人類的成功靠的是永不止歇的探索精神和無盡的想象。徹底解放我們想象力的無過於頭頂上的繁星點點。不過無論如何努力想象，我們都難以領略那片真正的天空是多麼地錯綜複雜和浩瀚無垠。

自從伽利略在400年前首次將望遠鏡瞄向深邃的太空以來，人類的不懈探索正一步步揭開宇宙的神秘面紗。我們知道，地球上再壯觀的煙火表演跟超新星爆發相比，都會黯然失色；宇宙中充滿著不可思議的物質，一顆方糖大小的中子星就有數億噸重；還有難以捉摸的黑洞、引力波等。

不過這些重要的天體活動基本都是高能事件，一般的光學望遠鏡是無法探測到其內部，要揭開它們的本質面紗就得需要X射線天文臺的幫助。NASA（美國國家航空航天局）錢德拉X射線天文臺，跟哈勃空間望遠鏡一樣，是NASA在20世紀90年代開始發展的四大空間天文臺計劃之一，在人類的深空探索方面發揮了重要作用。

NASA錢德拉X射線天文臺為回顧和紀錄20年來的探索成果，其官方作品《NASA深空探索：錢德拉X射線天文臺20年全記錄》正式出版發行。它是由NASA錢德拉X射線天文臺的5位科學專家撰寫，是面向大眾的科普作品，它用鮮活的圖片，以及直觀簡潔的文字解釋，從微觀到宏觀，分別展示了恆星的誕生和死亡、宏偉的星系王國、“宇宙巨人”星系團，以及意料之外的探索結果——捕獲時間邊緣的黑洞，搜尋太陽系外的行星新世界，透視控制宇宙加速膨脹的神秘暗能量。

恆星是宇宙中所有物質演化的基礎，是締造生命元素的壯麗熔爐，更是認識宇宙的起源、演化和命運的重要基礎，下面就讓我們跟隨錢德拉的“X射線之眼”，一窺恆星的演化奧秘！

01 恆星誕生

地球沐浴在無數恆星的光芒之中。有的恆星離我們近，有的離我們遠。我們的銀河系有超過2000億顆恆星。這些恆星是巨大、稠密、寒冷的氣體雲在自身引力作用下坍縮形成的。正是透過這種方式，在宇宙最深處，初生恆星的光芒開始閃耀。

錢德拉X射線天文臺就像一個時間機器，用它最靈敏的X射線“眼睛”注視著這些初生恆星。年輕的恆星在誕生後的幾億年裡快速旋轉，形成強烈的磁場，從而產生明亮的X射線輻射。錢德拉具有獨特而創新的鏡面以及靈敏的探測器，會對準這些高能光子、粒子和X射線波。

恆星不是孤立形成的，成千上萬顆恆星聚集在一起形成星團。星團中的所有恆星幾乎是在同一時間誕生的，誕生時離星團中心的距離也大致相同，因此星團為檢驗恆星演化如何取決於其質量的理論提供了一個理想的實驗室。由於大多數星團最終會散去，我們所見到的星團都是相對年輕的，這些星團裡面的恆星才誕生幾億年之久。正常的中年恆星，比如離我們最近的太陽，具有熾熱的、能輻射X射線的外層大氣。

X射線觀測已被證明是一種有用的工具，用於研究恆星表面附近的湍流加熱如何依賴恆星的年齡、旋轉和恆星型別，以及恆星的耀斑活動如何隨著恆星的演化而變化。這樣的研究也可能為我們提供一些關於未來太陽活動的線索。

錢德拉也有助於瞭解年輕恆星的X射線如何影響其行星形成，以及更成熟的恆星如何影響其行星。錢德拉的研究還揭示了巨行星可能會反過來影響它們的中心恆星。

接下來的頁面展示了錢德拉的一些經典天文影象——年輕恆星被包裹在寒冷的恆星塵埃搖籃裡。許多影象是與哈勃空間望遠鏡觀測合成的多波段影象，展示了恆星搖籃壯麗絢爛的結構。這些影象覆蓋了廣闊的天區，且所有影象顯示的都是我們銀河系內的天區。

戰爭與和平星雲

戰爭與和平星雲是我們銀河系中的一個恆星形成區，它至少有3個年輕的星團，包括許多熾熱的、發光的大質量恆星。來自錢德拉和德國倫琴X射線天文臺（ROSAT）的X射線發現了數百顆年輕的恆星，探測到了熱氣體輻射出的X射線。大質量恆星表面的輻射和被吹走的物質，加上超新星爆發，產生了泡泡或空洞。X射線資料與光學和紅外資料相結合，完成了這幅宇宙圖景。

尺度和距離：影象覆蓋約70光年的天區；距離地球約5500光年波長/顏色：X射線波段：紫色；光學波段 ：藍色；紅外波段 ：橙色

鷹狀星雲

鷹狀星雲（M16）是一個恆星形成區，通常被稱為創生之柱（Pillars of Creation）。錢德拉對X射線源具有靈敏的解析度，因此可以發現和識別數百顆非常年輕的恆星以及那些正在形成中的恆星，也就是原恆星。錢德拉和哈勃的觀測資料相結合，生成了這幅恆星誕生的壯觀影象。

尺度和距離：影象覆蓋約5.13光年的天區，距離地球約5700光年波長/顏色：X射線波段（較大的光點）：紅色，綠色，藍色；光學波段（漫射和較小的光點）：紅色，綠色，藍色02 恆星死亡

正如錢德拉見證了恆星的誕生，它也見證了恆星的死亡。當一顆恆星缺乏足夠的燃料時，它中心的核聚變便會停止，於是開始將外層大氣拋入太空。大質量恆星會以超新星爆發的形式結束生命，死亡儀式蔚為壯觀。伴隨著這種既安靜又猛烈的方式，恆星的死亡過程進入新的階段：熾熱的氣體雲迅速膨脹，輻射出明亮的X射線。

