رنگ نورش را دمایش تعیین می‌کند: میلهٔ آهنی که گرم می‌شود اول سرخ، بعد نارنجی و سپس سفید می‌شود. ستاره‌ها هم همین‌طورند. ستاره‌ای با سطح حدود ۳۰۰۰ کلوین سرخ است، خورشید با حدود ۵۸۰۰ کلوین زرد مایل به سفید، وگا با حدود ۹۶۰۰ کلوین سفید مایل به آبی و ستاره‌های بالای ۲۰ هزار کلوین آبی‌اند. پس بدون رفتن به سراغ ستاره می‌شود از رنگش دمای سطحش را فهمید. این صفحه نشان می‌دهد چرا.

نور ستاره چیزی بیش از رنگ دارد. اگر آن را با منشور یا توری پراش باز کنیم، در طیفی که از بنفش تا سرخ می‌رود خط‌های باریک تیره یا روشن پیدا می‌شود. هر عنصر الگوی خط‌های خودش را دارد، مثل اثر انگشت، و برای همین بدون فرستادن هیچ کاوشگری می‌دانیم ستاره‌ها از چه ساخته شده‌اند. هلیوم را سال ۱۸۶۸ در طیف خورشید دیدند، حدود ربع قرن پیش از آن‌که روی زمین پیدایش کنند. جابه‌جایی این خط‌ها هم می‌گوید جسمی از ما دور می‌شود یا نزدیک.

منحنی بخش اول از قانون پلانک برای جسم سیاه ساخته می‌شود و قلهٔ آن با قانون وین به دست می‌آید: طول موج قله بر حسب نانومتر حدود ۲٬۸۹۸٬۰۰۰ تقسیم بر دما بر حسب کلوین است. ستاره‌ها جسم سیاه کامل نیستند و خط‌های جذبی دارند، پس این تقریب است. در بخش دوم، خط‌های هیدروژن، هلیوم، سدیم، نئون و جیوه کنار طیف پیوسته می‌آیند. در همان نمای طیف، لغزندهٔ سرعت خط‌ها را به سمت سرخ یا آبی می‌برد و انتقال به سرخ، یعنی z، را نشان می‌دهد. رنگ‌های روی صفحه نمایش تقریبی‌اند و هر نمایشگر کمی متفاوت نشان می‌دهد. منحنی بر حسب طول موج و با ارتفاع نرمال‌شده رسم می‌شود؛ از بلندی آن نمی‌توان توان کل دو دمای مختلف را مقایسه کرد. دوپلر، حرکت نسبیتی در راستای دید است و مدل انتقال به سرخ کیهان‌شناختی نیست. شدت نسبی خط‌های عنصرها برای آموزش تقریبی است.

دما را از ۱۰۰۰ تا ۴۰ هزار کلوین ببرید و ببینید قله از فروسرخ نامرئی به سمت فرابنفش می‌رود و رنگ ستاره از سرخ به آبی تغییر می‌کند. روی ۵۸۰۰ کلوین بگذارید و ببینید قلهٔ خورشید نزدیک ۵۰۰ نانومتر است. طیف سدیم را با هیدروژن مقایسه کنید: سدیم دو خط زرد بسیار نزدیک به هم دارد که رنگ لامپ‌های بخار سدیم را می‌سازد. در همان نمای طیف، سرعت را زیاد کنید تا خط‌ها به سرخ یا آبی بروند و z را ببینید.