有的星星亮得扎眼,有的要眯着眼睛才找得到,恒星的亮度到底由什么说了算?为什么同样是挂在天上的星辰,有的能照亮夜空,有的却只能悄悄闪烁?宇宙的小规律暗含在恒星的亮度里,多种因素都在悄悄发挥作用,单一原因无法解释。
肉眼感受到的亮度,被天文学家称作视星等,距离、宇宙尘埃这些外界条件都会对它产生影响。将所有恒星都放在32.6光年的标准距离上测量,得到的就是另一种绝对星等,恒星真实的发光本事也正在于此。哪怕本身发光能力一般,近的恒星看起来也可能比远的亮恒星更显眼,这就是视星等和绝对星等的差别,也是肉眼观测时容易产生的认知偏差。

质量完全决定了恒星的发光底子。内部核聚变反应越剧烈,核心受到的引力挤压越厉害,质量越大的恒星,释放的能量自然源源不断。大质量恒星的能量输出模式很直接,质量支撑着反应强度,输出效率远超小质量恒星。R136a1作为目前已知最亮的恒星,亮度能顶870万个太阳,质量是太阳的215倍,这么惊人的亮度,完全依赖它超大的质量作为支撑。
表面温度和亮度之间,存在十分紧密的关联。温度稍微升高一点,亮度就能翻好几倍,恒星的亮度和温度的四次方成正比。红色的恒星温度在3000K左右,比如参宿四,典型的黄色恒星如太阳,温度在6000K上下,超过10000K的会变成蓝白色,像参宿七。蓝色恒星虽然温度高,却未必比红色恒星看起来亮,距离、体积这些因素都会带来不同影响。

对亮度产生的影响,恒星的个头不容忽视。表面积越大,能辐射出去的能量就越多,温度相同的情况下,亮度自然更高。超巨星就是靠着庞大的体积,哪怕温度不是顶尖,也能成为夜空中的亮星。距离地球863光年的参宿七,之所以能被清晰看到,除了温度高,体积足够大是重要原因,表面积带来的辐射能量足以穿透遥远的宇宙空间。
隐形变量中,距离会对亮度产生影响。距离翻倍,亮度就只剩原来的四分之一,恒星的光在传播过程中遵循着平方反比定律。自身绝对星等1.42等是基础,离地球仅8.6光年的距离同样关键,天狼星因此成为夜空中最亮的恒星。很多比天狼星本身更亮的恒星,因为在几百上千光年之外,看起来反而黯淡无光。

宇宙里也有类似雾霾的存在,也就是星际消光。星际尘埃和气体,会在恒星的光线奔向地球的路上对其进行吸收、散射,让星星看起来更暗、更红。不同波长的光受影响程度不一样,蓝光更容易被散射,所以经过星际消光的恒星,颜色会偏红,亮度也会打折扣。有时候我们看到的暗星,未必是本身发光弱,可能只是光线在传播途中遇到了太多宇宙尘埃的阻碍。
和恒星的演化阶段直接相关的,是它的亮度会随时间发生变化。亮度通常很高的是充满活力的年轻恒星,现在的太阳这样的中年恒星,亮度会保持稳定,步入晚年的恒星,可能会突然爆发成红巨星,亮度急剧升高,也可能收缩成白矮星,变得十分暗淡。参宿四作为一颗红超巨星,已经到了生命晚期,它的视星等会在0.0到1.3等之间波动,这种亮度变化,正是它内部结构和能量产生机制改变的直接信号。

很多人觉得星星越亮就离得越近,其实反过来的情况也很常见。有些远恒星本身亮到能穿透宇宙尘埃,反而比近的暗恒星更显眼。我们观测到的恒星亮度,其实是它过去的样子,距离越远,看到的时间越古老,这种时间差让每一次仰望都成了与过去的对话。863光年外的参宿七,我们看到的是它863年前发出的光,相当于见证了它近千年前的状态。
恒星亮度变化有明显的阶段特征,年轻炽热明亮,中年稳定温和,老了可能突然爆发成红巨星,或者悄悄收敛成白矮星。恒星的生命周期以亿年为单位,比人类的一辈子长得多。这些变化都有迹可循,天文学家能通过亮度变化,推断出恒星的年龄、质量和演化阶段,算出它离地球的距离。