第二章
隐匿的红外线宇宙

今天剑桥阳光明媚，我坐在花园餐桌旁写作，强光下只好眯起双眼。这里看屏幕好像比较困难，书可能要等回屋里再写了。在强光中写作之所以如此困难，是因为眼睛是专门捕捉光线的精细器官，在烈日下，大量光学信号从天而降，有些超载（我不能因此责备它们，毕竟这里是英国，处理日光的“实战经验”比较少）。但即使我闭上眼睛，仍然能感受到阳光的照射。这种闭上眼睛也能感受到热能的情况，主要得益于阳光中不可见的红外线。红外线较为特殊，除了我们熟悉的可见光外，红外线是电磁光谱中人类唯一能自然感受到的光。即使我们身边穿过大量无线电波或高能X射线也会浑然不觉，但是红外线会直接刺激我们的感官，仿佛是一阵热气。

红外线是“比红光更红”的电磁波，超越了可见光光谱的范围，所以肉眼看不见。教科书常将红外线定义为740纳米波长（我们肉眼可见的最红的光），一直到将近1毫米波长之间的电磁波。但这些略显枯燥的数字背后隐藏着一个惊人的事实：红外线覆盖电磁波的范围极大，相比之下我们观察世界的可见光仅能成为一扇微不足道的小窗。

假如将电磁波光谱摆在你面前，在地面铺展开来，设定五彩斑斓的可见光光谱长为1米，波长380纳米的蓝光（纳米是毫米的百万分之一）在一端，而红光位于1米外的另一端，波长约为740纳米。从红端往前迈一步，就踏入了不可见的红外线区间。如果往前1米，其波长约为1100纳米（1.1微米 ，这是红外线研究领域的天文学家倾向于使用的稍微过时的术语）。再走1米的距离，我们就到了1.5微米左右的位置。我们能在提供热感的红外线区间走多远，才会进入感受不到的范围呢？假设可见光光谱区间为1米，红外线的光谱又有多长呢？答案令人震惊——3000米长。如果沿着光谱闲庭信步，不到1秒就能穿过我们可视的区域，而穿过红外线则需要半小时以上。走了3000步之后，我们会抵达约1毫米的波长，即红外线的最大波长，再往后就是电磁波光谱区间。如此宏大的范围很难在一张图景中展示出来。即使把可见光光谱压缩为1厘米长，那么对应之下，红外线的长度也是30米。

红外线的范围甚广，可想而知，不同波长的红外线的属性也应不尽相同。可见光中的红光与紫光波长仅相差近1倍，其差别依旧显著。比如日落时，阳光中的短波最先消失，留下长波将天空渲染得赤朱丹彤。如果相差仅不到1倍的波长已然呈现如此显著的影响，那在宏大的红外波段中，最长的波段比最短的波段长1000倍，其差别就难以想象了。为了解决这个问题，天文学家把红外波段大致分为3部分：近红外、中红外、远红外。

近红外在呈现形式上多少类似于可见光，唯一的区别是近红外光碰巧无法用肉眼捕捉。几百年前，赫歇尔首次发现的就是这种近红光，只超出可见光波段一小点罢了。本质上，我们看不到这种光只是由于进化的巧合，因为红光和近红光本质上区别不大，其相似度致使某些学者不将近红光视作“红外天文学”的范畴，因为我们用于观察可见光的方法和技术同样适用于观察近红外光。

波长达到5微米左右的时候，就属于中红外光的范畴了。从这里才是“真正”的红外光领域，我们需要借助高端望远镜和技术，才能观测中红外波段越来越低能的辐射。再延伸至20微米的位置，就到了远红外波段。远红外波段一直延伸，延伸到1000微米（1毫米），再往后就属于无线电波的范畴了。

这三种红外线光提供了三种观察宇宙的模式。图2.1分别展视了可见光、近红外光、中红外光和远红外光视角下整片银河系所呈现出不同的样貌。我们熟知的恒星即便在可见光中熠熠生辉，但随着光线波长的不断增加，最终仍会黯然失色。随着我们对红外线研究的逐渐深入，宇宙的模样也变得越来越陌生。

图1显示了盖亚望远镜在可见光下的视角；图2近红外光视角下，模糊的云雾消失了；图3是中红外光视角，恒星在这里是不可见的，我们只能看到被新生恒星温暖的尘埃；图4显示的是远红外光波段，它可以分辨出温度最低的尘埃：我们的星系在这些长波的波段上几乎无法辨认。 ZHrxk6DZXDHKsOQKF9tnqtca6pLK/srFKt9SH3KGhScGs7T+Vb3CiuAUmA9GTAte