杂志汇太空探索

黑暗的宇宙

作者:闻新 丁英芪
□ 闻新 丁英芪

为什么宇宙是黑暗的?

关于宇宙为什么是黑暗的问题,天文学家解释:“宇宙空间本身是空荡荡的,没有颜色、没有光亮。因为宇宙没有任何物质能够将光线反射进我们眼睛里,所以我们看到的宇宙空间就是黑暗的,即使恒星的光线可以穿过这些空间,但也没有任何物体能反射这些光线,所以我们看到这些空间也是黑暗的。”

类似地,我们在地球上白天看到的天空是蓝色的,这是因为太阳光在射向地球的时候,要经过大气层的空气,空气分子像小镜子一样反射阳光。大气层的空气对蓝光的散射作用特别明显,其它光线则都能顺利通过大气层,所以我们看到的天空才是蓝色的。而在月球上没有大气层,所以天空一片漆黑。

黑暗太空与蓝色天空的对比蟹状星云

蟹状星云是由一颗恒星死亡后,发生了剧烈的超新星爆炸而形成的白热化状态。科学家通过观察蟹状星云,可以看到的正在发生着高能变化的星云。

“蟹状星云”的模糊边界是脉冲风星云,脉冲风星云是一个X射线源,由一个高速自转,且具有极强磁性的“脉冲星”(图中的中心处的白点)提供动力。高速自转运动与强磁场相互作用产生一个强烈的电磁场,这个电磁场又会导致物质或反物质喷射物由脉冲星南北两极不断向外高速喷射,还会形成一股强烈的脉冲风,沿着赤道方向向外刮去。

蟹状星云内层的白色光环是一种冲击波,形成了星云外围与脉冲星所喷射出的物质流或反物质粒子之间的边界标志线。活跃的负电荷和正电荷从内环向外运动,其速度接近光速,形成了中心处的蓝色,它不仅点亮外层的光环,而且还扩大了X射线的辐射范围。

高速扩张的蟹状星云人类不借助望远镜能看多远?

人的眼睛是一个接收体,能看到东西应该满足两个条件,一是物体发出或反射的光要使人眼能够感受到,二是物体的尺度与人眼的夹角要满足最低的限度。抬头望星空,人们可以看到1000千米远的人造卫星,还能见到相距几十到几千光年的星座,例如距离我们有几十光年的牛郎织女星,甚至还可以看得更远一些,天蝎座和人马座。

理论上,人的眼睛可以看到无穷远处,但实际生活中与物体的大小有关,物体再远,只要它足够大,发出的光或者反射的光进入人眼的足够多,人眼就能看到。例如,如果你在南半球,你可以看见天空中两个云雾状的东西,即大、小麦哲伦星云,这是距离银河系最近的的两个河外星系。

人马座星云光线在宇宙中传播会衰减吗?

科学家可以观察到数亿光年的星系是因为数亿光年星球发出的光传播到地球,数亿光年外星系辐射出来的光,在传播过程中基本没有中途消耗殆尽,这是因为宇宙中大部分空间都是真空,物质含量很低,例如,在位于银河星系中物质比较多的悬臂中,太阳和最近的恒星相距4.25光年,这么远的距离内除了靠近两恒星处有行星外,大部分空间只有一点非常稀薄的尘埃。

实际上,光传播过程中也会发生中途消耗殆尽,例如,你看到了一个星系或星云,至少没法看到它后面有什么,可能这个星系或星云后面还有不少星系,但被挡住了,这就是它们发出的光在经过这个星系或星云的时候中途消耗殆尽了。

另外,遥远的星体只有通过望远镜才能看见,这是因为光的传播随距离增加而强度变小,同样的光源,你离它的距离增大为十倍时,你接受到的光强度变为原来的百分之一,所以遥远星体只有通过望远镜才能看见。100多年以来,天文学家一直在研究为何来自遥远恒星的光线到达地球后会丧失颜色,但至今没有寻求到满意答案。

宇宙正在加速的膨胀宇宙中最亮的星体

类星体是类似恒星天体的简称,它是宇宙早期星系的核心,由星系中心的超大质量黑洞驱动,类星体是迄今为止人类所观测到的最遥远的天体,距离地球至少100亿光年。

与普通星系相比,类星体直径小,是宇宙中最为明亮的天体。一个星系内部可以含有数千亿颗恒星,但相比类星体,其亮度仍然要黯淡得多。所以,类星体称为宇宙空间的“宇宙灯塔”。

类星体的巨大亮度是由大量气体尘埃物质被卷入其中央黑洞之前在吸积盘中高速盘旋下落时产生的。类星体的巨大亮度让它即便在极其遥远的距离上也能被观测到,实际上即便两者相距可观测宇宙直径的95%,我们也仍然可以看到类星体发出的光亮。

黑洞附近的类星体宇宙中最容易被发现的星云

三叶星云亦称为M20,它是宇宙中最容易发现的星云,它是银河系盘面上的恒星之一。由于三叶星云上有三条非常明显的、格外醒目的三条黑道,就像是三片发亮的树叶,所以被称作三叶星云,天文学家也形象地称它为“三裂星云”。

三叶星云是一个被中心巨大恒星照亮的气尘团,它的质量超过太阳质量几倍。三叶星云的直径大约为50光年,位于大约5,000光年之外的人马座,年龄大约是30万年。

在地球上,碰撞很少能够带来美感,然而在宇宙中,两个气体团可能于100万年前在三叶星云的红色区域发生了碰撞,同时它也是拥有三种基本形态的星云,以至于三叶星云看起来非常美丽。

三叶星云(图中显示的区域大约有10光年宽)下期预告:天文领域的 “大弹跳”理论认为宇宙是反复的收缩和膨胀,根据这个理论,宇宙收缩,直到收缩比原子还小的一个点为止,再开始膨胀。下期题目为“大爆炸之前的宇宙”,主要内容为宇宙大爆炸之前的状态、大爆炸的诞生等等相关问题。

 

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