天文学家是如何给宇宙上色的

每年，美国航空航天局（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的照片那样五彩缤纷的星云，最多只能捕捉到黑暗天空中的一小团发光体。那么，到底哪一种才是宇宙中星云的真实面目呢？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？

深空中的天体

太空中的天体距离地球非常遥远。距离越远，我们能看到的光就越黯淡。比如猎户座大星云，它与地球相距1500多光年，如此遥远的距离使得从星云到达地球的光十分微弱，因此，在地球上的我们只能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、星云等。恒星是通過内部核聚变反应，不断地向外辐射电磁波，是能够实现自身发光发热的天体。行星是围绕恒星公转的天体，我们的地球就是围绕太阳公转的行星。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，但它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，这是因为其主要成分为氢，在邻近恒星的辐射作用下，氢原子被激发，发生电子跃迁，再回到原来的能级后，就会产生特定频率的光子。很多发射星云（即星际气体组成的发光的云）之所以呈现出红色，是因为它们的辐射中有相当大比例的氢阿尔法谱线，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又被称为发光星云。比如NASA拍摄的猫眼星云，因其形似猫眼而得名，它就是一个飘浮在宇宙中的发光星云。

天文学家是如何给宇宙“上色”的？

天文学家利用光线探索宇宙，拍摄照片或绘制图像就是其中的重要方式。然而，天文学家在拍摄时，使用的专业相机都是黑白单色相机，甚至哈勃太空望远镜上根本没有搭载彩色传感器，那我们看到的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。科学家在相机的黑白传感器上分别加上红、绿、蓝3种滤镜，每次曝光都只让特定波长的光线通过，从而得到天体红光、绿光、蓝光3种通道的照片，再将这3张照片进行叠加处理，就能得到该天体的彩色照片。这种通过单色光照片合成的彩色照片，仍然反映的是天体的真实颜色，而科学家为了突出天体物质组成的细节，往往会采用“伪色”。

比如，由哈勃望远镜拍摄的著名的“创生之柱”，就是采用伪色的方法处理得到的——将硫原子发出的发射线（波长671纳米）当作红色，氢原子发出的发射线（波长656纳米）当作绿色，氧原子发出的发射线（波长500纳米）当作蓝色，虽然它们真实的颜色分别是红色、红色和绿色。这种伪色照片虽然不能反映天体真实的颜色，却能够更加直观地反映出天体上的物质组成与分布，往往比真色照片更具研究价值。

除了上述的可见光波段，这种伪色的处理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射线和伽马射线等波段。

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换为一张照片，让人能够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中的分布，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，但通过一张张绚丽的照片，神秘宇宙的细节就这样展现在你我的眼前，让我们得以领略浩瀚宇宙的无穷变幻与巨大魅力。

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