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天文|新视野号飞向冥王星，一路上又为我们带来了什么？

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2015年七月 ， NASA的新视野号成为了第一个近距离飞过冥王星的探测器 。
紧接着 ， 2018年十二月三十一日 ， 新视野号与柯伊伯带天体阿罗科斯（译者：一颗发现于1997年的小行星）相遇 。 它在太阳系外围独一无二的位置 ， 帮助天文学家开展了收获丰富的科学研究 。 其中一项研究是对于两个距离太阳系最近的星系（比邻星和沃尔夫359星）做出视差测量 。

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上图：新视野号
另外 ， 由美国国家光学天文台和美国西南研究院带头的一队天文学家 ， 使用了新视野号上长距离勘测成像仪中存储的数据对宇宙微波背景做出了测量 。
这项研究刚刚在《天文物理期刊》上发表 ， 由美国国家光学天文台研究员陶德·R·劳尔领头 。 他的团队由新视野号的直接参与者阿兰·施特恩 ， 来自美国西南研究院、NASA、约翰·霍普金斯大学应用物理实验室、空间望远镜研究所、月球与行星研究所、SETI协会与其他大学和研究所的科学家组成 。
简单来说 ， 宇宙光学背景包括来自银河系之外的所有光线 ， 分散地在可观测宇宙中传播 。
在这种程度上 ， 宇宙光学背景是宇宙微波背景的可见光版本 ， 它对宇航员们是一条重要的基准 。 测量宇宙光学背景能让他们辨别不同恒星的位置 ， 星系的大小及密度 ， 并试图证明宇宙的结构与形成的方式 。

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上图：宇宙光学背景
由于以下几个原因 ， 对宇宙光学背景精准的测量是非常重要的 。 第一 ， 光学背景可以为我们提供关于恒星形成的过程、星团、星系、黑洞、星系团 ， 和宇宙的结构的信息 。
所以了解夜空究竟有多暗 ， 会为我们提供有关宇宙形成和演化的信息 。
除了关于宇宙的信息 ， 科学家们仍在确定漫射宇宙光学背景是否存在 ， 这些光子的来源与我们所知的天体没有任何联系 。

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如果漫射背景真的存在 ， 那么天文学家们将能够测量出有多少背景光是来自宇宙中的低密度区 ， 或者在宇宙演化成现如今的形式之前所产生的光线 。
漫射宇宙光学背景还有可能反射以其他更蹊跷的方式产生的光子 ， 例如暗物质的湮灭或衰变 ， 进一步帮助我们学习这一“看不见的”物质 。

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不幸的是 ， 这类的研究对地面望远镜是个挑战 ， 它们所观测的光线已经历了大气折射 ， 而在太空中的望远镜则会受到黄道光的干扰 。
这导致不同科学家推断出的宇宙光学背景有所不同 。
但对于在太阳系外围的航天器来说 ， 这些干扰都不是问题 。 这是为什么天文学家一直以来 ， 都依靠冥王星以外的航天器收集的数据 ， 例如先驱者10号和11号 ， 旅行者1号和2号 。
哈勃望远镜也进行了相似的宇宙光学背景测试 ， 但与新视野号所能看到的不可同日而语 。
在一封邮件中 ， 劳尔 ， 曾经的哈勃望远镜广域和行星照相机成员说道：
新视野号可以清晰地测量遥远的星系发出的光 。 哈勃的长处在于集合性地探知到星系 ， 但并不善于测量任何漫射的背景 ， 由于漫射的背景被近地物质所折射所造成的误差 。
有趣的是 ， 这不是天文学家第一次用长距离探测成像仪收集的数据来测量宇宙光学背景 。 在2017年 ， 一队由NASA带头的科学家对长距离探测成像仪收集的数据进行了分析 ， 这些数据分别来自四个独立的夜空分区 。 这一实验进行时 ， 新视野号刚刚从木星与天王星的轨道之间穿过 。

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问了他的研究 ， 劳尔与他的团队共同查看了长距离探测成像仪所探测到的亮度 ， 这些数据来自七个高银河维度区域 ， 是新视野号距离太阳42到45天文单位时所探测到的 。
在这样的距离之下 ， 新视野号所能探测到地光的强度要比哈勃暗上十倍 。 在将数据根据不同的影响纠正过之后 ， 团队对数据进行了蒙特卡洛模拟 ， 试图为光的源头建立模型 。
这样 ， 科学家能够成功辨别出光学背景中未知源头的漫射部分 ， 这些漫射部分很有可能是遥远 ， 暗淡 ， 未知星系所发出的光 。
劳尔与团队得出的结论指出 ， 目前人类对较暗淡星系的统计要比实际少了许多 ， 至少有一半视星等为30以上的星系没有计入统计当中 。
这不是近年来第一次星际统计需要作出修改 。 直到几年之前 ， 天文学家普遍认为可观测的宇宙中有2000亿星系 。 这一数据是由哈勃深领域观测运动推断出来的 ， 从这张照片 ， 天文学家们建立了一张细致的3D宇宙图 。

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但根据2016年校正过的计算 ， 天文学家现在认为在可观测宇宙中 ， 至少有两万亿星系 。 但根据最近研究 ， 这个数字有可能将被再次更新 。
无论如何 ， 劳尔和他的团队展示了类似新视野号的任务的运用 ， 以及在太阳系外围可以进行的实验 。

相比于天文学家在地面上收集地信息 ， 美国航天局的“新视野”探测器在太阳系外所处位置以及收集的信息 ， 将会更利于天文学家得以进行罕见的、有利可图的科学研究 。

作者: MATT WILLIAMS
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