点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:宇宙雾里看花(1):天文观测与星际消光
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

宇宙雾里看花(1):天文观测与星际消光

来源:光明网2020-03-20 10:15

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  生活在地球表面的我们,眼里的世界无比美好。只有在汽雾蒸腾或者风沙来袭的时候,人们才明显的感到景色模糊,视物难辨。于是就有了雾里看花这种感受。通常情况下,人们甚至忽略了空气的存在。实际上,外面世界的光线到达我们的眼睛时,或多或少都会受到物体与眼睛之间物质的影响。在提倡环境保护的当下,人们更多是通过眼睛去感受空气的质量。雾霾会导致能见度降低,使蓝天变得灰蒙蒙的。霾,即空气中的灰尘,我们所说的pm2.5,实际是尺寸为2.5微米的颗粒物,是空气中能损害人们健康的污染物代表。

  对星空爱好者而言,一个好的观星环境非常重要。除了躲避城市灯光之外,通透的大气也是获得更好感受的关键因素。来自遥远天体的光线,在到达我们眼睛之前穿越了很长的距离,地球大气只是最后的一段。对于专业天文学家而言,在这个很长的距离上(包括末端的地球大气)存在什么物质就变得非常重要了,因为如果不去除这些物质对光线的影响,天文观测真的就成了雾里看花。我们先来说说地球大气外光线传播受到的影响,在天文学中叫做星际消光。

  星际空间存在气体和尘埃,他们会削弱我们探索宇宙天体的视线,产生类似雾霾中观看景物的效果。当我们仰望夏季星空时,繁星之间并不是空无一物,会看到银河中像乌云一样的纤维状和块状物,这些就是银河系中的“雾霾”,称之为星际尘埃。除了这些固态尘埃颗粒,星际空间中还有气体,它们统称为星际介质。星际介质的密度非常低,比我们地球上任何人工制造的真空还低。例如,我们呼吸的空气中每立方厘米有三十亿个分子,而太阳系附近的星际气体每十立方厘米才有一个原子。星际气体主要是氢,含有少量氦和少量较重的元素。星际尘埃颗粒主要是碳、硅酸盐、冰和铁的化合物。

  星际尘埃本身不发光,但是当恒星发出的光穿过尘埃时,紫外到红外波段的光都会被减弱。这种星际尘埃对星光吸收和散射照成星光减弱的现象,我们称之为星际消光。正是星际空间中的这些不起眼的小物质使我们观测星空时犹如雾里看花,终隔一层。

  星际消光的强弱程度取决于几个因素,包括尘埃聚集的厚度和密度,以及光线的波长(颜色)。如果尘埃密度大、足够厚,光线就会被完全遮挡,导致黑暗区域。这些类似“乌云”被称为暗星云,如下图的分子云巴纳德68和马头星云。

宇宙雾里看花(1):天文观测与星际消光

分子云巴纳德68。Credit: FORS Team, 8.2-meter VLT Antu, ESO

 宇宙雾里看花(1):天文观测与星际消光

马头星云。Credit: Website of University of Arizona

  由于星际尘埃颗粒的尺寸分布在零点几纳米到几微米之间,并且小尺寸尘埃的数量要比大尺寸尘埃的数量多得多,所以星际尘埃对不同波长的光的吸收和散射是有偏向性的。星际消光在紫外和可见光波段比红外波段更强,这意味着到达我们的星光比没有星际尘埃时要红得多。这种效应被称为星际红化。这个过程与日落时使太阳变红的过程类似。反过来,被星光照亮的尘埃云呈蓝色,如下图卵星云所示。这类似于我们看到的蓝天,它是由地球大气层散射的阳光产生的。

宇宙雾里看花(1):天文观测与星际消光  

卵星云。Credit: Raghvendra Sahai and John Trauger (JPL), the WFPC2 science team, and NASA/ESA

