宇宙霧裏看花（1）：穿越星際消光來看你，並不容易_風聞

生活在地球表面的我們，眼裏的世界無比美好。只有在汽霧蒸騰或者風沙來襲的時候，人們才明顯的感到景色模糊，視物難辨。於是就有了霧裏看花這種感受。通常情況下，人們甚至忽略了空氣的存在。實際上，外面世界的光線到達我們的眼睛時，或多或少都會受到物體與眼睛之間物質的影響。在提倡環境保護的當下，人們更多是通過眼睛去感受空氣的質量。霧霾會導致能見度降低，使藍天變得灰濛濛的。霾，即空氣中的灰塵，我們所説的pm2.5，實際是尺寸為2.5微米的顆粒物，是空氣中能損害人們健康的污染物代表。

對星空愛好者而言，一個好的觀星環境非常重要。除了躲避城市燈光之外，通透的大氣也是獲得更好感受的關鍵因素。來自遙遠天體的光線，在到達我們眼睛之前穿越了很長的距離，地球大氣只是最後的一段。對於專業天文學家而言，在這個很長的距離上（包括末端的地球大氣）存在什麼物質就變得非常重要了，因為如果不去除這些物質對光線的影響，天文觀測真的就成了霧裏看花。我們先來説説地球大氣外光線傳播受到的影響，在天文學中叫做星際消光。

星際空間存在氣體和塵埃，他們會削弱我們探索宇宙天體的視線，產生類似霧霾中觀看景物的效果。當我們仰望夏季星空時，繁星之間並不是空無一物，會看到銀河中像烏雲一樣的纖維狀和塊狀物，這些就是銀河系中的“霧霾”，稱之為星際塵埃。除了這些固態塵埃顆粒，星際空間中還有氣體，它們統稱為星際介質。星際介質的密度非常低，比我們地球上任何人工製造的真空還低。例如，我們呼吸的空氣中每立方厘米有三十億個分子，而太陽系附近的星際氣體每十立方厘米才有一個原子。星際氣體主要是氫，含有少量氦和少量較重的元素。星際塵埃顆粒主要是碳、硅酸鹽、冰和鐵的化合物。

星際塵埃本身不發光，但是當恆星發出的光穿過塵埃時，紫外到紅外波段的光都會被減弱。這種星際塵埃對星光吸收和散射照成星光減弱的現象，我們稱之為星際消光。正是星際空間中的這些不起眼的小物質使我們觀測星空時猶如霧裏看花，終隔一層。

星際消光的強弱程度取決於幾個因素，包括塵埃聚集的厚度和密度，以及光線的波長（顏色）。如果塵埃密度大、足夠厚，光線就會被完全遮擋，導致黑暗區域。這些類似“烏雲”被稱為暗星雲，如下圖的分子云巴納德68和馬頭星雲。

分子云巴納德68

Credit: FORS Team, 8.2-meter VLT Antu, ESO

馬頭星雲

Credit: Website of University of Arizona

由於星際塵埃顆粒的尺寸分佈在零點幾納米到幾微米之間，並且小尺寸塵埃的數量要比大尺寸塵埃的數量多得多，所以星際塵埃對不同波長的光的吸收和散射是有偏向性的。星際消光在紫外和可見光波段比紅外波段更強，這意味着到達我們的星光比沒有星際塵埃時要紅得多。這種效應被稱為星際紅化。這個過程與日落時使太陽變紅的過程類似。反過來，被星光照亮的塵埃雲呈藍色，如下圖卵星雲所示。這類似於我們看到的藍天，它是由地球大氣層散射的陽光產生的。

卵星雲

Credit: Raghvendra Sahai and John Trauger (JPL), the WFPC2 science team, and NASA/ESA

穿過星際塵埃的光除了被阻擋通過外，也可以從塵埃雲中反射出來。例如馬頭星雲圖像的左下角的藍色亮點，這是一個反射星雲。反射星雲是恆星周圍的塵埃氣體區域，塵埃反射星光，使其對我們可見。例如下圖由哈勃太空望遠鏡拍攝的位於獵户座中的星雲NGC1999。

反射星雲NGC1999

Credit: NASA and The Hubble Heritage Team (STScI)

回到我們生活的星球，我們都認同，霧霾是一種災害天氣，對身體不好，尤其是青少年的成長。正相反，星際中的霧霾卻是恆星的搖籃。如果把密度很高的雲團中的塵埃和氣體攢起來，再擠壓，分子云中的緻密區域發生引力坍縮，最終形成一顆新的恆星，通常需要上百萬年才能產生一顆恆星。例如下圖是鄰近旋渦星系M33中的星雲NGC604（位於270萬光年之外的三角星座）的恆星育兒所。我們自己的太陽系很可能也是這樣誕生的，所以我們都是由星塵組成的。隨着恆星演化，最終迴歸星塵，並重新開始循環。

星雲NGC604

Credit: Hubblesite.org

下圖為我們展示了宇宙塵埃的生命循環。塵埃在恆星中形成，並在恆星演化的最後階段釋放到星際介質中（恆星的星風或大質量恆星的爆炸中被吹走）。然後，塵埃在恆星之間的氣體雲中被“回收”，聚集成雲，塵埃顆粒通過輻射過程冷卻，再通過凝結而增大，再形成行星的種子。當新一代恆星開始形成時，其中一些塵埃被消耗掉。隨着新一代恆星演化到脱離主星序時，這個週期又開始了。

宇宙塵埃的生命循環

Credit: the website of Herschel Space Observatory