“我们都在阴沟里,但仍有人仰望星空。”——奥斯卡·王尔德
每当我们眺望宇宙时,我们的视野总是被银河系内的恒星所主宰,也就是说我们肉眼能看到的恒星基本都在银河系之内。但在银河系之外,宇宙中有无数的球状星团、单个星系、丰富的星系团和超星团,但我们身处在银河系里视野会受到很大的影响。这是因为从我们所处的位置来看,银河系占据了头顶天空的20%。那么问题来了:银河系平面后面有什么?我们如何看穿银河系?
黑暗的尘埃带遮蔽了我们的双眼
上图可以看到,银河系本身的平面就遮住了20%的夜空。白色明亮的部分实际上是银河系内数十亿颗恒星发出的光,从我们的角度来看,这些恒星发出的光混合在一起,异常明亮,这些可见光也会遮蔽附近的天体,而黑色暗带更糟糕,它实际上是恒星前景中由气体和尘埃组成的中性气体云,它们可以完全挡住后面恒星的星光。至少在肉眼可见的波长范围内,我们什么也看不到。
很长一段时间以来,银河系平面的存在使我们看不到隐藏在它后面的任何天体。这20%的天空,就是我们的视野盲区,而我们在其他的方向上却发现了越来越多的星系和星云。今天,如果我们还是把自己的视野限制在可见光的范围内,这条黑暗带永远都不可能看穿。不过我们现在在观测方面已经掌握了更多的方法,这难不倒我们。
红外波段下的全天空图像
借助COBE卫星的DIRBE仪器,上图是第一张用红外线拍摄的全天空的照片。(DIRBE中的“IR”代表红外线。)在图像中我们可以看到更多的恒星。而且会注意到遮光效果已经大大削弱了,这是因为阻挡可见光的“尘埃”实际上是比较微小的颗粒,而长波红外光穿透这种微小颗粒的能力更强。在更长的波长上,2微米的全天空巡天望远镜(2MASS)为我们提供了一个更加清晰的图像。下图:
如图所示,阻挡光线的气体和尘埃实际上已经消失了。这是因为光能穿透哪些物体,高度依赖于物体本身的大小。这就是为什么微波炉的门中间要加一层网,可以去厨房看下!这些网上的洞可以让可见光很容易就会通过,但却阻挡了烹饪和加热食物的微波。
如前所述,由于银河系中的尘埃颗粒,很容易吸收可见光,而红外线则可以不受限制地通过这些尘埃。这取决于分子类型以及它们在星际介质中的结合方式。
而地球上的大气层情况正好相反,可见光很容易穿过空气分子和尘埃,而红外线则会被大气吸收。这就是为什么越往高处越冷,而地面反而更热。因为大地会吸收可见光,辐射出的红外线会加热地表的大气。
因此,我们要想看到银河系平面之外的物体,就不能用红外望远镜从地球表面观察,因为大气层的红外线遮光性能实在是太好了。要想超越银河平面,窥探宇宙之外,我们只需将望远镜送入太空。
广域红外线巡天探测卫星所拍摄的全分辨率银河系中心全景图
温暖的气体实际上会留下了一些红外特征,从WISE的红外图像中,我们可以看到绿色的全天马赛克图像。但是即使有温暖气体的遮挡,我们仍然可以从中找出隐藏在银河平面背后大量的天体。如果我们放大上图中的IC 342区域,就会发现许多非常有趣的特征。
首先,IC 342本身就是夜空中最有趣的物体之一。从我们的角度来看,仙女座是我们所在的本星系群中最大的星系,紧随其后的是三角座星系M33,它也位于我们所在的星系群之内。从我们的位置看到的第三大星系实际上是IC 342(图像中心的左边),但直到1895年才首次发现这个星系!WISE还用比这幅广域拼接图高得多的分辨率对IC 342进行了成像。
当IC 342在1895年被首次发现的时候,我们还没有红外线望远镜这种东西,太空中当然也没有红外线望远镜,因为那时我们甚至还没有发明出飞机!
所以这个星系可以在可见光中看到,但非常昏暗,部分被尘埃和前景辐射遮蔽。即使是哈勃太空望远镜,尽管其功能强大,也只能获得一幅与WISE拍摄的红外照片相比黯然失色的图像。
上图就是哈勃所拍摄的IC 342,尘埃不仅遮蔽了可见光,而且使可见光变得极为暗淡。虽然IC 342远在本地星系群之外,距离我们约有1000万光年。(大约是仙女座的5倍远)如果银河系不存在,那么这个星系不仅会明亮而突出,而且很可能肉眼就能看到。
正是因为银河系平面的存在,有成千上万个星系,包括离我们最近的星系一直处于我们几个世纪以来被阻挡的遮蔽区!
在 IC 342附近的同一天空区域,我们可以看到两个突出的星系在我们银河系的温暖尘埃中闪烁。如果我们放大图像,就可以看到一个扭曲的螺旋星系和一个巨大的椭圆星系。
这两个星系分别被命名为梅菲 1(代表椭圆星系)和梅菲 2(代表螺旋星系),以它们的发现者、意大利天文学家和红外先驱帕奥罗·梅菲(Paolo Maffei)的名字命名。这两个本质上最亮的星系就在银河系附近,并且梅菲 1是宇宙中离我们最近的巨型椭圆星系。
然而,直到1967年它们才首次被人们发现,这都是因为银河系尘埃有强大的遮蔽能力!
哈勃拍摄的梅菲1和2
这两个星系99.5%的可见光被银河系所遮蔽;虽然梅菲1距离我们大约1000万到1300万光年,如果没有银河系梅菲 1(左上)绝对是肉眼可见。马菲2肉眼肯定是看不见,它被遮挡的比较严重,但它本身还是很明亮的,而且与红外线图像相比,在可见光下是另外一种景象!
银河系的尘埃和气体掩盖了我们对宇宙的看法,但是没有什么能阻挡我们看穿银河系!如果我们想看到银河系之外的东西,只要在红外波段下观察,宇宙就会向我们敞开大门!