明明黑乎乎一片,为啥“哈勃”能拍到色彩绚丽的天体?

发布网友发布时间：2023-09-21 23:46

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热心网友时间：2024-05-20 10:58

每年，美国航天局（NASA）都会公布许多由哈勃望远镜拍摄到的绚丽多彩的宇宙星云图片，一张张色彩瑰丽的星云图激起了人们对神秘宇宙的无尽遐想。

然而，天文爱好者都知道，即使利用超大口径的望远镜我们也无法观测到像NASA那样五彩缤纷的星云照片，最多只能捕捉到黑暗天空中的一小团发光体。

那么，到底哪一种才是猎户座星云的真实面目呢？神秘天体真的有它本身的颜色吗？那些多姿多彩的星云图又是如何产生的呢？跟我一起来了解下吧~

太空中的天体距离地球非常遥远，距离越远，我们能看到的光越黯淡，如上述的猎户座大星云，它与地球的距离为1500多光年（光在真空宇宙中运行一年的距离），如此遥远的距离使得从星云发出的能够到达地球的光是十分微弱的，因此在地球上的我们只得窥得猎户座大星云的点点星光。

宇宙中的天体主要包括恒星、行星、以及星云等。恒星是指通过内部核聚变反应，不断地向外辐射电磁波，能够实现自身发光发热的天体。

行星是指围绕恒星公转的天体，我们的地球就是围绕太阳公转的一颗行星。而星云则是由气体和尘埃组成的云雾状天体。

大部分的行星和星云自身都不能发光，但他们可以通过散射周围恒星的光呈现出一定的颜色。

有一类星云自身呈现出红色，其主要成分为氢，在邻近恒星的辐射作用下，氢原子被激发，发生电子跃迁，电子回到原来的能级后，产生特定频率的光子。

很多发射星云之所以呈现出红色，是因为在它们的辐射中占有相当大比例的氢α谱线，该谱线就落在可见光的红端。这类由于辐射作用发光的星云被称为“发光星云”。

上图就是由NASA拍摄的猫眼星云，因其形似猫眼而得名，它就是飘浮在宇宙中的一个“发光星云”。

拍摄照片或绘制图像是天文学家利用光线探索宇宙的重要方式，而天文学家们使用的专业相机却都是单色黑白相机，甚至是哈勃太空望远镜上也根本没有搭载彩色传感器，那这些彩色的照片是如何生成的呢？

我们知道，各种颜色的光都可以通过红、绿、蓝三原色按照不同的比例调和而成。

科学家们在相机的黑白传感器上分别加上红、绿、蓝三种滤镜，每次曝光都只让特定波长的光线通过，得到天体红光、绿光、蓝光三种通道的照片，再将这三张照片进行叠加、处理。就能得到该天体的彩色照片。

分别拍摄巨蟹座星云的蓝光、绿光、红光，得到蓝、绿、红三个通道的三张单色照片，再将得到的照片进行叠加，合成一张彩色照片，就能得到一张巨蟹座星云的彩色照片了。

这种通过单色光照片合成的彩色照片仍然反应的是天体的真实颜色，而科学家们为了突出天体物质组成的细节，往往会采用“伪色”。

比如由哈勃望远镜拍摄到的这张著名的“创生之柱”，就是采用“伪色”的方法处理得到的老鹰星云图：将硫原子发出的[SII]发射线（671纳米）当作红色，氢原子发出的Hα发射线（656纳米）当作绿色，氧原子发出的[OIII]发射线（500纳米）当作蓝色，虽然它们真实的颜色分别是红色、红色、绿色。

图片中闪烁着的点点星光是新孕育出的年轻恒星，而云雾状的区域则是星云中气体和尘埃的聚集区域。这种伪色虽然不是天体真实的颜色，却更加能够直观地反映出天体上的物质组成与分布，往往比真实的色彩更加具有研究价值。

除了上述的可见光波段，这种“伪色”的方法还被应用于电磁波的其他波段，比如射电、红外线、紫外线、x射线和γ射线等波段。

以射电为例，当我们用不同颜色表示不同频率范围的射电电磁波时，就能把从天体接收到的射电信号转变为一张照片，能够让人一目了然地了解这个天体发出的射电电磁波在频谱和实际空间分布，让数据变得更加直观。

哈勃望远镜上搭载的光谱仪的频谱范围就远远超过了肉眼所能见到的色谱范围，包括了从极紫外线到远红外线波段的广阔频谱。结合这些广谱色光的探测数据，我们可以将天体的细节更加精细地表达出来。

虽然我们难以用肉眼观测到宇宙的真实色彩，但通过这一张张绚丽的照片，神秘宇宙的细节就这样展现在你我的面前，让我们领略到了浩瀚宇宙的无穷变幻与巨大魅力。