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第14章 太阳系外大范围天体(1)

星周物质

星周物质是指在恒星周围与恒星有演化联系、并明显受恒星引力约束的物质,主要由气体和尘埃粒子组成。双星的两子星间的气流也叫星周物质。被星周物质包围的有中心星,形成气体云、星周包层或气壳。其分布一般呈球形,也有盘形或环形结构。

星周物质或源于原始星际云,或源于恒星演化过程中的物质抛射。在恒星形成早期阶段,不是所有星际云都收缩成恒星,由于动力学的不稳定性,大量残余物质遗留在恒星周围,以及爆发变星、新星和超新星的爆发活动,双星中的质量交流,均是星周物质的来源。

行星际物质:指填充在太阳系的物质,太阳系内的较大天体,如行星、小行星和彗星都运行其间。行星际空间虽然空,但并非真空,其中分布着极稀薄气体和极少量尘埃。在地球轨道附近的行星际空间中,每立方厘米平均约含有5个正离子(绝大部分为质子)及5个电子。此外,还充斥着来自太阳﹑行星以及太阳系以外的电磁波。

太阳风是行星际物质的主要来源。太阳风是从日冕发出的一种等离子流。日冕具有100~200万度的高温,就连太阳那种强引力也无法永远维系该种炽热气体。就某种意义上说,行星际物质可看作是日冕的稀薄延伸。

终端激波:指太阳风由于接触到星际介质而开始减速的区域,是受太阳影响的空间中最外围边界。在终端激波处,太阳风内的粒子与星际介质相互发生作用,速度由每小时70~150万英里的速度迅速降低到亚音速以下,发生压缩,温度升高,磁场也就发生了变化。

终端激波的位置距离太阳约75~90天文单位,并随耀斑等太阳活动的不同而改变。在背离太阳的方向上,终端激波随在日球层顶之后,这是太阳风粒子被星际介质挡住的地方,当弓形激波通过之后,来自星际介质的粒子就不再被激发了。

日鞘:太阳圈的外围结构受太阳风和星际空间风共同作用影响。当太阳风从太阳表面向四面八方流出,在地球附近的速度约每秒数百千米。在远离太阳的某个距离上,至少超越过海王星的轨道,这股超音速的气流减速并遭遇星际介质。在太阳系内,太阳风以超音速速度向外传送。在产生终端激波时,太阳风速度降至音速(约340米/秒)下,成为亚音速。一旦低至亚音速,太阳风也许会受周围星际介质的流体影响,压力导致太阳风在太阳后方形成像彗星的尾巴,称日鞘。日鞘距太阳80~100天文单位。

日球层顶:又称太阳风层顶,是天文学中表示源于太阳的太阳风遭遇到星际介质而滞留的边界。

太阳风在星际介质(来自银河的氢和氦气体)内吹出的气泡被称为太阳圈,该气泡的边界通常称为日球层顶,并被认为是太阳系的外层边界。

弓形激波:由太阳在星际介质中运动而引起。弓形激波是太阳风与行星的磁层顶相遇处形成的激波,如太阳风与地球磁场相遇时形成的弓形激波。

地球的弓形激波距离地球大约9万千米,厚度约100~1000千米。弓形激波的判别条件,是此处流体的整体速度从超音速降低到亚音速以下。

人们设想太阳在星际介质中运动时同样会形成弓形激波,其前提是星际介质相对于太阳运动速度是超声速,因为太阳风就在以超声速从太阳表面吹出。在日球顶处星际介质与太阳风的压力达到平衡,太阳风在终端激波处降为亚音速。弓形激波距太阳约230天文单位。

星周盘:星周盘的一氧化碳辐射延伸范围是地球轨道半径的50倍。辐射在靠近恒星的内缘部分逐渐增强。发射峰值约15天文单位,然后随着与恒星距离的减小,辐射渐渐减弱。

深空天体

在望远镜中,恒星是个明亮的光点,就像肉眼所看到的一样,但更明亮些。比恒星有趣得多,但通常也更难观测到的是深空天体:星云、星团和星系。用中等望远镜可看到深空天体发出幽灵般、令人难捉摸的光晕。

在业余天文学上,深空天体指的是天空中除太阳系天体(如行星、彗星或小行星)或恒星的天体。一般来说,这些天体不能被肉眼见到──能用肉眼或双筒望远镜见到的只是其中的极少部分。

