作者：石蘭（抄襲必究）
宇宙中存在著不同的星體和物質類型，當科學家們探測不一樣的目標對象時，所用到的探測方法往往也有所不同。比如，宇宙中的彗星和星狀塵埃雲，由於它們是不能發射可見光的物體，所以需要通過紅外探測的方式來進行研究。而這種專門用於檢測宇宙物體發射紅外輻射的方式，則被科學家們稱為紅外天文學。那麼，為什麼紅外線這種人眼看不見的輻射能，卻可以在特殊宇宙物體的觀察中起到重要作用？
紅外波長的宇宙能看到什麼
通常情況下，我們將宇宙事物主要劃分為可見和不可見兩個部分，而紅外波長的宇宙和我們更為熟悉的可見宇宙，就像是只間隔了一步之遙。包括我們所在的銀河系，該空間中也遍布著漫射的紅外光，因為那些較冷的物體在紅外光中的發射最強，塵埃顆粒在吸收星光之後，以紅外波的形式輻射能量；即使是太陽系中由碰撞小行星和彗星蒸發所產生的塵埃粒子，它們共同輻射出的能量也會在紅外波的長處顯示出最大亮度。
而宇宙中那些涼爽的恆星和其他星體，則可以在相對較短的紅外波長下觀測到，當星體表面溫度達到幾千度，不管它是巨大的紅色星球，還是更加微小的紅色矮星，它們都會釋放出大量的紅外輻射。而新形成的恆星，哪怕其周圍的環境中充滿了大量灰塵，也能在紅外波長下發出明亮的光芒。與此同時，由於氣態分子中的大部分都含有碳原子，因而它們很容易在紅外光中被觀察到，即便是有機分子也是如此，只是迫於空間中的分子種類太多，由於它們具有不同的旋轉方式，因而無法確定其在紅外光中會呈現出怎樣的特徵。
雖然紅外輻射無法輕易穿透地球的大氣層，但卻並不影響它成為研究遙遠宇宙的重要波長範圍。正是由於我們的宇宙一直處於膨脹的狀態之中，所以才能將穿過它的所有波長的光進行拉伸，也就是所謂的紅移現象。而宇宙早期所釋放的許多紫外光和可見光，目前都已經延伸到了光譜的紅外區域，所以，設計更多先進的紅外望遠鏡，對於研究更加遙遠的年輕宇宙而言，是特別重要的一件事。比如，具有三種紅外儀器的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST），便可以幫助科學家們收集到恆星、行星和星系的形成，以及宇宙起源相關的更多重要信息。
紅外探測到底具有怎樣的原理
眾所周知，可見光的波長範圍在400納米（藍色）到700納米（紅色）左右。而早在1800年的時候，天文學家威廉·赫歇爾就在可見光譜的實驗中意外發現了紅外光，並將那些波長大於700納米、且小於微波波長的電磁波稱為紅外線。作為電磁頻譜的一部分，紅外線的頻率比紅色可見光的頻率低，但又比微波的頻率高。事實上，我們每個人每天都會和紅外線相遇，只是它們的存在無法通過肉眼確認，而只能通過熱量的檢測得以證實。
雖然，紅外輻射的波長於可見光的波，但其波長範圍中較短的「近紅外」波與電磁頻譜上的可見光非常接近，而較長的「遠紅外線」波又與電磁頻譜上的微波更加接近。由於存在於宇宙中的很多物體本身較為微弱，導致它們無法在可見光下被檢測到，所以，能夠揭開涼爽恆星和星雲等許多更冷物體之謎的紅外波，被科學家們運用了起來。而被運用於宇宙天體探索的紅外線波長，則一般處於0.7到1000微米之間。
具有更長波長的紅外輻射，還具有不及可見光閃射程度的特性，比如：當可見光在宇宙空間中遇到灰塵和氣體的時候，會面臨吸收或反射的命運，而具有更長波長的紅外波，則可以直接繞過那些較小的障礙物。因而，它不僅可以幫助確認星際介質中塵埃粒子和涼爽分子的化學組成部分，還能探測到那些被氣體和灰塵遮擋的物體，包括星系中新形成的恆星和嵌入星雲。或許很多人並不了解，由於透鏡、反射鏡等光學元件基本上也能應用於紅外觀測，因而，紅外天文學有時候也被科學家們視為可見光天文學的一部分。
為何要在紅外光下觀察宇宙
宇宙中遍布著不同類型的輻射，雖然，地球的大氣層讓所有生命避免了高能輻射所帶來的傷害，但大多數紅外輻射也因為受到幹擾而無法到達地球。並且，地球的大氣層還會在紅外線中發出強烈的輻射，甚至超過被觀察物體所散發出的紅外輻射量，這也是為什麼科學家們會將陸基紅外天文臺放置於高山的山頂附近。而那些無法直達地面紅外望遠鏡的紅外輻射，則需要將觀測地點進一步定位到太空之中，因為，只有超越了地球的大氣層才能獲取到更多有價值的信息。
或許你有所不知，由於科學家們的許多目標探測物體都太冷了，因而難以在光學、乃至更短的波長下輻射，比如那些在星際空間中漂浮不定的冷原子。而這些原材料又會在恆星的形成和演化過程中扮演重要的角色，但它們卻只會在紅外線中發出強烈輻射，所以，研究人員可以通過紅外線了解到宇宙事物的形成過程。比如，位於我們太陽系中的小行星和彗星等涼爽物體，它們的大部分特徵都被紅外線所揭示。而那些隱藏在巨大塵埃雲和氣體內部的其他事物，不管是形成初期的星系、恆星，還是活躍星系的強大核心，都可以通過紅外波長來進行探測。