电磁波谱：它远不止我们能看到的可见光

我们能用眼睛看到的光属于电磁波谱中的一部分辐射。波长较短的光能量较高，波长较长的光能量较低。哈勃太空望远镜主要观测可见光（此处用彩虹表示），以及一些红外和紫外辐射。图片来源：NASA约翰霍普金斯大学应用物理实验室西南研究院。

电磁波谱包含了所有类型的光，而不仅仅是我们能看到的。这个范围——从无线电波到伽马射线——大部分是我们肉眼不可见的。 我们的眼睛只能看到可见光，其中包括从红色到紫色的各种颜色。不同的颜色代表不同的波长 天文学家利用来自恒星和其他天体的整个辐射光谱来研究外太空。例如，无线电波有助于绘制星系图，而红外线可以穿透尘埃云并识别温度较低的恒星。

电磁波谱

当你想到光时，你可能会想到眼睛能看到的东西。然而，人类眼睛能探测到的光只是存在的所有光中的一小部分。因此，电磁光谱是科学家用来描述所有存在的光的整个范围的术语。从无线电波到伽马射线，宇宙中的大部分光实际上对我们来说是不可见的。

光是以交变电场和磁场形式存在的波。光的传播与海浪在海洋中涌动的方式没有太大区别。和其他任何波一样，光也有一些描述它的基本特性。例如，其中一个特性是频率，以赫兹（Hz）为单位，用于计算每秒经过某点的波的数量。另一个密切相关的特性是波长：即一个波的波峰到下一个波的波峰之间的距离。事实上，这两个属性成反比关系——频率越大，波长越小，反之亦然。

我们的眼睛能看到可见光

你的眼睛能探测到的电磁波——可见光——的振荡频率在400到790太赫兹（THz）之间。换句话说，这相当于每秒几百万亿次。举个例子，其波长大约和一种大型病毒的大小相当：390到750纳米（1纳米等于十亿分之一米；1米约合39英寸）。我们的大脑将不同波长的光解读为不同的颜色。例如，红色的波长最长，紫色的波长最短。当我们让阳光穿过棱镜时，会发现它实际上是由多种波长的光组成的。因此，棱镜通过将每种波长的光以略微不同的角度折射出去，从而形成彩虹。

整个电磁波谱远不止可见光。它包含了人类眼睛无法看到的一系列能量波长。图片来自维基共享资源。

但光并不止步于红色或紫色。事实上，就像存在我们听不到的声音一样，也存在大量我们眼睛无法探测到的光。一般来说，波长较长的光来自宇宙中最寒冷、最黑暗的区域。与此同时，波长较短的光则对应着能量极高的现象。

电磁波谱最酷的部分

天文学家利用整个电磁波谱观测各种事物。无线电波和微波是波长最长、能量最低的光。基于这一点，它们被用来探测密集星际云的内部，追踪寒冷暗气体的运动。射电望远镜已被用于绘制我们星系的结构。此外，微波望远镜对大爆炸的残余辉光很敏感。

这幅来自甚长基线阵列（VLBA）的图像展示了如果能在射电波中观测星系M33会是什么样子。该图像绘制了星系中的原子氢气。不同颜色代表气体的速度：红色表示远离我们的气体，蓝色表示朝向我们的气体。图像由NRAOAUI提供。

红外望远镜擅长发现寒冷、暗淡的恒星，能穿透星际尘埃带。此外，它们甚至能测量其他太阳系中行星的温度。红外光的波长足够长，能够穿过那些原本会阻挡我们视线的云层。通过使用大型红外望远镜，天文学家可以透过银河系的尘埃带观测到银河系的核心。

这张来自哈勃和斯皮策太空望远镜的图像展示了银河系中心300光年的区域，就像我们的眼睛能看到红外能量时会看到的样子。图像显示了巨大的星团和旋转的气体云。图像来源：
NASAESAJPLQ.D.WangS.Stolovy。

大多数恒星会发出可见光

大多数恒星将其大部分电磁能量以可见光的形式发射出来，而可见光是我们眼睛所能感知的光谱中很小的一部分。而且，由于波长与能量相关，恒星的颜色能告诉我们它的温度：红色恒星最冷，蓝色恒星最热。另一方面，最冷的恒星几乎不发射任何可见光，只能用红外望远镜才能观测到它们。

