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2019年,搭乘天文列車駛向宇宙更深處
2019-12-23 07:21:27 來源: 科技日報
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  頭頂的這片星空已經存在了百億年,與之相比,人類的百年壽命不過彈指一揮間。雖然渺小,我們卻從未停止過前進的腳步。一代又一代人,將探索宇宙奧秘的接力棒傳遞。

  2019年,是空間探測厚積薄發的一年。望遠鏡看得越來越清晰,探測器飛得越來越遙遠,宇宙學理論越來越貼近真實。這一年,我們仰望星空,更懂宇宙。現在,讓我們來一次“星際穿越”,前往2019年的星空“站臺”,一起深入了解一下這熟悉又陌生的宇宙。

平方公里陣列射電望遠鏡(SKA)示意圖來源:科學技術部國家遙感中心

  第一站:意大利

  7國簽署SKA天文臺公約

  觀測宇宙,望遠鏡就是我們的眼睛。

  3月12日,平方公里陣列射電望遠鏡(SKA)項目7個創始成員國——中國、澳大利亞、意大利、荷蘭、葡萄牙、南非和英國,在意大利首都羅馬正式簽署了成立政府間國際組織的SKA天文臺公約。

  SKA是繼國際熱核聚變實驗堆(ITER)之后中國參與的第二個國際大科學工程。它并非單臺望遠鏡,而是一個望遠鏡網絡,由2500面直徑15米的碟形天線以及250組低頻和中頻孔徑陣列組成,因接收總面積約“1平方公里”而得名。

  據報道,這項人類歷史上規模最大的天文學工程預計將于2021年1月1日開建,2024年左右收獲第一批數據,2028年完成一期10%規模的建設。項目的設計壽命為50年。

  在過去5年中,來自20個國家的1000多名工程師和科學家共同參與了SKA的設計工作,在不同國家設立了新的研究項目、教育計劃和協作機制,以培訓新一代科學家和工程師。

  第二站:南美

  今年唯一日全食在南美上演

  月球繞著地球轉,地球繞著太陽轉,就會有一些特殊時刻,三者正好處于一線。當月球處于太陽和地球之間,地球某些地區的太陽光就會被月球完全擋住,日全食這場天文好戲就開始上演了。

  北京時間7月3日凌晨,南太平洋和南美洲南回歸線以南地區出現日全食。這次日全食是2019年度唯一的一次日全食,但其日全食帶僅寬150公里、長9600公里。該狹長區域只涵蓋了智利和阿根廷的部分地區,其余皆是汪洋大海。

  這場天文盛世吸引了無數天文愛好者。據國外媒體報道,在日全食最明顯的智利科津波省,涌入了約30萬人等待這場天文奇觀。

  據悉,在地球上同一地區看到日全食的幾率大約為300年一次,而看到月全食的幾率大約為3年一次。也就是說,生活在某一固定地區的人,有生之年能看到多次月全食,但幾乎無緣目睹一次日全食。

  第三站:月背

  嫦娥四號首次獲得近距離月背影像圖

  嫦娥奔月、吳剛伐桂、玉兔搗藥……自古以來,人們對月球有著無限的遐想。由于地球強大的引力讓月球總是一面朝向地球,所以人類在地球上只能看見月球的“正面”,看不到“背面”。

  1月3日,嫦娥四號探測器成功著陸在月球背面東經177.6度、南緯45.5度附近的預選著陸區,并通過鵲橋中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖,嫦娥四號月球車玉兔二號在月背留下了人類探測器的第一道印跡。此次任務實現了人類探測器首次月背軟著陸、首次月背與地球的中繼通信。

  12月4日,嫦娥四號和玉兔二號在完成月球第十二月晝的工作后,進入了第十二月夜的休眠狀態。著陸區域崎嶇不平、大坑套小坑,玉兔二號采取穩步慢速的行駛方式,自成功著陸后已累計行駛345.059米。

