4月下旬，买了一盆小小的柠檬树。拿到家后发现树叶上有几坨“鸟粪”，细看则是凤蝶的幼虫，于是就地养了起来。后来又去花市，连虫带叶薅回来一些，总共8只。

养大几天认出，这些都是玉带凤蝶（Papilio polytes），算是最常见的凤蝶种类，网上有许多饲养经验可供参考，省了不少自己揣摩的力气。如今我这几只也都陆续羽化成蝶，自在逍遥去了，所以我也来说说饲养和拍摄心得。

作为完全变态昆虫，玉带凤蝶的生命周期分为卵（egg）、幼虫（larva）、蛹（pupa）、成虫（imago）等4个阶段。我这些凤蝶拿回来就是幼虫，所以只能从这个阶段讲起。

幼虫就是个干饭机器，每天抱着树叶吃了睡睡了吃。它们在化蛹之前要蜕几次皮，每次蜕皮后都目视可见地长大一圈。蜕皮之后，它们会很快把除头壳以外的旧皮吃掉。由于我这几只凤蝶是半路请来的，又混养在同一棵小树上，并且它们销毁痕迹速度很快，无法见证每次蜕皮，因此无法给出“从幼虫到蛹总共蜕几次皮”的数据。网上说是5次左右，那我就相信吧。对我而言，幼虫期有多久更重要，因为它关乎小家伙们要把我栓家里多久。从买树见虫（4月22日）到最后一只凤蝶化蛹（5月11日），中间总共19天。

低龄的凤蝶幼虫拟态为灰绿-污白相间的鸟粪，要仔细观察，才能从它头尾两端各一对白色小角辨认出来。到了高龄幼虫的时候，它又会化为另一种拟态，有一双炯炯有神的假眼，如果受到近距离惊扰，还会从头部后上方翻出一对紫红色的臭角腺（臭脚味儿的，相当销魂）。有眼有信子，看起来就像一条小蛇了。

臭角腺的颜色也是识别凤蝶种类的方法之一，假如是柑橘凤蝶（同样生活在芸香科植物上），臭角腺就是橘黄色的了。

（文章并未烂尾，下方有分页可点）

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最近，一则新闻《我国科研人员首次观测到电磁波动态传播》出现在各大科技媒体上，其核心内容是：“太阳日冕的特殊结构以及行星等大型天体可作为电磁信号放大器，或可实现星际间通讯或者能量传输。相关研究成果发表在《自然·通讯》上。”

猛一看，大家会惊呼：《三体》诚不我欺！弹拨太阳发送广播莫非马上要变成现实了？

实际上，这是对论文的错误解读。找来《自然·通讯》上的原始论文，说的内容其实是：“特定形状的太阳冕洞能够使磁流动力波聚焦，类似的效应应可在具有磁场的行星、其他恒星或星系找到。该透镜过程可用于冕震学的研究。”

这里的要点有四个：

1. 被影响的是磁流体动力波（简称磁流波），不是电磁波。磁流波以等离子体作为介质，和不需要介质的电磁波不是一回事。在这项研究里，磁流波没有离开日冕。
2. 是聚焦，不是放大。这项研究里，磁流波从太阳耀斑开始扩散，途径一个冕洞后，部分磁流波发生聚焦，焦点处的波幅比扩散期的大，但远小于耀斑源头的波幅。
3. 只有特定形状与密度的冕洞可以观察到这种透镜效应。在这项研究里，聚焦发生在冕洞的一个月牙形湾区。
4. 该现象的潜在应用是对冕震学的研究，也就是对日冕内发生的震动的研究，而非用于星际通讯或者能量传输，因为磁流波未能离开日冕，并且没有放大原始信号。

要点总结完毕，接下来，我们详细梳理一下：

这项研究早在2022年就已提交，使用的是2011年的观测数据（感叹：要在科学前沿做出新发现，真的太难太难了）。具体的观测事件是这样的： 2011年2月24日，日地关系观测台B星（STEREO-B）观测到太阳表面一处耀斑爆发。这颗卫星当时运行在尾随地球约95°的环日轨道上，所以它看到的是当时太阳的背面。从地球方向看过去，则能够看到这个耀斑激荡出的磁流波（等离子体受磁场影响表现出的波），就像海底火山激发的海啸波浪一样，从太阳边缘出现，缓缓绕到正面来。对磁流波的后续观测，由运行在地球身边的太阳动力学观测台（SDO）所完成。

磁流波以耀斑为中心向外扩散的途中，经过了一个形状不规则的冕洞（日冕上的较冷、较稀薄的磁场开放区域）。通过分析SDO的观测数据，中国研究人员发现，在这个冕洞的一个月牙形开口的湾区，磁流波的“波浪”前沿（波前）发生了过去从未观测过的现象：原本外凸的波前呈现出内凹，最后聚焦在一个点上，就像光/电磁波通过透镜聚焦一样。

——顺便说说，原始论文中常常以光/电磁波通过透镜打比方，或许是报道解读出现偏差的原因。

研究人员认为，冕洞里的磁场由单一极性主导，并且物质比冕洞周围更稀薄，这里的阿尔文速度（衡量磁流波的一个速度）较高，当磁流波离开冕洞后，就朝向阿尔文速度较低的区域偏折。通过数学模拟，研究人员重现了磁流波聚焦的现象。

