在各种天文照片里，我们都看到过色彩缤纷的星云，绚丽夺目，美不胜收，大家可能都会想，要是能亲眼看看它们该是多么美好的事情！但有一个残酷的事实：在目视天文观测里，星云是没有颜色的……这是天文观测里众所周知的事实：目视观测无法看到彩色的星云，要看见彩色的星云，只能通过长时间曝光的天文摄影实现。
（马头星云，图源：astroarts.co.jp）
彩色的星云是如何获得的？
首先要澄清一个事实：星云是有颜色的！我曾经不止一次看到天文爱好者声称星云的颜色都是后期加上的，星云本身是没有颜色的。这种观点是错误的，不过前半句在一定程度上确实是事实，因为天文摄影为了增加对比度，获得更多细节，拍摄时往往选择用单色数字感光器进行拍摄，在后期处理时再加上颜色。
（昴星团，图源：forum.astronomie.de）
当然也有通过不同滤镜拍摄不同波长的单色图像后赋色合成的照片，比如目前最先进的太空光学望远镜——位于日地第二拉格朗日点的韦伯太空望远镜，就通过多个不同的滤镜分别对同一天区进行拍摄，然后通过对每个波长的滤镜拍摄的照片进行赋色后，合成出色彩斑斓的彩色图片。下面这张韦伯拍摄的创生之柱，就是通过6个不同波长的滤镜同时拍摄后，按照短波到长波——紫色到红色的可见光颜色规则进行赋色后合成的，这种多滤镜赋色的照片色彩更为真实自然。
（创生之柱，图源：NASA）
虽然天文摄影通常都采用黑白拍摄，但这不代表星云本身就没有颜色了，实际上通过长时间的曝光和多张合成等手段，完全可以直接用彩色相机拍摄出彩色的星云，而不需要后期赋色。比如很多天文爱好者就直接用全彩相机拍摄过彩色的猎户座大星云。
（猎户座大星云，图源：forthimage.co.uk）
为何看不见彩色的星云？——视觉原理简析
那么问题来了，既然星云是有颜色的，为什么我们看不见？这就要从人眼视觉原理说起。我们的眼睛视网膜上分布着许多的感光细胞，这些感光细胞在感受到光刺激后，会产生电信号，通过视神经传递到大脑的视觉中枢，经大脑处理后形成视觉。
（视觉系统 ，图源anatomy-medicine.com）
感光细胞主要分两种，一种是视锥细胞，一种是视杆细胞。其中视锥细胞又有三种，它们分别对三种不同波长的光刺激敏感，而这三种敏感波长就分别对应了红、绿、蓝三种视觉颜色，三种视锥细胞接收的电信号就会被大脑处理成这三种不同颜色，最终合成一个彩色的图像。可以说我们平常看到的绝大部分图像都是通过视锥细胞获得的，它的分布在眼球焦点的视网膜黄斑区特别中央凹附近尤为密集。
（视锥细胞敏感波长）
视锥细胞虽好，但它有个致命缺陷：需要有足够的光强才能产生反应！故此在光线较为昏暗的环境，它就不起作用了，而此时，视觉任务就交到了视杆细胞手上。视杆细胞的感光能力就要比视锥细胞好太多了，它甚至能感应到单个光子！感光能力超强的同时，它的数量多达1亿2千万个，是视锥细胞总数的18倍！简直强到离谱，这使我们即使在较为黑暗的环境中依然能保持视觉。
然而上帝在给你打开一道门的同时，也会给你关上一扇窗，视杆细胞也有它的致命弱点，第一个不那么致命的弱点是：它只有一种，这意味着它无法像拥有三种的视锥细胞一样分辨颜色……还有一个更致命的弱点是虽然它的数量很多，但它在视力最好的视网膜黄斑区中央凹附近几乎没有分布，这大大影响了它的视力表现，因此我们在弱光环境下特别是视锥细胞罢工的情况下，视力要远低于强光环境。
简单了解了我们的视觉系统后，现在可以来解释为什么看不到彩色的星云了：因为它们的光太弱了……我们的视锥细胞无法感光，在视杆细胞的成像下，它们失去了色彩，成为一片灰白色的“云”。
（猎户座大星云，图源：taf-astro.no）
内容预告：通过大口径的天文望远镜可以看见彩色的星云吗？
下一篇文章，我们来分析一下通过大口径的天文望远镜是否看见彩色的星云这样一个问题，有兴趣的同学请关注阅读。
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