［首藏作品］（1565）這一年，洞悉宇宙見所未見

這一年，洞悉宇宙見所未見本報記者 唐 婷在浩渺無垠的宇宙中，地球以及人類只是其中微不足道的一部分。在宇宙長達137億年的生命歷程中，2017年只是短短的一瞬間。然而，人類探索宇宙的決心和努力從未改變。2017年，宇宙向熱切關注著它的人類揭開了更多神秘的面紗。1補上黑洞演化鏈上缺失的一環中等質量黑洞終現身天文學家已經找到兩種「塊頭」的黑洞，恆星級黑洞和超大質量黑洞，而介於二者之間的中等質量黑洞，一直是「漏網之魚」。今年2月，一項發表在《自然》雜誌上的研究稱，哈佛—史密森天體物學中心的研究人員發現了隱藏在杜鵑47球狀星團中心區域的中等質量黑洞，其質量大約是太陽的2200倍。杜鵑47球狀星團是距離地球13000光年之遙的古老球狀星團，已有120億年歷史，它包含著數千顆恆星。此次發現，使得科學家認為類似的中等質量黑洞也可能隱藏在其他球狀星團之中。中等質量黑洞的現身，對於補上黑洞演化鏈上缺失的一環有著重要意義。通常認為，超大質量黑洞是由質量更小的黑洞逐漸合併演化而成的。如果這個演化過程是個連續的過程，那麼理論上應該存在演化中間的狀態，也就是中等質量黑洞。但在現實中，中等質量黑洞一直尋而不得。科學家們甚至一度認為它可能並不存在，恆星級黑洞和超大質量黑洞或許並不存在持續的演化過程。在中國科學院國家天文台研究員苟利軍看來，此次發現，為恆星級黑洞逐漸演化為超大質量黑洞的觀點提供了更多依據。239光年外有個「太陽系」新發現的行星系統擁有3顆宜居行星地球之外，是否還存在宜居的星球？這個問題帶給人們無限的遐想。北京時間2月23日凌晨，美國國家航空航天局（NASA）召開新聞發布會稱，斯皮策（Spitzer）太空望遠鏡揭示了第一個圍繞超冷矮星運行的7顆地球大小行星的系統，創造了太陽系外單恆星周圍擁有宜居區行星數量的新紀錄。這個行星系統距離地球39光年（235萬億英里），被命名為TRAPPIST-1。此次發現的7顆行星，在合適的大氣條件下都可以擁有生命所需的液態水，其中3顆穩定地位於宜居區域。利用斯皮策觀測到的數據，團隊精確測量了7顆行星的大小——質量最小的約為0.4個地球，最大的約為1.4個地球。而且它們可能都是岩態行星。聽上去，似乎和地球很像的樣子。但中科院國家天文台研究員鄭永春表示，迄今為止，還沒有觀測手段可以判斷系外行星是否有岩石質的表面，是否有液態水，是否有磁場，大氣層是否有氧氣，更難以確認系外行星是否真正與地球環境相似。儘管如此，通過搜尋系外行星，可以發現不同類型的行星，以及處於不同形成階段的行星，這對研究行星的形成和演化過程有著重要的科學意義。3我國有了自己的X射線空間觀測衛星「慧眼」升空瞭望自1960年開始，國外已經發射多顆空間天文探測衛星，但衛星數據提供給中國科學家時，往往已經滯後了好幾年，獲得的成果還要標註數據的出處。6月15日，我國首顆硬X射線調製望遠鏡衛星「慧眼」成功發射，我國在空間高能天體物理領域沒有自主數據的歷史也隨之結束。宇宙中，脈衝星、伽馬射線暴、超新星遺迹、黑洞等天體活動，都是以發射X射線為表徵。如果能接收到這些射線加以分析，就能勾畫出這些天體的輪廓，一窺宇宙的奧秘，這對人類探索太空具有重要意義。不同於可見光的觀測，大氣吸收導致X射線無法在地面進行觀測，只能將X射線望遠鏡送入太空進行觀測。該衛星首席科學家張雙南介紹，「慧眼」能觀測黑洞和中子星附近物質變化的情況，探索在地球實驗室環境里無法研究的科學規律。升空僅2個月後，「慧眼」便一展身手。在對引力波信號GW170817的聯合觀測中，無數地面和空間望遠鏡將鏡頭對準引力波源頭。而僅有4台X射線和伽馬射線望遠鏡成功監測到了引力波源所在的天區，「慧眼」便是其中之一。4日全食盛景橫跨美國東西海岸「最黑暗」的兩分鐘上演如果要評選本年度離百姓生活最近的天文大事件，當地時間8月21日橫跨美國東西兩岸的日全食或可奪冠。這是1918年6月8日以來第一個橫跨美國全境的日全食。