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我们在地球上夜晚看到的星星,离我们有多远?

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你好科普 2021-07-29 10:53

自古以来,人类都对遥远的天空十分向往。在白昼时,阳光灼目难以直视,所以人们很少在这个时候抬头看天。等到太阳落下西山,夜幕笼罩下来时,人们恰好结束了一天的劳作,难得空闲下来仰望夜空,就能看到夜空中的月亮和星辰正在散发着温柔的光芒。在古代的诗词中,就不乏描写星辰的句子。

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Tips:夜晚指下午6点到次日的早晨5点这一段时间。在这段时间内,天空通常为黑色是由地球自转引起的。在夜晚,气温通常会逐渐降低,在半夜达到最低。

如今,我们也经常将赏星望月视作一件极其浪漫的事情。也许大多数人都知道,我们只能在夜晚看见星星是因为白日里太阳的光芒太过强烈,所以把星星的光芒都掩盖住了。但是你有没有想过,那些能够被我们看到的星星为什么能发光?它们到底离我们有多远?

星星为什么会发光

想要知道星星为什么可以发光,我们首先要对看到的星星进行区分,看看它究竟是行星还是恒星

Tips:八大行星是指太阳系的八个大行星,按照离太阳的距离从近到远,它们依次为水星(☿)、金星(♀)、地球(⊕)、火星(♂)、木星(♃)、土星(♄)、天王星(♅)、海王星(♆)。

尽管我们用肉眼观察天上的星星时,很难分辨出它们之间具体有什么不同,但是行星和恒星发光的原因存在本质上的差异。如果是像月亮这样的行星的话,那么这个原因就比较简单了。因为行星本身是不能发光的,它们反射了太阳光,让光线重新落在我们眼睛里,这就使我们产生了“行星也会发光”的错觉,实际上,我们看到的还是太阳光。

但如果是恒星,就会稍微复杂一点。拿太阳来举例,我们都知道,太阳是一颗巨大的恒星。太阳光之所以这么强烈,是因为太阳是一个由自身引力聚集在一起的炽热球状等离子体,而且还是离地球最近的恒星。太阳的引力非常强,同时还不断地向内挤压,由此产生的引力摩擦导致内部的温度大大提升。在太阳的表面,温度只有5778开尔文,但核心部分的温度几乎是表面温度的2600倍

Tips:等离子体的用途非常广泛。从我们的日常生活到工业、农业、环保、军事、医学、宇航、能源、天体等方面,它都有非常重要的应用价值。

恒星核心的巨大压力和高温环境会促使核聚变反应发生,在这个过程中,氢原子会通过不同的阶段融合转化成氦原子。在这个过程中,会有大量能量以伽马射线的形式释放出来。这些伽马射线被困在恒星内部,并与恒星的引力对抗着将恒星表面向外推动。

这也是恒星能够保持一定的大小,并且不会继续收缩的原因。伽马射线在恒星内部横冲直撞,试图从这里离开,最后被一个原子吸收,然后再次发射。这种情况每秒可能发生多次,伽马射线中的单个光子可能需要10万年才能从恒星的核心到达其表面。

Tips:伽马射线具有极强的穿透本领。人体受到伽马射线照射时,可以进入到人体的内部,并与体内细胞发生电离作用,导致人体内的正常化学过程受到干扰,严重的可以使细胞死亡。

当光子到达表面时,它们就会损失一部分能量,变成可见光光子,而非之前的伽马射线光子。这些光子从太阳表面跃出并直线进入太空,如果它们没有遇到任何阻拦它们的事物,可以永远在宇宙中穿梭。总的来说,恒星会发光是因为它们的核心中有巨大的聚变反应堆,可以释放出大量的能量,这种能量以光的形式进入到了宇宙中,并且被我们的眼睛捕捉。

实际上,我们看到的星辰光芒都是穿越了遥远的距离才落在我们的视网膜上的。很多时候,这个距离漫长得能够以光年来计算。

Tips:视网膜脱离是视网膜的神经上皮层与色素上皮层的分离。脱离部分的视网膜无法感知光刺激,导致眼部来的图像不完整或全部缺失。

光年指的是光在真空中花费一年时间能够传播的距离,尽管它看起来和我们的时间单位“年”很像,但实际上是一个距离长度单位。不过,我们是可以用光年来判断这道光出现的时间是在多久之前的。比如天狼星和地球的距离大约8光年,当我们对它进行观察时,看到的就是8年前离开天狼星表面进入宇宙的光子。

