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当天边那颗星出现 - JZ原创Astronomy105读图模式
昨天12:21 当天边那颗星出现 - JZ原创Astronomy105 本期在讲天文之前，先来跟我学一句英语：Sometimes it is the people no one imagines anything of who do the things no one can imagine。你要是第一遍就能把这句话顺利的读下来，并读懂，恭喜你，你可以过四级了；要是不懂， Google翻译给你看： 阿西巴，这都什么跟什么啊，对不住Google的小伙伴，我忍不住吐槽Google的中文。还是我来翻译吧：有时就是那些没有任何人能料到他能做出没有任何人能想到的事情的人能做到那些事。自行意会吧我尽力了。这句从句套从句套从句出自电影《模仿游戏Imitation Game》。一句话影评：图灵Turing，天边那颗绝壁闪亮的星，刺眼的出现，聪明得让凡人无法理解，其追求与庸俗世事冲突注定悲剧，而这悲剧恰恰就是凡人幸福的保障。 鉴别一个人是否牛，重要指标是他的出现是否被周围人羡慕嫉妒恨。与天文相关被嫉妒致死的人很多，比如哥白尼Copernicus。像图灵一样，如天边那颗星耀眼的出现、而后自行了断的人也不少，梵高Van Gogh就是一个典型例子。图灵的动机，当时的人无法理解的；梵高的画，现在的人仍无法理解。他画的线条呈现出如此混沌的效果，画风扭曲得让人心里也跟着拧巴： 当天边那颗星出现，在梵高的眼里，这星似乎亮得可以扭曲周围的光线。等等，梵高是怎么知道光线可以被星体引力扭曲的呢？虽然梵高那会儿人类已比较了解天文了，但发现光线可以被星体扭曲是当代的事啊，擦咧。 于是这个另类的人的另类的画，引出了本期主题：当天边那颗星出现，你可知它会扭曲光线：引力透镜gravitational lens。 不信你看，上图是哈勃望远镜Hubble第三代广域镜头拍摄的引力透镜系统LRG 3-757。所以说梵高是对的，星体扭曲光线这种事不但有，通过引力透镜编号你还能看出：这种事不少，并不是望远镜偶然坏了。简单的说呢，就是上图中间的一坨东西（我用词很准确，读到后面你就懂）引力超大，大到可以扭曲其后面星体发射的光线；后面星体发射的光线本来不会照到地球，但光被引力掰弯，进入我们地球人的视线。下图是个示意图，看这个比较容易懂： 统治这个宇宙的四大力学，哦不对，四种基本力分别是引力、电磁力、弱力、强力；他们的相对强度是：引力=1、弱力=10^25、电磁力=10^36、强力=10^38。这么想想如此弱的引力能如此强大的作用于光线（电磁波/力），还是挺有意思的，虽然原理完全不是简单想这么回事：引力扭曲电磁波的理论原理可以在广义相对论（general theory of relativity）中找到相应分析。作为科普文，真的没法讲。有想研究广义相对论的请自行搜索Die Feldgleichungen der Gravitation，爱因斯坦1915年使用凶残的德文写的原著，祝你好运。 你要是还不信的话，下面给出一坨类似于上面的LRG 3-757的引力透镜系统。相信科学，Hubble镜头不是你手机镜头，肯定不是镜头脏了拍出来的： 这些引力透镜系统中间有一个明显非常亮的星团（star cluster），所以我们可以简单的认为这个中间的星团引力超级大，造成了透镜效果。但是对于大多数的人类已知的引力透镜系统，是长成这样的： 中间那小小坨发亮的东西明明不是很密集，占地不大，理论上引力也不会大，其余的地方基本是一片空地。