星际尘埃是何方神圣？尘埃是什么意思 _小知识

银河是夜空中最壮美的景观。在银河繁星中，存在一些肉眼可见的“黑色星云”（图1）。这些“黑云”由恒星之外的中性气体和固体颗粒所构成，是新一代恒星的出生地。这些固体颗粒被通称为星际尘埃。星际尘埃如何散布在银河系中？散布规模有多广？当前无法跳出银河系的人类如何来解决这一难题？上海天文台的科研人员基于中国大
银河是夜空中最壮美的景观。在银河繁星中，存在一些肉眼可见的“黑色星云”（图1）。这些“黑云”由恒星之外的中性气体和固体颗粒所构成，是新一代恒星的出生地。这些固体颗粒被通资源网称为星际尘埃。星际尘埃如何散布在银河系中？散布规模有多广？当前无法跳出银河系的人类如何来解决这一难题？
上海天文台的科研人员基于中国大科学工程郭守敬望远镜（LAMOST）的银河系恒星光谱巡天数据，为这个难题的答案献上了一块主要的拼图。让我们一窥毕竟。

文章插图

图1 夜空中的银河，其中的“黑色星云”即为星际尘埃所在。图片起源：网络
星际尘埃是什么
星际尘埃指散布资源网在星际气体中的固态小颗粒，可能由硅酸盐、水和甲烷等冰状物组成。大家都听说过的PM2.5指尺码小于2.5微米的固态小颗粒。而星际尘埃的固态颗粒尺码大约在0.1微米，因此可以称它们为PM零点几。
星际尘埃重要发生于恒星演变的后期阶段，随同着吹出的星风或超新星爆炸，恒星一辈子积攒的金属（天文学中指质子数大于氢和氦的元素）抛洒回星际空间。星际尘埃接收紫外和可见光波段的能量（形成黑云），并在红外波段发射。尘埃不仅有利于星际中的气体冷却以形成下一代恒星，更可以说是行星以及性命形成的基本“砖块” 。虽然星际尘埃占领星系总质量的比例一般还不到千分之一,但是其在星系、恒星以及行星体系的形成和演变当中都起着症结性作用。
尘埃在星系中的空间散布情形可以供给星系构造和演变的主要信息。通过对河外星系的观测发明，尘埃在和银河系类似的盘状星系中大批存在，而且同样形成一个明显的盘状构造。一般来说，相比于恒星构成的盘来说，尘埃盘显得在径向上更延展、在厚度上更薄。图2中给出的是有名的草帽星系（M104）的图像，可以清楚的看出上述特点。所有近距离的河外盘状星系，如果从侧向视察几乎都具有M104这样的俏丽构型，那么一个直接的问题就是同样作为盘状星系的银河系是具有这样的特点？或者说作为人类以及太阳系的家园，银河系中的尘埃构型会具有某种特别性呢？

文章插图

图2 哈勃太空望远镜拍摄的“草帽星系”（M104）。图片起源：NASA
银河系中的尘埃散布有了答案
一般以为，银河系的银盘由两种成分所构成，一个是年青的薄盘，一个是年老的厚盘。银河系中大部分的恒星处于薄盘上，我们肉眼所见的银河也重要是薄盘成分。图3中给出了该研讨工作得到的银河系的尘埃盘和恒星薄盘的空间散布比较示意图。该图显示的是尘埃盘和恒星盘在侧向上的后果，其中黑色区域为尘埃，白色区域为恒星薄盘。该图中，在径向上，太阳距银河系中心约27000光年；垂向上，太阳根本处于盘的中心面上，仅在盘的上方约76光年处。

文章插图

图3：银河系的尘埃盘和恒星薄盘构型的示意图，其中白色区域为恒星，黑色区域为尘埃盘。图片起源：上海天文台
与可直接观测整体构造的河外星系不同的是，由于身处银河当中，虽然银河系中的尘埃几乎是肉眼“可见”，但却很难一窥其整体构造的真面目。最近，上海天文台的一组科研人员应用郭守敬望远镜银河系巡天得到的海量恒星光谱数据对银河系中尘埃成分的构造进行了准确的测量，并给出了目前为止最为准确的银河系尘埃整体散布的标准。目前该工作已被天文学国际核心期刊《天体物理杂志》（ApJ）所正式吸收。

文章插图

图4 郭守敬望远镜全景。图片起源：网络
在郭守敬望远镜开端对银河系中的恒星进行巡天观测后，原北京大学刘晓为教授引导的一个研讨团组对郭守敬望远镜巡天给出的恒星光谱进行了过细剖析，并给出了巡天数据中每一颗恒星在视线方向上由于尘埃所造成的消光数值。具体来说，研讨人员首先应用每颗恒星的光谱中不受尘埃消光影响的特点来推断恒星的内禀物理性质；在此基本上，再将观测到的恒星的色彩和其内禀色彩进行比拟，即可测量在视线方向上到每颗恒星由于星际尘埃所造成的消光和红化。