15 项令人惊叹的天文学发现

自格林威治皇家天文台成立近 350 年来，天文学取得了令人难以置信的进步。当时，首任皇家天文学家约翰・弗拉姆斯蒂德（John Flamsteed）使用简陋的望远镜手动绘制星图，试图测量经度。

仅在过去的 50 年里，人类就不断突破极限。在数百项人类成就中，如今有许多探测器正在探索太阳系的遥远区域，一台位于 100 万英里外的极为复杂的太空望远镜将图像传送回地球，而且一座月球空间站正在建设中，以助力人类前往火星。

天文学家、前格林威治皇家天文台公共天文官员汤姆・克斯（Tom Kerss）在他的新书《处处皆钻石》中，探索了历史上 101 个最令人惊叹的天文学发现。

以下是其中 15 个可能会改变你对宇宙看法的发现。

1. 你的头发会收集来自彗星的太空尘埃

每天，都有几吨物质从太空坠落到地球上。有些物质在到达地球时可以被观测到，比如一颗明亮的流星可能会变成陨石 —— 一块撞击到地面的岩石和金属碎片。

但大量的这种宇宙物质进入地球时并没有如此壮观的景象。相反，它们以太空尘埃的形式缓缓穿过大气层，而这些尘埃几乎无法被我们的肉眼看到。

降落到我们星球上的太空尘埃数量惊人：每年约 5200 吨，每周 100 吨，或者每天 14 吨。这些尘埃由微小的岩石和金属颗粒组成，这些颗粒是在大型碰撞中或被微流星体从小行星和彗星上剥落下来的。所有这些尘埃中约 80% 来自木星族彗星，它们的轨道周期不到 20 年。

这些颗粒非常小，直径最大只有几十分之一毫米，一般无法用肉眼看到，只能使用专门的仪器才能检测到。每次你在户外时，你的头发都有可能捕获一些这样的太空尘埃。很有可能你已经捕获过一些，后来在不知情的情况下把它们洗掉了。

2. 有些恒星非常 “冷”，你触摸它们也不会烫伤手

在我们了解到太阳是一颗恒星后，我们开始认为所有的恒星都是炽热的、燃烧着的等离子体球，能够熔化我们所能制造的任何材料或合金。但并非所有的恒星都是如此，实际上，银河系中潜藏着一类非常迷人的超冷恒星。

棕矮星比任何已知的恒星都要冷，它们被归类为亚恒星天体。它们常被称为 “失败的恒星”，因为它们体积太小，无法在其核心维持核聚变，而核聚变正是为太阳提供能量的过程。因此，棕矮星发出的光和热非常少，这使得它们很难被探测到。

棕矮星的表面温度各不相同，但其中一个特定的子类 ——Y 型恒星 —— 是所有恒星中最冷的。它们的表面温度通常只比绝对零度高几百度摄氏度。这相当于几十摄氏度的温度。你的皮肤温度约为 35 摄氏度，而一杯温热的茶温度也只略高一点。如果有可能触摸这些 Y 型恒星的表面，你甚至可以感觉到温暖而不会烫伤手！

3. 银河系中可能存在多达 100 亿颗类地行星

2019 年，天文学家将开普勒太空望远镜的数据与欧洲航天局盖亚任务的新结果相结合，得出结论：平均而言，每六颗恒星中就有多达一颗恒星在其宜居带内拥有一颗地球大小的行星。银河系中可能散布着数百亿个这样的星球。

在继续寻找类地行星的过程中，可以被认为是宜居的环境范围正在扩大。对于复杂生命的存在来说，可能并不一定需要一个与地球完全相似的星球，而且能够支持生命存在的 “避风港” 数量可能比我们想象的要多。

4. 土星的光环极其稀薄

土星是太阳系的第六颗行星，以其环绕这颗气态巨行星的壮观光环而闻名。从远处看，它们似乎是坚固且连续的，但实际上，它们是由数万亿个单独的冰块和少量岩石组成的，大小从微小的尘埃状颗粒到巨大的石块不等。

土星光环最引人注目的特点之一就是它们极其稀薄。尽管土星的光环从土星赤道向外延伸近 14 万公里，但它们最厚处也只有几百米。换句话说，光环的宽度是其厚度的数十万倍。

举个例子，一张蓝光光盘宽 120 毫米，厚 1.2 毫米。要达到土星光环的厚度比例，这张蓝光光盘的宽度需要达到约 1 公里！

5. 像银和金这样的贵金属是在死亡恒星碰撞时形成的

爆炸恒星的残骸 —— 中子星 —— 有时会发生碰撞，在产生并释放出大量其他元素的同时，也会产生贵金属。这些碰撞所涉及的能量远远大于超新星爆发所释放的能量。因此，包括铀在内的最重的天然存在的元素几乎完全是由这些极端事件产生的。