日全食帶地區生活的1220萬美國人，以及來自世界各地的天文愛好者經歷了兩分鐘左右的完全黑暗。外行看熱鬧，內行看門道。這場百年一遇的景象，不僅給眾多天文愛好者帶來了一場壯觀的視覺盛宴，同時也為探索日、地、月三星奧秘的科學家們提供了難得的機遇。對科學家而言，日食期間可以觀測到許多平時看不到的、有趣而重要的現象。歷史上，科學家正是利用這個難得的機會，更新了人類對自己母恆星的認識。日全食期間，月亮在38萬公里以外擋住太陽光球的強光，這期間對太陽的科學觀測可能有意想不到的新發現。據報道，針對此次日全食，僅NASA就動用了11架航天器、50多個高空氣球以及眾多地面觀測站進行多點觀測。而美國多個研究機構，尤其是位於日全食帶地區的研究機構更是藉此機會開展了日冕測量、太陽輻射對地球的影響等多項研究。5太空飛行20載後墜入土星大氣層別了，「卡西尼」號！20年的太空旅行，聽起來似乎有些科幻的味道。一個名叫「卡西尼」的傢伙，它做到了。美國東部時間9月15日上午，NASA「卡西尼」號太空探測器完成20年太空之旅，在土星大氣層向人類揮手告別。它生命的最後一刻，如同煙火一般絢爛。「卡西尼」號1997年離開地球，用了7年的時間抵達環繞土星的軌道。作為唯一繞土星探測的航天器，「卡西尼」號向人們展示了前所未見的土星系統，特別是著名的土星環。更重要的是，令人著迷的海洋世界和水熱活動在土衛二上亮相，它和土衛六的甲烷海洋或許都存在孕育生命的可能。20年的旅途中，「卡西尼」號行程超過49億英里。即使是在一頭扎進土星大氣層的最後時刻，「卡西尼」號仍保持將高增益天線對準地球的姿態，以確保在生命終結之前，向地球發回最後探測到的所有寶貴數據。「卡西尼」號的最終命運並非在發射之前就設定的。NASA稱，「卡西尼」號的燃油箱在探索土星系統13年後變得狀態「低迷」。為避免它碰撞土衛二或土衛六，破壞那裡原始的世界，任務團隊才做出讓它進入土星大氣層「自我毀滅」的決定。6引力波天文學揭開新篇章看到了，引力波的源頭回顧一年來的天文學熱點新聞，引力波無疑是出鏡頻率最高的主角之一。10月初，一年一度的諾貝爾物理學獎幾乎毫無懸念地被引力波捧走。熱度還沒來得及散去，引力波最新發現又引爆天文界。北京時間10月16日，激光干涉引力波天文台（LIGO）和處女座（Virgo）引力波探測器合作組織聯合召開發布會，宣布第5次探測到引力波。這是迄今為止觀測到的強度最強的引力波信號。更為重要的是，這次探測到的引力波信號來自1.3億光年外兩顆併合的中子星，而且是全球多地科學家第一次同時觀測到引力波及其電磁對應體。與雙黑洞併合不同，雙中子星併合過程不僅向外輻射出引力波，還會在多個波段發出電磁輻射，從而被望遠鏡觀測到。找到電磁對應體意味著什麼呢？在北京師範大學天文學系副教授高鶴看來，引力波信號自身存在一定缺陷，只有實現了引力波與電磁波的聯合探測，才可以證認引力波源的天體物理起源，並對其天體物理性質開展進一步的研究。在此次觀測中，科學家捕獲了引力波信號、短伽馬射線暴信號以及光學信號。後續分析證明這些信號互相關聯，均來自雙中子星併合。這意味著，觀測首次證實短伽馬射線暴由雙中子星併合產生，並首次觀測到中國科學家李立新預言的巨新星現象，讓科學家能夠深入了解雙中子星併合的物理過程。7首個系外天體身份確認太陽系外飛來一顆星「有朋自遠方來，不亦樂乎。」在搜尋系外行星的同時，對於來自太陽系外的「星際訪客」，科學家們同樣保有極大的探索熱情。今年11月，一項發表在《自然》雜誌上的研究稱，10月19日發現的首個來自太陽系外的「星際訪客」，經過甚大望遠鏡精確測定，是一個暗紅色長桿形多岩石小行星，其被國際天文學會命名為1I/2017U1。這位訪客有著特別瘦長的外形，看上去就像一根巨大的「太空雪茄」。歐洲南方天文台（ESO）給它另取了一個夏威夷語的名字「Oumuamua」，意為「遠方的信使」。在發現該「星際訪客」後的一周，全球34台望遠鏡分別觀測到該天體，並根據其運行軌跡證實，該天體跟太陽系內小行星和彗星不同，而是來自於太陽系外天琴座方向。