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恒星的颜色
我们夜晚遥望天空，会看到许多许多闪亮的星星。除了在地球附近的几颗行星之外，这些能够被我们看到的星星都是遥远的恒星。恒星就是像太阳一样的天体，它可以发光发热。
恒星距离我们非常遥远。比如，距离我们最近的比邻星，距离我们有4.2光年。也就是说，它发出的光需要经过4.2年才能到达地球，我们此刻看到的比邻星，其实是它4.2年之前的样子。一些恒星距离地球有几十亿光年之远，我们看到的甚至可能是它们刚刚形成时的样子。
大家有没有发现，这漫天的星斗，基本都是黑白的，只有亮暗之分，却很难区分它们的颜色。恒星都是白色的吗？
实际上，恒星的颜色大概可以分为红色、橙色、黄色、白色和蓝色，这是由于恒星表面的温度不同造成的，温度很低的恒星呈红色，而温度很高的恒星呈现白色，不同颜色的恒星对应的颜色如下图所示。
温度不同时，恒星的颜色为什么不同呢？这就回到了我们之前讨论过的一个黑体辐射问题：黑体会各种波长的电磁波，如果温度越高，峰值（能量最高的电磁波）波长越短。
在可见光中，红光波长最长，紫光波长最短。当温度比较低时，恒星辐射的能量集中在长红光一侧，所以恒星表现为红色。当温度很高时，恒星辐射能量集中在紫光一侧，但是人的眼睛对紫光不敏感，而对临近的蓝色光敏感，所以就表现为蓝色恒星。
视锥细胞和视杆细胞
既然如此，那么我们为什么看到的星空是黑白的呢？这又是人的眼睛结构决定的。
人体的眼睛相当于一个高级的照相机。光线经过角膜和晶状体，就好像通过照相机的镜头一样，光线会会聚到后面的视网膜上。视网膜上有感光细胞，感光细胞感受到光照后，会把信息传给大脑。
感光细胞有两种：视锥细胞和视杆细胞。
每只眼睛大约有700万个视锥细胞，它们又可以分为三种，分别可以感受红色、绿色和蓝色。三种视锥细胞配合起来，就能感受到五颜六色的世界。不过，视锥细胞只能在强光下工作。
视杆状细胞的作用刚好与圆锥细胞互补。每只眼睛大约有1.2亿个视杆细胞，并且对光子的感受能力比比视锥细胞强一百多倍，一个光子就可以激发视杆细胞的活动，所以在强光和弱光下都可以工作。但是，视杆状细胞不能辨别颜色。
也就是说：只有在强光下，视锥细胞才能发挥作用，人们才能分辨颜色。在弱光下，只有视杆细胞才能发挥作用，因此人们是不能辨别颜色的。
许多动物的眼睛里都没有视锥细胞，因此都不能辩色，如猪、狗、牛等，其实都不能辩色，在它们的眼中，世界都是黑白的。西班牙斗牛士经常用一个红布斗牛，但实际上牛对红色并没有什么特殊感觉，它只是讨厌一个人用抖动的布挑逗它而已，而那块布之所以是红色的，主要是为了让观众看得更清楚。
这种现象也是进化的结果，因为许多动物为了保护自己，夜间也需要清晰的视觉，所以对视杆细胞的需求要大于对视锥细胞的需求。相反，许多鸟类都有比人类更强的辩色能力，这同样是进化的结果，因为鸟类需要通过颜色辨别地面上的昆虫，从而进行捕食。
现在，我们就能解释肉眼看星星为什么只有黑白的了。因为遥远的恒星发射的光到达地球时，光线已经很弱了。所以，只有视杆细胞才能感受到这些星光，视锥细胞是不能工作的。而视杆细胞又无法分辨颜色，所以看到的星星就只是黑白的了。
如果用望远镜将光线收集起来，让星光变强，我们就可以看到星星的颜色了。
盲点
还有一个很神奇的现象：如果我们盯着一个很暗的星星看，它就会消失不见。如果我们把目光移向别处，它却又冒出来了，这是为什么呢？
这是因为：视锥细胞和视杆细胞并不是均匀分布在视网膜上的。在中央凹附近，视锥细胞是最密集的，所以可以最清楚的分辨物体的颜色。当我们注视一个点，角膜和晶状体就会将这个物体的像呈在这个位置。 但是，这个位置是没有视杆细胞的。所以，如果一个物体发射的光太暗，只有视杆细胞能看到它，但是如果我们盯着它看，它成像在中央凹处是没有视杆细胞的，所以就消失不见了。
关于眼睛还有一个很神奇的现象：盲点。
由于感光细胞必须经过视神经连接到大脑之中，视神经在视网膜上有一个节点，成为视神经乳头，这个地方是没有感光细胞的。如果物体的像成在这个部位，就没有办法被大脑感知。
找盲点的方法也很简单：在一张纸上相距10厘米左右画两个小五角星A和B，闭上左眼，用右眼观察左边的五角星A，此时A会成像在中央凹处。前后移动头，在某个合适的位置，B会成像在神经节处，此时余光就无法看到B了。
眼睛是一个 非常神奇的器官，物体发射的光线进入了我们的眼睛，才让我们感受到这个丰富多彩的世界。
李永乐
李永乐老师：北京大学物理与经济双学士，清华大学电子工程硕士；北京市中学物理教师/物理竞赛教练。从教十年，培养清华北大学生200余人，国际奥赛、亚洲奥赛、国家奥赛金牌十余名。
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