而且,这些星星是在不断变化的。和我们人类的出生和死亡一样,它们也会在宇宙中诞生,在宇宙中灭亡,就算是一直照耀我们的太阳也无法逃离这个规律。

Tips:天狼星是一颗蓝白色的主序星,有一颗白矮星伴星,系统质心距离地球约为 8.6 光年。其中天狼星B,即那颗白矮星伴星,是人类最早观测到的白矮星,也是质量最大的白矮星之一。

所以,当我们抬头仰望星空看到星光闪耀的时候,其中一部分发出光芒的星星很有可能已经死去了。

我们用肉眼能看到的星星有多远

当我们远离城市的灯光,在一个没有月亮、没有云朵或阴霾的夜晚里,光是凭借我们的双眼,能够看到的星星数量有多少?实际上,这个问题并没有绝对的答案。没有人能够准确计算夜空中所有的星星,天文学家也只能对这个数字进行理论估计。

Tips:星星指的是肉眼可见的宇宙中的天体。星星内部的能量的活动使星星变的形状不规则。星星的亮度常用星等来表示。

如果把地球周围各个方向可见的所有恒星都考虑在内,大约有10000颗可见恒星。但是,结合实际情况来考虑,用肉眼能够看到的恒星数量大约有5000颗。这是因为无论在什么时候观测夜空,地球的另一半地区都处于白天,在这个时候我们是无法观测到天空中的星星的。因此,从地球上处于的夜晚一侧可以看到大约一半的星星,这个数字可能在2500到5000之间。

除此之外,还有一部分原本可见的恒星会被地平线附近的阴霾遮掩,导致我们无法观察到它们。天文学家们无法就可见恒星的数量达成一致,因为除了地球存在昼夜交替的现象之外,每个人观察天空的方式也有所不同。

Tips:天文望远镜是观测天体、捕捉天体信息的主要工具。望远镜起源于眼镜。人类在约700年前开始使用眼镜。公元1300年前后,意大利人开始用凸透镜制作老花镜。

即便是在理想条件下,人们能够看到的星星数量也和个体差异紧密相关。比如随着年龄的增长,人类的视力会逐渐下降,很有可能根本看不到那些光芒微弱的星星。同样的,我们在观测夜空时不可能满足绝对的理想条件。

所以即使夜空中没有月亮,城市中的灯光也会把夜空照亮一部分,影响我们对星星的观测。不过我们可以得出一个大概的结论,那就是在远离人造光源、周围绝对黑暗且天气晴朗的情况下,一个视力正常的人应该能够看到数千颗星星。

Tips:人造光源是随着人类的文明、科学技术的发展而逐渐制造出来的光源。分别有:火把、油灯、蜡烛、电灯,包括白炽灯、日光灯、高压氙灯等。

通常情况下,我们比较容易在夜空中看到的行星就是金、木、水、火、土这五颗,不过它们和地球的距离都没有超过12天文单位。这里需要提到光年和天文单位之间的关系,1光年等于6.32万天文单位。其中,我们能够通过肉眼观测到的最远的行星是土星。因为它和地球的距离比较近,大约8天文单位,而且它的体积较大,更便于观察。

既然说过了行星,那就再聊聊我们能看到的恒星。在天空中,我们能够直接用眼睛看见的恒星有7000颗左右,里面很少有距离地球超过1000光年的。像天狼星、织女星、牛郎星这些我们耳熟能详的恒星,离得近的只有几光年,离得远的也不超过100光年。

Tips:五行是华夏民族创造的哲学思想。多用于哲学、中医学和占卜方面。五行学说是华夏文明重要组成部分。

天狼星是天空中最亮的恒星,距离地球大约8.6光年。不过,我们看到的天狼星实际上还没有金星亮。这是因为金星和我们离得更近,在近日点的时候,金星和地球的距离只有3800公里。而天狼星即便拥有恒星中最强的亮度,但是在穿越过这么漫长的距离之后,亮度也已经衰减了很多了,所以看起来反而没有金星这颗行星亮。