為了確認它的身份，ESO甚大望遠鏡項目組立即行動，對其進行測量。分析發現，1I/2017U1在周期7.3小時的自轉中，亮度發生著劇烈變化，意味著其長度是寬度的10倍，這種長寬比遠遠超過太陽系內任意一個小行星或彗星。NASA表示，截至11月20日，這顆小行星距離地球約2億公里，正以相對太陽每秒38.3萬公里的速度飛行，預計將於2018年5月穿過木星軌道，朝著飛馬座方向前進。8我國暗物質探測項目取得進展「悟空」「熊貓」交出新答卷掐指一算，「悟空」衛星上天兩年了，背負著尋找暗物質使命的它，有什麼新發現？倫敦時間11月29日，《自然》雜誌在線發表了「悟空」的新發現：它獲得了世界上最精確的高能電子宇宙射線能譜，這將對判定能量低於1TeV的電子宇宙射線是否來自於暗物質起到關鍵作用，並有可能為暗物質的存在提供新證據。不發光，也不發出電磁波，神秘的暗物質從來沒有被抓過現行。有種假設認為，暗物質粒子的湮滅或衰變可以產生各種正、反粒子，這些粒子在太空中傳播形成了宇宙射線和伽馬射線的一部分。通過收集高能宇宙射線粒子和伽馬射線光子，並分析其能譜和空間分布來尋找暗物質粒子存在的證據，是「悟空」衛星的使命。談及此次暗物質探測上的進展時，該衛星首席科學家、中科院紫金山天文台研究員常進表示，電子宇宙射線能譜在高能段出現了「引人矚目的現象」。事實上，不只是「悟空」，在中國錦屏地下實驗室開展的「熊貓計劃」也在尋找暗物質的征途上有了新發現。北京時間8月8日凌晨，「熊貓計劃」項目負責人季向東公布了該項目合作組最新實驗結果，再次刷新了對暗物質粒子性質限制的世界紀錄。「這是對暗物質可能存在的參數空間做出的最強限制。」上海交通大學教授劉江來表示。雖然暗物質還沒有被找到，但它的藏身範圍，已經縮小。9迄今最遙遠的類星體現身這顆黑洞131億歲類星體是類似恆星天體的簡稱，它是太空中最明亮的天體。最近又傳來了關於它的新消息。《自然》雜誌12月5日發表的一項研究稱，美國科學家觀測到了迄今最遙遠的類星體，其存在於宇宙誕生6.9億年的時候，僅為目前宇宙年齡的5%。這意味著，當宇宙還是個蹣跚學步的小孩時，它就存在了。類星體是銀河系外能量巨大的遙遠天體，其中心是猛烈吞噬周圍物質的、質量超過太陽質量千萬倍的超大質量黑洞。類星體的顯著特點是具有很大的紅移，表示它正以飛快的速度遠離地球。新發現的類星體距離地球131億光年。研究團隊通過計算得出，該類星體的中央黑洞質量為太陽的8億倍。有學者指出，要在宇宙大爆炸後不到6.9億年的時間內，聚集8億倍太陽的質量幾乎是不可能的任務，這表明可能有另一個完全未知的機制正同時發生。該黑洞形成之際可能正是宇宙準備綻放光明的時候。10發現脈衝星不再是外國設備的專利FAST發現9顆脈衝星位於貴州平塘的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）是目前世界上最大的單口徑射電望遠鏡。12月10日，來自FAST觀測基地的最新消息稱，新發現3顆脈衝星，這3顆脈衝星已分別得到認證。截至目前，FAST發現的脈衝星已增至9顆。事實上，這並非FAST成果首秀。早在10月10日，中科院在北京宣布，FAST團隊利用位於貴州師範大學的FAST早期科學中心進行數據處理，探測到數十個優質脈衝星候選體，最終通過系統認證了6顆脈衝星。這是我國天文望遠鏡首次發現脈衝星，由此也開啟了中國射電波段大科學裝置系統產生原創發現的新時代。脈衝星因發射周期性脈衝信號而得名。FAST副總工程師李菂介紹，脈衝星的本質是中子星，具有在地面實驗室無法實現的極端物理性質，是理想的天體物理實驗室，對其進行研究，有望得到許多重大物理學問題的答案。［本文轉自《科技日報》2017年 12 月 20 日第 8 版。］
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