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用有色眼光看宇宙
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■ 曾耀寰
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《飞碟探索》2006年第02期 浏览 人次
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色即是空，空即是色。在这看似空虚，却又充满了物质的宇宙，天文学家若没有点慧根，又怎么看透宇宙的“色”。
天文学是一门非常古老的学科。很早以前，航海的水手就利用天上的星座作为方向的定位，哲学家也对星座及恒星的运行做了许多解释。无论他们的解释是否正确，至少天文学已经不再只是一门实用的知识，人们已经开始对其本质进行探讨，以满足人类探索未知的欲望。现今利用望远镜对天空做更仔细的观测，是研究天文学不可或缺的工作。光靠空想冥思，对天文学的发展及对宇宙的认识并没有太大的帮助；反过来说，只有一堆观测的数据，或者只是熟记天上星座的位置，也不能满足人类求知的欲望。
多波段观测
早期天文观测的工具是光学望远镜，它能将夜空中微弱的星光放大、加强，然后用底片记录星光的强度和位置，再经过长时期观测，研究它们的运动情形。但是天文学家还想知道这些星星到底是什么？它们如何形成？如何发光？成分有哪些？因此额外的观测仪器是必需的。
光谱仪，是一种分析光线的仪器，可以知道光是由哪几条单色光混合而成的。光谱就像人类的指纹，每个元素都有唯一的谱线，天文学家就是利用分析星光的谱线，来推断该星球的物理特性。
到了现代，天文学家已经利用许多工具来观测夜空。例如电荷耦合元件(CCD)取代了传统的照相技术。它是一种电子装置，可以记录微量的光子。另外，CCD可以数位化处理资料，这对现代天文学家是非常重要的。
星光大部分的能量落在可见光区域，但在宇宙的各个角落也会有各种物理现象，产生各种波长的光子。现在让我们用一些有色的眼光来看看宇宙不为人知的一面。
无线电望远镜
无线电望远镜有很多形式，有固定式的，直径最大可达300米，笼罩整个山谷；也可以是多面可移动式的，如VLA，这种无线电望远镜又称干涉仪。当相对论性电子(运动速度接近光速)遇到星际磁场时，它会绕着磁力线做螺旋状运动，这种加速运动会产生同步辐射。在银河盘面上天文学家发现了很强的同步辐射，这也许表示了有磁力线分布在银河盘面上。我们还可以看到有些回圈和丝状结构远离盘面，另外在高纬度区域有一些单一的无线电源。假如将这些无线电源标出来，可以发现它们是均匀地分布在宇宙中的，都是长波的背景辐射。
此外，在无线电波段可以看到的特殊景象是宇宙喷射流，这也和同步辐射有关。
远 红 外 线
星球的形成一直是天文学家想要解决的谜题之一。粗略地说，星球是由一团气体经过重力收缩形成，刚开始会形成一个小核心，然后核心四周的气体会不断被吸进去，增加核心的质量，于是核心逐渐长大；当核心质量大到核心温度足以产生热核反应时，星球才算孕育成功，进入成年阶段——主序带。在星球的孕育过程中，由于四周仍然布满了气体和尘埃，中心发出来的可见光无法穿透出来，只有远红外线可以被我们观测到。
美国NASA于1983年7月26日用Delta火箭在范登堡空军基地发射了一枚人造卫星（IRAS），它的可观测波段从8微米～179微米。经过一年的观测，IRAS探测到25万个红外线源和一些不知名的低温星体，还发现一个分布在太阳系外围的星尘环和在织女座附近正在形成的恒星系统。
远红外线的资料说明了什么？天文学家认为，当星尘加热后，释放出来的黑体辐射就是一些红外线。在初生星球四周有大量的尘埃，这些尘埃经过星光的照射会放出红外线，所以红外线是研究初生星球的工具。
极 紫 外 线
美国加州伯克利分校的包尔和NASA合作，自行设计了极紫外线望远镜和侦测器，称作极紫外线探测船（EUVE）。
EUVE也是用Delta火箭于1992年6月7日从佛罗里达州卡纳维拉尔角发射升空的，总共包含四个直径40厘米的紫外线望远镜。
