宇宙中的光
2021-02-18 21:00

宇宙中的光

本文来自微信公众号:原理(ID:principia1687),作者:不二北斗、岳岳子,题图来自:视觉中国


夜晚,我们所看到的满天星光,实际上只是宇宙的一副“面孔”而已。这是因为宇宙中不仅闪耀着人类肉眼可以看到的可见光,还释放着其他不同波长的光,比如X射线、红外线等。收集和分析这些不同的光,会带来截然不同的宇宙信息。所以,天文学家需要借助不同类型的望远镜,才能够描绘一副完整的图像。


地球的大气会阻隔一些类型的辐射(比如伽马射线),但允许一些辐射(可见光)穿过抵达地面。所以,科学家除了在地面上建造望远镜外,还会发射望远镜到太空去。


伽马射线 



伽马射线是由极高能的现象所产生的电磁波,我们可以在中子星、黑洞、超新星遗迹和活动星系核等天体现象中观测到。


目前,伽玛射线暴是这一波段的天文学所研究的重点现象,这是一类非常神秘的现象,它会在极短的时间内(从0.01秒到几分钟不等)释放出大量的伽马射线。现在我们已经对这类现象有了部分了解,但它们的整体性质仍是个谜。


X射线 



X射线是从几百万到几亿摄氏度的高温区域发射出来的电磁波。


例如,表面温度超过1亿℃的中子星会释放出明亮的X射线;在本身并不能发光的黑洞周围,聚集着非常炽热的气体也会发射强烈的X射线;星系中的超新星爆炸产生的冲击波,会将气体加热到几百万摄氏度,那些区域也是X射线的发射区域。由于X射线会被地球的大气层吸收,所以X射线的观测工作主要由太空卫星进行。


紫外线 



紫外线观测的主要对象是热星,或者说高温恒星。


观测温度达到几万到几百万摄氏度的日冕,就是在紫外线和X射线下完成的。紫外线观测有助于我们对太阳大气的理解,它能告诉我们与热的、年轻的恒星有关的构成和温度等信息。


研究这一波段的光需要借助高空气球或空间天文台,因为大部分到达地球的紫外线会被大气层阻挡,难以从地面观测。


可见光 



大多数恒星在可见光波段发出的光是最强的。


对于研究星系的结构以及星系在宇宙中的分布来说,可见光波段能提供非常好的观测结果。可见光观测不仅为我们提供了有关太阳系的最详细的图像,也给我们带来了许多关于星云和星系的美丽图像。


在晴朗的夜晚,地基天文台就能探测到来自太空的可见光。现代观测技术已经消除了大气对可见光造成的大部分影响,从而捕捉到高分辨率的图像。虽然可见光能够穿过大气层,但将光学望远镜送入太空也具有重大意义,太空中的光学望远镜能让我们更清楚地看到宇宙。


红外线 



红外线主要是热辐射,大多数红外线探测器需要被冷却到极低温度才行。


由于红外线可以穿透空间中厚厚的尘埃,所以透过红外线可以窥探恒星的形成区域和银河系的中心区域。红外光比可见光更适合观测低温天体,在近红外波段能观测到在可见光中不可见的冷星和冷星际云;在中红外波段可以很好地看到被恒星加热的尘埃。


如果地基望远镜位于高海拔、大气稀薄的位置,就可以观测到接近可见光的近红外;长波长红外线是由太空望远镜观测的。


微波 



地球的大气会阻挡大部分微波波段的光,所以天文学家会使用天基望远镜来观测微波宇宙。微波天文台的最主要研究对象是遍布天空的宇宙微波背景辐射——这是宇宙中可探测到的最古老的光,诞生于大爆炸后的约38万年。从宇宙背景探测器到普朗克卫星,天文学家绘制了越来越清晰的宇宙微波背景辐射,揭示了更多有关于宇宙的秘密,比如宇宙的年龄、形状和成分。


射电波 



射电波可被用来观测漂浮在太空中的冷气体,此外通过分析波长,可以确定气体的构成物质;射电波也可被用于直接观测冷尘埃,冷尘埃在射电波段发出的光芒就像恒星在可见光波段发出的光芒一样。


由于射电波的波长比其他波段的波要长,所以大多数射电辐射都能成功抵达地面,不会被地球的大气层所吸收。因此无论在白天还是夜晚,地基天文台都可以在这一波段进行观测。


参考来源:

https://www.nao.ac.jp/study/multiwave/en/ 

https://docsbay.net/the-multiwavelength-universe

http://solar-center.stanford.edu/about/uvlight.html


图片来源:

电磁光谱:NAOJ

地球:PIRO4D / Pixabay

星际云中的宇宙射线与氢核碰撞:Gemini Observatory / AURA / Lynette Cook

黑洞周围的圆盘物质:NASA / Goddard Space Flight Centre

脉冲星:NASA/Fermi/Cruz de Wilde

费米γ射线空间望远镜:NASA

星系团中的等离子体:NASA/CXC/Univ. of Chicago, I. Zhuravleva et al; SDSS

中子星:NASA/CXC/ASU/J. Hester et al.

超新星遗迹:NASA/CXC/SAO

黑洞:NASA/CXC/M.Weiss

钱德拉X射线天文台:NASA/CXC/NGST

日冕:NASA/SDO

行星:NASA

星系:SOHO, EIT Consortium, and the MDI Team.

恒星:ESA

星云:ESO/VISTA/J. Emerson.

哈勃空间望远镜:NASA

类星体:Gemini Observatory/AURA by Lynette Cook

GALEX星系演化探测器:NASA

凯克天文台:SiOwl / Wikipedia Commons

冷星:NASA/JPL-Caltech

土星:NASA/JPL/ASI/University of Arizona

超新星遗迹:Credit L. Rudnick, T. Delaney, J. Keohane, B. Koralesky and T. Rector; NRAO/AUI/NSF

银心:Natasha Hurley-Walker (ICRAR/Curtin) and the GLEAM Team

白矮星:B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

恒星之间的冷气体:ESO/M. Kornmesser.

化学成分:B. McGuire & B. Saxton / NRAO / AUI / NSF.

普朗克卫星:ESA - AOES Medialab

冷气体云:NASA,ESA, M. Robberto (Space Telescope Science Institute/ESA

微波背景辐射:ESA and the Planck Collaboration

活动星系:Aurore Simonnet, Sonoma State University

斯皮策空间望远镜:NASA

产星区域:NASA/JPL-Caltech/E. Churchwell

星际尘埃:D. J. Schlegel, et. Al., Maps of Dust Infrared Emission for Use in Estimation of Reddening and Cosmic Microwave Background Radiation Foregrounds

热星:NASA

行星状星云中的白矮星:NASA/JPL-Caltech/SSC

平方千米阵:SKA Collaboration


本文来自微信公众号:原理(ID:principia1687),作者:不二北斗、岳岳子

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