普通观测者也可以通过望远镜发现夜空中星星颜色的差异。最容易识别的是蓝色星星和红色星星之间的颜色差异。例如,猎户座中最亮的两颗星,参宿4和7。真淑是红色的星星,真淑七是蓝色和白色的星星。(阿尔伯特爱因斯坦)。

不同于这两种颜色的恒星,太阳是黄色的。

恒星的颜色由光球层的温度决定,红色恒星是可能仅有3000K的低温恒星,而蓝色恒星极热,具有2万K甚至更高的温度。白色恒星也是高温恒星,大约为1.3万K,而太阳等黄色恒星处于中间状态——只有大概5800K。这可能也是这些恒星所释放的大多数辐射波长不在可见光谱范围内的原因。3000K的恒星的峰值辐射位于光谱的红外波段;1万K的恒星的峰值辐射位于紫外波段。太阳辐射出位于中段的可见光谱,因此看起来是黄色的。

颜色不是由恒星温度决定的唯一特征,温度也决定了恒星大气层中发生的原子跃迁现象。跃迁发生在光球层发出的光子被光球层和色球层内部的原子核周围的电子吸收时,这一过程造成了吸收线在恒星光谱上的重叠。分光镜可以用于将光分解成组成它的波长,从而对吸收线的研究成为了可能。天文学家于是可以通过主要的吸收线来确定跃迁的偏向,并由此计算恒星的温度。

除了温度以外,例如化学组成、自转速率、密度和恒星磁环境都能被用以研究,恒星也可以按照这些特征分类。每个恒星都有一个字母用以区别它的光谱分类,其中每个分类都按照数字0到9进一步分为子类。天文学家用以给恒星分类的字母为O、B、A、F、G、K和M(依据19世纪晚期提出的最初的A到P的序列,之后被多次修正和简化)。O型恒星是最热也是质量最大的恒星,是超过3,5万K温度的蓝色恒星。

M型恒星温度很低,大约在3000K左右,它们是红色恒星。还有着用以标记更低温恒星的字母:R、N和S。此外,还有一个光谱分类用以归类从其外层周期性喷出气体壳的极高温恒星。这些恒星被称为沃尔夫-拉叶星,以字母W标记。在每个光谱分类中都有着不同大小的恒星。恒星的大小同样影响着它的亮度,如果不同大小的两颗恒星具有相同的温度,那么较大的恒星将会比较亮。

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