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宇宙的颜色是什么?王亚平:太空是深邃的黑色!被NASA骗了?

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你好科普菌

2022-01-16 00:37

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NASA(美国航空航天局)发布的太空照片是很多天文爱好者的最爱,给人以震撼的美丽。这里面有银河系,有星云,还有一些太空中的爆炸,让人感叹宇宙的神奇。这些照片是由哈勃太空望远镜拍摄的,距离地球上千光年。很多爱好者将这些照片视若珍宝,加以收藏。

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可是这些照片有很奇怪的地方,根据太空中宇航员传回来的直播资料、根据月球车拍到的太空,宇宙就是漆黑一片,连颗星星都找不到。再结合上个世纪的登月疑云,很多人觉得NASA是在欺骗大众。我们真的被NASA骗了吗?宇宙真正的颜色到底是怎样的?那些绚丽的图片又是怎样拍摄的?

太空课堂

神舟十三号在太空中开课,专门为地球上的朋友们解答太空疑问,进行太空实验。王亚平担任主讲老师,这是她在2013年太空授课后,再次作为太空上的老师。

授课过程中,大家问得最多的问题就是,太空是什么颜色?能看到星星吗?王亚平实事求是地回答,太空在宇航员的肉眼看来是深邃的黑色,可以看见星星,但星光很淡。

其实这个问题当年就有很多人问过,尤其是登月的宇航员,他们在月球上仰望星空,能看到星星,可是一旦拿设备拍摄,就是漆黑的一片。

王亚平形容太空是深邃的黑色,因为宇宙很浩瀚,人类的肉眼根本看不见边界,宇航员在太空中需要面对地球,这个时候地球看起来十分巨大,比我们在地球上看到的太阳还要大。人类心理上有一种现象叫巨物恐惧症,因此宇航员看地球,不是生命的摇篮,而是一种巨大的压迫。

宇宙中有上亿颗会发光的恒星,按理说它们发出的光可以填满宇宙,可是事实却是,它们的确朝宇宙的各个角度发射了光,可惜我们人类看不见。

光的秘密

牛顿利用三棱镜让人们第一次知道了光的颜色;爱因斯让人们知道了光的本质,它是一种波。综合来说,光是一定频率范围的电磁波,因为不同的颜色频率不一样,因此在通过三棱镜折射的时候,它们的折射角不一样,于是我们可以看见七种颜色的光。

宇宙中电磁波的频率可以从几乎趋近于零到最大的频率1.85×1043Hz,人类目前的技术只能监测到10-2~1035Hz的电磁波。电磁波的速度不会受到频率和波长的影响,在真空中永远是3x108m/s。而这些电磁波里,只有频率在380~750THz的波能够称为光,换算成波长是780~400nm,这也是人类眼睛能够感知到的光的范围,被称为可见光

可见光里红光频率最低,波长最长,比它频率低、波长长的光,人类的眼睛就看不见,称之为红外线。而紫光是可见光频率最高、波长最短的光,比它波长还要短,频率还要高的光称之为紫外线。不同的生物对于光的感知敏感度不一样,比如鸟类就可以看到紫外线。就算是同一物种也会出现感知差别,比如有些人可以看到340~790THz的光。

红移现象

除自然发生的电磁波有我们不可能看见的片段,一些电磁波还会因为某些原因,将我们可见的光缩小频率变为不可见。如果光的波长增大、频率减小,那么它在光谱上便会往红光偏移,最终超越可见光的范围,成为红外线。这种现象在宇宙中称为红移。

发生红移的原因目前还存在争论,比较普遍的一个说法是宇宙膨胀。我们的宇宙被认为来自140亿年前的一场爆炸,爆炸产生的能量至今还存在于宇宙之中。这股能量不断地让宇宙膨胀,在这之中电磁波就像面条一样,被生生拉长了波长,这其中就会有一些可见光因为频率改变成为了不可见光。

宇宙中红移大致分为三种。第一种是多普勒红移,发生这种红移的原因是发射源的远离。如果将宇宙比喻成一个气球,宇宙大爆炸之前气球是干瘪的,爆炸产生的能量有类似于吹气球,宇宙中的星体类似于气球表面上的点。

随着气球的膨胀,点与点之间的距离会越来越远,就正如宇宙中的各个星体其实是在互相远离一样。假设有一恒星,源源不断地向地球辐射电磁波,因为宇宙膨胀,它和地球的距离越来越远,这些电磁波就会发生多普勒红移在地球上观察这颗恒星,会发现它的亮度越来越弱。

第二种红移称为引力红移,这是电磁波在挣脱某些天体引力的时候产生的。宇宙中有很多体积很小密度却大得惊人的天体,比如白矮星、中子星等,靠近它们的电磁波被强大的引力所吸引。

这些天体的引力比不过黑洞,电磁波在其附近还可以逃跑,可是逃逸得付出代价,电磁波很有可能在这样的引力之下,不再沿直线传播,而是出现扭曲。如果把电磁波想象成一根方便面,它虽然逃跑了,可也被这巨大的力量给拉直了,波长自然就变长了,原本可见的光变成了不可见。

