亲爱的读者们,不知道你们有没有发现,曾几何时,光成为了我们生活中不可或缺的东西。它可能是阳光,或是月光,亦或是灯光。无论它是何种的光,始终是无处不在,却又难以触摸。
当观星者在夜间外出观看天空时,他们会看到来自遥远的恒星、行星和其他星系的光。光,对于天文领域的研究是至关重要的。无论是星星还是其他明亮的物体,光都是天文学家一直在研究的东西。人眼“看”(技术上,他们“检测”)可见光是光谱更大的一部分,称为电磁波谱(或EMS),而扩展光谱是天文学家用来探索宇宙的。
电磁波谱
电磁波谱包括存在的全部波长和频率的光:无线电波、微波、红外、视觉(光学)、紫外线、X射线和伽马射线。人类看到的那部分是由太空中和我们星球上的物体发出(辐射和反射)的广谱光中的非常少的一部分。例如,月球的光亮,实际是太阳的光反射出来的。事实上,人体也会发射(辐射)红外线(有时称为热辐射)。如果人们能够看到红外线,那么事情会变得非常奇妙的。其他波长和频率,例如X射线,也会被发射和反射。X射线可以穿过物体照亮内部。紫外线对于人类来说也是看不见的,它非常有活力,因此它是晒伤皮肤的主要原因。
光的属性
天文学家会测量光的许多属性,例如光度(亮度)、强度、频率或波长以及偏振。光的每个波长和频率都能让天文学家用不同的方式研究宇宙中的物体,因此光速(每秒299,729,458米)也是确定距离的重要工具之一。与此同时,太阳和木星(以及宇宙中的许多其他物体)是射频的自然发射器。射电天文学家通过研究这些辐射从而了解物体的温度、速度、压力和磁场。射电天文学是一个通过寻找他们发送的任何信号,从而来搜索其他世界的生命的研究领域,这被称为寻找外星智能(SETI)。
什么光属性告诉天文学家
天文学研究人员通常会对物体的光度产生兴趣, 物体的光度是以电磁辐射的形式释放出能量。这能够告诉他们关于研究对象内部和周围的活动。
此外,光可以从物体表面“散射”。散射光可以告诉研究人员该表面的特性是由哪些材料构成的。例如,他们可能会看到火星的散射光,这些光就会散射出火星表面的岩石,小行星的地壳或者是地球上的矿物质。
红外线启示录
红外光由温暖的物体散发,原恒星(即将出生的星星)、行星、卫星和褐矮星物体都会散发红外光。例如,当天文学家将红外探测器瞄准气体和尘埃时,来自云内原恒星物体的红外光可以穿过气体和尘埃。如此,天文学家就可以看到所谓的恒星“托儿所”。红外天文学通过发现年轻的恒星,在光波长中寻找不可见的世界,包括我们太阳系中的小行星。它甚至可以让红外天文学家看到像银河系中心这样隐藏在厚厚的气体和尘埃之后的地方。
超越光学
(可见)光是人类看待宇宙的方式。我们看到恒星、行星、彗星、星云和星系,但是只能在我们的眼睛可以探测到的那个窄波长范围内,这是我们用眼睛“看到”的光。
有趣的是,地球上的一些生物也可以看到红外线和紫外线,而其他生物则可以感知(但看不到)我们人类无法直接感知的磁场和声音。例如,狗狗就可以感知到我们所不知道的磁场和声音。
宇宙中的能量过程和物体能够散发出紫外线,但物体必须达到某种温度才能发出这种形式的光。温度与高能事件有关,因此我们寻找来自这些物体的X射线发射和新形成的恒星。这些都是非常有活力的,它们的紫外线可以分解气体分子(在一个叫做光解离的过程中),这就是为什么我们会经常看到新生的星星在他们的出生的云中被“吃掉”。
X射线是由更加充满活力的能量过程和物体发出的。例如,过热材料的喷射流是从黑洞里流出的,超新星爆炸也会发出X射线。我们的太阳则是在发出太阳耀斑时会发出巨大的X射线流。
宇宙中最具能量的物体和事件会发出伽玛射线。伽马射线发射器的两个很好的例子是类星体和超新星爆炸,以及著名的“ 伽马射线爆发 ”。
检测各种形式的光
天文学家有不同类型的探测器来研究这些形式的光。最好的探测方式是在我们星球的轨道上,远离大气(当它通过时会影响光)。地球上有一些非常好的光学和红外天文台(称为地基天文台),它们位于非常高的高度,以此避免大部分大气的影响。探测器“看到”进入的光线时,光线可能会被发送到光谱仪。光谱仪是一种非常灵敏的仪器,它可以将入射光分解成其分量波长,然后产生“光谱”,天文学家用它来描述物体的化学性质。例如,太阳光谱在不同的地方显示出的黑线,而这些线则是表示太阳中存在的化学元素。
光不仅用于天文学,还用于广泛的科学。其中包括医学专业,发现和诊断;化学、地质学、物理学和工程学。它实际上是科学家们研究宇宙的最重要工具之一。
总而言之,虽然光是难以触摸又难以存在的物体,但是它对于我们人类来说是永远无法舍弃的存在。因此,对于光的研究是至关重要的。