天体物理学杂志:哈勃发现大量气体流入银河系 氢中电离气

王兴

作者：Andrew Fox 来源：《天体物理学杂志》

发布时间：2014-7-15 15:35:12

“哈勃”发现大量气体流入银河系



麦哲伦星云流入的气体最终进入了银河系。

图片来源：NRAO/AUI/NSF

银河系可能已经找到了一个解决气体短缺的办法。天文学家曾估算，人类居住的这个星系所拥有的燃料仅仅够它在未来几十亿年中制造新的恒星。然而科学家如今发现，正有4倍于之前预期的气体源源不断地流入银河系，从而为后者很长一段时间的造星生涯奠定了基础。

并未参与该项研究的美国加利福尼亚大学伯克利分校天文学家Leo Blitz表示：“这是一项非常美妙的研究，它取得了惊人的结果。”

马里兰州巴尔的摩市空间望远镜科学研究所天文学家Andrew Fox及其同事，在研究附近的两个星系——环绕银河系的大、小麦哲伦星云——流出的气体时获得了这一发现。

麦哲伦星云流失的气体在宇宙中延伸了50多万光年的空间，并且其中的大部分气体将落入银河系，从而为新恒星的诞生提供了燃料。天文学家认为这些气体很久之前便已存在，因为其中包含有氢气——这是宇宙空间中含量最丰富的一种元素。

然而这些气体并非总是那么容易被发现。它们以不同的形式存在。一种是中性的，或者说以非电离的形式存在，即每个质子都拥有一个电子。这种类型的气体会释放出波长为21公分的无线电波，从而使射电望远镜很容易就能发现它们。

但是这些气体同时还能够以一种电离的形式存在，即电子与质子分离。这种类型的气体不会释放无线电波，从而使得探测它们变得非常困难。

为了搞清是否有第二种类型的气体从麦哲伦星云流入银河系，Fox的研究团队采用了来自美国宇航局（NASA）的哈勃空间望远镜的数据。天文学家分析了位于这些气体后方的69个遥远的类星体和活跃星系，旨在确定后者发射出的紫外线有多少被麦哲伦星云的电离气体所吸收。

让人感到惊讶的是，Fox及其研究团队发现了非常多的背景紫外线吸收，他们从而得出结论认为，来自麦哲伦星云的气体中电离气体的数量必然远远多于中性气体。

在最新出版的《天体物理学杂志》中，研究人员估计麦哲伦星云流失的气体数量是之前预期的4倍。之前的研究指出，其中氢气的质量是太阳的5亿倍，而Fox的研究小组将这一数值改写成了20亿倍。由于这些气体中同时包含有其他元素——特别是氦（宇宙中含量第二多的元素），因此这些气体的质量总和应相当于太阳质量的30亿倍。并且天文学家推测，如果更多的气体位于麦哲伦星云的远端，则这一数值还可能更大。

纽约州约克城高地IBM研究院天文学家Bruce Elmegreen指出：“这是迄今为止测量麦哲伦流的质量的最好研究。”Elmegreen说：“有太多的能量让银河系的恒星形成速度可以保持当前的水平。”因此，银河系在遥远的未来依然会持续不断地形成新的恒星。

这一结果对于银河系而言真是太棒了，但其他螺旋星系要如何面对气体短缺的局面呢？Fox说：“我们的银河系是非典型的。”大多数其他大型螺旋星系都缺少接近的、富含气体的较大卫星星系——例如麦哲伦星云这样的星系。

但Fox推测：“其他大型螺旋星系在富含气体的卫星星系撞向它们时也能够补充匮乏的气体，我们只是恰好生活在一些为数不多的星系当中——这一过程就发生在我们面前，从而使得天文学家有机会近距离观察一个巨大星系添加燃料的过程。”（赵熙熙）

http://iopscience.iop.org/0004-637X/787/2/147/

王兴

天体物理学:

