NASA科學家告訴你:可見光和紅外線看到的宇宙有什麼不同

地球上的生物經過長時間的演化,已經擁有了各種各樣不同的器官,這些器官幫助生物個體更好地生存在地球上,非常重要。其中,眼睛的出現,可以說是生命的奇跡。通過對光的攝入,在大腦中成像,讓我們對外界環境有了更好的把握。

我們知道,光是一種電磁波,有不同的波長。遺憾的是,人類的眼睛只能看到極少的一小段,這段電磁波于是被稱為可見光。在可見光之外,有紅外線、紫外線、X射線等很多波段,我們都看不到——那里恰恰有著壯美的景觀。畢竟,我們的祖先也沒想到,自己的后代能夠不僅僅看世界的一切,還要抬頭看宇宙,所以沒有演化出對其他波段識別的能力。

實際上,地球上很多其他的動物,都有著更強的視力,可以看到紅外線、紫外線。如果你問我如果能看到紅外線是什麼樣的感覺,其實和現在看到其他光也沒什麼區別,就像狗在想人類看到那麼多色彩是什麼感覺一樣——很普通。

當人類抬頭望向宇宙的時候,才發現自己的眼睛實在是「沒用」,看到的宇宙是那麼單調。隨著射電天文學的發展,我們終于有了相應的技術,真正感受到,宇宙是有多麼美麗!

整整30年前,哈勃太空望遠鏡帶著人類的使命發射升空。盡管主要在可見光波段進行太空觀測,但它也有一點對于紫外線和紅外線的觀測能力。接下來,其他空間望遠鏡也相繼升空,互相配合。在它們的通力合作之下,人類終于看到了其他波段下宇宙的模樣。

紅外線眼中的宇宙

NASA在官網上貼了一些圖片,非常有趣。他們分別在可見波段和紅外波段拍攝了同樣的一些宇宙場景,然后放在一起對比,讓我們清晰地看到二者的差別。

創生之柱

這是著名的創生之柱,左側是可見光波段拍攝的照片,右側是紅外波段拍攝的。很明顯,左側看起來霧蒙蒙的,右側看起來星光燦爛。

這是為什麼呢?

科學家解釋:和紅外線相比,可見光的波長比較短。如果你對波長的概念不太清晰的話,咱們打一個比方,假設有一條蛇在S形前進。在它前進的路上,有一些大石頭。如果它的S形比較短,也就是左右來回擺動的次數比較多,就很容易撞上大石頭,于是沒法前進了。如果它的S形比較長,那麼前進同樣的距離,可能少擺動好多次,撞上大石頭的機率也低,也就越容易前進。

大概就是這麼個原理吧,S的長短就代表了波的長短,蛇就相當于天體發出的電磁波。根據剛才的例子就很容易理解紅外線的優勢了,它的波長更長,就更容易穿透那些迷霧。于是,那些躲在迷霧后面的天體,就全都暴露在人類紅外線望遠鏡的眼前了。

另外,我們也知道,紅外線還可以用來在暗中觀測物體。因為,只要有溫度,物體就會發出紅外線。因此,通過紅外線,我們也可以看到肉眼看不見的、在可見光波段過于黑暗的天體。比如右側這張創生之柱的照片中,很多恒星都被濃霧所遮蔽。但是,它們的可見光無法穿透,紅外線卻可以暢通,最終被我們捕獲。即使是那些躲在5光年高的冰冷氫柱后面的恒星,也可以被我們看到。

礁湖星云

這是著名的礁湖星云的對比圖。礁湖星云是位于南天人馬座的發射星云,半徑約為123.4光年,是眾多天文攝影愛好者最喜愛的天體之一。在它的內部,有一顆怪獸一般、比太陽亮20萬倍的年輕恒星。如果只給你貼這張可見光范圍內的照片,恐怕你都未必能找到它,即使找到也會半信半疑。

那麼,不妨看看紅外波段下拍攝到的照片吧。

仿佛一顆恒星點亮了整個星云,十分壯觀。通過這樣的照片,我們才能看到它是怎樣通過一己之力,掌控著整個星云的形狀。同時,也能看到礁湖星云的背后,還有怎樣的世界。

船底座星云

這是著名的船底座星云,距離我們6500至10000光年,直徑達到了460光年。早在16世紀,它就被觀測到了,但是當時的科學家怎麼也想不到,這個巨大的星云還有右側這一張面孔。相信經過前面兩組對比,你已經可以清晰地分辨出來哪一張是紅外波段拍攝到的圖片了吧,我就不特意說明了。

從圖片中我們可以看到,星云中央有一顆年輕的恒星,噴射出一條長達10光年的噴流,以每小時85萬英里(136.8萬公里)左右的速度涌入太空。在它的另一側也有一條同樣的噴流,但是在可見光的那一半圖片中被迷霧所遮掩。

紫外線眼中的宇宙

地球的大氣層阻攔了大量的紫外線,這對于我們來說絕對是一件好事,因為它會對生物造成巨大的破壞。但是,從另一方面來講,它又是我們觀測宇宙,了解這片星空的有力武器。當科學家終于將它握在手中時,另一幅驚人、壯美的宇宙圖畫,就展現在我們的面前了。

