大家认为夜空是什么情怀的呢？这时八成大大齐东谈主脑海中会流露出这么一幅瑕瑜画：玄色的画布上点缀着一颗颗一闪一闪的小星星激情文学网，旯旮可能还挂着弯弯的月亮。

　　而本色上，大家晚上仰望星空，应该看到的是一幅彩色的画卷。对星空摄摄影比老练的读者可能会发现，夜空其实并不只调，以致五颜六色、充满盼愿、吵杂不凡。比如蓝色的参宿七、橙色的五车二、红色的心宿二，还有色调斑斓、如花繁花的各式星云。

　　

图1 寰宇礁。图片起头：https://hubblesite.org/resource-gallery/images

　　

图2 韦斯特隆德2（Westerlund 2）。图片起头：https://hubblesite.org/resource-gallery/images

玩偶姐姐 麻豆

　　

图3 超巨星HR5171隔邻的星场。图片起头：https://www.eso.org/public/images/eso1409a

　

图4 国度天文台高兴不雅测站的冬季星空（摄影：袁凤芳）

　　恒星会呈现不同的情怀主如果因为名义灵验温度不同，温度高的恒星情怀偏蓝，温度低的偏红。星云在可见光波段主要依靠隔邻的恒星照亮。而东谈主眼因为视觉神经构造的原因，在天体太暗时无法分辨其情怀，唯有在恒星相比亮的时期才能分辨出它们的情怀。而数码相机的探伤器自己是无法隔离情怀的，其主邀功能是把光子回荡为电子，并把采集到的电子数明晰。之是以彩色相机能拍出来彩色的图片，其实是因为使用了多色滤镜，比如常用的拜尔滤镜（Bayer-filter）。彩色相机在得回不同情怀的强度后，按一定算法重新规复物体的情怀。

图5 拜尔滤镜[2]

　　恒星的名义灵验温度是描画恒星性质的蹙迫物理参数[1]。关于远处的天体亦然相比容易测得的物理量之一。何况由于恒星的名义灵验温度每每在2，600K-50，000K之间（此处“K”对应汉文为“开尔文”，是科学上常用的温度单元之一，该值减去273.15即回荡为咱们生活中常用的摄氏温度值），好多恒星在东谈主眼可见的光谱畛域内齐有较强的辐射。太阳的名义灵验温度约为5，800K，辐射的峰值波长在500nm傍边，东谈主类的眼睛在永恒的演化流程中冉冉顺应了太阳这颗恒星营造的糊口环境。事实上恒星在可见光畛域内齐有辐射，蓝色的恒星并不是唯有蓝色光，仅仅在蓝色区间辐射的能量最强，是以看起来偏蓝。

图6 恒星名义灵验温度与辐射峰值波长的关系。图片起头：-astr.gsu.edu/hbase/wien.html，并稍作修改，修图：邱鹏

　　测量恒星名义灵验温度最苟简的办法是愚弄滤光片系统。这与彩色相机的滤镜有点肖似，但天文不雅测需要精准测量，是以每每是接纳多色滤光片系统（常用的有Jonson-Bessel和SDSS滤光片系统）或者使用分色棱镜组（如菲利普棱镜组）将不同波长畛域的光分开。从而精准测量不同波长畛域内的光子数，然后通过相比不同波段内光子数的差值（如色指数），鸠合黑体辐射弧线大约判断天体的情怀。因为多色滤光片每每是相比顽皮的窗函数采样，是以要得到天体不同波所长愈加肃穆、愈加准确的光子数就需要测量天体的光谱了。

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图7 SDSS滤光片透过率弧线。图片起头：https://mcdonald.utexas.edu/images/McDonaldObservatory，并稍作修改，修图：邱鹏

　　

图8 分色棱镜组。图片起头：https://apre-inst.com/products/sci

　　测量时会波及两个见地，一个是恒星的亮度，一个是恒星的光度。亮度是指咱们本色测到的天体的光子数，因为天体离咱们的距离不同，是以亮度并不成奏凯响应天体自己的光度。这里的光度是指天体发出的总辐射。比如，一个100W的灯泡，近距离看它时很扎眼，然而距离1公里看它，就以为暗多了。

