用有色眼光看宇宙

色即是空，空即是色。在這看似空虛，卻又充滿了物質(zhì)的宇宙，天文學(xué)家若沒(méi)有點(diǎn)慧根，又怎么看透宇宙的“色”。

天文學(xué)是一門(mén)非常古老的學(xué)科。很早以前，航海的水手就利用天上的星座作為方向的定位，哲學(xué)家也對(duì)星座及恒星的運(yùn)行做了許多解釋。無(wú)論他們的解釋是否正確，至少天文學(xué)已經(jīng)不再只是一門(mén)實(shí)用的知識(shí)，人們已經(jīng)開(kāi)始對(duì)其本質(zhì)進(jìn)行探討，以滿足人類探索未知的欲望?，F(xiàn)今利用望遠(yuǎn)鏡對(duì)天空做更仔細(xì)的觀測(cè)，是研究天文學(xué)不可或缺的工作。光靠空想冥思，對(duì)天文學(xué)的發(fā)展及對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)并沒(méi)有太大的幫助；反過(guò)來(lái)說(shuō)，只有一堆觀測(cè)的數(shù)據(jù)，或者只是熟記天上星座的位置，也不能滿足人類求知的欲望。

多波段觀測(cè)

早期天文觀測(cè)的工具是光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，它能將夜空中微弱的星光放大、加強(qiáng)，然后用底片記錄星光的強(qiáng)度和位置，再經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)期觀測(cè)，研究它們的運(yùn)動(dòng)情形。但是天文學(xué)家還想知道這些星星到底是什么？它們?nèi)绾涡纬桑咳绾伟l(fā)光？成分有哪些？因此額外的觀測(cè)儀器是必需的。

光譜儀，是一種分析光線的儀器，可以知道光是由哪幾條單色光混合而成的。光譜就像人類的指紋，每個(gè)元素都有唯一的譜線，天文學(xué)家就是利用分析星光的譜線，來(lái)推斷該星球的物理特性。

到了現(xiàn)代，天文學(xué)家已經(jīng)利用許多工具來(lái)觀測(cè)夜空。例如電荷耦合元件(CCD)取代了傳統(tǒng)的照相技術(shù)。它是一種電子裝置，可以記錄微量的光子。另外，CCD可以數(shù)位化處理資料，這對(duì)現(xiàn)代天文學(xué)家是非常重要的。

星光大部分的能量落在可見(jiàn)光區(qū)域，但在宇宙的各個(gè)角落也會(huì)有各種物理現(xiàn)象，產(chǎn)生各種波長(zhǎng)的光子?，F(xiàn)在讓我們用一些有色的眼光來(lái)看看宇宙不為人知的一面。

無(wú)線電望遠(yuǎn)鏡

無(wú)線電望遠(yuǎn)鏡有很多形式，有固定式的，直徑最大可達(dá)300米，籠罩整個(gè)山谷；也可以是多面可移動(dòng)式的，如VLA，這種無(wú)線電望遠(yuǎn)鏡又稱干涉儀。當(dāng)相對(duì)論性電子(運(yùn)動(dòng)速度接近光速)遇到星際磁場(chǎng)時(shí)，它會(huì)繞著磁力線做螺旋狀運(yùn)動(dòng)，這種加速運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生同步輻射。在銀河盤(pán)面上天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了很強(qiáng)的同步輻射，這也許表示了有磁力線分布在銀河盤(pán)面上。我們還可以看到有些回圈和絲狀結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離盤(pán)面，另外在高緯度區(qū)域有一些單一的無(wú)線電源。假如將這些無(wú)線電源標(biāo)出來(lái)，可以發(fā)現(xiàn)它們是均勻地分布在宇宙中的，都是長(zhǎng)波的背景輻射。

