天文學家是如何給宇宙上色的

每年，美國航空航天局（NASA）都會公布許多由哈勃望遠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神秘宇宙的無盡遐想。

然而，天文愛好者都知道，即使利用超大口徑的望遠鏡，我們也無法觀測到像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發(fā)光體。那么，到底哪一種才是宇宙中星云的真實面目呢？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生的呢？

深空中的天體

太空中的天體距離地球非常遙遠。距離越遠，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，如此遙遠的距離使得從星云到達地球的光十分微弱，因此，在地球上的我們只能窺得獵戶座大星云的點點星光。

宇宙中的天體主要包括恒星、行星、星云等。恒星是通過內部核聚變反應，不斷地向外輻射電磁波，是能夠實現(xiàn)自身發(fā)光發(fā)熱的天體。行星是圍繞恒星公轉的天體，我們的地球就是圍繞太陽公轉的行星。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，但它們可以通過散射周圍恒星的光呈現(xiàn)出一定的顏色。

有一類星云自身呈現(xiàn)出紅色，這是因為其主要成分為氫，在鄰近恒星的輻射作用下，氫原子被激發(fā)，發(fā)生電子躍遷，再回到原來的能級后，就會產生特定頻率的光子。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，是因為它們的輻射中有相當大比例的氫阿爾法譜線，該譜線就落在可見光的紅端。這類由于輻射作用發(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，它就是一個飄浮在宇宙中的發(fā)光星云。

天文學家是如何給宇宙“上色”的？

天文學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，天文學家在拍攝時，使用的專業(yè)相機都是黑白單色相機，甚至哈勃太空望遠鏡上根本沒有搭載彩色傳感器，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紅、綠、藍三原色按照不同的比例調和而成。科學家在相機的黑白傳感器上分別加上紅、綠、藍3種濾鏡，每次曝光都只讓特定波長的光線通過，從而得到天體紅光、綠光、藍光3種通道的照片，再將這3張照片進行疊加處理，就能得到該天體的彩色照片。這種通過單色光照片合成的彩色照片，仍然反映的是天體的真實顏色，而科學家為了突出天體物質組成的細節(jié)，往往會采用“偽色”。

比如，由哈勃望遠鏡拍攝的著名的“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671納米）當作紅色，氫原子發(fā)出的發(fā)射線（波長656納米）當作綠色，氧原子發(fā)出的發(fā)射線（波長500納米）當作藍色，雖然它們真實的顏色分別是紅色、紅色和綠色。這種偽色照片雖然不能反映天體真實的顏色，卻能夠更加直觀地反映出天體上的物質組成與分布，往往比真色照片更具研究價值。

除了上述的可見光波段，這種偽色的處理方法還被應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，當我們用不同顏色表示不同頻率范圍的射電電磁波時，就能把從天體接收到的射電信號轉換為一張照片，讓人能夠一目了然地了解這個天體發(fā)出的射電電磁波在頻譜和實際空間中的分布，讓數(shù)據(jù)變得更加直觀。哈勃望遠鏡上搭載的光譜儀的頻譜范圍就遠遠超過了肉眼能見到的色譜范圍，包括了從極紫外線到遠紅外線波段的廣闊頻譜。結合這些廣譜色光的探測數(shù)據(jù)，我們可以將天體的細節(jié)更加精細地表達出來。

雖然，我們難以用肉眼觀測到宇宙的真實色彩，但通過一張張絢麗的照片，神秘宇宙的細節(jié)就這樣展現(xiàn)在你我的眼前，讓我們得以領略浩瀚宇宙的無窮變幻與巨大魅力。

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