地球上散佈著數十個大型望遠鏡，還有一些在地球上方，你可能會認為我們已經發現了天空中幾乎所有可以發現的東西。但實際上，這是一種過於狹隘的觀點。
最近在仙女座星系附近發現了一個巨大的氣體雲，這是天空中研究最廣泛的天體之一，最新的證據表明，天空仍然提供了大量的宇宙空間供我們篩選。這個雲已經隱藏在眾目睽睽之下幾十年了。最棒的是，它的起源仍然是一個謎。
廉價但高質量的數字探測器的出現，使得天文攝影比以往任何時候都更容易。這引發了天文愛好者中的一種新趨勢，即專注於天空中的一個選定區域，並進行有效的超長曝光，希望能找到可能存在於那裡的任何微弱的模糊天體。
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業餘天文學家和研究人員馬塞爾·德雷克斯勒和澤維爾·斯特羅特納決定利用這些最新的技術改進。他們想掃描天空的部分割槽域，尋找微弱的星雲——氣體雲——因此他們請來了揚·聖蒂，一位法國業餘天文學家和天體攝影師。聖蒂決定以仙女座為目標，仙女座是一個巨大的螺旋星系，很像我們自己的銀河系，距離我們只有250萬光年。從宇宙的角度來看，它的近距離使仙女座在一個多世紀以來一直是天文學家眼中的“肥肉”。由於其最明顯的寶藏已被繪製出來，天文學家通常認為在那裡剩下的任何發現都將是小的、獨立的天體，例如星系內部的星雲。
聖蒂將他的觀測結果傳送給德雷克斯勒和斯特羅特納進行處理和分析。在仔細研究影像時，他們發現了一些出乎意料的東西：一個巨大的延伸結構，幾乎和仙女座本身一樣大，並且就在它旁邊。只有當聖蒂使用一種濾光片獲得影像時，星雲才顯現出來，這種濾光片阻擋了除雙電離氧發出的藍綠色輝光以外的所有光線——也就是說，氧原子失去了兩個外層電子，這在巨型氣體雲中很常見。本質上是人類的好奇心驅動了這種濾光片的使用；之前從未製作過仙女座周圍天空的非常深入的大尺度地圖。
在同一次觀測執行期間，聖蒂還使用另一個調諧到氫原子光線的濾光片拍攝了深空影像。雖然他看到了許多圍繞仙女座的氣體雲（很可能是我們銀河系中的星雲疊加在仙女座附近的天空中），但沒有一個能與這個奇特的富氧星雲的大小和形狀相匹配。
然而，該團隊想知道，這個雲是否可能是聖蒂影像中的某種人為假象——例如，他的望遠鏡中的反射光。為了找出答案，研究人員邀請了另一位功成名就的業餘天文學家佈雷·福爾斯用他自己的望遠鏡進行更多觀測。他在他的資料中看到了同樣的星雲，獨立地證實了雲的存在。
最終，來自法國、加利福尼亞州和新墨西哥州的五臺望遠鏡的觀測結果使該團隊確信這個物體是真實的。它現在被命名為 Strottner-Drechsler-Sainty Object 1，或 SDSO-1。
但問題仍然存在：它是什麼？
為了找出答案，該團隊聯絡了專業天文學家羅伯特·費森、邁克爾·舒爾和斯特凡·基梅斯溫格進行更深入的分析。發表在美國天文學會 (AAA) 期刊《AAAS 研究筆記》上的這項專業-業餘合作的結果令人著迷，即使關於星雲起源的線索仍然令人費解。
仙女座的大多數影像都很壯觀——例如這張用紅色、綠色和藍色濾光片在可見光下拍攝的影像——但沒有顯示出被稱為 Strottner-Drechsler-Sainty Object 1 (SDSO-1) 的巨大雲的跡象。圖片來源：Adam Block/Steward Observatory/亞利桑那大學
天文學家已經研究了許多可能性，但在這一點上，這個氣體雲仍然難以解釋。它在天空中靠近仙女座強烈暗示它與該星系有關，而且雲是略微彎曲的，就好像從星系中凸出來一樣。這些特性都不能最終將雲在物理上與星系聯絡起來，但兩者都確實具有啟發性。如果 SDSO-1 確實是仙女座的一部分，但在星系主體之外，那將意味著該雲長達數萬光年，使其成為仙女座最大的連貫結構之一。