此外，在無(wú)線電波段可以看到的特殊景象是宇宙噴射流，這也和同步輻射有關(guān)。

遠(yuǎn) 紅 外 線

星球的形成一直是天文學(xué)家想要解決的謎題之一。粗略地說(shuō)，星球是由一團(tuán)氣體經(jīng)過(guò)重力收縮形成，剛開(kāi)始會(huì)形成一個(gè)小核心，然后核心四周的氣體會(huì)不斷被吸進(jìn)去，增加核心的質(zhì)量，于是核心逐漸長(zhǎng)大；當(dāng)核心質(zhì)量大到核心溫度足以產(chǎn)生熱核反應(yīng)時(shí)，星球才算孕育成功，進(jìn)入成年階段——主序帶。在星球的孕育過(guò)程中，由于四周仍然布滿了氣體和塵埃，中心發(fā)出來(lái)的可見(jiàn)光無(wú)法穿透出來(lái)，只有遠(yuǎn)紅外線可以被我們觀測(cè)到。

美國(guó)NASA于1983年7月26日用Delta火箭在范登堡空軍基地發(fā)射了一枚人造衛(wèi)星（IRAS），它的可觀測(cè)波段從8微米～179微米。經(jīng)過(guò)一年的觀測(cè)，IRAS探測(cè)到25萬(wàn)個(gè)紅外線源和一些不知名的低溫星體，還發(fā)現(xiàn)一個(gè)分布在太陽(yáng)系外圍的星塵環(huán)和在織女座附近正在形成的恒星系統(tǒng)。

遠(yuǎn)紅外線的資料說(shuō)明了什么？天文學(xué)家認(rèn)為，當(dāng)星塵加熱后，釋放出來(lái)的黑體輻射就是一些紅外線。在初生星球四周有大量的塵埃，這些塵埃經(jīng)過(guò)星光的照射會(huì)放出紅外線，所以紅外線是研究初生星球的工具。

極 紫 外 線

美國(guó)加州伯克利分校的包爾和NASA合作，自行設(shè)計(jì)了極紫外線望遠(yuǎn)鏡和偵測(cè)器，稱作極紫外線探測(cè)船（EUVE）。

EUVE也是用Delta火箭于1992年6月7日從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角發(fā)射升空的，總共包含四個(gè)直徑40厘米的紫外線望遠(yuǎn)鏡。

我們知道，極紫外線的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光短，物體需要很高的溫度才能發(fā)出紫外線。但是19世紀(jì)六七十年代的天文學(xué)家相信，極紫外線會(huì)被星際物質(zhì)完全吸收，除了太陽(yáng)以外，所有星體釋放的極紫外線是無(wú)法到達(dá)地球的。根據(jù)包爾的初步研究，應(yīng)該有一些極紫外線可以到達(dá)地球。在EUVE升空之后，果然看到一些極紫外線源。這些極紫外線源來(lái)自星球的星冕和閃焰及一些年輕巨大的星球和白矮星。至于一些彌散的背景極紫外線，可能是來(lái)自高溫的星際物質(zhì)。

與太陽(yáng)類似，在星球的光球?qū)雍托敲嶂g溫度會(huì)突然上升。這個(gè)高溫的過(guò)渡層會(huì)放出極紫外線，另外星球表面突然噴發(fā)的高能閃焰也會(huì)伴隨著極紫外線，因此研究這些星球的極紫外線可以增進(jìn)我們對(duì)星球表面大氣特性的認(rèn)識(shí)。至于白矮星的極紫外線，則來(lái)自表面的氫或氦。不過(guò)，經(jīng)過(guò)EUVE的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)白矮星的極紫外線沒(méi)有預(yù)期的多，這對(duì)白矮星的模型是個(gè)重大的挑戰(zhàn)。另外，極紫外線對(duì)我們太陽(yáng)系內(nèi)行星的研究也有幫助。

X 射 線

接下來(lái)要介紹可以探測(cè)X射線的人造衛(wèi)星HEAO，這項(xiàng)計(jì)劃由馬修太空飛行中心推動(dòng)，一共發(fā)射了三枚：HEAO-1、HEAO-2和HEAO-3。HEAO-l是用“阿特拉斯人馬座”火箭于1977年8月12日從卡納維拉爾角發(fā)射升空，其他兩枚分別在1978年和1979年在同一地點(diǎn)發(fā)射成功。

