从一个问题开始
光不只是眼睛看见的颜色
如果眼睛只能看见一个狭窄窗口，宇宙还有什么正在抵达我们？
把无线电、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线与伽马射线认识成同一个可测量的家族。
完成本课后，你将能够
把无线电、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线与伽马射线认识成同一个可测量的家族。
- 01排列七个主要波段，并解释可见光为什么只是一个很小的窗口。
- 02把这个概念连接到可以观察的信号、测量或仪器。
- 03区分代表波长、完整波段范围，以及并非绝对固定的波段边界。
人眼只接收一个狭窄窗口
阳光、手机的无线信号、热成像仪探测到的热辐射，以及来自天体的 X 射线，并不是互不相关的现象。它们都属于电磁辐射，只是波长、频率与单个光子的能量把它们放在同一家族的不同区域。
人眼只会回应大约 400 至 700 纳米的狭窄可见光区间。其余波段没有消失，只是需要为那个波段设计的探测器才能接收。
同一个光信号，可以用三种互相连接的方式描述
波长是波形中重复位置之间的距离，频率则计算每秒有多少次振动经过一个位置。真空中的光速保持不变，所以一秒内塞进更多次振动时，每一次振动所占的距离就必须更短。
光也可以一份一份地抵达，这些能量小份称为光子。频率越高，单个光子的能量越高。因此从无线电走向伽马射线时，波长会变短，频率与光子能量则会升高。
不同波段会揭示不同物理过程
冷尘埃可以在红外线中强烈发光，同时遮住背后的可见光。百万度气体可能在普通光学影像中十分微弱，却在 X 射线中明亮。无线电观测还能追踪人眼无法探测的冷气体、脉冲星与磁结构。
因此天文学家不会问哪个波段才是真实画面，而会先问每项测量回应什么物理过程，再把多个波段对齐，建立更完整的解释。
波段会决定我们在哪里、用什么方式观测
地球大气允许许多可见光和部分无线电波抵达地面，却会阻挡大部分 X 射线、伽马射线，以及大量紫外线与红外线。这会保护生命，同时也让地面天文台看不见大部分电磁天空。
仪器也必须配合信号。光学镜面与相机无法用同一种方式探测所有波段。射电天线测量变化的电信号，红外探测器需要冷却，X 射线镜面使用很小的掠入射角，伽马射线仪器则重建粒子互动。
显露人眼看不见的天空
沿着电磁波谱移动，比较哪些数值会改变、每个波段揭示什么、怎样探测，以及能否抵达地面。
向右移动时，波长变短，频率与光子能量升高
拖动并比较七个波段。画面使用每个波段的代表波长来计算，让关系可被测量，同时不假装波段之间存在完全固定的边界。
可见光
可见光观测会显示恒星、行星反射光、发光气体、尘埃带与星系结构。
- 代表波长
- 550 nmnm（纳米）：一米的十亿分之一。
- 频率
- 545.08 THzTHz（太赫兹）：每秒一万亿次振动。
- 单个光子能量
- 2.25 eVeV（电子伏特）：这里用于表示单个光子的能量。
- 日常例子
- 这个狭窄波段能够刺激人眼里的感光细胞。
- 怎样探测
- 镜面把光聚焦到为光学波段设计的相机或光谱仪。
- 穿过地球大气的情况
- 可见光能够顺利抵达地面，但大气湍流会模糊细节，天气也会中断观测。
天文学家为什么要使用多个波段观察同一个天体？
来源与证据边界
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- 已核对来源The Electromagnetic SpectrumNASA Science打开官方来源
- 已核对来源Sensing the UniverseNASA Science打开官方来源
- 已核对来源In a Different LightNASA Science打开官方来源
- 已核对来源Anatomy of an Electromagnetic WaveNASA Science打开官方来源
- 已核对来源Spectroscopy 101: Light and MatterNASA Science打开官方来源
- 已核对来源Sensitivity, Count Rate, and Signal-to-NoiseSpace Telescope Science Institute打开官方来源