梅西耶天体:梅西耶天体指由18世纪法国天文学家梅西耶编辑《星云星团表》中所列的110个天体。梅西耶本身是个彗星搜索者,他结集这个天体目录,是为了把天上形似彗星而不是彗星的天体记下,以方便寻找真正的彗星时不会被这些天体混淆。

IC天体:星云星团新总表续编,又称星云总表,这是个包含星系、星云和星团的目录,实际上是星云星团新总表的补遗。在1895年首次出版,至今已列入5000多个天体,这些天体被称为IC天体。该列表由丹麦天文学家德雷耳编撰,总结了在1888~1905年间发现的星系、星云、星团。

NGC天体:被业余天文学中最广为人知的深空天体目录之一。它包括近8000个天体,这些天体被称为NGC天体。NGC是最全面的目录列表之一,它包括了所有类型的深空天体(不只包括星系)。

星际物质

星际物质指星体与星体之间的物质。恒星之间的物质包括星际气体﹑星际尘埃和各种星际云,还可包括星际磁场和宇宙线。星际物质的总质量约占银河系总质量的10%。星际物质的温度相差很大,从几K到千万K。星际物质在银河系内分布不均匀,不同区域的星际物质密度相差很大。星际物质和年轻恒星高度集中在银道面,尤其在旋臂中。

星际尘埃:星际尘埃指分散在星际气体中的固态小颗粒。星际尘埃总质量约占星际物质总质量的10%。星际尘埃质量密度估计约为气体密度的1%。

星际尘埃可能由硅酸盐、石墨晶粒以及水、甲烷等冰状物组成。星际尘埃散射星光,使星光减弱,该现象称为星际消光。星际消光随波长增长而增长,星光的颜色也随之变红,该现象称为星际红化。

星际尘埃对于星际分子的形成和存在具有重要作用。一方面,尘埃能阻挡星光紫外辐射使星际分子不发生离解;另一方面,固体尘埃作为催化剂加速了星际分子的形成。

宇宙尘:由众多细小粒子组成的一种固态尘埃,从宇宙大爆炸起,就四散在浩翰宇宙中。

宇宙尘包含矽酸盐、碳等元素以及水分,部分来自彗星、小行星等星体的崩解而产生的物质。宇宙尘对一个天体的诞生会发生影响,如一个星体崩坏后产生的宇宙尘,在经过漫长的宇宙旅程后可能与一个正形成的星体撞上,于是又循环成为另一个新星体。在太阳系中,木星、土星、天王星、海王星等行星的光环,就是在行星初形成时,碎裂的宇宙尘未能融为星球的主体,但又无法摆脱行星万有引力的牵制而产生围绕星球的破碎物质。

星流

星流是沿着一条狭长轨道围绕星系运动的由众多恒星组成的链状结构,是球状星团或者矮星系受到星系引力的巨大潮汐作用而逐渐变形、瓦解、撕裂形成的。

截至2007年,已经在银河系中发现了10多个星流,由几千到几亿颗恒星组成,跨度从数万光年到数百万光年不等。一个典型的星流是1994年发现的人马座星流,包含了大约1亿颗恒星,跨度超过100万光年,发源于人马座的矮椭圆星系。

随着时间的推移,这些星流会逐渐被银河系吸收。对星流的研究也表明,银河系在形成过程中吸积和吞并了众多矮星系,改变了对传统星系形成理论的认识。

此外,星流还为研究星系中暗物质的分布提供了有效的途径。

星云

星云包含除行星和彗星外的几乎所有延展型天体,其主要成份是氢,其次是氮,并含有一定比例的金属元素和非金属元素、有机分子等物质。

星云是由星际空间的气体和尘埃结合成的云雾状天体,星云里的物质密度很低。但星云体积十分庞大,常方圆达几十光年,一般星云比太阳要重得多。

星云和恒星存在“血缘”关系,恒星抛出的气体成为星云的部分,星云物质在引力作用下压缩成恒星。在一定条件下,星云能互相转化。

最初所有在宇宙中的云雾状天体都被称作星云。后随着天文望远镜的发展,人们把原来的星云划分为星团、星系和星云三种类型。