为什么人眼看不见的红外辐射，可以观测到宇宙中的特殊物体？

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作者：石兰（抄袭必究）

宇宙中存在着不同的星体和物质类型，当科学家们探测不一样的目标对象时，所用到的探测方法往往也有所不同。比如，宇宙中的彗星和星状尘埃云，由于它们是不能发射可见光的物体，所以需要通过红外探测的方式来进行研究。而这种专门用于检测宇宙物体发射红外辐射的方式，则被科学家们称为红外天文学。那么，为什么红外线这种人眼看不见的辐射能，却可以在特殊宇宙物体的观察中起到重要作用？

红外波长的宇宙能看到什么

通常情况下，我们将宇宙事物主要划分为可见和不可见两个部分，而红外波长的宇宙和我们更为熟悉的可见宇宙，就像是只间隔了一步之遥。包括我们所在的银河系，该空间中也遍布着漫射的红外光，因为那些较冷的物体在红外光中的发射最强，尘埃颗粒在吸收星光之后，以红外波的形式辐射能量；即使是太阳系中由碰撞小行星和彗星蒸发所产生的尘埃粒子，它们共同辐射出的能量也会在红外波的长处显示出最大亮度。

而宇宙中那些凉爽的恒星和其他星体，则可以在相对较短的红外波长下观测到，当星体表面温度达到几千度，不管它是巨大的红色星球，还是更加微小的红色矮星，它们都会释放出大量的红外辐射。而新形成的恒星，哪怕其周围的环境中充满了大量灰尘，也能在红外波长下发出明亮的光芒。与此同时，由于气态分子中的大部分都含有碳原子，因而它们很容易在红外光中被观察到，即便是有机分子也是如此，只是迫于空间中的分子种类太多，由于它们具有不同的旋转方式，因而无法确定其在红外光中会呈现出怎样的特征。

虽然红外辐射无法轻易穿透地球的大气层，但却并不影响它成为研究遥远宇宙的重要波长范围。正是由于我们的宇宙一直处于膨胀的状态之中，所以才能将穿过它的所有波长的光进行拉伸，也就是所谓的红移现象。而宇宙早期所释放的许多紫外光和可见光，目前都已经延伸到了光谱的红外区域，所以，设计更多先进的红外望远镜，对于研究更加遥远的年轻宇宙而言，是特别重要的一件事。比如，具有三种红外仪器的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST），便可以帮助科学家们收集到恒星、行星和星系的形成，以及宇宙起源相关的更多重要信息。

红外探测到底具有怎样的原理

众所周知，可见光的波长范围在400纳米（蓝色）到700纳米（红色）左右。而早在1800年的时候，天文学家威廉·赫歇尔就在可见光谱的实验中意外发现了红外光，并将那些波长大于700纳米、且小于微波波长的电磁波称为红外线。作为电磁频谱的一部分，红外线的频率比红色可见光的频率低，但又比微波的频率高。事实上，我们每个人每天都会和红外线相遇，只是它们的存在无法通过肉眼确认，而只能通过热量的检测得以证实。

虽然，红外辐射的波长于可见光的波，但其波长范围中较短的“近红外”波与电磁频谱上的可见光非常接近，而较长的“远红外线”波又与电磁频谱上的微波更加接近。由于存在于宇宙中的很多物体本身较为微弱，导致它们无法在可见光下被检测到，所以，能够揭开凉爽恒星和星云等许多更冷物体之谜的红外波，被科学家们运用了起来。而被运用于宇宙天体探索的红外线波长，则一般处于0.7到1000微米之间。

具有更长波长的红外辐射，还具有不及可见光闪射程度的特性，比如：当可见光在宇宙空间中遇到灰尘和气体的时候，会面临吸收或反射的命运，而具有更长波长的红外波，则可以直接绕过那些较小的障碍物。因而，它不仅可以帮助确认星际介质中尘埃粒子和凉爽分子的化学组成部分，还能探测到那些被气体和灰尘遮挡的物体，包括星系中新形成的恒星和嵌入星云。或许很多人并不了解，由于透镜、反射镜等光学元件基本上也能应用于红外观测，因而，红外天文学有时候也被科学家们视为可见光天文学的一部分。

为何要在红外光下观察宇宙

宇宙中遍布着不同类型的辐射，虽然，地球的大气层让所有生命避免了高能辐射所带来的伤害，但大多数红外辐射也因为受到干扰而无法到达地球。并且，地球的大气层还会在红外线中发出强烈的辐射，甚至超过被观察物体所散发出的红外辐射量，这也是为什么科学家们会将陆基红外天文台放置于高山的山顶附近。而那些无法直达地面红外望远镜的红外辐射，则需要将观测地点进一步定位到太空之中，因为，只有超越了地球的大气层才能获取到更多有价值的信息。

或许你有所不知，由于科学家们的许多目标探测物体都太冷了，因而难以在光学、乃至更短的波长下辐射，比如那些在星际空间中漂浮不定的冷原子。而这些原材料又会在恒星的形成和演化过程中扮演重要的角色，但它们却只会在红外线中发出强烈辐射，所以，研究人员可以通过红外线了解到宇宙事物的形成过程。比如，位于我们太阳系中的小行星和彗星等凉爽物体，它们的大部分特征都被红外线所揭示。而那些隐藏在巨大尘埃云和气体内部的其他事物，不管是形成初期的星系、恒星，还是活跃星系的强大核心，都可以通过红外波长来进行探测。


原文地址：今日头条