土星

首先我們要說明的是,這兩張圖片都不是肉眼看到的實際效果。即使是可見光波段拍攝到的那張,也是有色彩渲染的,科學家利用假色使不同部位的差異更加突出,方便我們看。同樣的,包括前面的星云圖片,也都是經過渲染的。因為這些望遠鏡拍攝下來的直接成像,都是黑白的,所以要后期渲染上色彩才可以。

好了,說回到土星和紫外線。雖然紫外線的波長比可見光更短,不能穿透迷霧,但是寸有所長,它也有自己的優勢。有些粒子對紫外線的反射比可見光更強,導致土星的部分在紫外線下顯得比可見光更亮。

如圖,左側是可見光波段的照片,右側是紫外光波段的照片。看得出來,右側的色彩更鮮明,這就是粒子反射更強一點的體現。在紫外波段的照片中,大氣層下方的一些氣體比上方更突出,從而讓科學家能夠更好地觀測、分析土星低層大氣,更加了解這個天體。

木星

1994年,是人類天文學上不能忘記的一年。這一年,蘇梅克·列維9號彗星撞擊木星,給人類來了一次恐怖的宇宙大碰撞。在彗星撞上木星之后,天文學家利用哈勃太空望遠鏡進行了紫外波段拍攝,同樣是右側圖。從這里,我們可以更清楚地看到彗星殘渣和被撞擊后從木星下層大氣層拋入上層大氣層的物質。

PS:這是哈勃太空望遠鏡利用紫外波段,拍攝到的木星極光,非常壯觀。

X射線眼中的宇宙

除此之外,還有一種電磁波在天文學上非常重要,那就是X射線。X射線望遠鏡最著名的功能,就是觀測黑洞了。我們知道,黑洞可以吸收一切物質,包括光,所以別說可見光,就是紫外線也看不到。但是,物質在加速下落到黑洞過程中,會釋放出X射線,被X射線望遠鏡觀測到。

這里沒有對比圖——因為沒有X射線,黑洞就是漆黑一片,對比個什麼勁兒……

另外,宇宙中還有一些很強的X射線源,同樣可以利用X射線望遠鏡來拍攝。比如超新星SNR 0509-67.5,綽號圣誕大氣泡。大約400年前,這里發生了一次超新星爆發,這個巨大的氣泡就是它的遺骸。

從左側哈勃拍攝到的可見光波段來看,的確是一個紅彤彤、很喜慶的大氣泡。但是,當天文學家結合X射線進行拍攝時,氣泡中顯示了一些藍色和綠色的斑塊。這些都是被加溫到上百萬攝氏度的物質,在這種溫度下,它們就會釋放出X射線,最終在X射線望遠鏡的面前「一絲不掛」。

合體

所謂一個籬笆三個樁,一個好漢三個幫,即使一臺望遠鏡再強大,也不足以讓我們完全了解這個宇宙。有的時候,為了更好地了解宇宙,我們不得集百家之長,利用不同望遠鏡的不同功能,合成更精美的照片——當然了,精美只是對于咱們外行來說的,對于天文學家來說,上面滿滿的只有信息量。

比如蟹狀星云這張著名的圖片,看起來非常絢麗。我們都知道,蟹狀星云是一顆大質量恒星爆發后所形成的,核心是一顆中子星,這片星云是它爆炸的遺跡。

實際上,它是由五張照片合成的,分別是哈勃太空望遠鏡,斯皮策太空望遠鏡,XMM-牛頓X射線望遠鏡,錢德拉X射線太空望遠鏡和甚大射電望遠鏡陣列等五大天文望遠鏡合拍照片的效果。

這里的射電波所拍攝到的,是中子星的帶電粒子 「風」激發下,星云所發出的光。另外,紅外線拍攝到了塵埃粒子吸收紫外線和可見光后釋放的光芒;哈勃所拍攝的綠[色.圖]片是整片星云的高溫絲狀結構;紫外線圖像和X射線圖像則展示了被快速旋轉的中子星所驅動的高能電子云。

五張照片合在一起,Duang,就變成最開始那張照片了~

總結

總而言之,那些看起來絢爛的天文圖片,每一張都來之不易,是上百年以來、一代又一代的科學家努力后的成果。不論是被冠名的天文學家哈勃、還是對電磁波有重大貢獻的麥克斯韋等等人,他們也未必想得到自己的努力,能換來今天的成就。

當然了,如此琳瑯滿目的天文圖片里,不僅僅有這些望遠鏡拍攝再通過渲染調色后才制成的。畢竟,有些天體實在太遠、或者太過于難以拍攝了,人類目前的科技還達不到。因此,有的時候,科學家還會「憑空捏造」,畫出很多假想圖。

嗯,只有懂得了這些道理,你才會成長,才會明白,圖片里都是「騙人」的……

算了,無所謂了,畢竟還是挺好看的,管它真假呢……

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