如果它位於仙女座巨大的星系暈中——一個大致呈球形的恆星集合，環繞著星系——它可能是那裡恆星流丟擲的氣體。但如果是這樣，也應該看到大量的氫，因為氫是恆星的主要成分。然而，正如聖蒂用他的氫探測濾光片顯示的那樣，雲中沒有氫——或者至少太少而無法探測到。
仙女座正在向我們的銀河系移動，SDSO-1 大致位於它們之間，這提供了另一個潛在的線索。仙女座離銀河系非常近，以至於它們的星系暈可能正在相互作用，當兩個星系在太空中經過時相互碰撞。兩個星系暈中的彌散氣體會在碰撞時壓縮，形成一個彎曲的結構，就像船在水中航行時產生的弓形波一樣。然而，如果是這種情況，雲就不應該顯得離仙女座如此之近。相反，它應該出現在天空中大約在仙女座和銀河系中心之間的中間位置。而且這種情況仍然無法解釋氫的缺乏。
另一種可能性是，雲的物理尺寸要小得多，但離我們更近，這意味著它是銀河系中的一個星雲，只是巧合地出現在仙女座附近。行星狀星雲是垂死的類太陽恆星丟擲的氣體殼，它們通常富含氫和氧。在中心恆星激發氣體的情況下，這些星雲往往在兩種元素髮出的光中都顯得明亮。因此，SDSO-1 中氫的缺乏再次令人費解。
SDSO-1 有可能是銀河系中一顆恆星作為超新星爆炸後的殘餘物，但那樣它也應該在紫外線和無線電波中發光。然而，在搜尋仙女座的較早觀測資料時，天文學家沒有看到來自該雲的任何其他波長的光，包括 X 射線以及可見光和紅外光。
因此，目前，沒有任何已知的機制可以解釋所有資料。雖然令人費解，但這正是科學家們喜歡的東西。解決難題是我們最初想成為科學家的原因。
如此巨大的東西在我們的天空中一直沒有被發現，直到現在才被發現，這令人驚歎，即使對天文學家來說也並非完全出乎意料。大型望遠鏡往往具有狹窄的視場，因此觀測具有較大視大小的天體很困難——尤其是像 SDSO-1 這樣廣闊的天體，它在天空中與三個滿月一樣寬。更大的儀器只是錯過了它，只見樹木不見森林。
此外，雲極其微弱，需要非常長的曝光時間才能發現。在發現和確認影像中，僅使用雙電離氧濾光片的總觀測時間就達到了驚人的 160 小時。即使是專業天文臺使用的濾光片和探測器，其設計也與業餘望遠鏡的觀測方式不同。這也增加了發現像 SDSO-1 這樣的天體的難度。即使是3.8 米加拿大-法國-夏威夷望遠鏡，它配備了令人難以置信的 3.78 億畫素相機和一個氧氣濾光片，也直接看向 SDSO-1 所在的天空位置，但什麼也沒看到。它是一件令人印象深刻的裝置，但它只是沒有被設計用來看到天空中如此巨大和微弱的東西。
解決這個謎團需要光譜——將雲的光分解成小的波長段，類似於雨滴將陽光分解成彩虹的方式。透過仔細檢查 SDSO-1 的光譜，可以透過多普勒效應確定其氣體的速度——如果氣體正在向我們移動，則其顏色略微藍移；如果氣體正在遠離我們移動，則其顏色略微紅移。如果雲的移動速度與仙女座相似，那麼它很可能是該星系的一部分。相反，如果它移動得更慢，那麼它很可能位於我們自己的星系中。該研究的作者報告說，此類光譜觀測已經在進行中，但在這些觀測完成之前，這個雲的起源和行為仍然是一個謎。
雖然 SDSO-1 提出了一個難題，但它也在某種程度上是一個希望的燈塔：它向我們表明，天空中仍然有許多寶藏有待發現。我們只需要使用正確的工具來揭開它們的面紗。
這是一篇觀點和分析文章，作者或作者表達的觀點不一定代表《大眾科學》的觀點。
編者注（2023 年 1 月 12 日）：本文在釋出後經過編輯，以更正對馬塞爾·德雷克斯勒、澤維爾·斯特羅特納和揚·聖蒂在發現中的各自角色的描述。