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天文学家使用望远镜探测的东西并不是我们真正想要了解的——相反，我们通过观察和解译来自远方的显性特征推算出研究感兴趣的特征。
浩渺的宇宙按下静音键的同时也显现了一部分特征，期待出现一双善于捕捉的眼睛
天文学家对宇宙已经有了十足的了解——但他们如何研究距离遥远而无法访问的天体呢？
天文学家使用望远镜探测的东西并不是我们真正想要了解的——相反，我们通过观察和解译来自远方的显性特征推算出研究感兴趣的特征。
智利拉塞雷纳附近托洛洛山美洲天文台的望远镜。
（图片来源：Guillaume Doyen/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA，CC BY）
本文最初发表在《对话》。该刊物将这篇文章贡献给Space.com的专家之声：专栏与见解。
NASA的OSIRIS-REx 航天器在2023年9月24掠过地球，掉落了它收集到的来自于近地小行星贝努表面的尘埃和卵石样本。
对这一样本分析有助于帮助科学家了解太阳系如何形成以及来源于何种物质。科学家将在分析阿波罗登月岩石和尘埃的相同设备中开始分析。
作为一名研究行星如何围绕遥远的恒星形成的天文学家，当看到贝努样本降落到犹他州沙漠的播报时我感到十分兴奋——又有一点点羡慕。我们其中那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，更不用说获取样本用于实验室分析。我们只能依靠远程观察。
但天文学家使用望远镜探测的东西并不是我们真正想要了解的——相反，我们通过观察和解译来自远方的显性特征推算出研究感兴趣的特征。
天文学家的工具
小行星就像是化石——它们由太阳系形成和早期分化过程中的岩石物质组成，并且几乎完好无损。这就是原始的贝努样本会如何帮助天文学家了解太阳系的形成。
在过去的几十年，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年轻恒星运行。观察这些位于太阳系外数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，但它们都距离太远，而无法进行像OSIRIS-REx的一个样本取回任务来直接测量尘埃和小行星的构成。
从左到右：原行星盘TW Hydrae（阿塔卡马大型毫米波阵列，ALMA）、HD135344B（欧洲南方天文台，ESO）和2MASS J16281370（哈勃太空望远镜，HST）的三张图像。（图源：美国宇航局/戈达德/亚利桑那大学和美国宇航局/罗伯特·马科维茨）
所有跟我一样的天文学家能做的只有使用地球上或近地轨道的望远镜远程观察宇宙中那些遥远的区域。但尽管是受限的工具和技术，我们仍能够对它们了解很多。
距离和光度
最近的原行星系距离太阳有几百光年，但我们无法直接测量那么大的距离。然而，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微小变化。
一旦我们知道它们到地球的距离，我们就可以确定原行星盘另一个基本物理特征：光度及其所属恒星的亮度。
光度是物体的功率输出，以瓦为单位测量。类似太阳的恒星光度为数百万亿瓦。正如日光影响太阳系中的天气和行星大气的化学成分一样，新生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，这些尘埃颗粒随后形成小行星和行星核心。
但亮度并不直接表示光度。测量到的恒星或是任何发光物体的亮度与我们距离的平方成反比。我们测量恒星的表面亮度或者在数字影像中的亮度，然后根据观察到的亮度和恒星的距离来计算其光度。
颜色和温度
光度还取决于温度——更温暖的天体通常更亮——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表面颜色以及其行星形成盘中绕轨道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影像是由一系列彩色滤光片拍摄的多幅图像合成的。
詹姆斯·韦伯太空望远镜搭载的近红外光谱仪等仪器能够精确测量表面颜色，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），质子氢（绿）和碳氢化合物（红），结合这三幅影像进行彩色合成。（图源：NASA、ESA、CSA、STScI、Webb ERO 制作团队）
对于天文学家而言，颜色就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。相比于红光，温度的物体发射更多蓝光，所以它们的颜色看起来更蓝同时相应数字更小。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，这个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的特征表明原子、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。
测量和解释
你能看到一个主题正在出现吗？天文学家能够测量的显性特性屈指可数：亮度、颜色、天空中的位置、形状、角度大小以及在时间尺度上这些特性如何变化。这些特征与我们每个人在日常生活中用感官测量的特征相同，没什么异样，没什么特殊。
然而，天文学家对遥远太阳系和它形成的一切了解，都衍生于这些熟悉且不起眼的显性特征的测量。我们在天文学和天体物理学中所期望的丰富详尽的描述来自将我们对化学和物理学的理解应用到这些测量中。
贝努样本的到来令人兴奋，因为它是“真实的”。在接下来的数年数月，科学家们将检查这些尘埃，以便为我们的研究提供信息，不止局限于小行星和星际尘埃，还有太阳系更远处的星际尘埃。
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BY:Luke Keller
FY:baa
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