　　因为恒星辐射近似于灵验温度通常的黑体辐射，是以测得了恒星的情怀就可以计较其名义灵验温度。恒星名义灵验温度与名义每秒单元面积内辐射出的总能量的大小是正关联的，温度越高每秒单元面积内辐射的能量越多。天体裁家愚弄恒星的名义灵验温度和光度得到了商讨恒星演化的蹙迫器用——赫罗图。这里太阳的光度为1，算作其他恒星光度的参考值。比如红巨星，它的情怀偏红，其名义灵验温度低，然而光度大，那么势必它是一个很大的天体。因为唯有领有有余大的名义才能辐射有余多的能量。

图9 赫罗图。图片起头：https://www.eso.org/public/images/eso0728c，并稍作修改，修图：邱鹏

　　精准测量恒星的情怀，就需要得回其光谱，行将恒星发出的不同波长的光分离出来。一般是接纳色散元件明天自天体的光进行色散。常用的色散元件有棱镜和衍射光栅。另外，也可以愚弄光的干与旨趣进行测量，如法布里－珀罗干与仪和迈克尔逊干与仪。

　　棱镜是愚弄光学材料对不同波长的光折射率不同来达成分光的。天体发出的光束入射到棱镜后，不同波长的光折射率不同，从棱镜出来时偏转的角度不同，从而将它们分开。棱镜色散的优点是联接性好，污点是色散率低、色散率非线性。地球名义的大气层也至极于一个棱镜，斜入射的光束将被色散。棱镜也可以用来反向修清廉气色散，这即是千里镜中常用的大气色散改正镜（ADC）。拍摄地平高度较低的天体时，加一个ADC将会得回可以的恶果。

　　

图10 棱镜色散旨趣暗示图。图片起头：https://hubpages.com/education/rainbow-science

　　衍射光栅主如果愚弄光的波动性来达成光谱分光的。衍射光栅按制作工艺主要分为描述光栅和全息光栅两种。描述光栅直不雅来讲，即是光栅面是一刀一刀描述出来的。虽然，本色情况是除了母光栅是用光栅描述机一条一条的刻出来的，批量化的产物大多是用环氧树脂等材料复刻出来的，有点像用橡皮泥拓印硬币名义的图案。

　　

图11 光栅光谱仪责任旨趣和光栅结构暗示图[3]。图片起头：

　　

图12 交叉色散光谱仪责任旨趣暗示图。图片起头：~vogt/images，并稍作修改，修图：邱鹏

　　

图13 二维光谱图。图片起头：https://www.physicsforums.com

　　全息光栅的制作面孔与描述光栅十足不同，不需要描述流程，而是愚弄光致光刻胶变性的特质来纪录干与条纹。使用激光器产生空间干与条纹，并用光刻胶纪录这些条纹，经过定影、固化贬责就得回了折射率周期性变化的相位光栅。

图14 全息光栅制作旨趣及光栅结构暗示图[4-5]。图片起头：https://www.horiba.com；等汇聚，并稍作修改，修图：邱鹏

　　得到天体的光谱后，除了可以精准测量情怀和温度外，还可以用谱线的红移/蓝移测量天体的视向瓦解，也可以字据光谱中的辐照线和采纳线来测量天体的元素丰采、自转、磁场等。

图15 织女星在400nm~900nm的光谱流量弧线 （绘制：张晓明）

　　参考文献及图片援用

　　[1] 鲁谈夫·基彭哈恩.千亿个太阳[M]. 沈良照、黄润坤， 译.湖南科学时间出书社， 1996:1-36.

　　[2] Yu-Cheng F ， Yi-Feng C . Discrete Wavelet Transform on Color Picture Interpolation of Digital Still Camera[J]. Vlsi Design， 2013， 2013:1-9.

　　[3] Christopher Palmer.Diffraction Grating Handbook (7th edition)[M]. Richardson Grating Laboratory， 2014.

　　[4] Bakanas Ramūnas， Virginija J ， Andrejs B ， et al. Comparison of diffraction patterns exposed by pulsed and CW lasers on positive-tone photoresist[J]. Applied Optics， 2017， 56(8):2241.

　　[5] Sabel T ， Lensen M C . Function and structure – Combined optical functionality and specific bio-interaction for multifunctional biomedical materials[C]. Euro Biomat. 2017.

　　作家简介

　　张晓明，工学博士，中国科学院国度天文台高等工程师。主要商讨宗旨为光学天文不雅测时间与才气、光学天文不雅测仪器光机系统策划。

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