简介

天体物理学分为：太阳物理学、太阳系物理学、恒星物理学、恒星天文学、行星物理学、星系天文学、宇宙学、宇宙化学、天体演化学等分支学科。另外，射电天文学、空间天文学、高能天体物理学也是它的分支。
天体物理学是研究宇宙的物理学，这包括星体的物理性质（光度，密度，温度，化学成分等等）和星体与星体彼此之间的相互作用。应用物理理论与方法，天体物理学探讨恒星结构、恒星演化、太阳系的起源和许多跟宇宙学相关的问题。由于天体物理学是一门很广泛的学问，天文物理学家通常应用很多不同的学术领域，包括力学、电磁学、统计力学、量子力学、相对论、粒子物理学等等。由于近代跨学科的发展，与化学、生物、历史、计算机、工程、古生物学、考古学、气象学等学科的混合，天体物理学大小分支大约三百到五百门主要专业分支，成为物理学当中最前沿的庞大领导学科，是引领近代科学及科技重大发展的前导科学，同时也是历史最悠久的古老传统科学。[1]
天体物理实验数据大多数是依赖观测电磁辐射获得。比较冷的星体，像星际物质或星际云会发射无线电波。大爆炸后，经过红移，遗留下来的微波，称为宇宙微波背景辐射。研究这些微波需要非常大的无线电望远镜。
太空探索大大地扩展了天文学的疆界。由于地球大气层的干扰，红外线、紫外线、伽马射线和X射线天文学必须使用人造卫星在地球大气层外做观测实验。
光学天文学通常使用加装电荷耦合元件和光谱仪的望远镜来做观测。由于大气层会干涉观测数据的品质，还必须配备调适光学系统，或使用太空望远镜，才能得到最优良的影像。在这频域里，恒星的可见度非常高。借着观测化学频谱，可以分析恒星、星系和星云的化学成份。
理论天体物理学家的工具包括分析模型和计算机模拟。天文过程的分析模型时常能使学者更深刻地理解内中奥妙；计算机模拟可以显现出一些非常复杂的现象或效应。
大爆炸模型的两个理论栋梁是广义相对论和宇宙学原理。由于太初核合成理论的成功和宇宙微波背景辐射实验证实，科学家确定大爆炸模型是正确无误。学者又创立了ΛCDM模型来解释宇宙的演化，这模型涵盖了宇宙膨胀（cosmic inflation）、暗能量、暗物质等等概念。
理论天体物理学家及实测天体物理学家分别扮演这门学科当中的两大主力研究者，两者专业分工。理论天体物理学家通常扮演大胆假设的研究者，理论不断推陈出新，对于数据的验证关心程度较低，假设程度太高时，经常会演变成伪科学，一般都是天体物理学研究者当中的激进人士。
实测天体物理学家通常本身精通理论天体物理，在相当程度上来说也有能力自行发展理论，扮演小心求证的研究者，通常是物理实证主义的奉行者，只相信观测数据，经常对理论天体物理学所提出的假说进行证伪或证实的活动，一般都是天体物理学研究者当中的保守人士。
银河系有一、二千亿颗恒星，其物理状态千差万别。球状体、红外星、天体微波激射源、赫比格一阿罗天体，可能都是从星际云到恒星之间的过渡天体。
金牛座T型变星光变不规则，没有固定的周期；新星爆发时抛出大量物质，光度急骤增加几万到几百万倍；有的红巨星的半径比太阳半径大1000倍以上；白矮星的密度为每立方厘米一百公斤到十吨，中子星密度更高达每立方厘米一亿吨到一千亿吨。
天体物理学
各种各样的恒星，为研究恒星的形成和演化规律提供了样品。另外，天体上特殊的物理条件，在地球上往往并不 具备，利用天体现象探索物理规律，是天体物理学的重要职能。
通过各种观测手段，人们的视野扩展到150亿光年的宇宙“深处“。这就是“观测到的宇宙”，或称为“我们的宇宙”，也就是总星系。
研究表明，宇宙物质由化学元素周期表中近百种化学元素和289种同位素组成。在不同宇宙物质中发现了地球上不存在的矿物和分子。
用物理学的技术和方法分析来自天体的电磁辐射，可得到天体的各种物理参数。根据这些参数运用物理理论来阐明发生在天体上的物理过程，及其演变是实测天体物理学和理论天体物理学的任务。
理论物理学中的辐射、原子核、引力、等离子体、固体和基本粒子等理论，为研究类星体、宇宙线、黑洞脉冲星、星际尘埃、超新星爆发奠定了基础。
天体物理学
天体上特殊的物理条件，在地球上往往并不具备，所以利用天体现象探索物理规律，是天体物理学的重要职能。
天体物理学的发展，促使天文观测和研究不断的出现新成果和新发现，使天体物理学不断向广度和深度发展。

详细:

