在太空中运用我们所有的感官

我们通过不同的感官来体验世界：视觉、触觉、味觉、听觉和嗅觉。同样，天文学家现在利用不同的“信使”来研究宇宙：光、粒子，以及被称为引力波（gravitational waves）的时空涟漪。通过综合来自多种信使的信息，他们能比只用一种信使了解到更多关于宇宙天体与事件的知识。科学家把这种方法称为多信使天文学。

光

科学家把光想象成光子流，光子是代表最小光能包的一种粒子。光既表现得像由粒子组成，又表现得像由波组成。虽然我们通常用波来描述光，但它其实两者兼有。

不同类型的光汇合在一起，构成了一个集合，称为电磁波谱（electromagnetic spectrum）。科学家根据光的能量、波长和频率来划分波谱中的这些不同区域。

射电波

Microwaves cook popcorn in a few minutes. Astronomers use this light to learn about the structure of galaxies, including our own. NASA’s Cosmic Background Explorer (COBE) used this wavelength to map the cosmic microwave background, taking a sort of baby picture of the universe.

Infrared light is often used to detect heat. It’s what you see when you wear night-vision goggles. In space, astronomers use it to map the dust between stars and observe newborn stars. NASA’s James Webb Space Telescope employs infrared light to study some of the universe’s oldest stars.

Visible light is what our eyes detect. It’s emitted by fireflies, lightbulbs, and stars. Scientists use it to study all kinds of cosmic objects. NASA’s Transiting Exoplanet Survey Satellite, for example, uses visible light to find exoplanets, or worlds beyond our solar system.

紫外线（UV）携带的能量比可见光更多。大部分紫外线被地球大气层阻挡，但来自太阳的一些紫外线能穿透大气，让我们晒黑或晒伤。NASA 的哈勃太空望远镜利用紫外线研究从木星极光到其他星系恒星形成的各种现象。

X 射线的穿透力很强，牙医用它来看牙齿内部，机场安检用它来透视行李。天文学家借助 NASA 的钱德拉 X 射线天文台等任务，研究从中子星、星系和宇宙爆炸中发出的 X 射线。

伽马射线是能量最高的光。它们被用于给食物和医疗器械灭菌，以及治疗某些癌症。天体物理学家用它们来研究宇宙中一些最猛烈的事件——大质量恒星的爆炸，以及中子星和黑洞的碰撞。NASA 的费米伽马射线太空望远镜已经收集伽马射线十多年，发现了许多令人兴奋的新现象，包括两个巨大的伽马射线气泡，它们从我们银河系中心向上和向下延伸数千光年。

粒子

许多宇宙天体与事件也会喷射出高速粒子。在某些情况下，粒子能让科学家窥探用光看不到的地方。例如，有些粒子能逃离极其致密的环境，在那里连光都可能难以逃出，比如正在死亡的恒星内部。宇宙粒子分为两类——中微子和宇宙射线。

中微子

中微子是基本粒子——它们不能被分解成更小的部分。它们由放射性衰变和核反应产生，包括地球上核反应堆中发生的反应、恒星核心中的反应、超新星爆炸，以及黑洞撕碎恒星时发生的反应。中微子的数量超过宇宙中所有原子的总和，它们以接近光速运动，且很少与其他物质发生相互作用。这些特性让中微子很有趣，但也非常难以研究。

美国国家科学基金会在南极洲的冰立方中微子天文台，使用一系列埋藏在一立方千米南极冰层中的仪器来探测中微子信号。即便有这么大的体积，冰立方每六分钟也只能看到一个中微子。也就是说，在同样时间内穿过天文台的中微子中，每 500 万亿万亿个才有一个被看到。

宇宙射线

宇宙射线是带电的高能粒子，以接近光速在太空中运动。每秒钟，地球大气层的每一平方米都会受到大量宇宙射线的轰击。这些粒子通常是氢原子核，也就是质子。但科学家也探测到了其他

Cosmic rays are boosted to high speeds in cosmic events and environments that release a lot of energy. One example is the expanding debris of exploded stars called supernova shock waves.

Since cosmic rays are charged – positively charged protons or nuclei, negatively charged electrons – their paths through space can be deflected by the magnetic fields of stars and other objects.

Gravitational Waves

Gravitational waves are ripples in space-time, the fabric of the universe, that travel at the speed of light. Gravitational waves are created when objects speed up, slow down, or change direction. And just like light, they come in different wavelengths and frequencies. All accelerating masses generate gravitational waves, including pencils, people, and planets. But we can currently detect only those produced by superdense stellar remnants – black holes and neutron stars. Even the strongest waves detectable at Earth distort our planet’s shape by only about 1% the size of an atom.

阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）在1916年的广义相对论中预言了引力波的存在。科学家通过观测一些双星系统的轨道，对引力波的存在增强了信心，但直到2015年，美国国家科学基金会的激光干涉引力波天文台（LIGO）探测到两个恒星级黑洞碰撞并合产生的涟漪，才直接观测到引力波。即将由欧洲空间局主导的激光干涉空间天线（LISA）旨在探测合并星系中成对超大质量黑洞产生的引力波。

科学家们还在利用脉冲星计时阵列——即特定的毫秒脉冲星集合，这些脉冲星是曾以超新星爆发结束一生的恒星的快速旋转核心——来搜寻某些类型的引力波。毫秒脉冲星会扫过我们的视线方向，射出从射电波到伽马射线的辐射束，看起来以惊人的规律性脉动——就像宇宙时钟一样。当长长的引力波经过其中一颗脉冲星与地球之间时，会使光的到达时间提前或延迟十亿分之一秒。通过寻找阵列中脉冲星脉冲变化的特定模式，科学家们期望能揭示从它们身旁滚过的引力波。