天文學家使用望遠鏡探測的東西並不是我們真正想要了解的——相反，我們通過觀察和解譯來自遠方的顯性特徵推算出研究感興趣的特徵。
浩渺的宇宙按下靜音鍵的同時也顯現了一部分特徵，期待出現一雙善於捕捉的眼睛
天文學家對宇宙已經有了十足的了解——但他們如何研究距離遙遠而無法訪問的天體呢？
天文學家使用望遠鏡探測的東西並不是我們真正想要了解的——相反，我們通過觀察和解譯來自遠方的顯性特徵推算出研究感興趣的特徵。
智利拉塞雷納附近托洛洛山美洲天文台的望遠鏡。
（圖片來源：Guillaume Doyen/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA，CC BY）
本文最初發表在《對話》。該刊物將這篇文章貢獻給Space.com的專家之聲：專欄與見解。
NASA的OSIRIS-REx 太空飛行器在2023年9月24掠過地球，掉落了它收集到的來自於近地小行星貝努表面的塵埃和卵石樣本。
對這一樣本分析有助於幫助科學家了解太陽系如何形成以及來源於何種物質。科學家將在分析阿波羅登月岩石和塵埃的相同設備中開始分析。
作為一名研究行星如何圍繞遙遠的恆星形成的天文學家，當看到貝努樣本降落到猶他州沙漠的播報時我感到十分興奮——又有一點點羨慕。我們其中那些研究遙遠的年輕太陽系的人無法派遣機器人太空飛行器來近距離觀察它們，更不用說獲取樣本用於實驗室分析。我們只能依靠遠程觀察。
但天文學家使用望遠鏡探測的東西並不是我們真正想要了解的——相反，我們通過觀察和解譯來自遠方的顯性特徵推算出研究感興趣的特徵。
天文學家的工具
小行星就像是化石——它們由太陽系形成和早期分化過程中的岩石物質組成，並且幾乎完好無損。這就是原始的貝努樣本會如何幫助天文學家了解太陽系的形成。
在過去的幾十年，天文學家已經了解到被稱為原行星盤的氣體和塵埃盤圍繞年輕恆星運行。觀察這些位於太陽系外數多光年的圓盤可以幫助天文學家了解早期行星的形成過程，但它們都距離太遠，而無法進行像OSIRIS-REx的一個樣本取回任務來直接測量塵埃和小行星的構成。
從左到右：原行星盤TW Hydrae（阿塔卡馬大型毫米波陣列，ALMA）、HD135344B（歐洲南方天文台，ESO）和2MASS J16281370（哈勃太空望遠鏡，HST）的三張圖像。（圖源：美國宇航局/戈達德/亞利桑那大學和美國宇航局/羅伯特·馬科維茨）
所有跟我一樣的天文學家能做的只有使用地球上或近地軌道的望遠鏡遠程觀察宇宙中那些遙遠的區域。但儘管是受限的工具和技術，我們仍能夠對它們了解很多。
距離和光度
最近的原行星系距離太陽有幾百光年，但我們無法直接測量那麼大的距離。然而，我們必須使用精確的視差測量來間接確定距離——當地球繞太陽運行時，由於我們的視角變化而導致恆星視位置微小變化。
一旦我們知道它們到地球的距離，我們就可以確定原行星盤另一個基本物理特徵：光度及其所屬恆星的亮度。
光度是物體的功率輸出，以瓦為單位測量。類似太陽的恆星光度為數百萬億瓦。正如日光影響太陽系中的天氣和行星大氣的化學成分一樣，新生恆星的光度也直接影響其原行星盤中的物質。光度可以改變塵埃顆粒的大小和成分，這些塵埃顆粒隨後形成小行星和行星核心。
但亮度並不直接表示光度。測量到的恆星或是任何發光物體的亮度與我們距離的平方成反比。我們測量恆星的表面亮度或者在數字影像中的亮度，然後根據觀察到的亮度和恆星的距離來計算其光度。
顏色和溫度
光度還取決於溫度——更溫暖的天體通常更亮——但我們無法直接測量遙遠系統的溫度。天文學家通過精確測量恆星表面顏色以及其行星形成盤中繞軌道運行的氣體和塵埃來確定溫度。
你從哈勃或詹姆斯·韋伯太空望遠鏡等天文台看到的天體彩色影像是由一系列彩色濾光片拍攝的多幅圖像合成的。
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡搭載的近紅外光譜儀等儀器能夠精確測量表面顏色，從而確定恆星形成區域的溫度和化學成分。分配給紅外波長的可見顏色表示原子氫（藍），質子氫（綠）和碳氫化合物（紅），結合這三幅影像進行彩色合成。（圖源：NASA、ESA、CSA、STScI、Webb ERO 製作團隊）
對於天文學家而言，顏色就是描述物體在特定波長下的亮度與其在另一個波長下的亮度相比的數字。相比於紅光，溫度的物體發射更多藍光，所以它們的顏色看起來更藍同時相應數字更小。天文學家通過讓星光穿過望遠鏡相機中安裝的小稜鏡來更詳細地測量顏色，這個稜鏡將光分散成光譜。
來自恆星及其周圍物質的光譜並不是平滑的彩虹色。光譜中鮮明的亮和暗的特徵表明原子、分子甚至礦物質的存在和相對丰度。這些化學元素以獨特且可識別的顏色組合發射或吸收光。
測量和解釋
你能看到一個主題正在出現嗎？天文學家能夠測量的顯性特性屈指可數：亮度、顏色、天空中的位置、形狀、角度大小以及在時間尺度上這些特性如何變化。這些特徵與我們每個人在日常生活中用感官測量的特徵相同，沒什麼異樣，沒什麼特殊。
然而，天文學家對遙遠太陽系和它形成的一切了解，都衍生於這些熟悉且不起眼的顯性特徵的測量。我們在天文學和天體物理學中所期望的豐富詳盡的描述來自將我們對化學和物理學的理解應用到這些測量中。
貝努樣本的到來令人興奮，因為它是「真實的」。在接下來的數年數月，科學家們將檢查這些塵埃，以便為我們的研究提供信息，不止局限於小行星和星際塵埃，還有太陽系更遠處的星際塵埃。
所表達的觀點僅代表作者的觀點，並不一定反映出版商的觀點。
BY:Luke Keller
FY:baa
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