光速恒定这一事实，对探索宇宙非常有帮助

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当向外看太空时，我们是在向后看时间，那是因为光以光速运动，光到达我的眼睛需要时间。但是，光可以被气体和尘埃吸收、反射和重新发射，这给了我们另一个视角。这被称为光回波，让天文学家以另一种方式了解我们周围的宇宙。相信大家都熟悉回声的概念，声音在空中传播，从远处的物体反射回来；你听到原始的声音，然后是反射的声音。从反射中，你可以了解反射面；是近还是远？

那是因为声速大约是每秒343米，光速c接近300000千米/秒——快到你的眼睛都看不见反射，但是在太空中，星云直径可达数光年，天文学家可以看到光穿过气体云和尘埃云，这是强大的耀斑和超新星回声。



光回声最好的例子是雷达，用来把无线电信号从物体上反射回来，然后映射出来，雷达由发送信号的发射器和再次捕捉信号的接收器组成。既然知道光速有多快，就可以检测到无线电脉冲从物体上反弹回来，然后用它计算出所有物体离你有多远。

在地球上，雷达用于船只和飞机导航，以及天气跟踪等。但是天文学家使用雷达来找到行星的距离，并绘制出小行星的表面情况。例如，当小行星3200 Phaethon接近地球时，阿雷西博射电天文台收集了它表面的图像。无线电波是探测反射的完美电磁辐射形式，当光线从远处的物体反射回来时，已经非常微弱了，当它回来时，它变得越来越微弱。但是激光也被用来测量到月球的距离，当宇航员在阿波罗任务中登陆月球时，在月球表面放置了特殊的反光镜。

科学家可以向反射器发射强大的激光，并在反射回来的光线中探测到它。再一次利用光速，可以通过观察反射的激光返回地球需要多长时间来计算到月球的距离。但要真正利用反射光，需要更亮，比如：一颗新形成的恒星，一颗正在爆炸的恒星，或者一个活跃的超大质量黑洞能量输出——类星体。大自然无时无刻不在以可见光、红外线和无线电波的形式释放电磁辐射。天文学家已经找到了观察反射光的方法，从而发现了宇宙的更多奥秘。

你可能熟悉的一幅图像是V838 Monocerotis恒星，位于2万光年之外。天文学家们仍在试图找出原因，但出于某种原因，在2002年，这颗红色超巨星的外层大幅膨胀，使它成为整个银河系中最亮的恒星——比太阳亮度高出60万倍。它不是一颗新星，物质堆积在一颗白矮星表面。它不是超新星，也不是大质量恒星在生命末期爆炸的超新星，那是另外一回事。V838一亮，它就消失了，但这次闪光的后续效应，在发生后的近20年里一直可见。

光在一个球体中穿过恒星周围的星际气体和尘埃。当穿过尘埃时，就会分散开来，需要更长的旅程才能到达地球。这种光线反射让天文学家得以研究尘埃的性质，这些尘埃可能是很久以前被恒星抛出，但如果没有这颗恒星提供的“手电筒”，天文学家是看不到的。天文学家利用光回波来研究年轻恒星周围行星的形成，NASA斯皮策太空望远镜和四个地面天文台被用来测量一颗新形成的恒星与其原行星盘之间的距离。

这颗恒星名为YLW 16B，距离地球约400光年，质量和太阳差不多，但它只有100万年的历史。即使在这些强大的天文台中，原行星之间的距离也太小，无法直接测量。相反，使用光的回声来获得大小。年轻恒星在亮度上是可变的，每天发出的光量都在变化。物质从原行星盘中旋出，被恒星的磁场线捕获，然后落到恒星上，照亮了它。随着恒星亮度的变化，部分多余的光线会照射到行星盘上，产生天文学家能够探测到的“回声”。

既然知道光速，就能计算出光亮到达圆盘需要多长时间，以及缝隙有多大。光到达这个距离需要74秒，这意味着它是0.08个天文单位，离恒星1200万公里。相比之下，从太阳到水星的距离约为6000万公里。现在天文学家利用光回波来研究恒星质量黑洞周围的环境，在国际空间站上使用中子星内部成分探测器(或更好的)有效载荷。这个仪器能够探测到黑洞J1820发出的x射线，该黑洞以伴星为食。黑洞位于狮子座，距离地球约1万光年，最早由欧洲航天局的盖亚任务发现。

2018年3月11日，这个黑洞突然爆发，成为x射线天空中最亮的天体之一。当然，并不是黑洞本身突然爆发，而是围绕着黑洞的吸积盘，由伴星偷来的物质组成。这种物质在周围旋转，被环境的强大压力和磁性加热。这就产生了x射线辐射，它被日冕包围，日冕是亚原子粒子加热到10亿摄氏度的区域。磁盘的不稳定会导致崩溃，就像雪崩从山上落下，释放出大量的辐射。天文学家想要研究的正是吸积盘内边缘。由圆盘塌陷引起的耀斑，它向各个方向释放x射线，但x射线也穿过圆盘，以不同的波长和强度反射。

天文学家能够看到黑洞和吸积盘之间的距离在耀斑事件中似乎没有改变，但是周围的日冕确实发生了巨大变化，从160千米缩小到16千米。2014年1月，天文学家在M82星系发现了一颗超新星。这颗超新星名为SN 2014J，属于1a型超新星，其中一颗白矮星从伴星上窃取物质。当质量达到太阳的1.4倍时，就会爆炸——从数百万光年外就能清楚地看到。距离太阳系只有1100万光年，这是天文学家40年来所见过离地球最近的1a型超新星，这是用哈勃太空望远镜进行研究的绝佳机会。

哈勃在超新星爆炸10个月后观察了这一区域，然后在两年后再次观察。可以清楚地看到爆炸产生辐射穿过周围的物质，以光速照亮它。天文学家估计，这片由气体和尘埃组成的区域围绕着这颗死星延伸了大约300至1600光年，每年都会被超新星爆炸产生的反射光照亮一光年。事实上，天文学家已经看到这种情况发生了超过15次，但这是所能看到的最高分辨率。考虑星系合并过程中观测到的碰撞情况，较大星系ShaSS 073的核心有一个活跃超大质量黑洞，这使得它非常明亮。

质量较小的星系被称为ShaSS 622，辐射正从超大质量黑洞周围的吸积盘中倾泻出来，对较小的星系进行轰击，使其在吸收并重新发出光线时发出光芒。在图中是一个小点，但它在太空中有18亿平方光年。但奇怪的是：根据计算，天文学家发现它没有足够的辐射使它发出如此明亮的光。相反，这次爆发发生在3万年前，当时的星系核心要明亮得多，而现在只能看到反射光。光速恒定这一事实对探索宇宙非常有帮助，即使是在它发出回声的时候。


本文选自：今日头条