眼睛是我们获取外界信息的主要器官，利用人眼接收到的光线，我们得以知晓外界的样貌。

然而，人眼感知电磁波的能力是有限的，眼睛所能够观察到的电磁波，只是自然界中存在的电磁波中很小的一部分，我们称其为“可见光”，另外一部分叫做“不可见光”。红外线，是人类发现的第一种不可见光，它的出现让人类“大开眼界”，不可见光视野下的世界异常精彩。

红外线能够直观地揭示物体表面温度。事实上，所有的物体都是由大量的分子或原子等微小的粒子构成的，这些微小的粒子每时每刻都在不停地振动，并发出电磁波，也就是光。物体的温度越高，振动也就越强烈，发光的成分也就会随之改变。加热融化的铁块能够发出橙红色的光。

铁在常温时，在人眼看来是不会发光的，现在我们知道，铁在常温时发出的光是人眼无法感知的不可见光，眼睛都感觉不到它们，那是怎么发现他们的呢？故事要从一块玻璃和一支温度计讲起。

分光三棱镜加温度计，红外线就此现形

对于光的分析与了解，最为知名的便是牛顿的分光实验。作为资深光学爱好者，光学学科的重要奠基人，牛顿在一个暗室中，让太阳光从一个小洞进入房间，光束经过一个棱镜后，分成了不同颜色的光。不同颜色的光再经过一另一个棱镜时，颜色不再改变。

由此，牛顿便认为白光是由七种颜色的光混合而成的。为了在望远镜中避免这样现象的产生，牛顿还专门发明了反射式的天文望远镜，当今世界上大多数的大型天文望远镜也都是采取的反射式的望远镜，让光在镜面上反射，而不是进入玻璃中，就能够避免光被分成不同的颜色，导致分辨能力下降。

说到这里，大家几乎都认为，关于光的成分，牛顿的解释已经非常完善了。但有一个人不是这样想的，他就是赫歇尔。

赫歇尔的父亲是一名天文学家。自然而然地，他也喜欢上了观察星星，也成为了一名光学研究者。他对天文和摄影都做出了许多重要的贡献，他命名了土星和天王星的卫星；对照相工艺进行了改进，并创造了“摄影”这一词汇。

赫歇尔是如何发现红外线的呢?人们很早就知道，火会散发看不见的热量；在1681年，实验家马里奥特发现，当阳光透过玻璃后，相比起阳光直射，皮肤感受到的热量是不一样的。赫歇尔结合牛顿的光色散实验以及马里奥特的玻璃实验，建立了一个自己的实验装置，并由此发现了红外线的存在。

（图源：作者自制）

威廉赫歇尔在一个暗室中放置一块棱镜，让阳光通过棱镜后发散成不同颜色的光线，赫歇尔在不同颜色的光线位置都放上了温度计，他还在红光之外眼睛看起来没有光的区域也放置了温度计。过了一段时间，他发现放置在红光之外区域的那根温度计温度上升的最快。由此，他推断红光之外的区域一定还有某种光使得温度计的温度上升了。他将他命名为热射线，由于这种光是在红光之外的范围被发现的，又被称之为红外线。

与生活息息相关的红外线

红外线有多有用呢？它让我们能够在不接触物体的前提下就能够知道物体的温度，

就算是黑夜，由于所有的物体都在发出红外线，红外成像设备仍然能够正常使用，这在救援，军用等领域是非常有用的。天文观测中，红外成像是非常重要的，现代科学家会观察宇宙中物质的红外特性，相比于可见光，红外线能够穿透太空尘埃，传递地外星系更多的信息。

（太空中的JWST望远镜，用与红外成像，图源：wikipedia）

前边我们说过，既然玻璃能够隔绝相当一部分的红外线，为什么夏天在阳光下曝晒的车车内还是非常地热呢?车窗虽然阻隔了外边的红外线进入车内，同时也阻止了车内物体发出的红外线向外逃逸，红外线就在车内不断地反射聚集，车内的温度也就越来越高。

不可见光的新世界大门，就此打开

红光以外有红外线，紫光以外呢?没错，确实有紫外线，而且紫外线的发现也是科学家做了一个类似于赫歇尔的实验，只不过把温度计换成了照片的底片，紫光之外的底片仍然会发黑，说明有紫外线照射到了底片。

人们对光线的认识越加全面，各类应运而生的光学仪器也出现在了生活中，红外加热，紫外杀菌，光学检测，天气预报等，借助于各类不可见光，我们对世界的了解，更加全面。

参考资料：

[1] Ball S R S , Harkness W , Herschel S J ,et al.Essays in Astronomy[M].D. Appleton & Company,1900.

[2] Evans D S , Deeming T J , Evans B H ,et al.Herschel at the Cape; diaries and correspondence of Sir John Herschel, 1834-1838[J].Physics Today, 1970, 23(11).DOI:10.1063/1.3021829.

作者：吴庆 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 研究生

审核：李明 中国科学院高能物理研究所 研究员

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来源: 星空计划

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