採用光學裝置觀測天體輻射出的電磁波是實現天文觀測的一種有效方法，對天體輻射、大氣層對天體輻射的影響以及目前的主要觀測手段進行清晰認識是本文的主要科普內容，下面一起開始吧。在正式開始之前，先一起瞻仰以下這位首次提出太空望遠鏡概念的人物：小萊曼·史莊·斯皮策，（Lyman Strong Spitzer， Jr。，1914年6月26日－1997年3月31日）。

圖1 小萊曼·史莊·斯皮策

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天體輻射

天體輻射電磁波的波長範圍從長到短可以分為射電、紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線。射電主要來源於宇宙中磁場的運動以及射電星系，紅外線主要來源於冷塵埃雲以及氣體和行星，可見光主要來源於恆星發光、行星及衛星反射，紫外線主要來源於超新星遺蹟、熱恆星、活動星系核，X射線主要來源於星系團中的氣體、超新星遺蹟、恆星冕區、活動星系核，伽馬射線主要來源於吸積盤、超新星爆發、中子星碰撞等。

圖2 天體輻射在不同波段的輻射源分佈

圖3 太陽在不同輻射波段的成像結果

圖4 處於不同輻射波段的銀河系成像

圖5 不同輻射波段的漩渦星系M81

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地球

大氣對天體輻射的影響

在地球表面安裝天文望遠鏡探測宇宙天體輻射電磁波，需要考慮地球大氣的影響，地球大氣對天體輻射的影響主要包括四個方面：

（1）蒙氣差：即大氣折射，它可以改變天體輻射的傳播方向，對天體的精確定位具有不可忽視的影響；

（2）大氣消光：大氣對天體輻射的電磁波進行吸收和散射，改變天體輻射電磁波的成分和強度；例如日出（日落）時太陽的顏色與中午時的幾乎完全不同，這便是大氣消光的緣故。

（3）大氣本身的輻射會嚴重影響紅外天文觀測；

（4）大氣湍動也會影響光學成像質量。

針對大氣消光現象，科學工作者已經給出了一個“大氣視窗”的概念，即大氣允許天體輻射波透過的電磁波段。具體如下：

（1）由於氮氣分子、氧分子以及臭氧對紫外線的較強吸收作用，地面上幾乎接受不到天體輻射的紫外線輻射，這對探測超新星遺蹟、熱恆星、活動星系核具有不可忽視的影響；

（2）地面望遠鏡無法觀測長於23。5米的電磁波，這是由於大氣電離層的阻擋作用所致，這會影響地面天文望遠鏡對宇宙中磁場的運動以及射電星系的觀測；

（3）地面無法觀測天體輻射的X射線和伽馬射線，這也就導致地面望遠鏡對星系團中的氣體、超新星遺蹟、恆星冕區、活動星系核以及吸積盤、超新星爆發、中子星碰撞等宇宙天體的觀測存在不可逾越的困難。

圖6 大氣視窗

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解決

措施

最早使用的減弱或避免大氣對天體輻射影響的手段是對天文臺選址的考量，這樣才能保證大口徑天文望遠鏡的有效工作。對天文臺選址要求主要有：晴夜較多、天氣變化少，空氣乾燥，塵埃少，氣流穩定，視寧度好，地質結構好，無光汙染，海拔高。

圖7 夏威夷莫納克亞山

圖8 阿卡塔瑪大型毫米波天線陣（ALMA）

圖9 貴州“天眼”

另外一種解決方案便是建造天基望遠鏡，這樣可有效避免地球大氣帶來的所有干擾。

圖10 哈勃望遠鏡

圖11 斯皮策紅外望遠鏡

圖12 凌日系外行星巡天衛星

圖13 康普頓伽瑪射線望遠鏡

圖14 錢德拉X射線望遠鏡

圖15 詹姆斯·韋伯空間望遠鏡