总而言之，这项研究的内容是日冕内物质的运动现象，并未讨论它对电磁波（包括光）的影响，研究并未涉及通讯或能量传输的话题。

很多人对天文感兴趣，是被一幅幅壮观绚丽的美图带入坑的。可你是否知道，这些美图都是后期做出来的？

【震惊脸，什么什么，退坑】

别走啊，这样做是有道理的，且容我慢慢道来。这里我们不谈艺术家创作的概念图——比如第三视角看到的探测器接近行星，一边转一边拍的银河系全貌，或者群星纷飞的超光速旅行视频——而只说天文望远镜或探测器拍到的照片。

先说最简单直观的：拼图。

以“旅行者1号”探测器拍的“太阳系全家福”为例，当时是1990年2月，“旅行者1号”已飞到64亿公里以外，它回望太阳系，拍摄制作了这张著名的图片。

图片的主体部分，实际上是由39张单独的照片拼接连缀而成。其中，每个标记字母的地方就是一颗（基本看不见的）行星，如J表示木星（Jupiter）、E表示地球（Earth）、V表示金星（Venus）等等。

为什么不直接来个广角镜头，大家一道喊“茄子”呢？因为每张小照片已经是“广角”镜头拍的了。天文观测的视野通常非常非常小，多亏探测器要拍摄行星全身照，出发时带了个视野稍宽的相机。周边的6张小彩图，才是探测器在同样的位置，用窄视野相机“拉近”拍摄的。

“旅行者1号”拍摄这一系列照片时，需要多次调整镜头指向、设置曝光参数。地面合成时，要忠实地复现这些变化，才能把图片拼接到正确的位置。

有的拍摄任务并不需要改变太空望远镜的朝向，但因为设计或当时的技术限制，还是要拼图完成。例如“哈勃”望远镜，在1993年到2009年间，它使用第二代广域和行星相机（WFPC2），有4块800×800的CCD感光片。我们看到的最终照片，都是由四幅图片拼接而成的。

这4个CCD中，有1个与众不同，它的视野比其他几块小，但像素一样多。这样，它可以用来拍摄天体的某个局部，供天文学家研究细节。比如，鹰状星云“创世之柱”的照片，本来应该是下图这样：

不过，向大众展现时，就得把这个用来放大局部的角缩小，才能和其他三个角拼接成一幅衔接流畅的照片，像下图这样，右侧星云柱上下接合完美：

有得必有失，图片衔接是流畅了，却造成了一个没有内容的缺口。天文学家是有底线的，不会造个虚假背景放在这里。所以，“哈勃”望远镜的许多照片，都有这个标志性的阶梯状暗角，直到2009年，它更新换代，使用了第三代广域相机（WFC3），这个暗角才消失不见。

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有时，图片拼接是因为被摄对象条件太极端，无法一下子看全。

比如下面这幅日冕物质抛射，羽状抛出的物质是由SOHO太阳探测器的LASCO光谱仪拍摄的，但LASCO从来只敢遮着太阳观察日冕——假如它看一眼太阳，那就是最后一眼。中间的太阳，则由探测器上的EIT望远镜在极紫外波段拍到，比正常尺寸放大了些，填到中间，以增强图片效果。这两台仪器，一个不敢看太阳，一个看不到外层日冕，各自拍一部分，拼到一起，就还挺美的。

拼接图片是X-Y方向的操作。有时，我们还需要Z方向的图片加工，也就是叠图。

叠图有三个主要用途：一是增强信号，二是抑制噪点，三则和色彩相关了，我们留到后面的章节细说，先聊聊头两个用途。

下图是我在2015年冬天拍摄的猎户座大星云，谈不上是个好片子，因为是户外随兴拍摄，手边只有一个白天拍鸟的长焦相机，也没有赤道仪用来消除地球自转造成的星光拉丝，只好把相机的感光度调得很高很高，以缩短曝光时间。但相机感光度一高，噪点就噌噌噌地上去了，让人无法分辨一些亮点究竟是真恒星呢，还是卫星或太空垃圾呢，还是相机自己的噪点呢。

请留意图中圈出的4个光点。

我拍了十几幅照片，选了几张质量不错的，仔细地在PS里把它们的亮星对齐，然后，我把上面几个图层设为“变暗”——也就是说，对于每个像素，只显示所有图层中最暗的那个。如果那里有一颗真恒星，它应该在所有图层的同一位置都是亮的，最终会显示出来。如果那只是一颗卫星、一架飞机、一个高感光度造成的噪点，那么它就会被其他图层投票判死。

叠加合成的照片如下，画面干净许多，真星星都留下来了，上图圈出的亮点不见了。我检查了一下，每幅照片里都有它们，在恒星的背景下缓缓移动，可能是卫星吧。

严肃的天文观测中，图像叠加技术要比我的“五分钟PS教程”复杂得多，这里只是简单意会一下。

再以前面提过的哈勃深空为例，这张照片是1995年底拍摄的大熊座内一个极暗的天区。除了前景的几颗银河系恒星之外，可看到的3000多个天体几乎全是遥远的星系，直抵百亿光年以外。如此遥远暗淡的星光，迫使“哈勃”望远镜用了10天时间，环绕地球150周，对着同一天区累计曝光141小时。最终，选取342张照片叠加，去除宇宙射线和地球散射光干扰，增强真正的信号，合成了我们今天看到的哈勃深空图像。

