互动科普

 彩色照相技术不断成为一种重要的天文学研究方法，它能揭示出用现代电子探测器还不能捕捉到的天体的细节。

自从最初的关于月球的粗糙银版照相法（也可译为“达盖尔银版法”）诞生以来的150年间，照相术已成为天文学研究的一种不可缺少的手段。在过去十年间随着大多数观测者转为运用电荷耦合器件（CCD）——一种比照片更能有效地聚集光的电子探测器以来，这种伙伴关系已经开始削弱了。但是，这种较古老的方法具有CCD所无法比拟的优点——尤其是它能在大范围内记录微小细节和准确色彩。这些优点在我的同事和我最近于英-澳天文台拍摄的极漂亮的彩色照片身上特别明显。我们的方法使苏格兰物理学家James Clerk Maxwell（麦克斯韦）一个多世纪前提出的一种三原色照相术在现代得以实现。

与电子成像相比，照相术的关键性优点之一在于照相底片可以对一个实际上无限大的区域，例如在澳大利亚的英国斯密特望远镜的整个广阔视域内，拍摄出具有高分辨率、高灵敏度的照片。与此相对照，最大的CCD也只能测量几厘米宽的区域。因此照相术为记录象星云和近邻星系这类延伸天体的图像提供了一种优越的方法。

而且，照相底片的感光涂层对于保存大量视频信息来说是一种紧密介质。记录有边长为6.4度的天空一个方块的英国斯密特望远镜的单个的35.6´35.6厘米的底片就含有相当于几百兆字节的数据。

彩色图像以有吸引力的和直观上很明显的方式提供了包含在天体照片中的信息。的确，测定星云、恒星和星系的颜色对于弄清它们的成分和物理状态是极为重要的。可是一些研究人员在正确评价查明许多天体固有颜色的价值方面一直是落后的。许多天文学家还认为颜色只是一个抽象的概念，很容易定量表示但是难得使之正确地表现在胶片上。

普通彩色胶片的缺陷始终妨碍着天文学家对彩色照相技术的兴趣。现代胶片含有三种感光涂层，这些涂层是对蓝色、绿色或红色敏感的卤化银层。当胶片被处理时这些层就形成了蓝绿色、黄色或深红色。这样的胶片用起来很方便，但是它们又很难做到描绘出遥远天体的真实颜色。

彩色胶片也会因夜空的气辉而受到严重影响，气辉是由于在上层大气中被白天阳光所分裂开的离子和电子的重新结合而产生的微弱而弥漫的辉光。气辉使照相底片逐渐模糊，从而影响其灵敏度。而且，某些星云仅在一些特定的不连续的颜色即波长处才发出光，它们不能由彩色胶片得到很好的记录。最后，彩色胶片还不能可靠地反映出复杂的超敏感的过程，天文学家通常依靠这些过程来改进感光介质的灵敏度。

为了避免这些问题，我的同事和我转而运用麦克斯韦产生彩色图像的古老方法。麦克斯韦在研究视觉的性质时，他发现他通过在红光、绿光和蓝光下对景象拍摄三次就可复制景象的颜色。他用得到的负片制成了三张黑白幻灯正片，然后他将这些幻灯片通过红色、绿色或蓝色的滤光片投影到一个白色屏幕上。麦克斯韦于1861年在伦敦皇家研究所通过将投影得出的影像彼此叠加起来，向一群惊讶万分的观众展示了世界上第一张彩色照片。

通过运用现代化形式的麦克斯韦三原色照相术，我们从三张独立的黑白底片上制备出一张彩色照片。用这种方法制得的照片避免了彩色胶片的许多不足之处，它还使几种高功效的暗室技术在从望远镜得到的黑白负片变成正片的过程中得到利用。

在这些技术中最有价值的是模糊掩蔽，它用于在不丢失微小细节的情况下将模糊正片调制成某些天文负片所具有的广阔的反差范围。另一种所谓的照相放大过程，就是有选择地突出照相乳胶的上部各层，这些乳胶层往往包含有图像的最暗弱的部分。我们还可以将多张负片叠置在一起甚至将彼此的图像去掉（通过一物体的正片去照明同一物体的负片）以便使天空同一部分在不同曝光中显示出细微的变化。