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现代化研

笃定为学、平易为师—访国家杰出青年基金获得者陈阳教授

作者： 王舒驰 发布日期: 2008-07-08

笃定为学、平易为师
—访国家杰出青年基金获得者陈阳教授

    陈 阳，1965年8月生。1986年南京大学天文系本科毕业，1993年在南京大学获理学博士学位，2001年受聘为南京大学天文系教授，2002 年任博士生导师。讲授研究生必修课“天体物理辐射理论”、“星际介质物理”和本科生必修课“流体力学”等课程。曾先后在意大利Arcetri天文台接受博士联合培养，在美国Harvard-Smithsonian天体物理中心作为南京大学首届华英学者从事进修和合作研究，在美国Amherst麻省大学天文系合作研究。现为南京大学“天文资料分析和计算物理”国家专业实验室副主任，中国天文学会、国际天文学联合会会员。2001年代表南京大学首次在国际大型太空望远镜（钱德拉）观测研究项目中中标。任2004 年巴黎第35 届、2006 年北京第36 届国际空间科学（COSPAR ）大会E1.4年轻中子星和超新星遗迹分会的科学组织委员会委员。曾为ApJ、AdSpR等国际学术刊物审稿。发表学术论文30余篇。1999年作为第二完成人的研究项目“超新星爆发的产物及其前身星”获教育部科技进步一等奖和国家自然科学三等奖。2006 年作为第二完成人的研究项目“超新星的致密型和弥漫型产物的研究”获教育部提名国家科学技术奖自然科学奖一等奖。2002年获教育部“跨世纪优秀人才”和江苏省高校“青蓝工程学术带头人”荣誉称号。2007年荣获“国家杰出青年科学基金”资助。
    在南京大学的校园里，常常能见到这一类人——天资聪颖，才智过人，信念笃定，却又甘于实验室的寂寞，乐享钻研所带来的趣味。他们，便是我们通常所说的学者或科学工作者。虽然他们不事张扬，但值得我们赞扬和敬佩。2007年国家杰出青年基金获得者，南京大学天文学系陈阳教授，便是他们中的一员。
    陈教授风趣、平易、开朗而睿智，对我而言，与这样的老师交谈，确是一段令人愉悦又颇得教益的经历。
    我们的谈话时从陈老师与天文结缘的往事开始的。在他的眼里，即使在世界范围内，从事天文事业的人，一般也是两类。一类人自小憧憬，便践行理想，而另一类人则因为其他一些客观原因，走上钻研天文的专业岗位。“我是属于前一种的”陈老师说，“我自小就喜欢天文的。在我六七岁的时候，家乡的夜空满天繁星，我一开始就迷上了。”回忆起自己从小与天文的故事，陈老师显得兴致勃勃。他说：“我初中的时候，就用纸糊了一个天文望远镜，可以放大二三十倍。我把它摆在楼外的场地上，邻里都来看，哇，原来金星也像月亮一样，弯弯的??可以说，伽利略看到的东西，我都看到了。”陈教授谈这个故事，是为了向我说明：几乎所有的天文爱好者，都会有这么一个兴趣激发的过程。而仔细想来，其实所有领域的笃定与钻研，几乎都来有着这么一些充满童趣的开端吧。
    跨入南京大学的校园，是很多中学生梦寐以求的目标，而对陈老师而言，这却是一个“美丽的意外”。因为自小功课出色，又是天文的“铁杆fans”，全国为数不多设有天文系的南京大学，自然成为了陈老师的目标。但等到高考结束，他才发现，原来南京大学天文系在他的家乡福建省却没有招生指标。于是，陈老师决定选择中国科技大学的地球与空间科学系。结果在录取相关事宜都基本确定的时候，南京大学的招生人员敲开了当时陈老师父母的家门。他们进门就说从相关部门了解到有这么一个一直喜欢天文的孩子，南京大学就有这个专业，希望他和家人能够再仔细考虑一下。于是，怀着素来对天文的热爱，陈老师未及多想，就通过破例录取的方式，让南大从中科大的手里“横刀夺爱”。
    “我们那时候读大学是很苦的。”谈到自己的本科生涯，这是陈老师的第一句话，“那时候一周6天，满满当当都是课。”陈老师入学的时候，天文系还是南京大学招生分数最高的系，对天文系学生而言，刻苦用功是必备的。他们既需要和数学系一起上数学的课程，又需要跟物理系一起上物理学课程。“这在过去一直是南大天文系的传统”陈老师说，“这样保证了学生数学也很强，物理也很强。其实读天文不是光有兴趣就可以的，数学物理不好，是会很困难的。”他们一个班都是很强的，一共20个人，很多人转行了，剩下7、8个人继续从事天文研究，连他在内，获得国家杰出青年科学基金的，已经有4个人了。