再说说上色。

各种探测器和太空望远镜拍到的照片，其实原图是黑白的，如果要看彩照，就要后期上色。

不不不，不是这种“上色”。在天文照片里，每个像素的颜色都要有根据，可不是影楼里处理老照片那样，抹个红脸蛋，涂个红嘴唇就完事了。

上色的时候，要推敲三个问题：真实吗？科学吗？漂亮吗？三个问题的答案，分别对应一种上色方法，并且有（jīng）时（cháng）会冲突。

先回到起始问题，为什么照片原图是黑白的呢？并非因为技术落后，能采到的信息贫乏，事实正好相反，是因为信息量太大了。电磁波谱十分宽广，而人眼和大脑能认知的色彩十分有限。超出可见光波段的，一概“伸手不见五指呀”。仪器在可见光以外的波段拍到的图像，该称之为什么颜色呢？

所以，探测器干脆只用明暗来表达它看到的东西，附上波长信息，打个包丢给人类：“喏，这张是微波波段的，这张是红外波段的，这是红光区的，绿光区的，蓝光区的，紫外，X射线，都是黑白片儿，你自己慢慢看吧，只要能分清楚就行。”

当然啦，如果照片本来就是在可见光波段拍摄的，上色就十分简单。太阳系各大行星和周边卫星的彩照大多如此，只要把蓝绿红三原色各自对应的黑白片挑出来，各自渲染成蓝绿红三色，再一叠加，一张“跟真的一样”的彩照就出来了，和冲洗彩色胶片以及人眼辨色原理一模一样。这种可见光波段的上色，叫做“自然色”。

可见光以外，就得用物理+哲学的思路。比如，下面这个太阳极紫外图像四联张，是在17.1nm、19.5nm、28.4nm、30.4nm等波段分别拍摄的太阳。紫外线原本谈不上颜色，但为了快速辨认这些波段，我们不妨按照可见光的波长顺序，从蓝到红为它们赋色。这个色彩顺序符合电磁物理，所以易懂易记，而且，相当美丽！

真实吗？科学吗？漂亮吗？当后两个答案完胜时，就可以拿来挑战第一个问题：我们觉得不真实，纯粹是因为我们眼界太窄，带宽不够……

换句话说，人类不惜代价把那么多仪器送上天，是为了科学研究，而不是观光游览。可见光的狭隘色彩，在整个电磁波谱里，是没有意义的。只要能表达科学信息，就可以抛开天体的可见光色，赋予它完全不同的色彩。这时，我们给照片上的是“代表色”。

还拿“创世之柱”为例，它的原图，本来是3个波段的黑白照片。

其中，左图是氧的502nm蓝绿色辉光，中图是氢和氮的657nm红色辉光，右图是硫的673nm深红色辉光，分别用相应波长的滤镜获得。之所以检测这些波长，是因为这些元素是构成天体的重要成分。

那么问题来了，一个蓝绿色和两个红色叠加配色，结果会是怎样？

结果就是这个样子，它也许更接近天体的真实模样，但这样真实的一片血红，在科学层面上，却没有信息量。

天文学家们追求的，是一目了然。前面说过，为了传递科学信息，我们可以抛弃天体的“本色”。这样，我们把波长最短的氧定义为蓝，把氢+氮定义为绿，把波长最长的硫定义为红（硫：我本来就红……），再做一次图片，忽然就感动得想哭有没有？！

不但图片的色彩更加缤纷绚烂，它也方便传递科学信息。我们知道蓝绿红三原色和各元素的对应关系之后，就能直接解读“创世之柱”各部位的元素分布状况，比“真实”的“血海肉山”要轻松多了。

还有一些上色法，既不真实，也不是为了科学。比如下图的NGC1850，它背后的星云本来发射着氢α线的红光。如果按红色来染，并不妨碍科学表达，但修图师很任性，就是乐意用蓝色来染。这种调进个人审美品味的，叫做“增强色”。

回顾一下，上色三拷问：

真实吗？如果真实，我们把它叫做“自然色”。
科学吗？如果科学，我们把它叫做“代表色”。
漂亮吗？如果漂亮，我们把它叫做“增强色”。

看到这里，想必你对天文美图的制作心中有数了吧！是不是一点都没有退失对宇宙的兴趣，反而更愿意在浩瀚星海中徜徉了呢？

天文界最近的大热点，莫过于“鸽王”——詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope, JWST）——终于迎来了飞向太空的准确日子，2021年12月22日（这次是真的吗）。这架太空望远镜于1996年立项时，目标是2007年上天。然而它命运多舛，经历了不断的拖延、追加经费、乃至几乎流产等一系列折腾，活活拖了14年。现在它（好像）真要出发了，怎不令人心潮澎湃？

为什么詹姆斯·韦伯望远镜如此能鸽呢？它去太空做什么？我们来聊聊。

先说说“詹姆斯·韦伯”这个名字。詹姆斯·韦伯（James Webb）是NASA的第二任局长。他主持过的最著名的项目，就是“阿波罗”登月计划。他在任期间，NASA完成了不下75次发射，其中有美国最初的太空环境研究、载人航天和行星际探索任务。