那些距离地球上千光年的恒星我们不太容易观测到,但也并不是完全没有。比如位于猎户座的参宿一,距离地球1260光年,还有位于天鹅座的天津四,距离地球1410光年。

Tips:光年, 长度单位,一般被用于衡量天体之间的距离。光在宇宙真空中沿直线经过一年时间的距离,为9,460‘7304’7258‘0800米。

在8000光年的范围内有几颗明亮的恒星,在不借助望远镜的情况下,我们只能模糊地辨认出它们。但是那些超过10000光年距离的恒星,我们就非常难观察到了。因为恒星的亮度其实取决于它们自身的质量,这也就决定了恒星的亮度是有限的。不过,对于大多数人来说,肉眼能够观测到的最远的恒星应该还是仙后座V762,离我们大概1.6万光年。

我们借助设备能观测到的星星有多远

如果我们能够借助工具的话,那么观测星星的能力就会得到质的飞跃。当我们使用双筒望远镜的时候,甚至能够看到数百万光年以外的恒星和星系,而且这些天体都算不上明亮,甚至还有些暗淡。而一个普通的8英寸望远镜就能够让你观察到天空中最亮的类星体,这个类星体和地球的距离超过了20亿光年。

Tips:恒星演化是恒星在生命过程中所经历急剧变化的序列。恒星依据质量,一生的范围从质量最大的恒星只有几百万年,到质量最小的恒星比宇宙年龄还要长的数兆亿年。

在太阳系中,离我们最远的行星是海王星,它和地球的距离大约在42.5到47.5亿公里之间。因为行星本身不会发光,所以在浩瀚的宇宙中很难直接观测到。即便是和我们同处太阳系中的海王星,从它被发现到现在都还不到200年。

除了直接观测之外,现在天文学家更多地是使用射线来探测各种天体存在的可能性。通过这种方式,人类如今已经发现了很多以前没有探测到的天体。就在去年,有天文学家通过一处明亮的X射线源发现了一颗行星,它位于距离地球2300万光年的M61星系中,这很有可能是目前为止人类发现的距离地球最遥远的行星。

Tips:探测器detector,是观察 、记录粒子的装置 ,核物理和粒子物理实验研究中不可缺少的设备。

这个星系和银河系很像,都是涡状星系。人们发现这颗行星纯属偶然,因为按照人类现在的科技水平来看,是根本无法发现这么遥远的行星的。只是这颗行星附近的X射线源太过明亮,天文学家才能够发现它。

这颗行星和土星的质量接近,和另一个中子星形成了双星系统。这颗中子星正在以极快的速度吞噬联星的物质,并且在这个过程中释放出大量的能量,释放出的光亮强度是太阳光的100万倍。当这颗行星沿着轨道运行,来到这颗中子星与地球之间时,中子星的光芒被遮挡,这颗行星就会被天文学家观测到。这种观测方法也被称为“掩星观测法”。

Tips:银河只在晴天夜晚可见,是由无数暗星(恒星)的光引起的。银河不是银河系,而是银河系的一部分。

那么,人类目前能够观测到的最遥远的恒星距离我们又有多远呢?这个问题需要我们回到2016年去寻找答案。当时,来自美国明尼苏达大学的天文学家发现了目前人类观测到的最遥远的单颗恒星,那是一颗蓝超巨星,和地球的距离有93亿光年。这颗恒星被称为“伊卡洛斯”,它的发现也有一定的运气成分在。因为伊卡洛斯的前方存在一个庞大的星系团,在这里会产生“引力透镜”效果,将附近的光线进行扭曲和聚集。

天文学家通过观测这种现象,从而观测到了伊卡洛斯的存在。

小结

每当我们在地球上抬头仰望时,看到那些在夜空中闪烁的璀璨星辰,都会忍不住感叹宇宙的奇妙和伟大。这些星辰中,有一部分是反射太阳光的行星,有一部分是自身发生核聚变反应发出光芒的恒星。对这些天体进行深入的了解和探索,有助于人类了解整个宇宙的起源和演变,说不定还能找到和人类生命起源相关的线索,这对人类文明的发展具有极其重要的意义。

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