第三种称为宇宙学红移,它的产生原因还是宇宙膨胀,和多普勒红移的区别在于,它是电磁波被宇宙膨胀拉长,从而降低频率变成了不可见光。因为红移的存在,很多恒星对于地球来说,亮度是肉眼可见的下降,即便地球被电磁波围绕,可见到的光线非常少。

五彩斑斓的黑

宇宙中的每一颗恒星,都会朝四周发射电磁波,我们的地球也会接收到一部分,可见光部分映入人类的眼帘,便有了满天的星空。是的,在我们眼里夜空中暗淡的星星,也许在几万光年外就是一颗特别巨大的恒星。这是因为电磁波在传递的过程中,能量会损失。

很多人会认为宇宙是真空环境,因此光在传递的过程中不会受到任何损失。其实不然,真空环境并不代表里面没有一丝杂质,宇宙环境远比我们想象的复杂。

首先就是宇宙中有很多的“垃圾”,这些垃圾并不是什么文明生命体所丢弃的,有些是在造星的过程中没用到的原材料、有些是恒星晚年自动清理门户、还有的是互相碰撞制造的残渣。宇宙中没有重力,它们在星球引力的作用下“漂浮”在太空中。

恒星中发射的电磁波沿直线传播,遇到这些“垃圾”他们也不会拐弯,于是会被吸走一部分能量,在这些恒星和地球中间有数不清的“垃圾”,它们层层剥夺电磁波的能量,最后传到地球上的所剩无几,更别提这里面的可见光部分。想要照亮地球附近的太空,其亮度要与太阳差不多,这对远在光年之外的恒星来说办不到。

加之还有红移现象的存在,可见光也会因为各种原因变成不可见光。其实想想,宇宙未必是黑色的,只是那些围绕地球的电磁波频率已经不在人眼可以接受的范围内。也许在另一种文明生物眼中,宇宙是五彩斑斓的,但在我们的眼里,它是深邃而幽深的黑色。

NASA的图片处理

既然太空是黑色的,并且理论上说,任何人类所观测到的发光体,其亮度会逐渐下降。那么NASA那些优美的星云图片,是怎样拍摄得如此颜色艳丽的?仿佛摄像机就堆在这些星云面前一样。难道NASA骗了我们?

其实这些栩栩如生,颜色鲜明亮丽的天体照片,是NASA经过后期处理的结果。其目的是为了让你们更好地看清楚宇宙中天体的模样。

开普勒太空望远镜传过来的照片通常是黑白的,这样的图片给天文学家进行研究是足够的,然而对缺乏天文知识的普罗大众,黑白照片很有可能起不到科普效果,反而会让大家对宇宙更加困惑。

当然,NASA并不是胡乱处理这些星云的颜色,他们会使用一种技术上色,达到最理想的效果。首先他们通过哈勃太空望远镜得到一张黑白的照片,然后使用不同的滤镜将效果拼接。考虑到星云里面最多的元素是氢,那么氢离子辐射的光应该是蓝色,还有氧元素,氧离子发出的辐射是红色,此外在使用硫离子的绿色,最后再根据不同区域的颜色不同,进行上色。

其实NASA上的色未必是这个星云真实的颜色,因为就连NASA自己的研究者都未必知道颜色。这些星云或者星体离地球的距离实在太多遥远,哈勃望远镜是光学望远镜,因此,它是通过接收到的光信号来进行观测的

距离太远,星云发射的电磁波在路上发生了损失,外加红移现象,真正落到望远镜上的光很少。就算将曝光开到最大,也只是一个模糊的影响,为了能稍微清晰一点,只能采用黑白。

NASA很早就承认了自己的照片经过了后期处理,不过不是为了骗大家,而是为了方便展示。这些照片他们仅供观赏,真正拿来做研究的照片还是原汁原味的。

科技与艺术

这么看,我们不能就这么武断地批评NASA骗人,相反,这些照片还是他们的良苦用心。有无数的人因为看到了这些震人心魄的图片,决心走上科学探索的道路。

科技是一种工具,我们应该因它而感受到温暖,而不是冰冷的机器。NASA将科学技术与艺术相结合,利用人类无尽的想象力,向我们展示了一个别样的宇宙。虽然这未必是真实的,但NASA尽可能接近。只希望当人类仰望星空的时候,看到漆黑的太空,不会再感到孤单。

毕竟目前已知的唯一智慧生命体就只有人类,可是人类又不相信,茫茫宇宙中就只有地球一个有生命的星球。如果真是这样,会不会太浪费宇宙的空间了。要知道宇宙中有上亿颗恒星,假设这里面只有千分之一有生命的了吧,但是这个基数太大,最后算下来有生命的也不在少数。人类怀着这样的渴望,寻求着宇宙的更深处。

太空其实有的自己的颜色,可是人类受制于自己的生理条件,无法全部看清,不得不说是一种遗憾。但同时人类也是幸运的,有科技能够观察,有程序可以上色。最后得到一张清晰的宇宙天体图,是真的怎样,假的又如何?如果连想象的能力都没有了,那对人类来说才是悲哀。

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