比如，在间隔我们4000光年外，有一个大小约4光年的泻湖星云，由于个中正在孕育着浩瀚新恒星而被称为恒星的摇篮。我们看到科学家公布的照片是这样的：
泻湖星云可见光照片
但是你知道吗？科学家们用哈勃望远镜拍不出这样的俏丽图片，哈勃空间望远镜上的图像传感器是黑白的，并且它上面只有黑白传感器，压根儿没有彩色图像传感器！
上面这张照片实际上是由一组黑白照片组合、叠加、PS而成的：
泻湖星云的黑白原片，左上角是滤镜编号
把黑白照片PS成彩色照片，原来天文学家“骗”了我们几十年！
不可思议吧？
实在除了这些照片外，哈勃还拍下了这个星云中一些特殊的东西，天文学家们没有将它们公开，以是我们也无法一窥究竟，比如下面这张泻湖星云的红外图片（把稳，这张也是PS过的，加上了彩色）：
泻湖星云红外图片
将这张图片与可见光照片放在一起比拟，是不是有很大的差异？不说这便是泻湖星云，或许你会以为这是两个不同的地方：
泻湖星云与红外照片
重新认识哈勃太空望远镜为了搞清楚天文学家们到底是不是一群骗子，我们须要重新认识哈勃——这台史上最昂贵的空间望远镜。
最早的天文学家们拿一支眇小的单筒望远镜来看星星，随着科技的进步，望远镜越造越大，架设得越来越高，但始终跳不出厚重的大气层，天文不雅观测数百年来大多处于雾里不雅观花的状态。
望远镜的发展
为了避免不良景象、光污染、空气对光波的接管，以及大气湍流对太空不雅观测带来的不利影响，美国航天局NASA与欧洲航天局ESA互助研制了哈勃空间望远镜HST（Hubble Space Telescope）。在1990年发射升空以来的29年里，它从一个全新的视角为我们揭开了宇宙的面纱。
哈勃空间望远镜
从主镜面直径来看，哈勃并不是地球上最大的望远镜，它的镜面直径只有2.4米，但却是有史以来“站”的最高、最精密的太空不雅观测设备。
制造完成的哈勃主镜，中间的孔被封住了
哈勃搭载了前辈的丈量相机（ACS）、宇宙起源光谱仪（COS）、太空望远镜成像光谱仪（STIS）、广角相机3（WFC3）、风雅勾引传感器（FGS）、近红外摄影机和多目标光谱仪（NICMOS）、广角/行星摄像机（WF / PC1）、微弱物体光谱仪（FOS）、戈达德高分辨率光谱仪（GHRS）等等一系列繁芜的光谱剖析丈量设备。这些设备与地面设备一起，足以组成一个功能完善的天文台。
哈勃构造和设备简图
但哈勃所有网络到的光芒统统汇聚到一个巴掌大小的图像感应器上，这个传感器是黑白组件：
哈勃ACS WFC CCD图像传感器
对光谱的剖析你肯定感到好奇，为什么如此前辈的空间望远镜不用彩色相机而用黑白图像传感器，难道是当时造不出好的彩色传感器吗？
并非如此。事实上，对付天文不雅观测来说，黑白图像比彩色更好用。我们接下来为你剖析哈勃的事情事理。
与我们普罗大众不同，天文学家、天体物理学家和天体化学家们希望揭示迢遥天体的运行规律、它们的元素组成以及化学身分、探求氧气、水、有机化合物乃至外星生命存在的依据。科学家们节制的一个有力工具便是光谱。
原子中的电子只能以一定的能级存在。当电子从原子能级的一个梯级低落到另一梯级时，会发射出一个光子，其能量与电子能量的变革相匹配。不同的元素在其能量阶梯上的不同位置具有横档，它反响出来的便是这种元素的光谱。
光谱反应元素的能量阶梯
由于每一层电子在不同的能级上会发出不同波长的光，因此不同元素会有各自特定的光谱，我们通过对光谱线的剖析就可以知道发光的是哪一种元素。比如太空中最常见的碳、氧、氮和铁元素，它们所发出的光谱就各不相同。
碳氧氮铁的发射光谱各不相同
与之相对应，每一种元素也有它的接管光谱，比如当恒星的光从一团富含氢元素的云团中穿过期，个中一部分光会被氢接管，科学家通过剖析吸收到的光谱旗子暗记，就可以判断某个位置有大量的氢。
发射谱线与接管谱线
