为什么挡住星光的云会发出红外光

从光束里消失，不等于全都变成热

想象隔着一层薄烟看灯：灯变暗了，因为到达眼睛的光变少了。背景恒星遇到星际尘埃，也会变暗。尘粒遇到光子，可以把它吸收，也可以把它散射到别的方向。两种过程都会让原来的光束变弱，却只有被吸收的部分参与这里讨论的加热。

天文学把光从原光束中被移走的总效果叫作“消光”，吸收是其中一部分。这个区分直接关系到能量去了哪里。只看到恒星变暗，还不能把少掉的光全算成尘埃获得的热；我们得知道有多少光只是转了方向。

为了让能量去向看得清楚，Lab采用只吸收、不散射的教学材料。每束光实际损失多少功率，就把多少功率交给沿途的尘埃。真实星际尘粒当然会散射；这里暂时关掉这条岔路，是为了先把吸收与发热连起来。

把恒星放到云的一侧。迎光面接触较强辐射，云深处则受到前方尘埃遮挡。前面的尘埃对不同波长吸收得不一样，因此内部收到的星光不仅更弱，颜色也变了。

对于足够大的尘粒，可以把许多次吸收和发光取平均。温度稳定时，它每秒吸收的能量，等于每秒辐射出去的能量。它不会一直升温；加热更强，就会升到一个能把这份功率放出去的温度。这叫辐射平衡。

主画面里的彩色点用来显示实际计算单元的质量和温度，不能把它当作红外照片。下面那张独立图像，才是把同一批单元的发光送往观察方向，再经过规定的成像模糊得到的。于是可以分别问：这里亮，是尘埃多，还是尘埃暖？

家里的暖气片摸起来热，却通常不发可见光；它的热辐射主要在红外。星际大尘粒还要冷得多，这里的受限模型只接受几十开尔文的暖尘状态，辐射自然落在比可见星光长得多的波长。

不过，尘粒不是一块理想黑色表面。它对某些波长更容易吸收，也更容易发射，所以知道温度，还不足以写出完整光谱；材料的波长响应也得知道。下一篇会从“每秒有多少能量穿过一块面积”开始，把这件事算清楚。

特别小的颗粒又是另一种情况。一个高能光子就可能让它明显升温，随后它在下一次吸光前冷却。多环芳香烃是一类小型富碳分子，常简称PAH，它们的红外特征就需要考虑这种温度起伏。大颗粒可以用稳定温度描述，小颗粒则需要这段反复升温、冷却的过程。

先打开“迎光的云”预设，记下吸收的恒星功率比例和尘埃温度。质量不变，把云拖近恒星：照射变强，温度分布和红外光谱都随之变化。改变后的截获能量，继续决定每个单元吸光与升温多少。

接着重置，换成“通透的云”。尘埃变少，能吸收和发射的材料也少了。红外图像变暗，并不一定意味着剩下的尘粒很冷。反过来，加尘埃虽然可能提高总发光，也会让迎光面后方受到更强遮挡。质量增加与加热增强，是两种不同的改变。

做一道具体判断：两团分辨不开的云，在一个红外波段一样亮，尘埃质量必定相同吗？不必。少量较暖的尘埃，可能与较多较冷的尘埃在这个波段给出相同通量；材料吸收能力不同，也能产生类似结果。多测几个波段有帮助，却不保证温度分布就只剩一种答案。

如果许多细长尘粒有共同的取向，它们对两个互相垂直的电场方向，吸收可以不同。透过去的光更偏向不容易被吸收的方向；沿着同一观察方向，热辐射则更偏向容易发射的方向。两种偏好对应的偏振轴，可以相差九十度。

这里必须说“沿着同一观察方向”。从云侧面照进来的星光，和朝上方观察者飞去的红外光，不在同一个投影平面里。Lab分别保留了照明光线与观察方向。场方向的拖动柄只规定尘粒取向，没有从中求出磁场强度，也没有计算尘粒为什么会排列起来。

现在已有一条可以继续往下走的线索：吸光提供热，材料决定怎样把热辐射出去，共同取向又让材料对两个电场方向产生不同响应。接下来的公式，都围绕这几件事展开。