X射線是高能的輻射線，所含的能量大約是可見(jiàn)光的數(shù)百倍到十萬(wàn)倍，必須用一些特殊的探測(cè)器來(lái)記錄。利用氣體的探測(cè)器將是理想的設(shè)計(jì)，當(dāng)高能的X射線通過(guò)裝滿氣體的放電管時(shí)，X射線會(huì)使氣體分解成電子和離子對(duì)，也就是光離作用，而帶電的電子或離子因?yàn)楦唠妷旱奈?，打到放電管的兩端，從而被記錄下?lái)。

同樣的問(wèn)題，X射線能讓我們知道些什么？根據(jù)HEAO得到的全天資料，我們可以看到一些單獨(dú)的X射線源，最強(qiáng)的大都分布在銀河盤(pán)面上和銀河中心。不過(guò)整體來(lái)看，還是有一些背景的X射線存在，這部分的來(lái)源尚不清楚。其他X射線源可能來(lái)自一些致密的星體，例如X射線雙星系統(tǒng)。一般我們看到的X射線雙星系統(tǒng)會(huì)不斷地放出X射線信號(hào)，一閃一閃的，就像波霎一樣。這些都是銀河盤(pán)面上所看到的X射線源。

在外銀河系部分，活躍的星系核也會(huì)放出X射線，也可能會(huì)產(chǎn)生X射線的背景輻射。另外在初生星球形成區(qū)和一些星系中也會(huì)有X射線產(chǎn)生。

伽 馬 射 線

伽馬射線是一些能量更高的光子，波長(zhǎng)小于10厘米，能量大于100kev。1991年4月5日，“亞特蘭蒂斯”號(hào)從佛羅里達(dá)州肯尼迪太空中心起飛，攜帶了一枚16噸重的康普頓伽馬射線觀測(cè)站(CGRO），準(zhǔn)備放在地球上空的軌道上。其中的一個(gè)儀器稱作“白鷺”(Egret），專門(mén)收集最高能的伽馬射線，能量可達(dá)107kev。CGRO的另外三個(gè)儀器分別是用來(lái)測(cè)量伽馬射線暴的BATSE、低能量伽馬射線的OSSE和中等能量的COMPTEL。

伽馬射線的來(lái)源有波霎、超新星爆炸和活躍星系核，另外當(dāng)電子和正電子碰在一起時(shí)也會(huì)放出511kev的低能伽馬射線，這些都是值得研究的課題。伽馬射線暴是無(wú)預(yù)警且散亂的伽馬射線突發(fā)事件，在伽馬射線暴之后，很難找到與之對(duì)應(yīng)的星體，這是研究中最困難的地方。有些人認(rèn)為伽馬射線暴是中子星地震產(chǎn)生的，也有人認(rèn)為是中子星對(duì)撞造成的，相信更多的觀測(cè)資料將有助于人類對(duì)伽馬射線暴的了解。

有色的宇宙

人類的認(rèn)識(shí)已經(jīng)從“地球?yàn)橛钪嬷行摹卑l(fā)展到“太陽(yáng)為宇宙中心”，一直進(jìn)步到承認(rèn)，人類不再是宇宙中唯一的文明。我們可以發(fā)現(xiàn)，天文學(xué)越進(jìn)步，對(duì)宇宙了解的越多，越覺(jué)得人類的渺小。以人類現(xiàn)有的科技無(wú)法直接飛到想要研究的星體做直接的測(cè)量，因此我們只好不斷地?cái)U(kuò)展眼界，張大我們的眼睛仔細(xì)尋找宇宙遺留的痕跡，努力將宇宙各個(gè)角落發(fā)生的事件，串連成合理的故事。

現(xiàn)代的天文學(xué)已發(fā)展成一門(mén)龐大的科學(xué)，它結(jié)合了物理、化學(xué)、航天、電機(jī)和電子，其范圍之廣不下于其他科學(xué)?，F(xiàn)代的天文學(xué)家也不能只將眼光放在傳統(tǒng)的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡上，對(duì)同一個(gè)星體，必須以各種波段去看它，才會(huì)有新的認(rèn)識(shí)。

“視”色性也！宇宙以各種顏色展現(xiàn)給我們，我們又如何能舍棄這一美意？