光、輻射與電磁波譜

維恩位移定律

/ VEEN /

為什麼冷卻中的餘燼發紅光,而更熱的火焰卻燃成藍白色?維恩位移定律就是這一日常現象背後的簡單規則:物體越熱,它發光最強處的波長就越短(越藍)。隨著溫度升高,輝光的峰值會「位移」,即滑向光譜的藍端——這正是它名字的由來。

這條定律極其精確。峰值波長乘以溫度等於一個固定常數,所以峰值波長就是這個常數除以溫度。用實際數字說:一個約6000度的物體(如太陽表面)峰值落在約500奈米,正好在可見範圍;把溫度翻倍到12000度,峰值就減半到250奈米,落在紫外;把它冷卻到300度(室溫),峰值就滑到約10微米,深在紅外裡——這正是為什麼人在紅外裡發光、卻在可見光裡不發光。

維恩定律是天文學家最有力的捷徑之一。找出一個物體最亮處的波長,你就立刻知道它的溫度——無需親臨。我們正是這樣從顏色得知恆星的表面溫度,也由此明白為什麼熾熱的年輕恆星看起來發藍、低溫的年老恆星看起來發紅,以及為什麼峰值落在微波處的宇宙微波背景對應著冰冷的2.7度。它是把普朗克曲線轉化為測量結果的兩大支柱之一(另一根是斯特藩—玻爾茲曼定律)。

一顆表面接近3000度的紅巨星峰值落在約1微米(近紅外),所以它大部分的光其實我們根本看不見,儘管它看起來是明亮的橙紅色。維恩定律僅憑那個峰值就告訴我們它的表面有多熱。

峰值波長乘溫度是個常數——所以峰值的顏色就是一支直接的溫度計。

維恩定律給出的是亮度峰值的波長,並非唯一發出的波長。一顆6000度的恆星仍然輻射大量紅光和紫外光——只是峰值落在黃綠色罷了。

又稱
Wien's law维恩定律維恩定律