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

  • 看直博会上的新机型

  • 文化中国行丨走进四角坪遗址

独家策划

推荐阅读
世界气象组织(WMO)近日报告称,2024年的大气二氧化碳浓度创下历史最大增幅,达到有记录以来的最高水平。” 
2025-10-17 09:51
10月17日,《科学》发表了庾强团队的一项重要成果。
2025-10-17 09:46
据国家粮食和物资储备局最新发布的消息,今年夏粮旺季收购已于9月底结束,累计收购小麦10795万吨。
2025-10-17 09:42
监测显示,15日新疆、西藏、青海、甘肃、内蒙古等地出现7至8级大风,局地阵风10级;新疆、内蒙古中东部、黑龙江、吉林、辽宁等地最高气温下降6℃至10℃,局地12℃以上。
2025-10-17 09:41
10月14日,随着满深502-H3井钻头穿透8380米地层,这口历经岩层卡阻、垮塌风险与高含硫考验的超深井成功完钻,成为塔里木油田“十四五”期间第223口8000米级超深井。
2025-10-17 09:38
高分辨光谱成像芯片“玉衡”,实现了亚埃米级光谱分辨率、千万像素级空间分辨率的快照光谱成像。
2025-10-16 09:50
10月13日至15日,第十四届中国国际专利技术与产品交易会在大连举行。近日,天津市河东区大王庄街社区卫生服务中心完成了天津市国产九价HPV疫苗的首针接种,而这背后,离不开专利技术的支撑。
2025-10-16 10:06
10月的上海淀山湖波光粼粼,岸边的东方绿舟国防园已万事俱备,只待“2025年全国青少年智能无人系统应用大赛(IUSAC2025)”拉开帷幕。
2025-10-16 09:48
到2027年底,在全国范围内建成2800万个充电设施,提供超3亿千瓦的公共充电容量,满足超过8000万辆电动汽车充电需求,实现充电服务能力的翻倍增长。
2025-10-16 09:48
我国自主研发的新一代超高速实时示波器正式发布,其带宽突破90GHz、达到国际先进水平,这标志着全球电子通信产业迎来超高速信号“中国标尺”。
2025-10-16 09:44
在15日举行的中国环境与发展国际合作委员会2025年年会开幕式上,生态环境部部长、国合会中方执行副主席黄润秋表示,要以美丽中国先行区建设为牵引,深化美丽中国建设推进落实机制,分级分类推进美丽中国地方实践。
2025-10-16 10:02
“经过不懈努力,中国以占世界9%的耕地、6%的淡水资源,养育了世界近1/5的人口,这本身就是对世界粮食安全的巨大贡献。钱毅介绍,目前,我国已经建成粮食储运等5个国家级科技创新平台基地,26个部级粮食技术创新中心和重点实验室,以及百余个地方研发创新平台。
2025-10-15 10:49
外交部发言人林剑14日表示,中国机器人正展现出广阔应用前景,逐步从实验室走进工厂生产线和各国百姓家。林剑介绍,国际机器人联合会此前发布的《2025年世界机器人报告》显示,2024年中国在役工业机器人存量突破200万台,居全球首位。
2025-10-15 10:45
约两年前,谷歌旗下深度思维公司宣布,借深度学习技术发现220万种新型晶体材料。科学家期待借助AI,设计出可规模化生产、真正影响日常生活的先进材料,让AI在材料科学领域的价值真正落地。
2025-10-15 10:44
盼望北极熊出现,是中国第15次北冰洋科学考察队队员进入北极圈后的心愿。午后,按照防熊预案部署,考察队决定使用直升机对其驱离,以保证冰面作业人员安全,快速完成冰上作业任务。
2025-10-15 10:40
数据显示,截至去年底,已有超6000台无人配送车投入规模化应用,为100多个细分场景用户交付上亿件订单。随着智能技术与现代物流深度融合,在城乡经济循环中,无人配送车有了更多打开方式。
2025-10-15 10:20
不久前的国庆中秋假期,人形机器人俨然成为多地商场、工厂、医院甚至众多家庭的“明星”。这款名为Galbot的人形机器人来自银河通用,已正式“入职”该智慧工厂,承担自动质检、零部件分拣与搬运等复杂任务。
2025-10-14 09:57
近日,工业和信息化部、国家标准化管理委员会印发了《云计算综合标准化体系建设指南(2025版)》(以下简称《指南》)。
2025-10-14 09:56
最长主跨跨径、最高主塔塔高、最大锚碇基础、最大主缆规模、最多车道数量……狮子洋大桥集齐了双层悬索桥的多个世界第一。
2025-10-14 09:55
加载更多