  穿过星际尘埃的光除了被阻挡通过外,也可以从尘埃云中反射出来。例如马头星云图像的左下角的蓝色亮点,这是一个反射星云。反射星云是恒星周围的尘埃气体区域,尘埃反射星光,使其对我们可见。例如下图由哈勃太空望远镜拍摄的位于猎户座中的星云NGC1999。

宇宙雾里看花(1):天文观测与星际消光  

反射星云NGC1999。Credit: NASA and The Hubble Heritage Team (STScI)

  回到我们生活的星球,我们都认同,雾霾是一种灾害天气,对身体不好,尤其是青少年的成长。正相反,星际中的雾霾却是恒星的摇篮。如果把密度很高的云团中的尘埃和气体攒起来,再挤压,分子云中的致密区域发生引力坍缩,最终形成一颗新的恒星,通常需要上百万年才能产生一颗恒星。例如下图是邻近旋涡星系M33中的星云NGC604(位于270万光年之外的三角星座)的恒星育儿所。我们自己的太阳系很可能也是这样诞生的,所以我们都是由星尘组成的。随着恒星演化,最终回归星尘,并重新开始循环。

宇宙雾里看花(1):天文观测与星际消光  

星云NGC604。Credit: Hubblesite.org

  下图为我们展示了宇宙尘埃的生命循环。尘埃在恒星中形成,并在恒星演化的最后阶段释放到星际介质中(恒星的星风或大质量恒星的爆炸中被吹走)。然后,尘埃在恒星之间的气体云中被“回收”,聚集成云,尘埃颗粒通过辐射过程冷却,再通过凝结而增大,再形成行星的种子。当新一代恒星开始形成时,其中一些尘埃被消耗掉。随着新一代恒星演化到脱离主星序时,这个周期又开始了。

 宇宙雾里看花(1):天文观测与星际消光 

宇宙尘埃的生命循环。Credit: the website of Herschel Space Observatory

  作者简介

  王舒,国家天文台助理研究员。2016年在北京师范大学天文系获得博士学位,同年获得“博士后创新人才支持计划”,北京大学KIAA fellow。研究内容主要包括星际消光,星际尘埃的性质和尘埃消光模型。

  陈孝钿,国家天文台助理研究员。2016年在北京大学获得博士学位,主要从事恒星物理与宇宙距离尺度研究。

[ 责编:赵宇豪 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 中外青少年在沪比拼机器人技能

  • “百万英才汇南粤”

