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光速最快,為什麼天文望遠鏡隔了上千光年後,還能看到某個天體?

由 情感新巧 發表于 娛樂2021-07-19

整個銀河系總共有近2千億顆恆星,整個可觀測宇宙大約有幾千億個星系。然而相對於銀河系的體積和可觀測宇宙的體積,真的是不夠看。

做一個最簡單的計算,全天有4萬平方度,每顆恆星,平均角解析度都在0。05平方角秒以下(考慮到光學系統對恆星會形成一個光斑,實際觀測到的恆星光斑要大一點)。那麼要想把全天佈滿恆星,需要4e4/(0。05/3600)^2~2百萬億顆。

而銀河系只有2千億顆,也就是說理想條件下銀河系恆星只佔據星空面積千分之一以下。很多還是很暗的紅矮星,非常小,因此會有很多縫隙讓我們看到後面的星體。

最新的Gaia衛星拍攝的全天星圖可以幫助我們瞭解銀河系恆星的分佈,可見,銀河系是盤狀,恆星高度集中於銀道面,實際上,銀河系直徑約10萬光年,但是銀河系的薄盤(銀道面往上下延伸3千光年左右)卻集中了85%的恆星,而其他地區恆星十分稀疏。因此,對於高銀維星系,銀河系恆星的遮擋幾乎可以忽略不計。

我們再用兩張星系拍攝照片舉例,下圖為我們常說的M31——仙女座星系,圖中,所有的周邊星點都是銀河系內的恆星。M31自己的恆星在下圖解析度下實際是很難看到的。可見,銀河系前景星造成了一定的遮擋,在影象處理的時候,我們往往要想辦法把它們摳出去。但是,前景星中間的空隙還是非常大的,對我們觀測影響並不大。實際上,M31自己也是遮擋物,它自己也會遮擋後面的星系,對這些星系的處理相對來說就比較困難了。

下圖是巨引力源中心的Norma星系團的照片,Norma星系團是離我們最近的星系團之一。然而,它不幸的落入到銀道面上,銀河系密密麻麻的恆星嚴重的遮擋了整個星系團的影象。使得我們對它的研究比較困難。一般情況下,我們對遠處星系的研究,都儘量避免銀道面。

那麼,恆星最密的地方又是什麼樣子的呢?在銀河系中心,有一塊很小的區域,叫巴德窗。恰好沒有星際塵埃遮擋,我們得以窺見銀河系中心,恆星密密麻麻的景觀,如下圖。

但是這個也還好,宇宙中還有一種球狀星團的恆星聚集體。比如NGC5137,在150光年的範圍內內有四百萬顆恆星,很明顯,這個星團大多數恆星都會被前面的恆星遮蓋住了。

光速最快,為什麼天文望遠鏡隔了上千光年後,還能看到某個天體?

至於大質量的恆星、彌散塵埃星雲、大質量星系(尤其是星系核)等天體系統,確實能夠阻擋背後的光線傳播,或吸收或散射。普遍存在引力透鏡等改變光線傳播方向的情況。

當然,由於球面波長距離傳播後,光強度已經大大衰減,同時球面極其廣泛,阻擋的天體(大小尺寸幾乎可以忽略不計)雖然可能在某個方向阻擋,但不可能把背後天體的所有光線全部阻隔。所以,儘可能地提升望遠鏡的解析度,闇弱遙遠的天體,也就不在話下。

電磁波波長範圍變化寬泛,各種波段的穿透性、能量、衍射效能各不相同,所以需要各種射電波段、紅外/光學波段、極紫外/X射線、硬X射線/γ射線波段的觀測手段綜合運用,得出全息影象。

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例如,銀河系中心附近分佈著大量的塵埃,阻礙了可見光的傳播,儘管光學望遠鏡越造越大,也無法窺探銀心得秘密。

而射電波、紅外線波長大於可見光,可以透過衍射,繞開各種塵埃顆粒,穿透塵埃雲;X射線光子能量巨大,穿透力強大,強硬闖關,也可以穿透屏障,抵達地球(但被地球大氣層阻擋),可以用天文衛星觀測臺進行探測。射電波、紅外線、X射線相當於來自銀心的信使,向我們描繪了銀河系中心的影象。

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此外,除了電磁波段,對於大質量恆星,核反應產生的中微子、高能輕子e、μ、τ,都可以以接近99%的光速c傳播;引力波同樣也是以光速傳播。

TAG: 恆星銀河系星系遮擋X射線