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天窗:观星

宇宙色彩斑斓,但我们的眼睛却无法识别它们。

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扬·普尔基涅是19世纪一位捷克生理学家,他因认识到指纹可用于身份识别而闻名。他还发现了关于人类视觉的一个奇怪现象。随着光线在一天结束时变暗,颜色开始看起来发灰,但蓝色调在其他颜色褪去后仍然存在。在明亮的光线下,眼睛对黄绿色光最敏感。普尔基涅发现,在近乎黑暗的环境下,红色调会消失,峰值敏感度会转移到蓝绿色,这种变化现在被称为普尔基涅效应。

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这些细微差别源于人类眼睛中两种类型的感光细胞。视锥细胞可以产生清晰的彩色视觉,但只能在明亮的光线下工作。视杆细胞对弱光非常敏感,但它们无法感知颜色,也无法检测到红光。这就是为什么在昏暗的月光下,自然景观看起来是灰色的,而在满月时则是蓝绿色的。在中四月满月时外出,你会发现远处红色的花(只能激发视杆细胞)看起来是灰色的,而附近的草(足够亮可以刺激视锥细胞)仍然显示为绿色。

所有这些对天文学来说都是一个令人警醒的启示。星系、星云以及几乎所有其他深空天体,即使通过大型望远镜观察,看起来也很暗淡,因此我们最多只能看到它们真实色彩的一小部分。对于最暗淡的天体,我们根本看不到任何颜色。

观星者依靠各种技巧来克服这些限制。他们在观察暗淡的星系或试图找到模糊的星星时,会看向旁边。这种技术——称为偏视——可以让天体特征突然显现出来。原因在于:眼睛的中心视野只充满了视锥细胞。侧视会将光线转移到视网膜周边更敏感的视杆细胞上。天文学家还会在观测前让眼睛“暗适应”约15分钟,因为视杆细胞需要很长时间才能达到完全敏感。天文学家还用红光照亮他们的星图,这使得视锥细胞可以看到物体,而不会影响对红光不敏感的视杆细胞,从而迫使暗适应过程重新开始。

然而,世界上所有的技巧都无法将暗淡的色彩带入视野。以著名的猎户座星云为例,它现在黄昏时出现在西南方向。在照片中,这个孕育恒星的气体大教堂充满了抒情的蓝红色尘埃气体。但肉眼看来,通过小型仪器它呈现出一种朴实的灰色,通过大型仪器则稍微不那么朴实,是绿色。

原因是猎户座星云的微弱光芒只能在中等光谱范围内感知颜色。人眼可以感知星云相对明亮的、电离氧发出的绿色光,但除此之外什么也看不到。摄影则能捕捉到由尘埃颗粒散射的光线产生的更微弱、更偏蓝的颜色,以及氢原子发出的红色光。

如果宇航员将来前往猎户座星云,他们将扫兴地看到与他们在自家后院看到的颜色大致相同。星云的光太微弱,太分散了。同样,任何太空旅行都无法让人类观察到天文学海报上看到的星系壮观的蓝色旋臂和金色核心。

奇妙的是,我们竟然能知道那些颜色。只有通过胶片和数字探测器,我们才能超越普尔基涅效应,感知宇宙完整的彩虹般丰富色彩。

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