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宇宙空间充满星际物质

作者:李会超  更新时间:2021-12-10 09:31:00  来源:解放军报  责任编辑:石头

2014年由哈勃太空望远镜拍摄的“创生之柱”。

  当我们遥望星空时,在点点星斗之间是一片深邃和黑暗,看似空无一物。从20世纪30年代起,天文学家逐渐认识到,宇宙空间并非一无所有,而是充满了密度极低的星际物质。

  星际物质主要由气体和尘埃两部分组成。构成气体的主要是原子和小分子,构成尘埃的主要是原子团与分子团。如果用地球上的标准衡量,星际物质的密度实在是微不足道。总体而言,星际气体的平均数密度是每立方厘米1个原子,是地球上最优真空环境的千分之一。而星际尘埃的数密度更低,平均每万亿立方米中才包含1个尘埃粒子。由于恒星之间的距离非常遥远,在广大空间内累积的星际物质质量却能达到可观的量级。据计算,在包含太阳及其邻近恒星的宇宙空间里,星际物质总质量甚至与恒星总质量相当。

  星际物质在宇宙中的分布并不均匀。从地球向宇宙遥望,有些方向上星际物质大量缺失,天文学家可看到距离地球达百万秒差距的天体。然而,就像汽车灯光在雾天照射距离会减少一样,一旦少量星际物质出现在地球与恒星之间,由于这些星际物质的遮挡,几千秒差距之外的星体就很难看清了。这种遮挡消光效应,是天文学家寻找行星物质的途径之一。

  同时,星际物质对天体发射的不同波段电磁波,散射效应也不尽相同。对于波长越短的电磁波,星际物质不透明度越高。因此,当恒星的光线穿过星际物质时,除了整体上亮度降低外,恒星颜色也会比真实颜色更红。这是因为在“赤橙黄绿青蓝紫”的可见光波谱上,蓝色、紫色等波长较短的光线被更多地遮挡掉了。通过不同颜色(即波段)的光线变暗程度不同,科学家可估算恒星到地球间的星际物质总量。

  在公元150年,希腊天文学家托勒密注意到,大熊座和狮子座中间,有一块和任何星球都没联系的云团。这可能是关于星云概念最早的观测记录。在天文学上,星云指天空中任何能分辨出轮廓的弥散斑块。大部分星云由星际物质组成,如果一块星云刚好遮挡住了后方的明亮天体,那么星云在观测图像中呈现为明亮背景中的一块暗斑。这种星云,一般被称为“暗星云”。如果星云本身包含有发光物质,我们观测到的则是明亮的“发射星云”。星云弥散多变的外形,使它成为许多优秀天文摄影作品的拍摄题材。例如,哈勃太空望远镜拍摄的最著名的天文照片“创生之柱”,就是位于巨蛇座尾端“鹰”星云一部分的特写。

  星云通常是恒星的诞生地,组成星云的气体和尘埃在一定条件下会逐渐聚集、挤压,形成恒星,而剩余的物质也能聚集成环绕恒星运转的行星。“创生之柱”五彩斑斓的颜色,一部分就来自星云物质内部新生恒星发出的最初光芒。2007年,天文学家在“创生之柱”附近发现了一团炙热的尘埃,他们认为这团尘埃来自另一颗恒星在寿命末期所产生的超新星爆发。一些天文学家在计算后认为,“创生之柱”实际上已在6000年前被这次超新星爆发摧毁。但由于“创生之柱”与地球距离为7000光年,因此到1000年后,那时的人们才能在地球上观察到被摧毁的“创生之柱”,而我们现在所看到的壮美的“创生之柱”,实际上已不存在。

  但另一些天文学家认为,超新星爆发对“创生之柱”的破坏不会这么显著,它被瓦解的过程将进行得比较缓慢。

  究竟哪一派天文学家的说法正确,可能要等到成百上千年后才有定论。