那为什么旁边的光线还如此扭曲呢？尤其像上图RCS2 0322727系统一样，令人费解。其实答案说起来很简单，空地上也有一坨东西，此坨非彼坨，既不发光也不挡光，虽然你体会不到它的存在，但它想跟你念首诗： “你见，或者不见我，我就在那里，不悲不喜；你念，或者不念我，情就在那里，不来不去”。 这种神秘的感情叫做暗物质，具有质量属性，会产生巨大的引力。 人类的测量技术呢，可以说是局限的不能行，在麦克斯韦Maxwell的帮助下好不容易的把电和磁的关系解析出来了，又费了150年的劲才发明出今天的各种利用电磁波/力的测量技术。天文测量，无论是研究所里的宇宙微波背景还是超新星爆炸r射线，还是日常生活中用眼睛看星星，都必须依赖不同波长的光，也就是人类最熟悉和依赖的电磁波/力。这下可好，暗物质这玩意本身不发射电磁波，也不吸收电磁波，还特么不反射电磁波，绝缘透明如哈利波特的隐形斗篷。正是因为这个，它不是“亮“的，所以起名暗物质。还好它本身存在质量这个属性，能与广泛存在的希格斯玻色子（Higgs Boson）搭建的引力场相互作用，在引力场里激起一点点涟漪，间接地爱抚着电磁波。 早在30年代，就有过专家yy暗物质的存在，但那时没有证据；过了50年后，在80年代人们发现了有力的证据：星系自转的速度异乎寻常，不是人们以往理解的那样！在把这个发现与暗物质联系起来之前，我们先回忆一下太阳系系统的公转速度： 上图的事实简单明了的指出牛顿的科研成果：万有引力，离太阳越远的引力越小，公转速度越慢。然而对于星系呢，80年代人们发现，并不是像人们想象的那样，离星系核越远的地方公转的速度越慢： 看到没，在一个星系中那些旋臂上的星体们，他们公转速度竟然无视与星系质量核心的距离。然而通过质量计算，星系旋臂上那些恒星/星团不可能产生如此大的引力；能使外围星体与内侧星体公转速度相同的，必须是什么别的东西。于是他们提出了重要的一个理论：星系中含有大量暗物质，弥散在整个星系，本身不发光不反光不吸收光，但具有质量，作用于各个星团之间，其引力有如胶带一样把所有你能看到的东西粘成一串；换一个比喻，星系就是一锅浓汤，暗物质是浓得不能行的汤，星星是里面零星的几颗肉粒。发现这个之后，暗物质的研究越来越多，主要的测量手段还是依赖于引力透镜效应。因为人只能直观的测量到电磁波，还是要利用电磁波在引力场中的扭曲反过来推测哪里引力场强，哪里就有较多的暗物质。 所以，我们可以理解前文有如RCS2 0322727一样的引力透镜系统了。下面给出三组引力透镜系统和其暗物质质量还原对比图：
看到了吧，中间的暗物质的确要用“坨”这个量纲来形容，暗物质一坨一坨的。值得一提的是，上图最后一张CL0024+17是人类第一次发现“暗物质环”，这种造型，除了妖艳鬼魅，你还能用什么形容词呢。另外呢，还有一个东西叫做暗能量，避免一期内容太多，什么是暗能量我就不写了。下面结合暗物质，给出这个广袤宇宙中，物质存在形式的含量分布图：
所以说人类才是宇宙中的另类物种，组成你的物质形态仅占宇宙5%不到，我猜主流外星人都生活在暗物质和暗能量状态。梵高呢，是人类的另类，为了纪念另类物种中另类个体的另类的画，于是上周末我亲自临摹了一幅梵高的引力透镜系统:
所以我不是随便画梵高的画的，哥还没那么文艺，画这个是为本文服务的。 当天边那颗星出现，原歌词是“当天边那颗星出现，你可知我又开始想念”，出自李健《假如爱有天意》。
系列内容汇总(除非特别说明是自己拍的，系列大部分图片来自于网络和软件)： 夜空中最亮的星你能否听清 - JZ原创Astronomy101 |
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