每隔50年左右，我們銀河系中就有一顆大質量恆星死亡，產生超新星爆發。超新星爆發是宇宙中最劇烈的事件之一，爆發的威力會產生炫目的輻射閃光，衝擊波在太空中隆隆作響。

恆星的死亡不只有暴力的一面，還有更有意義的一面。超新星爆發也是向銀河系播撒碳、氮、氧、矽和鐵等元素的主要方式，這些元素正是我們已知的生命所必需的。透過超新星爆發，地球上便有了生命所必需的大部分元素，否則這些元素就會被鎖定在恆星的熔爐核心裡。我們這些生命體的存在完全歸功於這些宇宙事件 ：實際上我們都是星塵的一部分。

像錢德拉這樣的X射線望遠鏡對研究超新星遺蹟及其產生的元素非常重要，因為超新星爆發會產生極高的溫度（數百萬攝氏度），甚至在爆發後數千年依然如是。這意味著許多超新星遺蹟會一直輻射出最強的X射線，而難以被其他型別的望遠鏡探測到。

藉助錢德拉，我們對恆星如何莊嚴地結束它們的生命產生了革命性的理解，這是錢德拉最偉大的科學遺產之一。接下來的影象展示了死亡的恆星，其中一些是幾個世紀甚至幾千年以來人類所目擊到的。這些天體橫跨銀河系甚至更加遙遠，透過把古代天文學家收集到的資訊與現代科學有機結合，我們可以對它們的生死輪迴有所瞭解。

貓眼星雲

貓眼星雲（NGC 6543）是行星狀星雲，代表了我們的太陽在幾十億年後將經歷的一個階段。在這一階段，太陽將膨脹為一顆紅巨星，然後剝離大部分外層，留下一個熾熱的核心，核心會坍縮成一顆緻密的白矮星。瀕死恆星的粒子風與噴射出的大氣碰撞產生衝擊波，錢德拉在“貓眼”（哈勃的光學資料顯示）中探測到的X射線輻射就是由此形成的。

尺度和距離：影象覆蓋約1.7光年的天區，距離地球約3000光年波長/顏色：X射線波段：紫色；光學波段 ：橙色，藍色

眨眼星雲

眨眼星雲 ( NGC 6826）是一個行星狀星雲，在光學和X射線的光線下，它有點像一隻眼睛。在其一生的大部分時間中，周圍的氣體都屬於中心恆星，這些氣體很有可能佔其近一半的質量。這顆熾熱恆星的殘骸（位於粉色橢圓中心）推動一股疾風吹向更老的物質，形成一個加熱的氣泡，將較老的氣體推到前面形成一個明亮的邊緣。這顆註定死亡的恆星是附近所有行星狀星雲中最亮的恆星之一。

尺度和距離：影象覆蓋約0.77光年的天區，距離地球約4200光年波長/顏色：X射線波段：紫色；光學波段：紅色，綠色，藍色

仙后座 A（Cassiopeia A）

仙后座 A（Cassiopeia A）是錢德拉發射升空後觀察到的第一批天體之一，它是一個壯觀的超新星遺蹟，它告訴了我們地球上生命所需的大部分元素從何而來？這張由錢德拉X射線天文臺拍攝的影象向我們展示了答案。大質量恆星會以超新星爆發的形式結束生命，並以此向銀河系播撒已知生命所必需的碳、氮、氧、矽和鐵等元素，否則這些元素就會被鎖定在恆星的核心內。實際上我們都是星辰的一部分。

超新星爆發後通常會留下一種密度極高的天體，叫作中子星（neutron star）。在某些情況下，兩顆大質量恆星爆炸後，即便形成了中子星，依然能形成引力約束系統。如果兩顆中子星靠得很近，它們的軌道就會縮小，直到合併，產生引力波，也就是時空漣漪。

2017年，錢德拉就探測到這樣一個天文事件的餘暉，這也是我們第一次記錄下這種天文事件。

2017年8月17日，鐳射干涉引力波觀測臺 （LIGO）探測到一起引力波事件 GW170817，此後的數天、數週和數月內，天文學家一直利用錢德拉的資料研究它。插圖顯示的是2017年夏末到年底的X射線變化。錢德拉的X 射線對於理解兩顆中子星碰撞時會發生什麼至關重要。在引力波事件GW170817的例子中，一些科學家認為這一事件可能產生了目前已知的質量最小的黑洞。

尺度和距離：影象覆蓋約20.5萬光年的天區；距離地球約1.3億光年波長/顏色：X射線波段：紫色

夜空中熠熠閃光的恆星，“拉手”起舞的雙星，熱烈活躍的超新星，“宇宙燈塔”脈衝星……但這僅僅是錢德拉眾多里程碑式發現的一部分，書中關於黑洞高速噴流、星系團劇烈碰撞的高能展示更令人歎為觀止。書中的每一幅影象都是大自然的鬼斧神工，是宇宙交響樂的音符，是廣袤宇宙的剪影。

儘管我們已經從錢德拉那裡學到了很多，但宇宙中還有更多謎團需要我們去解開，還有更多的科學問題等著我們去探索。NASA的眾多科學家已經為錢德拉的“接班人”——下一代X射線天文臺工作了好幾年，新的望遠鏡的靈敏度可能是錢德拉的100倍，在觀測能力上也將有一個大的飛躍。

天文學幫你擴充套件空間座標系，歷史幫你擴充套件時間座標系；一個人的座標系有多大，見識才能有多廣。認識宇宙，就是重新認識我們自己，重新認識我們的人生。