为了表述方便，下文提到“韦伯望远镜”、“韦伯”、“望远镜”或其他足以识别身份的名称时，指的都是本文的主角，詹姆斯·韦伯太空望远镜。

为什么韦伯望远镜成了“鸽王”？暂且按下不表，我们先说说它上天去做什么。了解它的任务和工作方法之后，这个问题也就有了答案。

韦伯望远镜最初的名字是“下一代太空望远镜”（Next Generation Space Telescope），“下一代”是相对哈勃太空望远镜而言的。它的官方定位是哈勃继任者，主要任务是要比哈勃看到更深更远的宇宙深空，追溯宇宙在132亿年以前、刚刚形成初代恒星和星系时的婴儿期相貌。它的观测结果，将为宇宙的早期演化史提供重要数据。

光的传播需要时间。我们看到的总是1纳秒前的屏幕、1秒前的月亮、500秒前的太阳、102个月前的天狼星、1340年前的猎户座大星云、250万年前的仙女座大星系。视线越远，看到的景象就越古老。所以，韦伯望远镜的原理很“简单”：使劲往远处看就是了。

可是，宇宙空间在不断地膨胀。初代恒星的星光，出发时还是紫外线和可见光，百亿年后到达地球时，已经被宇宙膨胀抻成了橙红色光和红外线。当研究近处孕育的新恒星时，能从星云尘埃中跑出来报信的，也是波长较长、衍射能力较强的红外线。所以，韦伯在0.6~28微米的波段工作，对应的色彩是橙至红外。

我们眉头一皱，发现事情不那么简单了。

地球大气层对于红外线只能做到半透明，还不是信号变弱的问题，而是几个波段根本不予放行。从时空尽头远道而来的红外线，本已奄奄一息，经过大气过滤后，更是缺斤少两。另外，凡有热处就有红外辐射，温暖的地球大气，本身就是巨大的红外干扰源。因而，在地面上无法研究宇宙最深处传来的红外线。那些强大的地面望远镜，如中国“天眼”FAST、甚大天线阵VLA，在建的欧洲极大望远镜E-ELT，都不适合做这方面的研究。

怎么办？浮出大气层，到太空中去！哈勃望远镜的轨道够不够？不但不够而且很不合适。哈勃在540公里的高度绕地飞行，这里依然有稀薄的大气，并且无法逃避红外烘烤——当飞到白昼区时，如果扭头不看太阳，就躲不开地球那张明晃晃的大脸——被照亮的望远镜本身也会制造红外辐射干扰。哈勃不太在意这个，是因为它主要工作在紫外和可见光波段。

所以，韦伯望远镜的最终选址，是日地拉格朗日点L2。如果读者不熟悉这个词，只需要知道它是个有趣的位置：在这里的小天体，比地球离太阳远，却能和地球以相同周期绕日公转。L2处于地球轨道外围，距地150万公里（地月距离的4倍）。这里没有大气，并且太阳、地球、月球这些干扰源都在同一方向，只要把这个方向挡住，就能够心无旁骛地静听宇宙深处传来的第一声婴啼。

确切地说，韦伯望远镜并非固定在L2上，而是围着L2画圈飘荡（原理不重要，在此不赘）。为了把各个可能角度的阳光遮挡严实，韦伯望远镜配备了一个巨型遮光罩。它大致是个菱形大风筝形状，长径21米，短径14米，面积堪比一个网球场。这个遮光罩共有五层镀铝（前两层掺杂硅）的聚酰亚胺膜，每层膜薄如办公用的透明胶带，并且互相分离。

多层分离是有道理的：假如只有一层，不论它有多厚，即使镀上反光材料，阳面的残留热量还是会传导到阴面，变成红外干扰。而在多层膜之间，热量只能通过辐射传递，最终呈指数衰减。测试数据表明，遮光罩的阳面接受300千瓦的辐射功率时，阴面只有23毫瓦的输出。这样的性能，足以让望远镜稳在-220℃以下安心工作。

观测点选好了，太阳光挡上了。解决了信号干扰问题，还有其他问题等着。

作为“下一代”望远镜，韦伯看到的图像要和哈勃一样锐利，但它看的是波长更长的红外线，所以它需要一个更大的镜面才能胜任。想想那些射电望远镜或镜阵，个个都是巨锅，正因为它们侦测的波长更长。

韦伯望远镜有一个直径6.5米的主镜，相比之下，哈勃的主镜直径只有2.4米。韦伯的主镜面积25.4平方米，是哈勃的6.25倍。这面巨镜的性能相当卓越：在2微米的红外波段，韦伯的分辨力可达0.1角秒，相当于站在80公里外看一个乒乓球。它能看到比哈勃观测极限还要暗几十倍的天体，是人类肉眼观测极限的100亿倍。

有趣的是，韦伯的大镜子竟然比哈勃的还要轻（625公斤：1000公斤）。这里又有高科技了：韦伯的镜板是金属铍，而哈勃用的是玻璃。铍是第四号元素，密度只有水的1.85倍。它够轻，够硬，在望远镜所在的极冷环境下，形状比玻璃的还稳定。美中不足是它颜色灰暗，反射率不佳，所以人们在铍镜面上镀了一层0.1微米厚的金，世界重归完美。

