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科学家已沸腾!研究表明利用光回波可以看到更遥远的过去

时间:2022-10-19 07:38:35

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科学家已沸腾!研究表明利用光回波可以看到更遥远的过去

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众所周知,当我们向外看太空时,我们是在看过去的时间。那是因为光以光速运动,光到达我们这里需要时间,因此我们看到的景象是事物发生很久以前的景象,而事实上它们很可能现在已经消失,或者逃离很久!

但是科学家经过研究发现,光可以被气体和尘埃吸收、反射和重新发射,这给了我们一个大惊喜,光的这种特性给我们提供了另一个视角。科学家称它们为光回波,它们可以让天文学家以另一种方式了解我们周围的宇宙,让我们回到更遥远的过去窥探宇宙的奥秘!

光回波

所谓光回波,顾名思义,和回声有异曲同工之妙。我们都熟悉回声的概念,声音在空中传播,然后从远处的物体反射回来。你听到了原始的声音,然后是反射的声音。从反射中,你可以了解反射的程度,是近还是远?它是被什么反射的?以此推出声音反射的细节!

那么问题来了,因为声音的速度大约是每秒343米。所以我们才能以此推断出详细的情况。而光呢,光的运动速度接近每秒30万公里。由于速度太快,你的眼睛根本无法看到反射,那么我们要怎么办呢?其实在太空中,物体的直径可达数光年,天文学家可以看到光穿过气体云(尘埃)、强大耀斑和超新星的回波。

光回波最好的例子是雷达,雷达由发送信号的发射器和再次捕捉信号的接收器组成,它可以用来把无线电信号从物体上反射回来,即把它们映射出来。因此光也同理,既然你知道光的移动速度有多快,你就可以检测到你的无线电脉冲从物体上反弹回来,然后用它计算出所有物体离你有多远。在地球上,它们一般用来进行船只和飞机的导航,以及天气跟踪。

但是天文学家可以使用雷达来找到行星的距离,并绘制出小行星的表面。例如,当小行星3200 phaethon在12月最接近地球时,阿雷西博射电天文台收集了它表面的这些图像。

无线电波是探测反射的完美的电磁辐射形式。当光线从遥远的物体反射回来时,它已经非常微弱了,但是它必须返回,这使它变得更加微弱。激光也被用来测量到月球的距离。当宇航员在阿波罗任务中登陆月球时,他们在月球表面放置了特殊的反光镜。地球上的科学家可以向月球发射强大的激光,并在它返回时探测到反射光。通过知道光速,他们可以通过观察反射的激光返回地球需要多长时间来计算到月球的距离。

但是要真正利用反射光,你需要更亮的标的物。比如,一颗新形成的恒星的能量输出,以及正在爆炸的恒星的能量输出,或者是正在活跃地供给超大质量黑洞的能量输出。大自然无时无刻不在释放电磁辐射,以可见光、红外线甚至无线电波的形式。天文学家已经找到了观察反射光的方法,从而发现了宇宙。

光回波的应用

比如V838 Monocerotis恒星,位于2万光年之外。由于某种原因,在2002年,这颗红色超巨星的外层大幅膨胀,使它成为整个银河系中最亮的恒星,甚至比太阳的亮度高出60万倍。但是V838仅仅一亮,它就消失了。但这一闪光的后续效应在事件发生后的近里都一直可见。

我们可以看到V838那一瞬间产生的光穿过恒星周围的星际气体和尘埃。当它穿过尘埃时,就会分散开来,需要更长的时间才能到达地球。这种光线反射让天文学家得以研究尘埃的性质,这些尘埃可能是很久以前被恒星抛出的,但如果没有这颗恒星提供的瞬间,天文学家是看不到的。

由此,天文学家利用光回波来研究年轻恒星周围行星的形成。在这种情况下,NASA的斯皮策太空望远镜和4个地面天文台被用来测量一颗新形成的恒星与其原行星盘之间的距离。

这颗恒星名为YLW 16B,距离地球约400光年。它的质量和太阳差不多,但它只有100万年的历史,只是个恒星婴儿。即使在这些强大的天文台中,原行星之间的距离也太小,无法直接测量。相反,他们使用光的回声来获得大小。因为年轻的恒星在亮度上是可变的,它们每天发出的光量都在变化。物质从原行星盘中旋出,被恒星的磁场线捕获,然后落到恒星上,照亮了它。随着恒星亮度的变化,部分多余的光线会照射到行星盘上,产生天文学家能够探测到的回声。因为他们知道光的速度,所以他们能够计算出光亮到达圆盘需要多长时间,并计算出间隙有多大。

比如光到达这个距离需要74秒,这意味着它是0.08个天文单位,离恒星1200万公里。相比之下,从太阳到水星的距离约为6000万公里。天文学中另一个光回声的例子最近被用来研究恒星质量黑洞周围的环境。

3月11日,来自狮子座的黑洞突然爆发,成为x射线天空中最亮的物体之一。当然,爆发的不是黑洞本身,而是环绕黑洞的吸积盘,吸积盘的物质是黑洞从它的伴星上拉扯来的。这种物质被周围环境的强大压力和磁性加热,产生x射线辐射。它被日冕所包围,日冕是一个亚原子粒子的区域,测量温度为10亿摄氏度。

天文学家能够看到黑洞和它的吸积盘之间的距离在发生耀斑事件中似乎没有改变,但是周围的日冕确实发生了巨大的变化,从160千米缩小到16千米。

光速恒定这一事实对探索宇宙很有帮助,而在它发出回声的时候,我们可以看得更远,了解到更加深刻的宇宙真相!

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