动图演示普朗克热辐射定律：不同黑体温度下的颜色变化

摘要：本文用动图方式演示了普朗克热辐射定律，直观显示不同温度下黑体的颜色变化。

众所周知，普朗克辐射定律描述了任意温度下，从一个黑体中发射出的电磁辐射的辐射率与波长之间的关系。用图形表示，如图1所示。

按照维恩定律，随着黑体温度的升高，最大光谱强度会向更短的波长移动。在相对较低的温度下，最大值位于红外区间内，并且我们的眼睛看不到辐射。但随着黑体温度升高，辐射光谱转移到可见光范围内，此可见发射的辐射，表现为黑体开始发光。用一个立方体代表黑体，下面动图显示出黑体辐射随温度变化的整个过程。

不同温度下的黑体颜色变化https://www.zhihu.com/video/1469633208878395392

对上述动图进行细化，在大约1000K时立方体发出略带红色的辉光，如图2所示。

在2000K时，光谱中黄色波长范围的比例有所增加，此时黑体往往散发出淡黄色光。

在超过3000K的高温下，会发出更多的紫外线辐射（UV辐射），如图4所示。

在大约6000K的更高温度下，如图1所示，几乎所有具有相同强度的可见波长都存在于辐射光谱中，因此这时的辐射物体呈白色，如图5所示。这解释了白色太阳辐射，因为太阳作为一个几乎完美的黑体，其表面温度为5778K！同时太阳辐射的紫外线达到了不可忽视的程度，但幸运的是，这种紫外线辐射的很大一部分被地球大气层吸收，而高原地区气体变得稀薄，紫外线辐照就强。

比太阳温度还要高很多的物体是所谓的蓝巨星。其中一些天文物体的质量是太阳的50倍，表面温度可以达到几万度。在这些温度下，蓝色波长范围比红色部分更多地存在于辐射光谱中。因此，这种蓝巨星的光显得偏蓝，如图6所示，这就是这种恒星被称为蓝巨星的原因。

需要说明的是，上述黑体发光颜色与温度的关系，是真正的黑体发光颜色描述，与我们现实中眼睛看到的有一定差别，肉眼观察到的颜色往往会夸大实际颜色和温度。这是由于在整个可见光范围内物体发射的光谱强度都比较高，造成我们眼睛中负责感知颜色的视锥细胞被“过度曝光”。在这种情况下，所有视锥细胞几乎都被相同地激发，如物体在2000K时的实际黄色辐射在我们的眼睛中通常呈现为白色，实际温度如果高于2000K，肉眼基本已经开始无法直视。

本文编译自tec-science网站