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宇宙中的光

2021年2月28日 - 宇宙小編

中科院物理所

中國科學院物理研究所

夜晚，我們所看到的滿天星光，實際上只是宇宙的一副“面孔”而已。這是因為宇宙中不僅閃耀著人類肉眼可以看到的可見光
，還釋放著其他不同波長的光，比如X射線
、紅外線
等。收集和分析這些不同的光，會帶來截然不同的宇宙信息。所以，天文學家需要借助不同類型的望遠鏡，才能夠為了描繪一副完整的圖像。

地球的大氣會阻隔一些類型的輻射（比如伽馬射線），但允許一些輻射（可見光）穿過抵達地面。所以，科學家除了在地面上建造望遠鏡外，還會發射望遠鏡到太空去。

伽馬射線

伽馬射線是由極高能的現象所產生的電磁波，我們可以在中子星、黑洞、超新星遺跡和活動星系核等天體現象中觀測到。目前，伽瑪射線暴是這一波段的天文學所研究的重點現象，這是一類非常神秘的現象，它會在極短的時間內（從0.01秒到幾分鐘不等）釋放出大量的伽馬射線。現在我們已經對這類現象有了部分了解，但它們的整體性質仍是個謎。

X射線

X射線是從幾百萬到幾億攝氏度的高溫區域發射出來的電磁波。例如，表面溫度超過1億℃的中子星會釋放出明亮的X射線；在本身並不能發光的黑洞周圍，聚集著非常熾熱的氣體也會發射強烈的X射線；星系中的超新星爆炸產生的沖擊波，會將氣體加熱到幾百萬攝氏度，那些區域也是X射線的發射區域。由於X射線會被地球的大氣層吸收，所以X射線的觀測工作主要由太空衛星進行。

紫外線

紫外線觀測的主要對象是熱星，或者說高溫恒星。觀測溫度達到幾萬到幾百萬攝氏度的日冕，就是在紫外線和X射線下完成的。紫外線觀測有助於我們對太陽大氣的理解，它能告訴我們與熱的、年輕的恒星有關的構成和溫度等信息。研究這一波段的光需要借助高空氣球或空間天文台，因為大部分到達地球的紫外線會被大氣層阻擋，難以從地面觀測。

可見光

大多數恒星在可見光波段發出的光是最強的。對於研究星系的結構以及星系在宇宙中的分布來說，可見光波段能提供非常好的觀測結果。可見光觀測不僅為我們提供了有關太陽系的最詳細的圖像，也給我們帶來了許多關於星雲和星系的美麗圖像。在晴朗的夜晚，地基天文台就能探測到來自太空的可見光。現代觀測技術已經消除了大氣對可見光造成的大部分影響，從而捕捉到高分辨率的圖像。雖然可見光能夠穿過大氣層，但將光學望遠鏡送入太空也具有重大意義，太空中的光學望遠鏡能讓我們更清楚地看到宇宙。

紅外線

紅外線主要是熱輻射，大多數紅外線探測器需要被冷卻到極低溫度才行。由於紅外線可以穿透空間中厚厚的塵埃，所以透過紅外線可以窺探恒星的形成區域和銀河系的中心區域。紅外光比可見光更適合觀測低溫天體，在近紅外波段能觀測到在可見光中不可見的冷星和冷星際雲；在中紅外波段可以很好地看到被恒星加熱的塵埃。如果地基望遠鏡位於高海拔、大氣稀薄的位置，就可以觀測到接近可見光的近紅外；長波長紅外線是由太空望遠鏡觀測的。

微波

地球的大氣會阻擋大部分微波波段的光，所以天文學家會使用天基望遠鏡來觀測微波宇宙。微波天文台的最主要研究對象是遍布天空的宇宙微波背景輻射——這是宇宙中可探測到的最古老的光，誕生於大爆炸後的約38萬年。從宇宙背景探測器到普朗克衛星，天文學家繪制了越來越清晰的宇宙微波背景輻射，揭示了更多有關於宇宙的秘密，比如宇宙的年齡、形狀和成分。

射電波

射電波可被用來觀測漂浮在太空中的冷氣體，此外通過分析波長，可以確定氣體的構成物質；射電波也可被用於直接觀測冷塵埃，冷塵埃在射電波段發出的光芒就像恒星在可見光波段發出的光芒一樣。由於射電波的波長比其他波段的波要長，所以大多數射電輻射都能成功抵達地面，不會被地球的大氣層所吸收。因此無論在白天還是夜晚，地基天文台都可以在這一波段進行觀測。

#創作團隊：

文：不二北鬥

圖：嶽嶽子

#參考來源：

https://www.nao.ac.jp/study/multiwave/en/

https://docsbay.net/the-multiwavelength-universe

http://solar-center.stanford.edu/about/uvlight.html

#圖片來源：

封面圖：NASA

首圖：NASA

電磁光譜：NAOJ

地球：PIRO4D / Pixabay