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天文学家的眼睛,穿透星系,直视宇宙

2020/6/28 18:55:47 来源:原创 浏览:

宇宙在星系之外,天文学家之所见

图片出处:美国宇航局,于基特峰国家天文台(可见,顶部)和史匹哲太空望远镜(红外,底部)

当我们遥望宇宙时,视野一直被我们星系中的星星们所制约。即使我们知道星系之外有许多有趣的现象,球状星球,单个星系,许多的星系团和超星系团,身处银河系是我们难以观测到它们。 因为我们身处的星系遮蔽了我们头顶的大部分天空。

图片出处:欧洲南方天文台/巴巴克塔夫莱希,从地球上在可见光中看银河

银河面模糊了我们夜空的20%。肉眼可见的银白色环带是几十亿计的星星的光亮融合在一起形成的,由于暗星云是由气体及尘埃组成,则阻断了其背后的光线。

至少在我们肉眼可见的波长中,这也是非常震撼的。

图片出处:千兆星系变焦项目, 欧洲南方天文台

长久以来,银河平面阻挡了我们看到它身后的宇宙。这20%的天空被称为“隐带”,在此搜寻星系和星云难有结果,而在其他区域的探索屡有进展。当我们朝宇宙的全方位进行物体观测,搜寻“隐带”是极其昂贵的。介质的遮光能力,我们称之为消光性- 难以克服。

如果直到今天我们依然屈从于可视光中,将不会有进步,现在,我们能做得更好。

图片出处:. L. 怀特 (加州大学洛杉矶分校), 宇宙背景探诉卫星计划, 射电天文学, 美国宇航局,在... [+]

这张图片是宇宙背景探诉卫星射电天文学装置在红外线中拍下的第一张全宇宙照片。(是的,DIRBE中的IR代表红外线)。使用宇宙背景探诉卫星可以拍到更多星星。你会发现,遮光效果被极大得缩减了,可见,遮挡光线的“宇宙尘埃“都固定为一种尺寸,这些”宇宙尘埃“无法有效阻止长波红外光!

更清晰的视野——更长的波长---由2微米全天巡视项目提供。

图片出处:2微米全天巡视项目/ J. 卡朋特, T. H. 贾瑞特, & R. 哈特.

如你可见,遮光的“宇宙尘埃“几乎完全消失了,这不是巧合。不同波长光的物体的交互作用主要取决于物体的尺寸。这就是为什么你的微波炉门上有大洞:它们允许可见光通过,但是将加热食物的光留下来了。(不要将洞扣掉,即使是因为对科学的好奇!)

如先前所言,我们星系中的尘埃颗粒,擅长吸收可见光,而让红外光畅通无阻。 这种由分子类型和他们在星际物质中连接在一起的方式是特定的。

图片出处: 美国宇航局(原始);SVG格式 由 维基共享资源用户米西的. 此处展示大气层... [+]

而我们的大气层是相反的。可见光穿越分子和颗粒非常容易,红外光则被吸收。这就是为什么我们无法从地球表面看到星系平面外的宇宙,因为大气层的红外线隔离能力太显著了。

想穿透银河面看宇宙,我们必须到宇宙中去。我们做到了,结果令人震惊。

图片出处:美国宇航局/ JPL-Caltech / WISE Team 红外太空望远镜团队

温室气体留下来红外线特征,如从红外太空望远镜团队的红外线图像中所示的图中的绿色区域。即使是有温室气体阻碍,我们还是可以看到星系平面后的大量星系。事实上,如果放大(这是可缩放版本)标记为IC342区域,你会发现许多有趣的星体。

图片出处:美国宇航局/ JPL-Caltech / WISE Team 红外太空望远镜团队

首先,IC342是夜空中最有趣的目标物之一。在我们本星系群中,仙女星系是最大的星系,第二大星系是三角星系,M33, 它也属于本星系群。但你或许不知道从我们看来,第三大星系应该是这个罕见的星系,IC342(在图片中心偏左),直到1895年才被发现。