我们知道，极紫外线的波长比可见光短，物体需要很高的温度才能发出紫外线。但是19世纪六七十年代的天文学家相信，极紫外线会被星际物质完全吸收，除了太阳以外，所有星体释放的极紫外线是无法到达地球的。根据包尔的初步研究，应该有一些极紫外线可以到达地球。在EUVE升空之后，果然看到一些极紫外线源。这些极紫外线源来自星球的星冕和闪焰及一些年轻巨大的星球和白矮星。至于一些弥散的背景极紫外线，可能是来自高温的星际物质。
与太阳类似，在星球的光球层和星冕之间温度会突然上升。这个高温的过渡层会放出极紫外线，另外星球表面突然喷发的高能闪焰也会伴随着极紫外线，因此研究这些星球的极紫外线可以增进我们对星球表面大气特性的认识。至于白矮星的极紫外线，则来自表面的氢或氦。不过，经过EUVE的观测，发现白矮星的极紫外线没有预期的多，这对白矮星的模型是个重大的挑战。另外，极紫外线对我们太阳系内行星的研究也有帮助。
X 射 线
接下来要介绍可以探测X射线的人造卫星HEAO，这项计划由马修太空飞行中心推动，一共发射了三枚：HEAO-1、HEAO-2和HEAO-3。HEAO-l是用“阿特拉斯人马座”火箭于1977年8月12日从卡纳维拉尔角发射升空，其他两枚分别在1978年和1979年在同一地点发射成功。
X射线是高能的辐射线，所含的能量大约是可见光的数百倍到十万倍，必须用一些特殊的探测器来记录。利用气体的探测器将是理想的设计，当高能的X射线通过装满气体的放电管时，X射线会使气体分解成电子和离子对，也就是光离作用，而带电的电子或离子因为高电压的吸引，打到放电管的两端，从而被记录下来。
同样的问题，X射线能让我们知道些什么？根据HEAO得到的全天资料，我们可以看到一些单独的X射线源，最强的大都分布在银河盘面上和银河中心。不过整体来看，还是有一些背景的X射线存在，这部分的来源尚不清楚。其他X射线源可能来自一些致密的星体，例如X射线双星系统。一般我们看到的X射线双星系统会不断地放出X射线信号，一闪一闪的，就像波霎一样。这些都是银河盘面上所看到的X射线源。
在外银河系部分，活跃的星系核也会放出X射线，也可能会产生X射线的背景辐射。另外在初生星球形成区和一些星系中也会有X射线产生。
伽 马 射 线
伽马射线是一些能量更高的光子，波长小于10厘米，能量大于100kev。1991年4月5日，“亚特兰蒂斯”号从佛罗里达州肯尼迪太空中心起飞，携带了一枚16吨重的康普顿伽马射线观测站(CGRO），准备放在地球上空的轨道上。其中的一个仪器称作“白鹭”(Egret），专门收集最高能的伽马射线，能量可达107kev。CGRO的另外三个仪器分别是用来测量伽马射线暴的BATSE、低能量伽马射线的OSSE和中等能量的COMPTEL。
伽马射线的来源有波霎、超新星爆炸和活跃星系核，另外当电子和正电子碰在一起时也会放出511kev的低能伽马射线，这些都是值得研究的课题。伽马射线暴是无预警且散乱的伽马射线突发事件，在伽马射线暴之后，很难找到与之对应的星体，这是研究中最困难的地方。有些人认为伽马射线暴是中子星地震产生的，也有人认为是中子星对撞造成的，相信更多的观测资料将有助于人类对伽马射线暴的了解。
有色的宇宙
人类的认识已经从“地球为宇宙中心”发展到“太阳为宇宙中心”，一直进步到承认，人类不再是宇宙中唯一的文明。我们可以发现，天文学越进步，对宇宙了解的越多，越觉得人类的渺小。以人类现有的科技无法直接飞到想要研究的星体做直接的测量，因此我们只好不断地扩展眼界，张大我们的眼睛仔细寻找宇宙遗留的痕迹，努力将宇宙各个角落发生的事件，串连成合理的故事。
现代的天文学已发展成一门庞大的科学，它结合了物理、化学、航天、电机和电子，其范围之广不下于其他科学。现代的天文学家也不能只将眼光放在传统的光学望远镜上，对同一个星体，必须以各种波段去看它，才会有新的认识。
“视”色性也！宇宙以各种颜色展现给我们，我们又如何能舍弃这一美意？
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