独家策划

推荐阅读
该学院依托浙江大学建立,旨在积极推动全球发展倡议落地见效,切实破解全球发展进程中的瓶颈性难题,有效凝聚多方智慧与力量,推动各国共同发展。
2026-03-16 12:35
他们用郭守敬望远镜光谱数据锁定目标对象,结合盖亚空间望远镜的高精度天体测量数据拼出基本“轮廓”,再用EBHIS射电巡天数据勾勒出星团周围的气体环境。他还公布了星团中最亮恒星的精确坐标——赤经01:50:46.6和赤纬+56:25:25.8,供天文爱好者定位追踪。
2026-03-16 09:32
不久前发表在《细胞》的研究,可能是张保才研究员与老师周奕华研究员科研生涯迄今“最高光”的时刻。张保才就在这一年到遗传发育所攻读博士,机缘巧合地进了这个新课题组,成为周奕华的“开山弟子”。
2026-03-16 09:31
回顾过去一年,“AI仿冒名人带货”“职业弹幕人”操控舆论、“大数据杀熟”等新型骗局取代传统假货,成为投诉“重灾区”。
2026-03-16 09:28
记者从中国航天科技集团获悉,2026年3月15日21时22分,我国在太原卫星发射中心使用长征六号甲运载火箭(又名长征六号改运载火箭),成功将遥感五十号02星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。
2026-03-16 09:27
酷暑难耐,即便身着薄衣,人还没动,汗先下来了。邹如强介绍,为验证实际调温效果,团队还将相变纤维织造成衣,并进行了多场景真人穿戴测试。
2026-03-16 09:21
多牵头国际大科学计划  牵头组织实施国际大科学计划,是中国推动世界科技创新、应对全球共同挑战的重要路径,也是深度参与全球科技创新治理、加快建设科技强国的战略举措。
2026-03-13 10:03
12日,十四届全国人大四次会议表决通过了《中华人民共和国生态环境法典》。非洲“绿色长城”毛里塔尼亚国家署官员艾莎·穆罕默德·布哈里·娜迪称赞说,生态环境法典体现了中国系统性应对生态和气候问题的“长期坚定承诺”。
2026-03-13 10:02
谈及国际深海矿产开发局势,孙黎表示,当前全球深海采矿虽处于试验阶段,但各国布局势头迅猛,竞争日趋激烈。潘越建议,司法应该向社会积极传递“损害必偿、犯罪必究”的清晰信号,为海洋经济高质量发展清淤护航。
2026-03-13 10:12
当春风拂过河套平原,“沉睡”一冬的黄河“醒了”。
2026-03-13 10:08
3月12日,十四届全国人大四次会议表决通过《中华人民共和国生态环境法典》。根据代表意见,法典中增加了关于鼓励和引导使用再生水、推进生活节水的规定,并对未经批准擅自取用地下水的违法行为提高罚款上限。
2026-03-13 10:04
助力人与自然和谐共生  “十五五”时期,推进长江经济带发展、黄河流域生态保护和高质量发展,是一项重要工作。
2026-03-13 10:03
光明日报北京3月12日电 记者张晓华12日从国家航天局获悉,天问三号火星取样返回任务通过前期的技术攻关和深化论证,相关关键技术均取得突破性成果,工程主线正在开展初样研制,计划今年转入正样研制阶段,各项工作进展顺利。
2026-03-13 10:02
电子的单向开关,奠定了现代信息社会的基石。“在单原子层厚的石墨烯上,刻出一个大小精确、形状不对称的孔,无异于在头发丝上雕巨型画作。
2026-03-13 10:01
“十五五”时期,香港要主动参与国家战略布局,将自身的国际化优势、专业服务优势与国家的发展需求精准对接,为实现更高水平的开放合作贡献香港力量。在科研方面,香港科研基础扎实,有实力承担国家重大科研任务;香港科学家对参与国家科技计划、推动国家科技创新怀有很高的热情和积极性。
2026-03-12 10:30
心脑血管疾病已成为威胁我国人民生命健康的“头号杀手”。与此同时,心脑血管疾病发病及致残、致死呈现出明显的年轻化趋势,疾病负担持续加重,对我国推进健康中国建设、实现全民健康目标构成了挑战。
2026-03-12 10:30
对此,应该充分发掘当地的生态价值和文化价值,探索因地制宜的保护路径,保留浓郁“农味”与“地方味”,让古老农耕智慧、生态智慧在当代生活中延续生机、展现活力。这样不仅有助于实现农文旅融合发展,还能给我们的子孙后代保留良好的生态环境和生态景观,接续传承好丰厚灿烂的生态文化。
2026-03-12 10:30
今年政府工作报告提出,深化拓展“人工智能+”,促进新一代智能终端和智能体加快推广,推动重点行业领域人工智能商业化规模化应用,培育智能原生新业态新模式。张壮代表说,在竞逐人工智能创新的赛道上,柳州加速布局。
2026-03-12 10:30
记者詹媛11日从中国科技馆了解到,我国的科普大篷车项目自2000年启动实施以来,以“科普轻骑兵”的方式活跃在祖国大江南北,将前沿科技动态、趣味互动展品、优质科教资源送到基层公众身边。
2026-03-12 10:30
“龙虾”智能体通过整合调用通信软件和大语言模型,在用户本地电脑自主执行文件管理、邮件收发、数据处理等复杂任务。”魏亮说,有关方面也会持续做好安全监测,如发现相关安全风险将及时预警,为用户安全使用提供必要的技术支持。
2026-03-11 09:36
加载更多