美麗的太空?qǐng)D片怎么來(lái)的？

李芳年

這些居然是假的？

這是三根形狀類似于從洞穴底部伸出的石筍的“柱子”。它們高聳于廣袤的宇宙間，以至于你無(wú)法想象它們有多么巨大——即使是光線，也需要數(shù)年時(shí)間，才能從這些煙柱頂端傳到底部。它們的三個(gè)尖頂從綠色的霧靄中顯露出來(lái)，就像童話里的城堡中的塔樓一樣，頂部噴射出藍(lán)色的光帶。明亮的星星透過(guò)氣態(tài)的縫隙發(fā)光，這些星星的輪廓就像是一個(gè)個(gè)亮黃色的用來(lái)裝飾物體的邊框，格外耀眼。

這三根“柱子”其實(shí)是星際氫氣和塵埃的混合體，它們是新恒星的孵化器——在柱子內(nèi)部及其表面上，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了由較密的氣體結(jié)成的小球——蒸發(fā)氣態(tài)小球（簡(jiǎn)稱為EGG），其中一些EGG內(nèi)部正在形成恒星。所以，這三根柱子被科學(xué)家命名為“創(chuàng)生之柱”，它們就像是巨大的恒星托兒所，創(chuàng)造并培養(yǎng)出一顆顆的新恒星。

“創(chuàng)生之柱”位于鷹狀星云中（星云是稀薄的氣體或塵埃構(gòu)成的天體之一，包含了除行星和彗星外的幾乎所有延展型天體），鷹狀星云距離地球約7000光年。但距離人類如此遙遠(yuǎn)的星云，我們是如何如此清晰的了解到它的外表特征的呢？其實(shí)，以上有關(guān)“創(chuàng)生之柱”的所有描述，均來(lái)自一張由哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的照片。該照片拍攝于1995年4月1日，它被評(píng)定為哈勃太空望遠(yuǎn)鏡所拍攝照片的前十名的之一。目前，“創(chuàng)生之柱”照片是如此的受人追捧，它被廣泛的印在各種不同的生活用品上，不管是在體恤衫還是在咖啡杯中，你常常能看到它。

“創(chuàng)生之柱”是如此的美麗，令人向往。有人問(wèn)，如果我登上太空船，朝著它所在的方向航行足夠長(zhǎng)的時(shí)間，并到達(dá)適宜的觀測(cè)地點(diǎn)，我能親眼看到它的美麗嗎？非常遺憾，答案是否定的。人類肉眼的觀察下，“創(chuàng)生之柱”其實(shí)是一片紅色的模糊的畫面。這么說(shuō)，“創(chuàng)生之柱”圖片根本就不是“創(chuàng)生之柱”本來(lái)的樣子，哈勃望遠(yuǎn)鏡欺騙了我們？直觀上確實(shí)是這樣的，“創(chuàng)生之柱”照片是根據(jù)“創(chuàng)生之柱”中不同元素發(fā)出的光制成的，這些元素在合成圖像中顯示為不同的顏色：藍(lán)色表示氧氣，紅色表示硫，綠色表示氮和氫。這些顏色只是能讓我們更清晰的了解“創(chuàng)生之柱”的構(gòu)成成分和形狀，肉眼其實(shí)看不到真實(shí)的光，因?yàn)樗鼈兊牟ㄩL(zhǎng)已經(jīng)超出人類所能看到波長(zhǎng)范圍——人的眼睛只能看到380～740納米的波長(zhǎng)的光。

不僅如此，目前我們見(jiàn)過(guò)的許多極具代表性的太空?qǐng)D像都不是真實(shí)的，都是經(jīng)過(guò)處理過(guò)的。其實(shí)，對(duì)于大部分太空?qǐng)D片來(lái)說(shuō)，其主要價(jià)值不是為了觀賞，而是為了回答科學(xué)問(wèn)題和進(jìn)行宇宙研究。人類可以利用那些看不到的光，制作出一張十分形象的圖片，讓我們看到了我們本來(lái)看不到的東西。這其實(shí)是一個(gè)巨大的科技提升，說(shuō)起來(lái)還是一件十分不容易的事。

從肉眼到哈勃望遠(yuǎn)鏡

幾千年來(lái)，天文學(xué)一度只研究我們能看到的東西。天文學(xué)家首先用肉眼，然后借助原始望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)衛(wèi)星、行星和恒星，并將它們分類。我們之所以能看到這些離我們非常遙遠(yuǎn)的物體，是因?yàn)樗鼈冎鲃?dòng)或者被動(dòng)的，發(fā)出了我們能看到的光，使我們能夠在黑暗的夜空中辨認(rèn)出這些細(xì)小的亮點(diǎn)。1800年和1801年，紅外線和紫外線分別被發(fā)現(xiàn)。這兩種不可見(jiàn)光的發(fā)現(xiàn)，使得人們開始意識(shí)到太空中的黑暗其實(shí)不是真正意義上的黑暗。其實(shí)它充滿了光，只是以我們看不見(jiàn)的形式存在。

