紅外線天文學

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紅外線天文學是天文學和天文物理的一個分支，主要的觀測對象是紅外線輻射可以觀測的天體。可見光的波長範圍在400奈米(藍色)至700奈米(紅色)，波長比700奈米長但仍比微波短的電磁波稱為紅外線(有時也稱為次微米波)。

科學家將紅外線天文學當成光學天文學的一部份，因為光學元件(反射鏡、透鏡、和固態數位檢測器)都能用於紅外線觀測。

[编辑] 發現

在牛頓使用三稜鏡將白光分解成光譜之後，威廉·赫歇爾在1800年發現來自於太陽光譜中最熱的區域確實超越了紅光之外的波段上。這些"熱射線"也有一些譜線產生。在1856年，查爾斯 Piazzi 史密斯發現來自月球的光譜中也有紅外線。

[编辑] 現代的紅外線天文學

近紅外線的輻射(紅外線中波長接近可見光的波段)型為可見光非常相似，因此可以使用相似的電子設備。因為這個緣故，近紅外線的光譜通常都被併入為"光學"光譜的一部分，近紫外線也是一樣。(多數的科學儀器，例如光學望遠鏡都能用於近紅外線的觀察。)延伸至次微米波的遠紅外線，可以使用毛納基山天文台的詹姆斯·克拉克·馬克斯韋爾望遠鏡來觀測。

像所有其他波段的電磁輻射，紅外線讓天文學家對宇宙有了更多的認識。紅外線在本質上是熱輻射，紅外線望遠鏡(包括許多主要的望遠鏡和少數專門的紅外線望遠鏡)都需要遠離熱源並使用液態氮進行冷卻已獲得精確的影像。在中紅外線與遠紅外線的光譜取得上，這是特別重要的。受限於地球大氣層中的水氣對紅外線的敏感，吸收了許多的紅外線，因為這個原因，以地球為基地的紅外線望遠鏡都必須建造在非常高且乾燥的地點(高於大氣層中大部分的水氣)。在地球上合適的地點有海拔4,205公尺高的毛納基山天文台，在智利5,000公尺高處的亞他加馬大微米陣列 (ALMA)，和位於南極洲的Dome C。

可是，像光學望遠鏡一樣，太空是理想的觀測場所，有許多被發射進入太空的望遠鏡(像是哈柏太空望鏡)，也都能進行紅外線的觀測。最近才發射的史匹哲太空望遠鏡則是專門用於紅外線觀測的。

紅外線天文學的另一種觀測方法是利用飛機來進行的，像是同溫層紅外線天文台(SOFIA)和柯伊伯機載天文台。
飛行在大氣的高層(同溫層)，只有少許的水氣存在於望遠鏡和太空之間，使大興收的紅外線大為減少。
殘餘的紅外線背景輻射(經由吸收剩餘的)能夠經由清理的技術予以移除，只留下乾淨的空間進行觀測。

在地面上解析度最好的紅外線觀測是由天文學的干涉儀獲得的。

[编辑] 紅外線技術

最便宜的用於研究的紅外線探測器是汞鎘銻陣列，在1～5微米的波長下可以很好的工作，在更長波段或更高靈敏度的觀測則使用其他的檢測器，包括其他的狹縫半導體檢測器、低溫的熱輻射計陣列、和光子計數超導體管道接合陣列。

紅外線天文學的特別需求有：允許長時間的積分非常低的暗電流，結合低噪訊比的讀取電路和非常高像素的計數。

[编辑] 天文學的紅外光譜

紅外線天文望遠鏡，像是史匹哲太空望遠鏡、紅外線天文衛星(IRAS)、紅外線太空天文台(ISO)、和即將出現的赫協爾太空望遠鏡幾乎可以觀測到所有的紅外線光譜。但是，大部分的紅外線天文學仍然依賴在地面上的望遠鏡，通過狹窄的"窗口"，對地球大氣層是透明的波長，觀測到有限的紅外線光譜。主要的紅外線窗口列於下表：

波段範圍	天文學的波段	望遠鏡
(微米)
0.65 to 1.0	R 和 I 波段	所有主要的光學望遠鏡
1.25	J 波段	大部分主要的光學望遠鏡和許多專門的紅外線望遠鏡
1.65	H 波段	大部分主要的光學望遠鏡和許多專門的紅外線望遠鏡
2.2	K 波段	大部分主要的光學望遠鏡和許多專門的紅外線望遠鏡
3.45	L 波段	大部分主要的光學望遠鏡和許多專門的紅外線望遠鏡
4.7	M 波段	大部分主要的光學望遠鏡和許多專門的紅外線望遠鏡
10	N 波段	大部分主要的光學望遠鏡和許多專門的紅外線望遠鏡
20	Q band	少數主要的光學望遠鏡和一些專門的紅外線望遠鏡
450	次微米	次微米望遠鏡

由於大氣的不透明度，在這些窗口以外的波段，紅外線的觀察是困難與幾乎不可能的。專門用於紅外線和次微米波觀測的望遠鏡一般都建在非常高的地點上，像是夏威夷的毛納基山天文台、智利的亞他加馬大微米陣列(ALMA)、或是計劃用飛機改裝的同溫層紅外線天文台(SOFIA)，都是從地球上能提供最佳敏感度的觀測場所。來自太空的資料，像是史匹哲太空望遠鏡、紅外線天文衛星、和紅外線太空天文台(ISO)則能協助填補上面窗口以外的紅外線波段觀測空隙。