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

  • 平陆运河建设有序推进

  • 山东青岛:大赛临近 赶制旗帜

独家策划

推荐阅读
中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、张强、刘乃乐等组成的研究团队联合国内多家科研单位,成功研制出1024个量子压缩态输入、8176模式的可编程量子计算原型机“九章四号”。
2026-05-14 09:49
当前,全球科技创新格局深度调整,科技成果转化已成为衡量国家创新体系效能的关键标尺。
2026-05-14 03:05
中国人对天宇的想象,自古便深沉而浪漫。在东华大学,科研人员将来自38万公里外的月球土壤化为一缕缕兼具柔性与强度的星际之丝。
2026-05-14 02:40
近日,中国科学院化学研究所研究员乔燕、王树团队联合国内外科学家,首次实现人工细胞的形态与功能不对称分裂,为理解类生命功能涌现和原始细胞形成提供了新路径。
2026-05-14 02:40
近日,国家网信办、国家发展改革委、工业和信息化部联合印发《智能体规范应用与创新发展实施意见》(以下简称《实施意见》),明确支持探索智能体在城市规划、建设与治理环节的规范应用,同时将智能体安全、可靠、可信作为产业发展的底线要求。
2026-05-14 02:25
“请帮我检索南京附近适合亲子旅游的路线”“我想买个电热水器,请帮我推荐几款实用的”……如今,越来越多的消费者开始将AI(人工智能)当作“随身消费参谋”。从规划旅游路线到挑选酒店民宿,再到日常购物选择,很多消费者习惯先问一问AI工具,再做消费决策。
2026-05-13 09:30
在这一过程中,颠覆性技术正由潜在变量转变为关键变量,成为重塑产业结构、重构竞争格局的重要力量。颠覆性技术具有“路径替代”特征,能够深刻改变产业格局。综上所述,未来产业发展呈现出“技术跃迁—场景转化—工程化扩张”的基本路径。
2026-05-13 09:22
搭载单核180个计算比特自主超导量子芯片的“本源悟空-180”量子计算机已上线运行,开始接收全球量子计算任务。
2026-05-13 02:30
2018年,厦大教师吴彩胜带着一群厦大青年来到这里。他们发现,当地的农副产品虽然产量不小,却因缺乏检测条件,面临“好产品难认证”的困境。
2026-05-13 02:20
浦江潮涌,惠风和畅。5月12日,第十二届亚太经合组织(APEC)食品安全合作论坛(FSCF)会议在上海举行。
2026-05-13 02:25
今年5月12日是第18个全国防灾减灾日,主题是“人人讲安全、个个会应急——提高防灾减灾救灾能力”。
2026-05-12 02:40
习近平总书记在加强基础研究座谈会上强调,基础研究是整个科学体系的源头,是所有技术问题的总机关。
2026-05-12 02:40
当前,我国正处于加快建设教育强国的关键时期。教育作为强国建设、民族复兴之基,战略地位更加凸显,迎来了前所未有的发展机遇
2026-05-12 02:40
十年来,北京大学考古文博学院坚守初心、守正创新,聚焦学科、学术、话语、育人四大体系一体化建设,并以实践创新贯穿始终,让四者协同赋能
2026-05-12 02:40
回顾人类社会发展史可以发现,任何一个国家的崛起都伴随着思想文化的兴盛和知识体系的自主建构。
2026-05-12 02:40
搭载AI创作PPT、AI绘画设计等功能的智能4G无线语音鼠标,具备清洗、离心、分选、培养等功能的全自动细胞制备一体机,覆盖多层级智慧生活场景的AI智能家居……
2026-05-12 02:40
据《自然》报道,联合国正在考虑设立31项新指标,以“补充并超越”全球衡量经济增长的主要指标——国内生产总值(GDP)。古特雷斯当天在美国纽约联合国总部举行的启动仪式上发表讲话,称该报告“迈出了纠正衡量进展方面长期存在的盲点的里程碑式的一步”。
2026-05-11 08:59
在中国科学院空间科学(二期)战略性先导科技专项的统筹布局下,依托中国科学院建制化优势,院内多家单位协同攻坚,成功完成卫星研制工作。接下来,中国科学院计划通过天地联合观测,深入开展有组织、体系化的前沿研究工作,解决一批国际公认的科学难题。
2026-05-11 08:58
面对质疑,路战远和团队天天扎进地里,一边在示范田讲技术,一边用实打实的产量说话。为了把技术讲清楚,路战远团队还自掏腰包,筹集经费40多万元,设计编撰了一套《保护性耕作技术·蒙汉对照》科普画册,把复杂的技术画成生动的漫画,让17万户农牧民看着漫画、学习技术。
2026-05-11 02:45
日前从中国科学院西北高原生物研究所获悉,全球唯一聚焦高寒、高海拔、强紫外特殊生境的专业化种质资源平台——青藏高原生物种质资源库
2026-05-11 03:15
加载更多