為什麼天文學家對光譜感興趣

關鍵詞1：光譜

關鍵詞2：伽馬射線

微小博：望遠鏡究竟能看多遠？

一束光，通過特殊的光學器件，例如三稜鏡，光棚等，可以分解成一列不同波長的光，它們所形成的圖案，就叫光譜。自然界中最常見的光譜就是雨後的彩虹。第一個對光譜進行認真觀察和分析的是牛頓。他用三稜鏡獲得了太陽光譜。後來，物理學家、天文學家開始對太陽光譜與恆星光譜進行大量的分類、研究，取得了一些基本的光譜知識。它們光譜中的某一具體位置會產生特定的線，稱為譜線。譜線的性質與天體中含有的元素以及它們的丰度、電離狀態相關。按照這個線索，天文學家通過研究恆星光譜，逐漸瞭解了組成這些恆星的元素，並確定了它們的組成比例。

隨著人類對光譜分類以及恆星大氣模型的瞭解更加深入，光譜的作用就不僅僅是用來辨認恆星大氣的元素組成，還用於研究恆星結構、演化。到了20世紀60年代，隨著計算機的廣泛應用，科學家對天體物理的輻射機制有了更細緻的瞭解。天文學家把實際觀測得到的光譜同用各種不同的輻射模型計算得到的光譜相對照，來推斷光譜背後蘊藏的信息。例如通過超新星遺蹟的光譜，可以判斷這個超新星遺蹟處於演化的哪個階段；通過原恆星系統的紅外光譜，來推測原恆星的成長階段，研究恆星是怎樣誕生的。

獲得天體的光譜，天文學上稱為分光。隨著望遠鏡口徑越來越大，分光設備越來越先進，現在從射電、紅外、可見光直至高能伽馬射線，天文學家可以在所有波段進行分光觀測。所得的光譜將給我們揭示更多的宇宙奧秘。

在無月的夏夜，銀河異常燦爛，我們可以清晰地看到銀河中有一片片黑色的區域，這是些厚厚的塵埃雲，把後面的星光遮住了。雖然它們在可見光波段是黑色的，但如果用一臺紅外望遠鏡或射電望遠鏡，我們會發現這些塵埃變得非常明亮。塵埃也在發光嗎?確實，大部分天體都在發“光”,只是波段不同。冷冷的星際塵埃雲主要由分子和塵埃顆粒構成，它們發射的主要是波長較長的射電波和紅外線，因此用其他波段的望遠鏡，就看不見它們了。

宇宙中還有些現象難以用可見光望遠鏡看到，比如有一種特別明亮的天體叫“類星體”，人們猜測它的中心有一個超大質量黑洞。在光學波段， ACS類星體往往只是一個無法分辨的點，但天文學家用X射線和伽馬射線望遠鏡看到了從類星體中心噴出的“噴流"，而使用射電望遠鏡還能看到延展得更遠的巨大射電“瓣”。

伽馬射線是波長短於0.001納米的電磁波，日常生活中不常見，需要通過伽馬核輻射源或核反應(如原子彈爆炸)才產生。伽馬射線是可穿透整個宇宙的電磁波中能量最高的波段，也是電磁波譜中波長最短的部分。宇宙中，伽馬射線可由超新星爆炸、黑洞、正電子湮滅等形成，甚至可由放射衰變產生，所以伽馬射線天文學主要的研究對象是超新星、黑洞等，此外還有太陽耀斑。

望遠鏡究竟能看到多遠？很多人看到望遠鏡都會問“它能看多遠”。其實望遠鏡看多遠與目標源的亮度有關。即便距離非常遠，只要目標足夠明亮，望遠鏡依然可以觀察到；反之即便距離足夠近，如果目標很暗，望遠鏡也很難發覺。因此，對於望遠鏡，真正有意義的性質在於“望遠鏡能看多暗”。業餘天文望遠鏡已經能看到數千萬光年之外的星系，但難以看到太陽系之內的小行星。目前，專業的天文望遠鏡能觀測到的最遠星系遠在130億光年以外，此時的宇宙才剛剛誕生不久。

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