超新星爆发和中子星碰撞都是通过 “r 过程” 核合成来融合重元素的。它们创造了足够的温度和压力，使原子核能够快速捕获中子。这些原子核被迫吸收中子，从而增加了它们的原子序数。合并的中子星可以达到原子序数 47（银）、78（铂）、79（金）和 92（钯），这使得它们成为了贵金属的锻造炉。

6. 银河系中的恒星数量可能比有史以来出生的人类数量还要多

问一位天文学家银河系中有多少颗恒星，答案会从 “数千亿颗” 到一个大致的数值：“大约 1000 亿颗”；“3000 亿颗”；“5000 亿颗”。肯定有一个正确答案，那么为什么数值会有这么大的差异呢？

不幸的是，弄清楚银河系中恒星的数量并不只是简单的计数问题。银河系的大部分区域都被遮挡而无法观测，而我们能看到的区域又如此广阔和遥远，即使使用强大的望远镜，也很难轻易识别出单个恒星。确定银河系中恒星的数量依赖于观测、假设和合理的估计。

奇怪的是，人类学家对有史以来生活过的人类总数更有把握 —— 大约 1100 亿。所以，我们可以说银河系中的恒星数量可能比有史以来出生的所有人类数量还要多！

7. 小行星可以有光环和卫星

查利克洛（Chariklo）是一颗在土星和天王星之间绕太阳运行的小天体。现在已知查利克洛是一颗半人马小行星 —— 这一类小行星的特点是它们的轨道不稳定，会与巨行星的轨道相交。这颗宽 250 公里的小行星之所以如此特别，是因为它周围有一圈光环，这使得它成为太阳系中已知的拥有光环系统的最小天体。

小行星也可以有自己的卫星。艾达和达克堤尔是一对太空岩石，由于美国国家航空航天局的伽利略号宇宙飞船的一项惊人发现而引起了全世界的关注。1993 年，伽利略号在飞掠小行星艾达时，其相机发现了达克堤尔，这是一颗围绕艾达运行的小得多的 “卫星”。这对小行星首次提供了观测证据，证明小行星可以有自己的天然卫星。

8. 流星的颜色取决于其组成元素

当地球撞上在太阳周围漂浮的毫无防备的冰和岩石碎片时，流星就出现了。它们立刻发现自己以高超音速在大气层中穿行，而前方的空气无法迅速避开。这产生了冲压压力，使空气过热。空气反过来又将热量传递给流星体，导致它瞬间汽化。

当你看到一颗明亮的流星时，仔细观察，你可能会注意到一些鲜艳的颜色。有时，在流星划过的过程中，你甚至可以看到几种不同的颜色。最明亮、最耀眼的流星，即所谓的火流星，由于燃烧时间更长，更有可能呈现出这些颜色。这些颜色与不同的元素有关，这些元素形成的化合物被困在冰或岩石中。这些化合物被加热到远远超过它们的燃烧温度，元素便会发出不同颜色的光。镁发出蓝白色或蓝绿色的光；钙看起来是紫色的；钠是橙色的；铁发出黄白色的光；氮和氧产生独特的红色。

9. 天王星和海王星可能曾经交换过位置

最外层的行星天王星和海王星常被称为冰巨星，因为它们主要由水、氨和甲烷冰组成。一些模拟表明，在它们形成的早期，它们实际上交换了位置，这意味着天王星可能曾经是太阳系的最后一颗行星，但后来它把这个角色让给了海王星。

一种先进的年轻太阳系动力学模型，称为尼斯模型（Nice model），自 2005 年提出以来已经得到了发展和完善。在尼斯模型中，巨行星在离太阳较近的地方形成，然后随着原行星盘的消散向外迁移到它们现在的轨道。

奇怪的是，大量的模拟显示，在天王星和海王星都远离太阳迁移的过程中，它们交换了位置。天王星最初可能是最外层的行星。虽然这个假设是推测性的，但它可以解释围绕天王星的一个令人困惑的谜团 —— 整个行星系统是侧着倾斜的。

10. 近一千年后你仍能看到超新星爆发的遗迹

公元 1054 年，我国天文学家记录到天空中出现了一颗 “客星”，这颗星连续几周都能被看到。近一千年后，在同一个位置，我们发现了蟹状星云。这是一个超新星遗迹，是由一颗大质量恒星的灾难性死亡爆炸而喷射到太空中的。

