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为什么天文学家对光谱感兴趣

关键词1：光谱

关键词2：伽马射线

微小博：望远镜究竟能看多远？

一束光， 通过特殊的光学器件，例如三棱镜，光棚等，可以分解成一列不同波长的光，它们所形成的图案，就叫光谱。自然界中最常见的光谱就是雨后的彩虹。第一个对光谱进行认真观察和分析的是牛顿。他用三棱镜获得了太阳光谱。后来，物理学家、天文学家开始对太阳光谱与恒星光谱进行大量的分类、研究，取得了一些基本的光谱知识。它们光谱中的某一具体位置会产生特定的线，称为谱线。谱线的性质与天体中含有的元素以及它们的丰度、电离状态相关。按照这个线索，天文学家通过研究恒星光谱，逐渐了解了组成这些恒星的元素，并确定了它们的组成比例。

随着人类对光谱分类以及恒星大气模型的了解更加深入，光谱的作用就不仅仅是用来辨认恒星大气的元素组成，还用于研究恒星结构、演化。到了20世纪60年代，随着计算机的广泛应用，科学家对天体物理的辐射机制有了更细致的了解。天文学家把实际观测得到的光谱同用各种不同的辐射模型计算得到的光谱相对照，来推断光谱背后蕴藏的信息。例如通过超新星遗迹的光谱，可以判断这个超新星遗迹处于演化的哪个阶段；通过原恒星系统的红外光谱，来推测原恒星的成长阶段，研究恒星是怎样诞生的。

获得天体的光谱，天文学上称为分光。随着望远镜口径越来越大，分光设备越来越先进，现在从射电、红外、可见光直至高能伽马射线，天文学家可以在所有波段进行分光观测。所得的光谱将给我们揭示更多的宇宙奥秘。

在无月的夏夜，银河异常灿烂，我们可以清晰地看到银河中有一片片黑色的区域，这是些厚厚的尘埃云，把后面的星光遮住了。虽然它们在可见光波段是黑色的，但如果用一台红外望远镜或射电望远镜，我们会发现这些尘埃变得非常明亮。尘埃也在发光吗?确实，大部分天体都在发“光”,只是波段不同。冷冷的星际尘埃云主要由分子和尘埃颗粒构成，它们发射的主要是波长较长的射电波和红外线，因此用其他波段的望远镜，就看不见它们了。

宇宙中还有些现象难以用可见光望远镜看到，比如有一种特别明亮的天体叫“类星体”，人们猜测它的中心有一个超大质量黑洞。在光学波段， ACS类星体往往只是一个无法分辨的点，但天文学家用X射线和伽马射线望远镜看到了从类星体中心喷出的“喷流"，而使用射电望远镜还能看到延展得更远的巨大射电“瓣”。

伽马射线是波长短于0.001纳米的电磁波，日常生活中不常见，需要通过伽马核辐射源或核反应(如原子弹爆炸)才产生。伽马射线是可穿透整个宇宙的电磁波中能量最高的波段，也是电磁波谱中波长最短的部分。宇宙中，伽马射线可由超新星爆炸、黑洞、正电子湮灭等形成，甚至可由放射衰变产生，所以伽马射线天文学主要的研究对象是超新星、黑洞等，此外还有太阳耀斑。

望远镜究竟能看到多远？很多人看到望远镜都会问“它能看多远”。其实望远镜看多远与目标源的亮度有关。即便距离非常远，只要目标足够明亮，望远镜依然可以观察到；反之即便距离足够近，如果目标很暗，望远镜也很难发觉。因此，对于望远镜，真正有意义的性质在于“望远镜能看多暗”。业余天文望远镜已经能看到数千万光年之外的星系，但难以看到太阳系之内的小行星。目前，专业的天文望远镜能观测到的最远星系远在130亿光年以外，此时的宇宙才刚刚诞生不久。

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