最后，我们该如何把直径6.5米的主镜面、外加一个网球场大小的遮光罩送上太空呢？只有层层折叠后塞进火箭，到了太空再展开。韦伯的主镜不是铍板一块，而是由18面正六边形小镜拼接成的。为了使展开后的主镜精准对焦，每块小镜的微调系统要求5纳米的步进精度。展开遮光罩是个更加复杂的任务，需要大约7000个零件协同工作，才能把5层薄膜展开、铺平、绷紧、隔离。

回顾一下，到此为止，目标→问题→解决方案依次是：

回溯时间、观测深空天体→宇宙膨胀使信号变成红外线→那就观测红外线→①地面上无法观测→去拉格朗日点，加遮光罩→②波长太长→加大镜面→镜面太重→用金属铍→铍颜色太灰→镀金→③个头太大→分块折叠、上天展开。

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1671年，牛顿研究光的折射时发现，棱镜可以把一束阳光发散为一道彩带。他第一次使用“光谱”（Spectrum）来描述这种色彩排列，还把它划分为赤橙黄绿蓝靛紫七种颜色，来和音乐、日月五星、一周的天数搭建神秘的关系——嗯，牛顿是个狂热的神学家，他研究物理学这门副业，是想找到全知全能的上帝设计宇宙时留下的密码。

牛顿的颜色划分其实并没有什么实用意义，对色彩的感觉和定义，随每个人的生理能力和语言文化的差异，各有不同。光谱，这个当代天文物理学的重要利器，被闲置了一个多世纪。

1802年，沃拉斯顿在太阳光谱里留意到5条暗线，但他只是记了下来，并表示“嗯，有点意思，像是分隔颜色的界线，恐怕三言两语说不清。”

1814年，光谱终于迎来了它的时代。这一年，27岁的夫琅禾费制造了世界上第一台分光仪，独立地再次发现了太阳光谱里的这些暗线。夫琅禾费的分光仪在当时清晰无比，他标记的暗线，达574条之多！

夫琅禾费不仅标记了这些暗线（从现在起，我们称之为“谱线”），还做了进一步研究。他把分光仪指向天狼星和其他一些亮星，从中观察到了相似却有差异的谱线。他由此排除了“这些暗线是地球大气造成”的可能性，因为，假如谱线源自地球大气，那么，各个恒星（包括太阳）的星光穿过相同的地球大气，谱线就应该特征相同。他进一步推断说，这些谱线来自恒星，携带了恒星本身的信息。在那个时代——没有任何前人理论可供参考，而他的发现只能靠后人解释——得到这样的正确结论，是很惊人的。无怪乎这些暗线被称为“夫琅禾费线”了。

夫琅禾费线的重大意义之一，是它锚定了色彩的位置，给色彩赋予了精确的刻度。从这时起，对包括可见光在内的电磁波谱，就可以定量研究了。这一点，我们后面会提到。

夫琅禾费标记这些恒星谱线时，能做出进一步解释的两位主角还没上场。本生才3岁，基尔霍夫还未出生。到了1859年，这两位科学家基于其他一些科学家的零星实验结果，并对照焰色反应的特征谱线，总结出“发射光谱”和“吸收光谱”的概念，对夫琅禾费线的产生机制做出首次系统性的解释。1913年，玻尔更是通过解释氢原子谱线，打开了量子理论的大门。

我们毕竟是来介绍恒星光谱及应用的，不是写科学发展史的，所以，我们就跳过逐层揭示真相的过程，直接用现代的语言来说说事情的本质吧。

原子核周围的电子，有若干个“限定高度的轨道”——这是个打比方的说法，严格称“能级”，但大家不妨先按人造卫星轨道去理解——比如，离地200公里算第一轨道，再高些就是离地300公里的第二轨道，350公里的第三轨道……电子不限于在第一轨道活动，只要它能量够高，就可以到第二、第三这些高轨道去看看。但奇异之处在于，它去更高轨道时，并不会200、201、202、203……这样逐次爬升，而是腾地一声，瞬移到300或者350。甚至，它从200到350时，也并不需要途经300。所以我们刚才说“限定高度的轨道”，限定规则就是，除了这些轨道高度之外，不允许电子存在于任何中间高度。

另外，电子从200公里向300公里转移时，必须精确充值100公里的能量。如果它获得99公里，那么我们前面说过，299公里的轨道不许存在，所以它过不去。先充99备着，等凑够100如何？不行，能量必须一次花完，不许存着。如果来的能量是101公里呢？能不能充100公里，找零1公里？抱歉，也不行。这就是量子世界的奇妙规矩。

比方打完，接下来用认真的术语，应该不难理解了。太阳核心是个炽热而拥挤纷乱的核电站，光子从这里出发，挣扎十几万年爬到表面，各种波长的都有，本来是个连续的光谱。但它们飞向太空时，就必须穿越太阳大气。如果有一个波长656.28纳米的光子撞到了氢原子，它携带的能量，刚好可以让一个第二能级的电子跃迁到第三能级，那这个光子就被氢原子吸收了，而其他波长的，由于电子跃迁时不储蓄、不找零，就可以自如通过。如果我们在这个氢原子身后架起分光仪，就会看到656.28纳米处的红光区出现一条暗线。

