天文学家对宇宙有了很多了解但他们如何研究距离太远而无法访问的天体呢

NASA的OSIRIS-REx航天器于2023年9月24日飞越地球，掉落了从近地小行星Bennu表面收集的尘埃和卵石样本。

对该样本的分析将帮助科学家了解太阳系是如何形成的以及由什么类型的材料形成。科学家们将在分析阿波罗登月岩石和灰尘的同一设施中开始分析。

作为一名研究行星如何围绕遥远恒星形成的天文学家，我在观看本努样本降落到犹他州沙漠的广播时感到兴奋，并有点羡慕。我们这些研究遥远的年轻太阳系的人无法派遣机器人航天器来近距离观察它们，更不用说获取样本进行实验室分析了。相反，我们依靠远程观察。

但天文学家使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特性来计算我们感兴趣研究的特性。

天文学家的工具

小行星就像化石一样，由太阳系形成和早期演化过程中的岩石物质组成，并且几乎保持不变。这就是原始贝努样本将如何帮助天文学家了解太阳系的形成。

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，但它们距离太远，无法发送像OSIRIS-REx这样的样本返回任务来直接测量这些圆盘中的尘埃和小行星。系统是由.

像我这样的天文学家所能做的就是使用地球上或地球附近轨道上的望远镜远程观察宇宙中那些遥远的区域。但即使工具和技术有限，我们仍然能够对它们了解很多。

距离和光度

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那么大的距离。相反，我们必须使用精确的视差测量来间接确定距离——当地球绕太阳运行时，由于我们的视角变化而导致恒星视位置的微小变化。

一旦我们知道了它们与地球的距离，我们就可以确定原行星盘的另一个基本物理特性：它们的光度和恒星的光度。

亮度是物体的功率输出，以瓦为单位测量。像太阳这样的恒星的光度为数百万亿瓦。正如阳光影响太阳系中的天气和行星大气的化学成分一样，年轻恒星的光度也直接影响其原行星盘中的物质。光度可以改变尘埃颗粒的大小和成分，这些尘埃颗粒随后将形成小行星和行星核心。

使用视差测量确定到恒星距离的视频插图。拉斯昆布雷斯天文台。

但亮度并不直接表示光度。测量到的恒星或任何发光物体的亮度随着其距我们距离的平方而减小。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，然后根据观察到的亮度和恒星的距离计算其光度。

颜色和温度

光度还取决于温度——较温暖的物体通常更亮——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绕轨道运行的气体和尘埃来确定温度。

您从哈勃或詹姆斯·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其在另一个波长下的亮度相比的数字。较暖的物体相对于红光发出更多的蓝光，因此它们的颜色看起来更蓝，相应的数字也更小。天文学家通过让星光穿过望远镜相机中安装的小棱镜来更详细地测量颜色。该棱镜将光分散成光谱。

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

詹姆斯·韦伯太空望远镜上的近红外光谱仪等仪器可以精确测量表观颜色，从而确定恒星形成区域的温度和化学成分。分配给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)。三个图像的组合产生彩色合成图像。图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI、WebbERO制作团队

测量和解释

你能看到一个主题正在出现吗?天文学家只能测量少数明显的特性：亮度、颜色、天空中的位置、形状、角度大小以及这些特性如何随时间变化。这些属性与我们每个人在日常生活中用感官测量的属性相同。它们没什么异国情调或特别的。

然而，天文学家对遥远太阳系及其形成的所有了解，我们都是通过对这些熟悉且不起眼的表观特性的测量得出的。我们在天文学和天体物理学中所期望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于这些测量。

贝努样本的到来令人兴奋，因为它是“真实的”。在接下来的几个月和几年里，科学家们将检查这些尘埃，不仅为我们研究小行星和行星际尘埃，而且为更远的太阳系中的星际尘埃的研究提供信息。我很想知道这些新细节将告诉我们关于宇宙尘埃的什么知识，宇宙尘埃是世界各地行星的一些主要组成部分。

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