能量更强的紫外线

然后在比紫光波长更短的地方，我们会发现紫外线（UV）。你可能因为紫外线会让你晒伤而熟悉它。天文学家利用它来寻找能量最强大的恒星，并识别恒星诞生的区域。当用紫外线望远镜观测遥远的星系时，大部分恒星和气体都会消失，所有的恒星孕育区都会清晰地显现出来。

由GALEX空间天文台拍摄的螺旋星系M81的紫外视图。明亮区域显示出旋臂中的恒星诞生区。图像由NASA提供。

能量最高的光：X射线和伽马射线

接下来，在紫外线之外是电磁波谱中能量最高的部分：X射线和伽马射线。我们的大气层会阻挡这种光线，因此天文学家必须依靠太空望远镜来观测X射线和伽马射线宇宙。X射线来自奇异的中子星，或者来自围绕黑洞旋转的超热物质漩涡。X射线也来自星系团中被加热到数百万度的弥漫气体云。

同时，伽马射线——波长最短的光，对人类有致命危害——揭示了各种剧烈事件。这些事件包括超新星爆炸、宇宙放射性衰变，甚至反物质的湮灭。伽马射线暴是宇宙中能量最强大的单一事件之一。或者，当遥远星系中的一颗恒星爆炸并形成黑洞时，可能会出现短暂的伽马射线闪烁。

如果你能在远距离用X射线观测，你会看到脉冲星PSRB150958周围星云的这幅景象。这张图片来自钱德拉X射线天文台。该脉冲星距离地球17000光年，是超新星爆发后留下的恒星核心快速旋转的残骸。图片由美国国家航空航天局（NASA）提供。

亲自看看差异

当可见光逐渐过渡到近红外光时，更多的恒星得以显现，此外还有从这片尘埃柱顶端的一颗年轻恒星喷射出的双喷流。不同波长的光能够展示太空中更多正在发生的事情。图片来源：NASA、ESA、STScI。pic.twitterROKk7hooOI ——哈勃太空望远镜

当可见光逐渐过渡到近红外光时，更多的恒星会显现出来，还有从这个尘埃柱顶端的一颗年轻恒星喷射出的双喷流。不同波长的光能展示更多太空中正在发生的事情。图片来源：NASA、ESA、STScI。pic.twitterROKk7hooOI

—哈勃太空望远镜(HubbleTelescope)近日

哈勃和NASA韦伯望远镜协同工作，呈现恒星形成区NGC346的互补视图。从可见光逐渐过渡到近红外和中红外，每张图像都突出了不同的特征：
t.coz1TIxa3Haopic.twitteroZIdafgbBX—空间望远镜科学研究所(SpaceTelescope)

哈勃与NASA韦伯望远镜协同工作，呈现恒星形成区NGC346的互补视图。从可见光过渡到近红外及中红外，每张图像都突出了不同的特征。

——空间望远镜科学研究所（SpaceTelescope）

这只企鹅与其蛋，哪个先出现？哈勃望远镜拍摄了左侧的可见光图像。右侧是韦伯望远镜的近红外图像。凭借其灵敏的观测能力，韦伯望远镜能穿透尘埃，增强明亮天体的亮度，并凸显出之前未被观测到的恒星和星系。

这只企鹅和它的蛋，哪个先出现？NASA哈勃望远镜此前拍摄了左侧的可见光视图。

右边是韦伯望远镜的近红外图像。凭借其灵敏的观测能力，韦伯望远镜能穿透尘埃，增强明亮天体的亮度，并凸显出此前未被观测到的恒星和星系。

——美国国家航空航天局韦伯望远镜（NASAWebb）

太阳并非表面看上去那么简单。在人眼可见的可见光下（左图），太阳表面有被称为黑子的暗色斑点。紫外线（右图）是人眼不可见的，但能显示出黑子周围被称为光斑的明亮区域。pic.twitterDbLMh0s13P—NASA太阳与太空(NASASun)

太阳远不止表面看上去那么简单

在人眼可见的可见光（左侧）中，太阳表面有被称为太阳黑子的深色斑点。

紫外线（右侧）对人眼不可见，但能显示出被名为光斑的明亮区域包围的太阳黑子。

—NASA太阳与空间（NASASun）近期

总而言之：电磁波谱描述了光的所有波长，包括可见的和不可见的。

相关知识

电磁波谱是将各种电磁波按波长（或频率）顺序排列而成的序列，涵盖无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线等。其波长从长到短，频率和能量递增。不同波段用途各异：无线电波用于通信，可见光助视觉感知，X射线可医疗成像，γ射线常用于工业探伤等。

BY: EarthSky Voices

FY: AI

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