太阳大气中不只有氢，还有种种其他元素。在各种原子核的身边，电子所处的能级、它们各自想去的能级、各自需要充值的光子能量，也有多种可能。于是，当一份连续光谱冲出太阳大气之后，就会被截留下许许多多特定波长的光子，夫琅禾费线也就出现了。

反过来想，如果检查太阳谱线，和各种元素的特征谱线一一对照，就可以知道太阳大气的化学成分。事实上，氦元素就是在1868年观测太阳光谱时发现的，而它在地球上被发现，则是27年后的事了。起初人们甚至以为，它只在太阳上存在，所以起了个Helium的名字（太阳神Helios），旧译氜。这个汉字造得很忠实啊，可惜弃用了。

我们再来重温夫琅禾费的发现，去分析各个恒星的光谱，就会得到和他当年一致的结论：光谱携带着恒星的信息。恒星的质量、年龄都不同，温度、亮度、色彩和大气成分也就有了差异，并体现在它的光谱上。例如，温度极高的青壮年热星发出高能的蓝光，它在蓝端的光度分配比较多，并且作为燃料的氢线浓重；而濒临死亡的恒星，高光度就集中在红端，氢线极其微弱，作为炉渣的碳线则较发达。

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随着中国航天事业的发展，我们开发出越来越多的太空新玩法。一个“新”词汇频频被提到，它就是“拉格朗日点”。比如，“鹊桥号”中继卫星在地月系的拉格朗日点附近运行，提供月球背面和地球的通信服务。那么，拉格朗日点是什么呢？让我们一起来了解。

以地球和太阳为例：在地球轨道面的哪个位置放个小天体，可以使它围绕太阳公转时，与太阳、地球的相对位置保持不变呢？

这实际上是一个三体问题。三体问题是个不可精确求解的问题，但是如果限定条件比较严格，例如：在同一个平面上，第三个天体的质量小到可忽略不计，就还是可以求得几个特解的。1767年，欧拉求出这个问题的三个特解。1772年，拉格朗日又算出另外两个。这五个特解在公转轨道附近所对应的位置，叫做“拉格朗日点”，分别编号为L1、L2、L3、L4、L5。

这五个数不是随意编的，每个数字对应一个唯一的位置。以太阳和地球为例：

L1在日地之间的连线上，并且距离地球更近些。

L2在日地的连线延长线上，在地球一侧，或者说，在地球阴影方向。

L3在地日的连线延长线上，在太阳一侧，地球的对面，和太阳的距离基本等于日地距离。

L4和日地成等边三角形，引领着地球运行。

L5和日地成等边三角形，跟随着地球运行。

可以看出，L1、L2一个在地球轨道内侧，一个在外侧，如果不考虑地球的话，内圈的应该跑得比地球快，外圈的应该跑得比地球快才对。不过，这里有个“如果”。地球引力会对L1的小天体说“等等我！”对L2的小天体，则是喊“跟紧些，别掉队！”

结果，虽然距太阳有远有近，L1、地球、L2却以同样的角速度奔跑在黄道面上。L1的小天体永远悬停于地球的白昼一方，L2的小天体则始终逗留在黑夜的那一面。这真是太好玩了。

人们根据拉格朗日点的特性，为特殊性质的太空探测设计了一些量身定制的方案。

L1在日地之间，所以研究太阳的探测器就放置在这里，它们距离地球150万公里左右，在月球轨道以外，永远不会掉进地球或月球的阴影，可以持续观测太阳。太阳及日光层探测仪（SOHO）就被部署在这里。中国的嫦娥五号轨道器完成登月任务后，由于项目进展顺利，推进剂充足，所以加个班，飞到日地L1这里开展了一些太阳探测任务。

L2在地球阴影方向，距离地球也是150万公里左右。虽然这里的地球不能完全遮挡太阳，但还是消光不少。而且，这里位于地球的磁层尾部，太阳风的干扰也较低。这个位置应该做一些静静欣赏夜空的事情。向宇宙超深空凝望、探测宇宙大爆炸余辉的一些任务，就适合在此进行。威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）和詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）就被安排在这里。顺便说一句，前者任务早已完成，光荣退役。后者是航天界著名的鸽王，说是2007年就升空的，结果一直拖到今天，还在地面上。据说2021年10月底即将上天了，但因为火箭整流罩出了点问题，可能还会继续鸽下去。

地月系的L2，也是个有趣的所在。开头说过，“鹊桥号”就在这里工作。根据L2的定义，它始终在月球的背面一方，同步跟随月球绕地运行。这样，它就可以把月球背面“嫦娥四号”的信息传到地面上来。你可能会说：不对呀！如果地球上看不到“嫦娥四号”，那么也应该看不到“鹊桥号”才对，它又如何中继呢？问得好。其实，拉格朗日点只是数学里的特解，而在现实世界里，并不是稳定平衡点，“鹊桥号”并不是一动不动地停在地月L2那里——那样就真的看不到地球了——而是围着L2画圈圈，地球始终能接收到它的信号。