感谢红外线太空望远镜团队将他以更高的分辨率表现出来,揭秘了这个熟悉的螺旋结构。

图片出处:美国宇航局/ JPL-Caltech / WISE Team 红外太空望远镜团队

在没有红外线望远镜,特别是红外太空望远镜,甚至没有研制出飞机的1895年,我们发现了它。

这个星系在可见光中可见,只是非常黯淡,而且局部被尘埃和烟尘遮挡。即使是哈勃太空望远镜能拍到的照片,和红外线太空望远镜相比,也远远不足。

图片出处:美国宇航局/欧洲航天局/哈勃望远镜资料库,IC342,由我编辑

尘埃不仅吸收了可见光,也让其极度黯淡。如果银河不在那里,即使IC342星系距离我们估计有一千万光年(大概是我们距离仙女座的五倍远)的距离,它也将闪耀显眼,裸眼可见。

更有趣的由于同样的原因,几个世纪以来,我们错过了“隐带”内成千上万的星系,甚至有许多离我们很近的星系!

图片出处: 美国宇航局/ JPL-Caltech / 红外线太空望远镜团队

IC342附近的同一区域,你可以看到两大星系闪耀穿过银河系的遮挡。你如果放大看,可以看到扭曲的旋转星系和一个巨大的椭圆形星系。

图片出处:美国宇航局/ JPL-Caltech / 红外线太空望远镜团队

这些星系叫梅菲1(椭圆形星系)和梅菲2(螺旋形星系),以发现它们的意大利天文学家和红外先驱帕奥罗梅梅菲(Paolo Maffei)命名。这是附近最亮的两个星系,事实上梅菲1是宇宙中唯一一个靠近我们的椭圆星系。

由于银河系尘埃的巨大阻碍,他们直到1967年才被看到。

图片出处:梅菲1和梅菲2,哈勃望远镜资料库/美国宇航局/欧洲航天局,由E.Siegel编辑

这些星系发出的光的99.5%都被银河系隐去了;若不是我们所处的银河系方位原因,即使有1000万到1300万光年的距离,梅菲1(左边)应该是完全裸眼可见的!即使梅菲2不可见,它依然是壮阔且值得研究的,且它在红外光和裸眼中看起来如此不同!

所以如果你想知道宇宙的实际模样,你或许会看到下面这张照片,可别被骗了。

图片出处:宇宙流计划/夏威夷大学,来自我们所谓的“隐带“,是我们附近一个星系很少的区域。即使我们只看到过少许星系,它也应该是和宇宙的其余部分一样拥有许多星系,只是我们难以看到!

梅菲1的观测结果告诉了我们一些有非凡价值的细节。如你所见,如果你-一个人类-被放在宇宙上的任意位置,不考虑行星,恒星或者星系,你可能什么可看不到,你的裸眼不可能捕捉到任何可见光。

图片出处:ESO/ Digitized Sky Survey 2,.

这显然不是真的。如果这是真的,那就存在巨大的宇宙空隙,在那里你什么都看不到。像天女座星系,波德星系和梅菲1星系都是非常丰富的星系,延展辽阔,那至少有一个星系从你所处的任一位置是可见的吧。

这意味着你从星系外,宇宙中的任何一个位置,你还是有机会处在宇宙中一个闪闪发光的星系的可视距离的。

图片出处:理查德 伯韦尔/ 宇宙图鉴

如果没有星际尘埃(或者大气消光)去影响你的宇宙视角,即使是裸眼,你也应该能观测到些什么。

但即使只是从我们的处境,也有一些可学:如果你想看到宇宙 – 或者任何星系 – 用红外看,你会看到宇宙对你揭开面纱!享受这个巨大的,高分辨率的幻灯片一般的宇宙平面,由美国宇航局的广域红外探测器提供。享受吧!

作者: Ethan Siegel

FY: esi.H

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