天文學(xué)家是如何給宇宙上色的

每年，美國(guó)航空航天局（NASA）都會(huì)公布許多由哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝到的絢麗多彩的宇宙星云圖片，一張張色彩瑰麗的星云圖激起了人們對(duì)神秘宇宙的無(wú)盡遐想。

然而，天文愛(ài)好者都知道，即使利用超大口徑的望遠(yuǎn)鏡，我們也無(wú)法觀測(cè)到像NASA的照片那樣五彩繽紛的星云，最多只能捕捉到黑暗天空中的一小團(tuán)發(fā)光體。那么，到底哪一種才是宇宙中星云的真實(shí)面目呢？神秘天體真的有它本身的顏色嗎？那些多姿多彩的星云圖又是如何產(chǎn)生的呢？

深空中的天體

太空中的天體距離地球非常遙遠(yuǎn)。距離越遠(yuǎn)，我們能看到的光就越黯淡。比如獵戶座大星云，它與地球相距1500多光年，如此遙遠(yuǎn)的距離使得從星云到達(dá)地球的光十分微弱，因此，在地球上的我們只能窺得獵戶座大星云的點(diǎn)點(diǎn)星光。

宇宙中的天體主要包括恒星、行星、星云等。恒星是通過(guò)內(nèi)部核聚變反應(yīng)，不斷地向外輻射電磁波，是能夠?qū)崿F(xiàn)自身發(fā)光發(fā)熱的天體。行星是圍繞恒星公轉(zhuǎn)的天體，我們的地球就是圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的行星。星云則是由氣體和塵埃組成的云霧狀天體。大部分的行星和星云自身都不能發(fā)光，但它們可以通過(guò)散射周?chē)阈堑墓獬尸F(xiàn)出一定的顏色。

有一類(lèi)星云自身呈現(xiàn)出紅色，這是因?yàn)槠渲饕煞譃闅洌卩徑阈堑妮椛渥饔孟拢瑲湓颖患ぐl(fā)，發(fā)生電子躍遷，再回到原來(lái)的能級(jí)后，就會(huì)產(chǎn)生特定頻率的光子。很多發(fā)射星云（即星際氣體組成的發(fā)光的云）之所以呈現(xiàn)出紅色，是因?yàn)樗鼈兊妮椛渲杏邢喈?dāng)大比例的氫阿爾法譜線，該譜線就落在可見(jiàn)光的紅端。這類(lèi)由于輻射作用發(fā)光的星云又被稱為發(fā)光星云。比如NASA拍攝的貓眼星云，因其形似貓眼而得名，它就是一個(gè)飄浮在宇宙中的發(fā)光星云。

天文學(xué)家是如何給宇宙“上色”的？

天文學(xué)家利用光線探索宇宙，拍攝照片或繪制圖像就是其中的重要方式。然而，天文學(xué)家在拍攝時(shí)，使用的專(zhuān)業(yè)相機(jī)都是黑白單色相機(jī)，甚至哈勃太空望遠(yuǎn)鏡上根本沒(méi)有搭載彩色傳感器，那我們看到的這些彩色的照片是如何生成的呢？

我們知道，各種顏色的光都可以通過(guò)紅、綠、藍(lán)三原色按照不同的比例調(diào)和而成。科學(xué)家在相機(jī)的黑白傳感器上分別加上紅、綠、藍(lán)3種濾鏡，每次曝光都只讓特定波長(zhǎng)的光線通過(guò)，從而得到天體紅光、綠光、藍(lán)光3種通道的照片，再將這3張照片進(jìn)行疊加處理，就能得到該天體的彩色照片。這種通過(guò)單色光照片合成的彩色照片，仍然反映的是天體的真實(shí)顏色，而科學(xué)家為了突出天體物質(zhì)組成的細(xì)節(jié)，往往會(huì)采用“偽色”。

比如，由哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的著名的“創(chuàng)生之柱”，就是采用偽色的方法處理得到的——將硫原子發(fā)出的發(fā)射線（波長(zhǎng)671納米）當(dāng)作紅色，氫原子發(fā)出的發(fā)射線（波長(zhǎng)656納米）當(dāng)作綠色，氧原子發(fā)出的發(fā)射線（波長(zhǎng)500納米）當(dāng)作藍(lán)色，雖然它們真實(shí)的顏色分別是紅色、紅色和綠色。這種偽色照片雖然不能反映天體真實(shí)的顏色，卻能夠更加直觀地反映出天體上的物質(zhì)組成與分布，往往比真色照片更具研究?jī)r(jià)值。

除了上述的可見(jiàn)光波段，這種偽色的處理方法還被應(yīng)用于電磁波的其他波段，比如射電、紅外線、紫外線、X射線和伽馬射線等波段。

以射電為例，當(dāng)我們用不同顏色表示不同頻率范圍的射電電磁波時(shí)，就能把從天體接收到的射電信號(hào)轉(zhuǎn)換為一張照片，讓人能夠一目了然地了解這個(gè)天體發(fā)出的射電電磁波在頻譜和實(shí)際空間中的分布，讓數(shù)據(jù)變得更加直觀。哈勃望遠(yuǎn)鏡上搭載的光譜儀的頻譜范圍就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了肉眼能見(jiàn)到的色譜范圍，包括了從極紫外線到遠(yuǎn)紅外線波段的廣闊頻譜。結(jié)合這些廣譜色光的探測(cè)數(shù)據(jù)，我們可以將天體的細(xì)節(jié)更加精細(xì)地表達(dá)出來(lái)。

雖然，我們難以用肉眼觀測(cè)到宇宙的真實(shí)色彩，但通過(guò)一張張絢麗的照片，神秘宇宙的細(xì)節(jié)就這樣展現(xiàn)在你我的眼前，讓我們得以領(lǐng)略浩瀚宇宙的無(wú)窮變幻與巨大魅力。

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