一旦我们对照相正片的质量感到满意，我们就将它们置于放大器中并通过合适的红色、绿色或蓝色滤光片投射它们。与麦克斯韦不同的是，我们是把这些图像照射到一大张普通彩色负片上，这样它就成为一张主底片，根据这张主底片就可得出所有以后的彩色照片。

这一附加过程使我们可以控制颜色平衡以使天文学对象表现出就象人眼看到它们一样，只要人眼在低光强级的情况下仍能保持对所有颜色的灵敏度的话。我们研究工作中的许多对象以前从未看到过它们的颜色，因此它们有色彩的外貌常常以其辉煌壮丽而使我们大吃一惊。本文篇幅上的照片既体现了科学的威力，也体现了我们方法的美学价值。

〔肖波译 鲁兰校〕

图1 彗星状球体是由寒冷气体和尘埃组成的孤立云块，其尾部由近邻炽热恒星的辐射所扫过的物质构成。这张清晰的照片的颜色生动地描绘出被命名为CG4的球状物体的物理特性。它的尾部表现出由微小尘埃粒子反射出的光所具有的典型蓝色色调。环绕在该球体头部的一道令人惊奇的红色辉光很可能是来自受激氢原子的特征辐射。氢是由高能星光从CG4中游离释放出的。该星云的蓝色部分当通过前景的尘埃看去时具有一种惊人的淡绿色色调。这张照片含有迄今在彩色照片中所拍摄到的某些最暗弱的细节。

 图3 成为博克 博克球状体的一些暗星际云（上图）看来是分散于人马星座中的这一星云集合体内。由于这些球状体在明亮的背景上映出影子，因此它们看上去是暗的。天蝎云的照片（中图）显示出一旦在近邻开始形成一些炽热蓝星时一个暗星云会发生什么样的情况。刚好位于这张照片左下边之外的一个由这类恒星组成的星团所发出的辐射正在使这块星云向后掠并使该星云受到破坏。这些恒星的射线导致在天蝎云的边缘形成一条由发光氢组成的红色带。多尘的天蝎云本身含有一些嵌在其内的亮星，这些星可以根据其反射的蓝光而被看到。最终这个星云将消散，剩下一个由年轻恒星组成的松散集合体，就象疏散星团NGC3293（下图）那样。在下图的恒星中有一颗已经演化成鼓胀的红巨星。这种巨星是在天文学词汇中才是红色的；而这张图像表明：红巨星实际上看来是黄色的，只要人眼对暗光足够敏感的话。在该图像中颜色平衡被调节到像对日光彩色胶片的一样。

 图4 光环（上图）是超新星1987A的回波，该超新星是银河系的一个半星系中的一次恒星爆发，由于这颗超新星的短暂闪光向外疾驰，它已穿过了两层尘埃粒子。这些光环代表了尘埃散射出的光；其色彩反映了超新星在其最亮时的颜色。这张照片是从超新星消失之后拍摄的一组三色影像中减去该超新星出现之前拍摄的另一组三色影像而制得的。两组底片共有的星云状物质并不能完全抵消，因而产生杂色的背景。蟹状星云（下图）是由一次在1054年成为可见的超新星爆发中残留下来的扩散物质组成的。这张图像是通过对1955年和1956年用200英寸海耳望远镜拍摄的照相底片进行重新处理后得到的。该图像中的几乎是无定形的蓝色区域显示出由穿过一个磁场运动的高速带电粒子所产生的辐射，看上去空前清晰的红色纤维状结构是由氢原子发出的更为普通的辐射组成的。

 图5 称为Antennae的互相碰撞的星系（右图）显示出两条由两个星系相互引力所挤压出的漂亮的弯曲恒星流。蓝色区域代表由众多炽热年轻恒星群所组成的区域，这些恒星是由于两星系的碰撞而触发形成的。在上的星系中更亮更浓的颜色表明当两个星系相遇时该星系含有的气体比其伴星系的多。暗尘埃云和粉红色的氢发射星云散布在两个星系间被破坏的区域内。三叶星云（下图）是位于银河系内这样的星云的一个小得多的例子。一个幼年恒星星团位于三个暗尘埃通道似乎要会和之处。由这些恒星中的最炽热恒星发出的紫外辐射使近邻的氢原子激发，从而使其发出一种淡红色的光。在红区之外，有某种蓝光弥漫并受到三叶星云周围的尘埃粒子的反射。位于三叶星云右面的一个独立反射星云以前从未在一张彩色照片中像这样详细地被拍摄过。