    顺着求学生涯谈下去，陈老师讲到：“我读研究生的时候，感觉就更累了，课更紧了。那时候我们就是疲于奔命、疲于读书。”一些天文系的本科和研究生，就因为课程过于繁重和枯燥，而逐渐减弱了对天文的兴趣。陈老师自己却一直坚持了下来。他说：“枯燥是枯燥，但觉得自己还是可以对付得过来的。”硕士、博士，陈老师的求学之路是一条直线走下来的，自己的学识，也越来越渊博。在这里，陈老师用了一个比喻，说人做学问就好比往池塘里扔一块儿石头，石头越沉越深，水面上的波纹也越扩越大，做研究生，就要像这样，既有钻研的深度，又要有知识面的广度。这个比喻，就是陈老师从硕士到博士的体悟了。
    拿到博士学位后，陈老师顺利地成为了南京大学的一名教师，走上学术研究的道路。为了能让我明白他的研究，陈老师现场为我进行了一次有趣的科学普及课。“简单地讲，我研究的应该算是星际间的高能物理吧。”陈老师说，“恒星与恒星之间并不是真空，而是有许多气体构成的。随着恒星吹出星风或者爆炸，形成星云。特别是超新星的爆炸，它是宇宙中最剧烈的爆发活动之一，它在星际介质中形成冲击波，就像原子弹爆炸一样。恒星的爆炸在星系中是间歇性不断发生的，所以在一个很长的时间过程中，这样的爆炸就像节日夜空里的焰火，四处绽开的礼花，此起彼伏，非常壮观美丽。超新星爆炸后形成了超新星遗迹，作为遗迹的星云随着膨胀，能量逐渐耗散，慢慢就消融到星际空间中。我研究的，就是这类星云膨胀中的高能物理过程和相关的辐射现象。”陈老师简洁明了而又饶有趣味的解释，拨开了我的一头雾水。
    虽说陈老师现在在学术中颇多成就，但谈到自己的成绩，他与我们身边许多的成功者一样，显得非常地谦虚。他说：“我觉得这没有什么好说的。因为作为一个专业的研究人员，你如果没有什么创新的成果，那就不值得发表，那就成了尸位素餐了。其实现在国内的研究者，都不会着意去夸耀自己有什么特别的研究成果。大家心里都有一杆尺，就是自己的东西，拿到国外去，要能和国际上的成果相提并论。”对于科学研究者而言，能不能在国际一流杂志上发表自己的成果，应该是检验其学术水平的一般标准。陈老师也是赞同这个标准的，不过对于这个问题，他也有一些自己的看法。他说自己其实并不太看重SCI，因为SCI其实也是五花八门的。他个人比较崇尚主流刊物，比如美国的《天体物理学杂志》，这是国际学术界公认的一流刊物。至于《Nature》，是大家都向往和努力的方向。但是学术刊物只是载体，工作成果质量本身才是最重要的，是必须追求和保证的。
    对于获得国家杰出青年基金如今成为大家关注的荣誉这个现象，陈老师笑称自己也还有些不解，也许，陈老师会将这样的荣誉，视为对科研的支持吧。对于自己的学术道路，陈老师也认为并不全是甘甜，但在我坚持要请他用一个词来形容的时候，他选择了“心甘情愿”或“无怨无悔”。那是因为，当自己证明了一个关系或者定理，获得了非常有趣的天文发现，这个时候的感觉是十分美妙的。
    从为师的角度看，陈老师是勤勉而平易的。他担负着本科生与研究生的三门课程，用他自己的话讲，这些课程都是“一行一行推公式的”，所以特别辛苦。而他认为，这样细致的推导过程，是必须向学生们讲授的，所以甘于这样的辛苦工作。因十年文革所带来的人才断档，使陈老师这一辈学人不得不担负起更重的教学任务，对于这个问题，陈老师也坦然面对，乐得其所。关于自己与学生的关系，陈老师希望自己能成为学生的“良师益友”。他说自己当初都是被学生直呼名字的，这让他觉得很亲切。现在自己留校已是十五年了，学生都已经改了称呼，叫自己“陈老师”，而跟学生的交流也变得稍微有些难度了。但无论是学业上，还是思想上，他依然希望自己能对学生有所帮助。而随着社会多元化所带来的学生选择的多样性，陈老师也认为是再正常不过的事，虽然面对那些有着学术潜质却离开学术道路的学生，自己依然有些惋惜，但尊重学生的选择，是第一位的。
    陈老师说对于他这样的人来说，工作是很忙碌的，自己几乎没有8小时工作制的概念，和家人相处的时间也总是短暂的。他对我说如果我要问什么关于他生活的问题，就把这一点写下来好了。不过，在学校的bbs上，有一篇陈老师以往学生描绘老师的小文，里面记述了这么一则故事：说陈老师去天津开会。在海边，会议招待了海鲜。半夜，陈老师被同事送到医院急救。原来本来体质不是很强壮的他和海鲜叫了真，把那煮了还不开盖的蛤蜊，硬是琢摸半天，敲开给吞了！书生气十足的陈老师，在生活中的确是个可爱的人。而能因这样的趣闻而为学生所记，也足见陈老师的平易与亲切了。
    采访的最后，陈老师再次谈到学习天文的艰苦历程，他说在科学的道路上，每个人都需要这样的跋涉，才能换来最终的“苦尽甘来”。陈老师的跋涉，也依然在进行着，他始终记得中学时所读过的一句名言，那句话说人的知识好比一个圆，你懂得越多，圆周就越大，圆周越大，你所接触的未知，也会更多。
    陈老师正在用自己不懈的追求，画着一个巨大的圆。

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