天文学家是如何研究那些太遥远而无法访问

　　左图:OSIRIS-REx飞船的金属长臂，末端呈圆形，触碰到岩石小行星表面，表面漆黑一片，布满小鹅卵石。右图:科学家在美国国家航空航天局约翰逊航天中心的天体材料处理设施中打开OSIRIS-REx样本。鸣谢:uux.cn/美国宇航局/戈达德航天中心/亚利桑那大学和美国宇航局/罗伯特·马克威治

　　据对话（卢克·凯勒）：美国宇航局的OSIRIS-REx飞船于2023年9月24日飞过地球，扔下了从近地小行星贝努鸟表面收集的灰尘和鹅卵石样本。

　　对这个样本的分析将有助于科学家理解太阳系是如何形成的，以及由何种物质构成。科学家们将在分析阿波罗登月岩石和尘埃的同一设备中开始他们的分析。

　　作为一名研究行星如何围绕遥远恒星形成的天文学家，看到贝努鸟样本降落到犹他州沙漠的广播，我感到兴奋，也有点羡慕。我们这些研究遥远年轻太阳系的人无法派出机器人飞船近距离观察它们，更不用说抓取样本进行实验室分析了。相反，我们依靠远程观测。

　　但是天文学家可以用望远镜测量的并不是我们真正想知道的——相反，我们通过从远处观察和解释明显的属性来计算我们有兴趣研究的属性。

　　天文学家的工具

　　小行星就像化石一样——它们由太阳系形成和早期演化的岩石物质组成，它们几乎保持不变。这就是原始贝努鸟样本将如何帮助天文学家了解我们太阳系的形成。

　　从左到右:三张原行星盘TW Hydrae(阿塔卡马大型毫米阵列，ALMA)，HD 135344B(欧洲南方天文台，ESO)和2MASS J16281370(哈勃太空望远镜，HST)的图像。美国航天局、欧空局、欧洲空间观测组织、STScI、ALMA、S. Andrews (CfA)、Bill Saxton (NRAO、AUI、NSF)、T. Stolker (ALMA)

　　在过去的几十年里，天文学家已经了解到被称为原行星盘的气体和尘埃盘围绕着年轻的恒星运行。观察这些位于太阳系外许多光年的圆盘可以帮助天文学家了解早期行星的形成过程，但它们太远了，无法像OSIRIS-REx那样发送样本返回任务，以直接测量这些系统中的尘埃和小行星是由什么组成的。

　　像我这样的天文学家所能做的就是利用地球上或近地轨道上的望远镜，远程观察宇宙中那些遥远的区域。但是即使使用有限的工具和技术，我们仍然能够对它们有所了解。

　　距离和亮度

　　最近的原行星系统距离太阳几百光年，但我们无法直接测量这么大的距离。相反，我们必须使用视差的精确测量来间接确定距离——随着地球围绕太阳旋转，我们的视角发生变化，导致恒星的表观位置发生微小变化。

　　一旦我们知道了它们离地球的距离，我们就可以确定原行星盘的另一个基本物理特性:它们的亮度和它们的恒星的亮度。

　　光度是一个物体的功率输出，单位是瓦特。像我们的太阳这样的恒星的光度是几十万万亿瓦特。正如阳光影响天气和太阳系行星大气的化学成分一样，年轻恒星的光度直接影响其原行星盘中的物质。光度可以改变尘埃粒子的大小和成分，这些尘埃粒子后来会形成小行星和行星核。

　　但是亮度并不能直接表示光度。一颗恒星或任何发光物体的测量亮度随着它离我们距离的平方而降低。我们测量恒星的表观亮度，或者它在数字图像中看起来有多亮，然后根据这个观察到的亮度和恒星的距离计算出它的光度。

　　颜色和温度

　　光度也取决于温度——较暖的物体通常更亮——但我们无法直接测量遥远系统的温度。天文学家通过精确测量恒星的表观颜色以及在其行星形成盘中运行的气体和尘埃来确定温度。

　　你从哈勃或詹姆斯·韦伯太空望远镜等天文台看到的天体彩色图像是通过一系列彩色滤光片拍摄的多幅图像的合成。

　　对于天文学家来说，颜色是描述物体在特定波长下的亮度与在另一个波长下的亮度相比的数字。相对于红光来说，较温暖的物体发出更多的蓝光，因此它们的颜色看起来更蓝，相应的数量也更小。天文学家通过让星光穿过安装在望远镜相机上的小棱镜来更详细地测量颜色。这个棱镜把光分散成光谱。

　　恒星及其周围物质发出的光谱并不是平滑的彩虹色。光谱中鲜明的明暗特征表明了原子、分子甚至矿物的存在和相对丰度。这些化学元素以独特且可识别的颜色组合发射或吸收光线。

　　像詹姆斯·韦伯太空望远镜上的近红外光谱仪这样的仪器能够精确测量表观颜色，用于确定恒星形成区域的温度和化学成分。红外波长的可见颜色表示原子氢(蓝色)、分子氢(绿色)和碳氢化合物(红色)。这三幅图像的组合产生了彩色合成图像。鸣谢:uux.cn/美国宇航局，欧空局，加空局，STScI，韦伯ERO制作团队

　　测量和解释

　　你能看到一个主题出现了吗？天文学家只能测量少数几个表观属性:亮度、颜色、在天空中的位置、形状、角度大小以及这些属性如何随时间变化。在日常生活中，我们每个人都用感官测量这些相同的属性来导航我们的周围环境。它们没有什么异国情调或特别之处。

　　然而，天文学家所知道的关于遥远太阳系及其形成的一切，我们都是通过测量这些熟悉而不起眼的表观特性而获得的。我们在天文学和天体物理学中期待的丰富而详细的描述来自于将我们对化学和物理学的理解应用到这些测量中。

　　贝努鸟样品的到来令人兴奋，因为它是“真实的”在未来的几个月和几年里，科学家们将检查这些尘埃，以便为我们的研究提供信息，不仅包括小行星和行星际尘埃，还包括更远的太阳系中的星际尘埃。我急切地想知道这些新的细节将告诉我们关于宇宙尘埃的什么，宇宙尘埃是世界各地行星的主要组成部分。