目前还没有哪些航天器在L3工作。这里和地球之间隔着太阳，即使获得信息也发不过来，而且，这个位置十分难以保持稳定。身边没有地球罩着，面前还时不时窜过一个金星，对轨道干扰相当严重。但这里是科幻小说作者钟情的地方，常常在这里描绘一个“反地球”。

L4和L5也有永昼的特点，而且这两个点的稳定性容易维持，也很适合研究太阳，但它们和地球距离太远（等于日地距离），并且研究太阳的工作有个L1基本够用了，目前还没有开发它们的急迫需要。如果真要用到它们，L5比L4更有价值，因为这里位于太阳自转的上游，当太阳风暴爆发时，L5可以比地球提前四天知道，为地球发来预警。

科幻小说或漫画也比较钟情L4和L5，因为它们离地球比较远，位置稳定，能攻能守，是星际殖民题材的常用故事背景。《机动战士高达》更是把L1-L5全都用上，分成七个SIDE，各种博弈，对拉格朗日点算是非常痴迷了。

昨天留意到，成都还有家燕！也许是留着没走，也许是从更北之地飞来的，觉得够暖和就停下了。不过，它们现在一定后悔了，连成都都下了雪。由于冻得炸毛，绒羽翻了上来，每只燕子都添了两道白肩膀，是夏天看不到的。 ​​

关于觅食问题：河面上还有飞虫，它们和淡色沙燕混在一起捉。

刚才看到一只翠鸟，忽然想把维基上看过的这段（普通）翠鸟的存活状况翻译一下：

生存

刚换羽的幼鸟头几日异常凶险。离巢约四天，它首次入水时，会因羽毛浸水而淹死。许多还未学会捕鱼就被父母赶出地盘，前一两个星期，仅半数幸存。多数翠鸟死于饥寒，严冬尤甚。夏季洪水会毁掉鸟巢，或阻碍捕鱼，殃及幼雏。幼鸟只有四分之一能活到来年繁殖季，幸好足以维持种群。成年后，又仅有四分之一能跨两个繁殖季。再往后就几无幸存者。翠鸟的长寿纪录是21岁（注：这只老寿星极幸运了，亚军就只有7.5岁）

题图是我拍的落在一块光秃秃的石头上、无所适从的幼鸟。

维基原文：

The early days for fledged juveniles are more hazardous; during its first dives into the water, about four days after leaving the nest, a fledgling may become waterlogged and drown. Many young will not have learned to fish by the time they are driven out of their parents’ territory, and only about half survive more than a week or two. Most kingfishers die of cold or lack of food, and a severe winter can kill a high percentage of the birds. Summer floods can destroy nests or make fishing difficult, resulting in starvation of the brood. Only a quarter of the young survive to breed the following year, but this is enough to maintain the population. Likewise, only a quarter of adult birds survive from one breeding season to the next. Very few birds live longer than one breeding season. The oldest bird on record was 21 years.

有质疑这些数据的声音——半数、四分之一、又四分之一、等等——是否有坚实的观测数据支撑，“许多”、“多数”是否太主观。起初我几乎同意，但仔细思考后认为原文这些表达站得住脚。翠鸟的种群数量和繁殖能力都有可靠数据。已知它很能生，而整体数量却很稳的话，那它一定也很能死，并且死亡率可以根据这两个数定量倒推。成鸟和幼鸟长相不同，用种群的长幼比例，就可以定量推算每个成长阶段的死亡率。维基引用的资料是个事实总结，不是科学论文，略有瑕疵，但方法论上说，没有极难解释的地方。

邂逅灰背伯劳崽，距我只有两米，随手用厚卡片就拍下了它的大头照！按下快门一秒之后，它拍拍翅膀，跳上另一枝树杈，匆匆飞走了。

先认两个生僻字：

这两个字有异体字，如“鷿鷈”以及右侧“鳥”字简写为“鸟”的版本。但官方的汉字简化方案里实际上没有简化这两个字，所以右侧简写的字符在一些机器上会显示为乱码或方框。最安全规范的写法就是“鸊鷉”。但不管怎么写，一定不要用“鹈”字，这是“鹈鹕”的“鹈”，和“鸊鷉”无关。

如果嫌麻烦的话，可以简称“PT”。

在中国有五种鸊鷉，其中小鸊鷉最常见，也是本文的主角。其他几种大意差不多，但要当心：角鸊鷉和赤颈鸊鷉是国家二级保护动物，哪怕是救助，也不能长期留在个人手里。好在本文也不涉及长期救助，只说说在不超过十二个小时内能做的事。

再说说“小鸊鷉”这个名字，“小鸊鷉”的意思不是“小的鸊鷉”。“小”是名字的一部分，指它成年的体型很袖珍，而不是说我们只救年幼的鸊鷉而不管年长的。成年的小鸊鷉还是小鸊鷉，就像“小熊猫”一样，小熊猫和熊猫不是一回事。

