我們所能看見，嘆為觀止的，其實只是宇宙樂章的一小部分

各位是否也曾經仰天讚歎星空的燦爛?我們所能看見，嘆為觀止的，其實只是宇宙樂章的一小部分。大家都知道，電磁波譜是由不同波長的電磁波組成，

當中包括無線電波，紅外線、可見光，紫外線、X射線和r射線。人類肉眼就只能觀察到可見光部分罷了。

紅外線篇

紅外線通常可分為三部分：近紅外線、中紅外線，以及遠紅外線。除了一些特定的波長可在地面上進行探測外，由於紅外線光子極容易被大氣中的水蒸氣吸收，紅外線望遠鏡便需放置在高山處，甚至離開大氣層的軌道中。

根據「維恩位移定律」，一些較冷的天體如星際中的宇宙塵埃等，放出的黑體輻射主要是紅外線。另外，由於紅外線的波長比可見光長，就連來自一些隱蔽的新生恆星的紅外線光波都足以貫穿周圍深厚的塵雲而被我們發現。除此之外，宇宙膨脹造成紅移現象，在宇宙邊緣的紅移天體，包括恆星、星系或類星體，它們發出的可見光和紫外線光波都變成了紅外線。故此，它們縱使未能在可見光波段下被探測到，通過紅外線望遠鏡，它們的形態還是清楚可見的。

由於初期的紅外線望遠鏡靈敏度低，紅外天文學的進展甚為緩慢。發展紅外線望遠鏡的另一項困難，就是望遠鏡本身和天空背景紅外線的影響。要解決這個問題，可以把望遠鏡降溫，又或是採用紅外調製技術，讓副望遠鏡擺動，使天體在望遠鏡視場中時隱時現，讓天體的紅外線輻射變成交變汛號。

說到第一枚攜帶紅外線望遠鏡的人造衛星，就是英國、美國和荷蘭的「紅外線天文衛星」了。該衛星於1983年1月發射，10個月後完成任務。它的觀測範圍很廣。它最重要的發現是「星爆星系」．明亮的藍色星系，當中正孕育著許多新恆星，這些星系發放的紅外線輻射估計佔總輻射能量的九成。由於它們一般都有著非常接近的比鄰星系，科學家認為「星爆星系」可能是由星系間碰撞而造成的，同時亦可能與活躍星系和類星體有關。

紫外線篇

介紹了紅外線天文學的概要，現在就讓我們跳到可見光譜另一端外的紫外線部分吧。

對於紫外線波段觀測的原因主要有兩個：第一是10個或以上太陽質量的巨型恆星為了抗衡重力而不斷燃燒氫併產生大量能量，表面溫度因而高達1萬℃～10萬℃，這些非常熾熱天體的輻射放出較多紫外線，而較少可見光；第二是大部分原子，包括最普遍的氫原子、碳、氮和氧，都在紫外線波段內有光譜線，是研究天體的化學結構不可缺少的資料。

1810年，德國的里特爾發現硝酸銀在太陽光譜的紫端之外能很快分解出金屬銀，從而發現了太陽光中的紫外輻射。但到1946年，當美國的V-2火箭運載儀器到100千米的高度處準備拍攝太陽光譜時，人類才首次拍攝得天體的紫外線光譜。及至20世紀50年代後期，科學家才開始在其他恆星星光中發現紫外線光譜。20世紀70年代發射的「軌道天文台2」號發現一團巨型氫氣雲包圍著彗星泰戈，又在巨蛇座中發現一顆新星，最有趣的還是它利用紫外線觀測二顆接近地平線的恆星西落時的現象，從而估計地球大氣上層氧和臭氧的含量。1972年發射的「哥白尼衛星」發現星際雲的成分並不均勻，但之中較空洞的地方亦瀰漫著一層稀薄但溫度高達20萬℃的電離氣體。

X射線篇

比紫外線波長還要短的部分稱為X射線。

除了表面溫度102℃-107℃的熱物質會以黑體輻射放出熱x射線外，在靜悄悄的宇宙中，其實不時都發生著一些猛烈和產生高能量的事件，例如恆星爆炸、星系碰撞及物質掉落中子星或黑洞等，都會導致X射線的產生。另外，當帶電物質在宇宙中賓士要改變方向，或強磁場轉動時，亦會以同步加速輻射形式放出X射線。在高熱的等離子體中，當自由電子或離子撞上束縛電子，它們便會因互擾而令束縛在離子內的電子被推至較高能級，不過，這種不穩定狀態只能維持短暫時間，束縛電子很快便會把能量以光子的形式釋放出來。