哈勃为什么用黑白相机？鉴于哈勃望远镜紧张是通过吸收光谱线来剖析迢遥天体的组成，而光谱的本射就反响出色彩，因此彩色传感器对付哈勃来说就显得多余。其余，哈勃上搭载的光谱剖析设备远远超出了我们人眼所能看到的色域范围，它涵盖了从极紫外线到远红外线波段在内的广阔频谱。有许多光肉眼看不见，但设备可以精确地分辨出来。
哈勃覆盖的所有光谱范围
为了将繁芜的光谱从图像上区分开来，科学家在图像传感器前面加上了许多繁芜的滤镜，这些滤镜可以分别过滤掉不须要的光芒，只让某一个波段频率的光投射到CCD传感器上形成图像。
绿色滤镜只让绿色波长光芒通过
然后再换另一个滤镜拍摄一张，如此循环，这样就能得到不同光谱在同一个区域所形成的图像光谱。
光谱仪事理
生手看热闹行家看门道。与公众年夜众不同，当天文学家拿到一组哈勃望远镜拍摄的黑白图片，他只须要知道这是用了哪一种滤镜和光栅，就可以剖析出迢遥天体发出光芒中包含的详细信息，从而知道这些天体中有些什么元素、天体的变革趋势以及天体的运动方向。
发射光谱与接管光谱下面这张图解释了科学家如何利用哈勃太空望远镜的光谱不雅观测来研究南部蟹状星云的化学组成：一对朽迈恒星强烈爆发产生了沙漏状的星云，个中包含了中心恒星内部铸造的元素，这些元素被强烈的爆炸抛洒到太空并被通亮恒星发出的辐射引发，发出特定颜色（或波长）的光。哈勃太空望远镜成像光谱仪（STIS）将来自星云的光分开，记录到氧、氢、氮和硫的发射光谱和它们在星云中的分布办法。这不仅有助于我们更好地理解星云中央的两颗恒星的性子，还可以据此剖析星云中后代的恒星、行星元素组成，以及是否有可能产生生命。
从南蟹状星云发射光谱中找到四种元素
同样地，当系生手星穿过其母恒星光芒时，恒星的一部分光会被行星的大气层接管。通过剖析被接管的光谱，我们可以得到行星大气层中可能含有的化学物质及其所占的比例，这为判断行星上是否存在可能支持生命的元素供应了可靠依据。
通过接管光谱判断行星大气成份
例如，科学家通过利用哈勃太空望远镜对系生手星WASP-39b的大气接管光谱进行剖析后创造，这颗被称为“热土星”的行星含有的水是土星的三倍。它解释WASP-39b不仅阔别恒星形成，还有可能受到大量含水物质的轰炸。
对WASP-39b的综合接管光谱剖析创造大量水
为什么公开的都是彩色照片？通过上面的剖析，我们可以知道，黑白照片对付天文学家来说更有代价。事实上，天文学、天体物理学远不如我们想象的那么浪漫。科学家们看星星与"大众年夜众的视角显然有巨大的差异，为了探索宇宙的奥秘，他们须要长年与单调的图像和呆板的图表打交道，星空对付他们来说便是黑白的本色。
天文学家可以从中得到有代价的信息
彩色的星空照片对付"大众年夜众更有吸引力，哪怕它展现出来的颜色并不完备真实，也总比单调的黑白图像带来更多震荡与神往。为了让更多的人关注太空探索奇迹、让孩子们热爱科学迷上科学，也为项目争取到更多的投资支持，科学家们会将这些黑白照片加以处理，叠加上相应波长的颜色，再将不同颜色的图片用打算机进行合并，于是天生了我们常见的绚丽的宇宙图像。
气泡星云的光谱图像叠加结果
蟹状星云是这样PS出来的
写在末了：哈勃太空望远镜拍摄到的全是黑白图像，由于它的图像传感器ACS WFC CCD便是黑白的。这并不表示ACS WFC CCD很掉队，正好相反，这是一台极为前辈的光学传感器，它吸收的频谱范围覆盖了从远红外线到极紫外线在内的所有波段，这为天文剖析打下了坚实根本。
科学家通过滤镜和光栅将望远镜吸收到的星光区分开来，分别对不同波长的光进行成像，从而得出迢遥天体的化学组成信息，同时对天体的运动状态进行剖析。对付科学家而言，代表不同波长的黑白图像更加有用。
"大众看不懂黑白图像和大量数据背后蕴含的信息，他们更喜好彩色图片，因此科学家利用PS技能为不同波长的光加上颜色，更将图片进行叠加，从而天生彩色图像，这便是你看到的残酷星空。
残酷星空