聽不到的說話—光

天文是科學，而科學的基本就是證據。科學研究都是由推導理論開始，但最終都要從實驗確認，再由現實的現象證明。

如果從事化學（Chemistry）研究，你可以“左溝右溝”去測試化學反應。

如果從事生物（Biology）研究，你可以近距離觀察，甚至抽樣研究各樣動、植物。

如果研究物理（Physics），力學、電力學⋯你都可以親身做實驗研究。

但是天文研究，我們不能去拿取太陽，不能嘗試把牛郎星（Altair）和織女星（Vega）撞在一起試試看。所以，天文觀測就成為了天文研究的唯一“實驗”。而天文觀測中，光，是最重要的訊息來源。

適逢今年是國際光之年（International Year of Light），今次就以光來作題目吧。

光，到底是什麼呢？

物理之中，光有個“術語”叫做電磁波（Electromagnetic Wave），是原子（Atom）之中電子（Electron）活動的產物，內裹包含很多東西。

第一樣電磁波是無線電波（Radio Wave）。無線電波我們主要使用於通訊，譬如收音機訊號、電視機訊號。

第二樣是微波（Microwave）。日常生活也經常用到，例如各位家中、辦公室都用的微波爐，就是最直接使用微波科技的電器。另外，一些遠程的通訊也會使用微波通訊。

第三種是紅外線（Infrared）。紅外線主要用於醫療和短程通訊。例如大部份的電視遙控器都是使用紅外線發送訊號、又或者有些按摩椅的針灸功能也是使用紅外線的。

第四種是可見光（Visible Light）。人眼只對這一範圍的電磁波有反應，所以就叫可見光，亦即大家平時所見到不同顏色的光線。

第五種是紫外線（Ultraviolet）。作為女仕的天敵，其實紫外線還是在不少生活的範疇起到作用。例如紫外線治療、科學鑑證、消毒等等等等⋯

第六種是X光（X-ray）。主要用於醫學上。

最後，是伽馬射線（Gamma Ray）。這是一種能量極高的電磁波，一旦被照射，身體細胞的DNA會被破壞，對身體造成傷害。不過幸好伽馬射線普遍存在於宇宙之中，並且不能穿透大氣層。而且，現在有醫學研究在探討伽馬射線對癌症治療的效用。

這幾種電磁波按次序排列起來就叫做電磁波譜（Electromagnetic Spectrum）。

電磁波主要有兩種表達方法，波長（Wavelength）或頻率（Frequency）。波長越長，頻率越低；相反波長越短，頻率越高。頻率越高，能量就越高。即是：無線電波的能量最低，伽馬射線的能量最高。

因為不同的天體會發出不同的“光”，所以整個電磁波譜都被天文學家利用來觀察宇宙，於是天文界有不同的天文學“派別”，容後細述。

當然，傳統天文學主要是研究可見光的。當時的天文學家發明了一個量度星光的方法：星等（Star Magnitude）。

其實，一般日常生活我們已經在用另一個量度單位：lux （單位：lx）

譬如：夜間被街燈照亮的環境約為20 lx、家中開了燈約300-500 lx、電視螢幕約500-900 lx。

但是，如果天文也用這個量度單位就有問題了。太陽的光度是128000 lx、織女星約0.000002 lx、天王星則約為0.000000008 lx。

大家看到吧，要是用lux的話，記數位也記死了。那有沒有一個方便一點的方法呢？那就要去請教數學家了。

數學之中就有一個這樣的工具，就是你小學中學時學過，但又經常埋怨沒用的log了。

log10是1，log100是2，log 1,000,000,000是9，log0.1是-1，log0.0000001是-7⋯所以log是最能簡單又有效地表達相差很遠的數值的。

於是天文學家就發明了使用log做計算的星等，當時為方便，決定用織女星為參考，訂為0等星，星等的數字越大，亮度就越小；如果比織女星亮，就以負數繼續排列下去，例如天狼星是-1等，即比織女星亮。這樣的話：太陽成了-26等、滿月約為-12等、天王星約為6等⋯

在這把尺底下，星等相差6等，光度就相差100倍。

而現代天文之中，即使我們使用可見光以外的電磁波觀測天體時，我們也可以用星等去排列不同天體。

夜空之中，光度不足的天體有很多。天文學家概括以6等星作為人眼的極限，再暗的星就不太可能單以肉眼看得到了。當然實際的情況因人而異，你要說你能看到10等的星我也不會懷疑⋯不過閣下看看眼科醫生比較好，靈魂之窗哦⋯

可惜，即使大多數人眼能看到暗至6等的星，不過在城市之中，因為光害的問題，天空的背景大多被染至4等，甚至有時3等的亮度。於是，比天空背景暗的天體就不太可能用肉眼看到了。

所以，要保留這一個自然界的光舞匯演，就要減省不必要的燈光了。只要在夠暗的地方，你就會發現，宇宙其實在向我們訴說著許多故事了⋯

下一篇的光之年系列，我會寫一些關於光的故事。