1895年，德國物理學家倫琴發現了X射線。1906年，科學家成功地獲得了第一張太陽的X射線照片，並估計，既然太陽的X射線也很微弱，身處太陽系以外的X射線源應會因為太遙遠而不能被發現，幸好，在約兩年後，科學家在觀測月球X射線時，在天蠍座發現了第一個太陽系以外的X射線源。在其後的數年內，更多學者投身研究X射線天文學，發現的X射線源亦愈來愈多，其中包括蟹狀星雲、超新星殘骸、銀河系核心等，甚至均勻地散布著來歷不明的X射線源。

1990年6月，德國。美國和英國聯合發射了「倫琴」號衛星，任務於1999年2月完成。它的觀測範圍很廣，其中的重要發現包括：室女座星系團的巨大星系M87的核心是一活躍星系核心，當中的超級黑洞製造噴流，射程遠至12萬光年，向包圍它的強無線電區域發送能量。另外它又觀測蟹狀星雲，希望從X射線譜中追索星雲內的磁場分布。

另外，任務仍在進行中的，1999年12月發射的XMM衛星，它拍攝的大麥哲倫星雲照片使科學家可以估計發出X射線的物質溫度。在未來的五至十年太空任務中，它們將為我們提供更多宇宙中X射線源的資料。

γ射線篇

γ射線的波長比x射線更短，亦即是說它們的能量更高。由於γ射線的光子容易被地球大氣所吸收，而宇宙射線跟大氣互相作用下亦會放出r射線造成噪音，因此r射線望遠鏡必須放置在地球以外的太空中。r射線的來源眾多，能量少於數百萬電子伏特的r射線可能來自表面溫度達數億攝氏度的天體所發出的黑體輻射，又或可能是不穩定的放射性核子衰變過程中產生的光子。能量約數百萬電子伏特的r射線的來源則仍是個謎，天空中至今還未發現足夠高溫的天體發出這樣強烈的r射線。另外，由於宇宙射線與星際物質原子發生碰撞時，會把原子瓦解成不穩定的基本粒子，這些粒子經過衰變後放出的光子相信就是能量大於3000萬電子伏特的γ射線。還有，當宇宙射線粒子———般為高速運動的電子——近距離經過原子時，原子核的吸引力會使電子的路徑變成彎曲而產生「軔致輻射」。又或者宇宙射線粒子經過強磁場時亦會產生「同步加速輻射」。另一個可能性是物質與宇宙射線跟星際物質互擾而產生的反物質發生湮沒而放出r射線光子。研究核衰變和正反物質湮沒過程產生的γ射線光譜線使科學家們得知有關的核子和粒子的特性。至於其他產生連續光譜的過程亦會道出它們發生時的物理環境。

1990年，法國物理學家維拉德率先發現了γ射線。1959年～1962年，美國發射一連串人造衛星來偵測秘密核試驗，但在1967年，他們卻發現了強烈的宇宙射線爆發。不過，他們到約四年後才把這項發現公之於世。

1972年11月，美國發射了「小型天文衛星2」號，科學家發現蟹狀星雲脈衝星和帆船座星雲脈衝星都發出脈衝式的r射線輻射，而脈衝周期與無線電輻射的周期相同。

無線電篇

現在讓我們從電磁波譜的一個極端——波長最短的r射線，走到另一個極端——波長最長的無線電波。由於波長介乎於數兆赫至數萬兆赫的無線電波可以穿過大氣層而不被吸收，射電望遠鏡可安裝在地面上。但為避免電台、電視的電波放送和一些電子儀器發出的無線電波引致干擾，射電望遠鏡一般都必須放置在遠離人煙的山谷之中。

進行無線電波觀測的原因主要有三個：宇宙中較冷的氣體雲，由於溫度太低，不會放出可見光，黑體輻射只發生在無線電波段，但是因為它們是孕育新生恆星的地方，在宇宙中的地位非凡，我們不得不利用射電望遠鏡對它們進行觀測；另外，在恆星爆炸或特殊星系產生的星雲中，熱氣體在磁場內亦會放出無線電而不會放出可見光；第三，無線電的波長較長，不易為宇宙中飄浮的微塵粒散射，沒有在可見光下視野被塵雲阻隔的情況出現。

1963年11月，全世界最大的射電望遠鏡——波多黎各的阿雷西波——正式開通。它在2000年5月首次拍得小行星帶內一顆形狀呈骨頭形的小行星216-奇奧柏查的雷達影像。

為了提高解析度，天文學家把多台射電天文望遠鏡合併為射電干涉儀。其中呈Y形的「極大天線陣」在1980年正式投入服務，它還參與「極長基線干涉儀」與1993年落成的「超長基線列陣」合作，最終希望VLBI發展成全球性的射電干涉儀。

總之，電磁波譜中各種波長的輻射都為我們了解宇宙之謎提供了一點點零碎不全的線索，然而終有一天，我們也許可以完全領會宇宙為講述自己的故事而編寫的優美樂章。

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