現(xiàn)在我們已經(jīng)知道了，宇宙中的天體發(fā)出的光的波長(zhǎng)范圍很廣，橫跨整個(gè)電磁光譜（人眼可接收到的電磁波，稱為可見(jiàn)光，可見(jiàn)光是電磁波的小部分）——黑洞燃燒發(fā)出伽馬射線，伽馬射線的波長(zhǎng)是十億分之一毫米長(zhǎng)，而恒星發(fā)出微波輻射，其波長(zhǎng)卻能達(dá)到一米。我們說(shuō)眼睛是世界的窗口，然而現(xiàn)在我們體會(huì)到，我們一直以來(lái)窺視世界的窗口是如此的狹小。各種各樣隱藏在我們面前的電磁波，能夠告訴我們遙遠(yuǎn)的太空發(fā)生過(guò)的各種事件，這些事件也許正在發(fā)生，也許早已經(jīng)結(jié)束。敘說(shuō)著這些事件的電磁波就像一筆埋在我們腳下的土地下面的一筆財(cái)富，一直以來(lái)，我們卻絲毫沒(méi)有察覺(jué)，更提不上去開發(fā)。

19世紀(jì)后，人類已經(jīng)能使看不見(jiàn)的電磁波變得可見(jiàn)，各個(gè)國(guó)家也陸續(xù)建設(shè)了許多能探測(cè)來(lái)自太空中的電磁波的十分巨大的望遠(yuǎn)鏡。但大氣中各種粒子會(huì)與天體發(fā)出的輻射產(chǎn)生相互作用（主要是吸收和反射），使得大部分波段范圍內(nèi)的天體輻射無(wú)法到達(dá)地面——大氣層成為了人類觀測(cè)太空的一大障礙。天文學(xué)中最具變革性的儀器、人類第一個(gè)投入地球軌道上的宇宙望遠(yuǎn)鏡——哈勃望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)，彌補(bǔ)了地面觀測(cè)的不足。哈勃望遠(yuǎn)鏡于1990年4月發(fā)射，其軌道距離地球540千米，由4個(gè)主要的照相機(jī)構(gòu)成，它們分別在紫外線、可見(jiàn)光和近紅外波段拍攝圖像，哈勃望遠(yuǎn)鏡的覆蓋率大得驚人——它賦予了人類能夠在以前無(wú)法想象的，在數(shù)十億光年的距離之外窺視天體的諸多細(xì)節(jié)的能力。

哈勃望遠(yuǎn)鏡如何處理圖片？

1666年，著名的英國(guó)物理學(xué)家、經(jīng)典物理學(xué)的奠基人牛頓將白色的日光透過(guò)三棱鏡，發(fā)現(xiàn)了紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫共七種單色光，說(shuō)明太陽(yáng)光其實(shí)是混合體。大自然中的物體，都是處于相同的日光照射下，為什么它們會(huì)呈現(xiàn)不一樣的顏色呢？這其實(shí)就與這七種單色光有著直接的關(guān)系——透明物體的顏色由它透過(guò)的單色光決定的，不透明物體的顏色是由它反射的單色光決定。意思就是，在日光照射下，物體未吸收哪一種光，它就呈現(xiàn)那個(gè)顏色。有些物體呈現(xiàn)黑色，是因?yàn)樗鼈兾樟怂械墓狻?/p>

人們還發(fā)明了濾光片，顧名思義，濾光片起到了過(guò)濾掉某些顏色的光的作用，目的是留下我們所想要的光。例如，當(dāng)我們要拍攝一片綠葉的時(shí)候，為了避免天空的藍(lán)光所干擾，就往我們的攝像頭前面加一個(gè)透綠光的濾光片，就是排出十分清晰的綠葉的圖片。

但是，以上的所有討論，都是在可見(jiàn)光的范圍內(nèi)定義的，如果是不可見(jiàn)光，我們?cè)趺粗浪鼈兪鞘裁础Q句話說(shuō)，不可見(jiàn)光是什么顏色的？

很顯然，不可見(jiàn)光是沒(méi)有顏色的。顏色是由我們的感官定義，我們都感覺(jué)不到的東西，我們?cè)趺茨軌蛑浪鼈兪鞘裁搭伾?？所以，你就能容易地理解一個(gè)事實(shí)：哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的宇宙的原始圖片，其實(shí)是黑白的！對(duì)于哈勃望遠(yuǎn)鏡所接受到的所有的光來(lái)說(shuō)，可見(jiàn)光只是占了一小部分的比例，而且其實(shí)哈勃望遠(yuǎn)鏡的相機(jī)是無(wú)法直接識(shí)別入射光的顏色的。所有的光，它都“一視同仁”，并將這些光的信息保存在黑白的原始圖片中。

