从可见光到不可见光，人类是如何去探索宇宙的？带你走进光的世界

发布者：方天话戟 2023-11-6 02:00

理解光，是穿越宇宙的第一步，光就相当于穿行宇宙的交通工具，我们现在还不能飞到那些很遥远的地方，但可以通过他们发出的光，了解和探索那些陌生而迷人的过去和未来。

在1800年之前，“光”在英文中除了用作动词和形容词之外，指的只是“可见光”这个概念，但在1880年初，英国的天文学家威廉·赫歇尔发现了某种制暖效应。

他当时正在研究阳光、颜色和热之间的关系，一开始，他只是在阳光的路径上放置了一个棱镜，而这个实验早在17世纪就有人做过了，艾萨克·牛顿通过这个实验发现并命名了广为人知的其中可见光谱颜色：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。

但赫歇尔没有止步于此，他想知道每种颜色的温度是什么，所以他把温度计放在棱镜彩虹的不同区域，记录到了不同颜色的不同温度，放在紧挨红光的温度计对照组却出现了异常，赫歇尔原本以为这只温度计不会超过室温，但结果却是，这里的温度上升得比红色光还要高。

赫歇尔在无意中发现了红外线！这个发现带来的震动有多大？可以说，完全不亚于荷兰科学家列文虎克发现的一滴湖水里有“许多非常小的活物”列文虎克是发现了一个生物学的宇宙，赫歇尔是发现了一个新光带，两者都改变了世人的认知。

很快，其他研究人员接续了赫歇尔未涉足的范围，1801年，德国物理学家约翰·里特发现了紫外线。

按照从低能、低频到高能、高频的顺序，来填满整个电磁波谱，于是我们就有了：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。这些，都是光的不同种类，不同种类的光唯一真正的区别其实就是它们的频率，所以我们才有了电磁波谱这个东西。

而人类肉眼可见的只有可见光，它的能量强度是无线电波平均值的100万倍，X射线的能量强度又是可见光的数百倍到数千倍不等。

发现不可见光，到建造能接受不可见光的望远镜，人类花了130年的时间，技术尚未完备是一部分原因，更大的原因是人类的傲慢，因为那时没人会想到宇宙会向我们发出看不见的光。

但事实是，天上发生的事，并不局限在人类方便观测的可见光波段。

拿超新星爆发来说，超新星爆发是宇宙中常见的高能事件，会产生大量的X射线，在爆炸的同时还有伽马射线爆发和紫外线闪光，当然也少不了可见光。

等到可见光变暗很久以后，还有部分超新星的“残骸”在红外波段发光，同时发出射电脉冲。人类的历史上曾经记录过两次超新星爆发，一次在1572年，一次在1604年，但是我们却不知道它们还产生了X射线和伽马射线。

目前我们的天文观测设备，是根据它能观测的光波波段来设计的，但没有单一的望远镜和探测器能同时看到类似超新星爆发的所有光波光段。

这很好理解，我们可以将对这些望远镜的需求比作旅行途中对汽车、飞机、火车和轮船的需求。根据目的地，你可能需要某种或多种交通方式，但汽车不可能带你跨越海洋，轮船也没办法帮你翻越陆地。

对于不同种类的望远镜而言，道理是一样的，每一台望远镜都有各自的功能，不能相互取代。解决这个问题不难：收集多个光波段中得到的所有观测结果，然后给不可见光指定某种可见光的颜色，就能制作出一幅多波段图像了。

射电望远镜，是最早的不可见光望远镜，他的存在，能把微弱的宇宙无线电信号收集起来，天文学家们就通过这些信号，研究来自宇宙的信息，射电望远镜就促进了宇宙微波背景的发现。

目前世界上最大的射电望远镜是我国的FAST，位于贵州，面积比30个足球场还要大，如果外星人要给地球打电话，中国人会是第一个知道的。

而大名鼎鼎的哈勃太空望远镜，是一种收集可见光的光学望远镜，它在地面之上约640公里的轨道上环绕地球，巡视宇宙。

截至到现在，已经在轨工作了31年。透过哈勃，我们看到了1500光年外的马头星云，2100光年外的蝴蝶星云，1万光年外的气泡星云，以及远在134亿光年外的原始星系，这些都收录在“哈勃”拍摄的宇宙图谱里。

今天，在光谱中的每一个不可见波段都有望远镜在运作，有一些位于地面，但大部分都位于太空，在那里，望远镜的视野不用受限于地球大气层的干扰，我们现在观测宇宙使用的波长，也成功跨越了从数十米的低频无线电波，到不超过千万亿分之一米的高频伽马射线的范围。

通过射电望远镜，我们可以发现恒星中潜藏的气体，通过微波望远镜，我们可以了解宇宙背景和理解宇宙大爆炸；通过红外线望远镜，我们可以看到银河系星云深处的恒星育婴房；通过伽马射线望远镜，我们可以看到庞大恒星的高能爆炸。

这些光波的发现和各种观测设备的发明，都能让我们进一步触摸到宇宙的更深处。