作为银河系中最壮观的超新星遗迹之一，它是一次爆炸的迷人快照 —— 就像产生它的那次事件一样混乱和复杂。

11. 一个名为 “奥陌陌” 的雪茄形天体是首个已知的星际天体（来自太阳系外）

2017 年，在夏威夷工作的天文学家罗伯特・韦里克（Robert Weryk）探测到一个奇怪的天体穿过我们的太阳系。在观测证实它来自太阳系外后，它被命名为 “奥陌陌”。这个奇异的雪茄形天体与以前见过的任何天体都不同。

由于 “奥陌陌” 只是短暂地穿过我们的太阳系，科学家们必须迅速采取行动，尽可能多地收集数据。他们使用了各种望远镜和其他仪器来研究这个天体的大小、形状、组成和轨迹，但在 “奥陌陌” 到达不利于观测的距离之前，只能收集到有限的信息。因此，人们对它知之甚少，这也为各种猜测留下了空间。2019 年，第二个已知的星际天体 ——2I / 鲍里索夫彗星（2I/Borisov）被发现。它是一颗流浪彗星，最初是由一位业余天文学家发现的。天文学家现在认为，这样的星际天体定期穿过我们的太阳系。

12. 月球的颜色比我们肉眼所见的更加丰富

在我们的肉眼看来，月球表面是没有颜色的，但实际上它呈现出微妙的色彩层次。通过处理照片，以及使用精密的相机和软件，我们可以揭示这些色彩，从而看到一幅充满醒目色调的月球图像。当然，这些颜色是经过人为增强的，以便我们能够明显地看到，但它们与我们自然感知到的其他细节一样真实。

几个世纪以来，天文学家们通过望远镜观察到月球表面有非常微弱的颜色痕迹。静海（Mare Tranquillitatis）以其略带蓝色的色调而闻名。梦湖（Palus Somni）则以略带沙色而著称。在所有值得探寻的色彩区域中，阿里斯塔克斯高原（Aristarchus Plateau）被广泛认为是最引人注目的。这片巨大的高地地形位于月球西部的风暴洋（Oceanus Procellarum）的火山平原之上。尽管高原上覆盖着一层深色的火山碎屑玻璃，但它仍然呈现出强烈的黄色，有时被描述为 “芥末色”。这些颜色实际上具有重要的科学价值，为月球表面的矿物成分提供了线索。

13. 实际上只有一小部分恒星是白色的

在我们眼中，大多数恒星看起来是白色的。有一些明显是黄色或橙色，还有一些是淡蓝色。但它们的颜色通常显得较为淡雅，而非鲜艳夺目，因而常常被不太专业的观星者所忽视。然而，对天空拍摄的照片却显示，大多数恒星都呈现出一种明显的颜色，实际上只有一小部分恒星是白色的。

这是因为恒星的特性与被称为 “黑体” 的理论物体相似，黑体能够吸收所有照射到它上面的辐射。在物理学中，黑体受热时会向外辐射能量，其呈现出的颜色取决于它的有效温度。恒星也是如此，由于每颗恒星都有一个有效温度，所以它也有其辐射的峰值颜色。

14. 银河系中到处都有钻石

钻石是地球上最坚硬、最具光泽的物质之一，它是在地球表面之下极深的地方，在极端的压力和高温条件下形成的。但事实证明，钻石并非地球所独有，在太阳系、银河系乃至更广阔的宇宙空间中都可能存在。

科学家们推测，在天王星和海王星的大气层中可能会形成钻石。天文学家已经在这两颗行星的大气层中发现了碳氢化合物的存在，在适当的条件下，这些碳氢化合物会成为形成钻石的基本成分。

近年来，天文学家已经确定了一些可能富含钻石的系外行星候选者，这些行星围绕着除太阳以外的恒星运行。其中一个富含钻石的候选行星是 BPM 37093，它距离地球约 53 光年。这是一颗白矮星，曾经在某种程度上与太阳相似，后来演化成了一颗体积小得多、富含碳和氧的恒星。它的亮度会以一种脉动的模式变化，天文学家利用这一特性来测量这颗恒星在冷却过程中内部有多少物质结晶了。计算结果表明，这颗恒星目前多达 90% 的质量都已形成了晶体结构，也就是一个由钻石构成的固体核心，直径约 2000 英里。

这颗恒星被昵称为 “Lucy ”，它很可能隐藏着迄今为止已知的最有价值的钻石，其大小可与月球相媲美，重量更是地球的 10 万倍！

15. 金星的图片，它看起来像一个光滑的白色大理石球

金星有时被称为地球的 “邪恶双胞胎”，这是因为金星和地球的大小和组成成分相似，但气候却截然不同。地球的自转周期是 23 小时 56 分 4.1 秒，而金星完成一次自转所需的时间要长得多，其自转周期约为 243.025 个地球日。相比之下，金星绕太阳公转一周只需要 224.7 个地球日。所以，看起来金星上的一天比一年还要长。