不過(guò)，雖然哈勃望遠(yuǎn)鏡無(wú)法識(shí)別各種光，但是它配備了許多種不同的濾光片，這些濾光片能夠幫助科學(xué)家們挑選出它所需要的光。有時(shí)候，如果天文學(xué)家們有確定的研究對(duì)象，并且需要排除其他光的干擾，那么他們可以在拍攝圖像之前，選擇將一些特定濾光片放置在哈勃望遠(yuǎn)鏡的前面。例如，正值壯年的恒星會(huì)發(fā)出獨(dú)特的藍(lán)光，如果天文學(xué)家想尋找這類恒星，就得需要放置一個(gè)特殊的濾光片來(lái)捕捉它們獨(dú)特的藍(lán)光。而氫氣云則會(huì)發(fā)出的特定波長(zhǎng)的紅光，如果想觀測(cè)氫氣云，就需要放置另一種紅光濾光片。當(dāng)然了，即使沒(méi)有特殊的研究目的，科學(xué)家也可以使用濾光片來(lái)探究所拍攝的光的成色。

對(duì)于同一物體，科學(xué)家們可以在望遠(yuǎn)鏡前加各種濾鏡分別進(jìn)行拍攝，這樣可以獲得多種不同顏色、不同信息的圖像。最后將這些含有不同的顏色的圖像根據(jù)色光的合成原理，且經(jīng)過(guò)人性化處理，最終才得到為全彩色清晰的合成圖像。

為了讓圖片更具科學(xué)性和觀賞性，有些處理甚至是不符合事實(shí)的，例如當(dāng)有些可見(jiàn)光的波長(zhǎng)距離太近，我們的眼睛無(wú)法分辨他們的區(qū)別，則科學(xué)家們往往用其他的差別較大的可見(jiàn)光代替，這就意味著科學(xué)家們?yōu)榱孙@示差異，已經(jīng)改變了真實(shí)的顏色。

將科學(xué)和感覺(jué)結(jié)合起來(lái)

不過(guò)，以上仍然是對(duì)可見(jiàn)光進(jìn)行的處理。對(duì)于那些不可見(jiàn)光，怎么在彩色圖片上進(jìn)行標(biāo)注呢？事實(shí)上，你見(jiàn)到的漂亮的太空?qǐng)D片，其中的一些顏色代表的正是肉眼看不到的不可見(jiàn)光。那對(duì)這些不可見(jiàn)光進(jìn)行著色的依據(jù)是什么呢？

顏色，和我們的感覺(jué)息息相關(guān)。綠色，給人以生機(jī)勃勃的感覺(jué)，能舒緩我們的內(nèi)心，能使處于消極狀態(tài)的我們變得積極;黃色則容易讓我們想到干燥、荒涼;紅色卻能使我們感受到溫度和熱，其他的顏色也能給人不同的感覺(jué)。所以，科學(xué)家們處理圖片的時(shí)候，是十分講究顏色和感覺(jué)相對(duì)應(yīng)的。例如，當(dāng)需要繪制一張可以直觀感受到某一星球溫度的圖片時(shí)，即使那個(gè)星球本來(lái)不呈現(xiàn)紅色，但是科學(xué)家們還將溫度很高的地方，用紅色來(lái)進(jìn)行著色。

除了感覺(jué)標(biāo)準(zhǔn)，第二個(gè)便是從可見(jiàn)光總結(jié)出來(lái)的科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于可見(jiàn)光的七個(gè)單色光來(lái)說(shuō)，它們按照波長(zhǎng)大小的排序?yàn)榧t、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫，所以我們看到的光中，最長(zhǎng)波長(zhǎng)的為紅光，最短波長(zhǎng)的光為紫光。而由于波長(zhǎng)越長(zhǎng)，能量越小，意味著七個(gè)單色光的能量順序?yàn)樽稀⑺{(lán)、青、綠、黃、橙、紅，所以我們看到的光中，能量最大的為紫光，能量最小的為紅光。給不可見(jiàn)光的著色，我們往往也是參照以上標(biāo)準(zhǔn)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，所賦予的顏色越靠近紅色，能量越大，所賦予的顏色越靠近紫色。例如在一張含有恒星形成區(qū)域和塵埃區(qū)域的太空?qǐng)D片中，恒星形成的區(qū)域能量較高，往往顯示為藍(lán)色，而塵埃區(qū)域則往往被標(biāo)為紅色。

總之，我們看到的各種各樣的美麗的太空?qǐng)D片，是科技進(jìn)步的結(jié)果，更是結(jié)合了天文學(xué)家的聰明才智的結(jié)果。正是這些圖片，給了我們對(duì)宇宙的感性認(rèn)識(shí)。