接下来，认一认小鸊鷉的长相，整体来说，就是个嘴根有个白斑的“尖嘴小鸭子”。以下这四种样子的“小鸭子”，都是小鸊鷉，只是鸟龄不同：

在公园拍鸟时，经常听到岸上的一家人喊“快来看鸭妈妈带着小鸭子”，它就是这么一个万年小鸭子的命。

但是鸊鷉不是鸭子，也不是近亲。它们属于鸊鷉目鸊鷉科，而鸭子们属于雁形目。DNA分析上来说，鸊鷉目和火烈鸟的亲缘关系更近。

除了嘴巴尖尖、身体明显比成年鸭子小之外，小鸊鷉（以及其他所有鸊鷉）有一对特别的脚。它的脚趾不像鸭子那样整体以蹼相连，而是各自分瓣，形成独特的“蹼趾”，如下面两幅图所示：

你大概会觉得这样的脚兼顾了林鸟和水鸟，它一定既会游泳又能上树。遗憾的是，由于脚长得太靠后，鸊鷉们难以长久站立，这双脚只能做扒拉水的动作。低速扒拉时可以游泳或潜水，高速扒拉时就是铁掌水上飘。但被扒拉的必须是水，它不会在地面上奔跑，在没有水面助跑的情况下，小鸊鷉无法起飞。

所以，重要事情重复三遍：

只要在地面上看到小鸊鷉，它一定出事了。

只要在地面上看到小鸊鷉，它一定出事了。

只要在地面上看到小鸊鷉，它一定出事了。

既然小鸊鷉的脚力不足以让它上岸，那么，“为何地面上有一只小鸊鷉”，就成了一个哲学问题。关于这个问题，在我这里一直停留在假说层面，从未观测到实锤证据。我的假说有：

1. 飞行时体力不支。
2. 飞行时被天敌袭击。
3. 飞行时撞到了建筑或玻璃。
4. 以为深色的柏油路是水面，误降之后无法起飞。

所有这些有个前提，就是“飞行时”。其实小鸊鷉不喜欢飞行，除了在水域之间偶尔转移、以及春秋季的迁徙活动之外，它们很少飞。它们找到一个合适的水域，就可以住一夏天。整个鸊鷉目现存二十二种，有两种完全不会飞，被“困”在南美洲的的的喀喀湖（短翅鸊鷉）和胡宁湖（秘鲁鸊鷉）。如果这两个湖因为气候或地质变动消失，它们就会随之灭绝。这不是危言耸听，阿提特兰鸊鷉就是因为1976年危地马拉地震导致的阿提特兰湖干涸，于1990年灭绝了。

非常偶然的，我逛微博时会见到有人在地面捡到小鸊鷉的雏鸟，这就更哲学了。成鸟还能讲出一个迫降的故事，雏鸟也不会走也不会飞，它们如何出现的呢？我猜想是被苍鹭之类的大型水禽或水边活动的流浪猫狗捕捉，带离的中途意外松口弃置的。

回到话题上来，如果我们见到地面上的小鸊鷉，就要想办法帮助它。

第零步是认得它，前面的图已经给了它的长相。假如还是不确定的话，看看它的脚，只要是刚才说过的蹼趾，就可以确定是鸊鷉了。

如果见到的是雏鸟，那么先不要带离现场，而是打开手机地图，找距此最近的水域。到水边去找它的父母，眼睛看不到的话，就试图去听这样的一连串尖笑似的叫声：（点击听叫声）。只要能找到，雏鸟显得兴奋，或者出声呼唤，就可以放到水中离开了。

其它鸟龄的小鸊鷉，如果不远处有水塘，就可以直接放进去让它自己游开。

若是无法找到父母的雏鸟，或在附近找不到水域，那么可以带回家暂时收留观察一下。有人可能跳出来说：不对呀，你不是一向说别捡小鸟的么？回答是：千万不要刻舟求剑，我对这两种鸟没有捡拾障碍：一是不该落地却落了地的雨燕，二是不该上岸却上了岸的鸊鷉，而其他的小鸟，则在它们本来应处的位置，所以不能捡走。

把小鸊鷉捡回家后，不要放在笼子里或纸箱子里观察它。它离开水就是个傻子，木木愣愣的，越观察越担心。我还见过很多捡到鸊鷉的人给它准备菜叶子或者大米小米玉米，这些都不是它的食物，而且它坐在地上很不舒服，心情不好也不会考虑吃东西。

要想为小鸊鷉体检，步骤非常简单（铺垫这么久，只是为了读者老爷们能秒懂这一小段）：给它准备一大盆水，或者（如果你格外慷慨）放一浴缸的水（不要热水！）把它放在里面。

只要一进水，没有大碍的小鸊鷉会瞬间顿悟到自己是个活物，开始摆动脚蹼活动身体，如果盆够深，里面还放了它爱吃的水生小动物，它会扎着猛子一趟又一趟地捉着吃。

如果看到这样的状态，就不用担心了。（雏鸟除外！）尽快找个水塘或者小河，把它放进去就行了。在水面会结冰的北方，秋天迁徙的季节，更不要在人类手里停留太久，喂饱它之后就赶快送它离开，还能赶上南迁的末班车。一旦水面结冰，前面说过，它们离开液态水是无法起飞的。

放在水里也还是很蔫的，就要考虑①有伤②饥饿了。饿病比较好治，给它准备各种水生小动物，不取食的可以强喂，只要注意喂鱼时要鱼头朝里便于吞咽。明显有伤的、以及找不到父母的雏鸟，都不是本文所能覆盖的内容，尽快联系林业部门为佳（他们大多不堪信任，但这样做程序正确）。