  為何人們對月球背面如此執著?這不僅僅是好奇心、探索欲的驅使,“月球背面的電磁環境非常干凈,在那里開展低頻射電探測是全世界天文學家夢寐以求的事情,將填補低頻射電觀測的空白。”國家空間科學中心副主任、月球與深空探測總體部主任鄒永廖說。

  科學家認為,在月球背面開展低頻射電天文觀測,將為研究太陽、行星及太陽系外天體提供可能,也將為研究恒星起源和星云演化提供重要資料。

美國探測器“奧西里斯-REx”的目標是小行星貝努來源:NASA

  第四站:“龍宮”

  “隼鳥2號”實現“龍宮”小行星取樣

  提起銀河系、太陽系,人們首先想到的往往是太陽、八大行星以及太陽系“小伙伴”相鄰星系等,無數小行星們常常由于“身材玲瓏”而被忽略。實際上,小行星也蘊藏著不少關于星系演化的大秘密。

  2月22日,日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)宣布,“隼鳥2號”探測器完成了首次在小行星“龍宮”上著陸取樣任務。“隼鳥2號”與“龍宮”的親密接觸時間只有幾秒鐘,其向“龍宮”發射了一顆“子彈”,濺起小行星表面物質,借機采樣。而就在12月3日,“隼鳥2號”已經順利完成此次探索任務,攜著從遠方帶來的“禮物”,踏上了它的歸途。若返航順利,“隼鳥2號”將在2020年11至12月回到地球的“懷抱”。

  “‘龍宮’引力只有地球的十萬分之一,且在快速自旋,這對于自主控制完成采樣的‘隼鳥2號’是一個極大的挑戰。”北京理工大學自動化學院副教授曾祥遠表示,執行小行星采樣返回任務具有重要意義。小行星演化程度低,保留了太陽系形成初期的原始信息,采回樣品或將為揭示太陽系起源、行星演化等提供重要線索。再者,深空自主控制技術、探測器推進技術,以及采樣技術等均是人類孜孜以求的高新技術,對帶動高科技創新和增強科技實力具有重要引領作用。

  值得一提的是,美國小行星貝努探測計劃也在穩步進行中。12月12日,美國國家航空航天局(NASA)宣布,探測器“奧西里斯-REx”項目團隊已選定小行星貝努上一處名為“夜鶯”的地點作為采樣點,預計相關樣本可以幫助研究人員深入了解這顆小行星的形成歷史。按計劃,探測器將在2020年8月首次嘗試對貝努進行“一觸即走”式采樣。

銀河系的這個圓盤“翹”的像個炸薯片來源:中國科學院國家天文臺

  第五站:銀河系

  中國科學家發現銀河系外盤翹曲結構

  銀河系的恒星盤看起來似乎是一個總體上平坦的圓盤,但實際并非如此。

  2月5日,正值大年初一,《自然·天文》期刊在線發布了一項重大研究成果,我國天文學家首次通過對恒星的觀測向人類展示了銀河系外盤驚人的翹曲結構。

  論文的聯合通訊作者、國家天文臺恒星與恒星系統團隊首席科學家鄧李才表示,理論上,星系盤一直處于不穩定的狀態。在外盤處,巨大的星系盤會逐漸向上或向下卷起,整體形成一個接近炸薯片一樣的彎曲狀態。天文學家稱這種形狀為星系盤翹曲,這種結構可以在側向的河外盤星系上直接看到。

  事實上,此前的大量觀測表明,這種翹曲形狀在宇宙中較為常見,大約三分之一的河外盤星系都或多或少展現出翹曲形狀。只是由

  于人類本身處于銀河系的恒星盤上,以往一直“不識廬山真面目”,直到今年才發現。

  “銀河系盤的翹曲通過恒星觀測結果被證實,這首先更新了人們對銀河系形狀的認識,同時也對外盤起源的研究提供了決定性的觀測證據,為我們最終理解像銀河系這樣的巨大盤星系如何形成和演化提供關鍵線索。”鄧李才說。

歷史上人們首次“看到”黑洞來源:eventhorizontelescope.org

  第六站:LB-1雙星系統

  我國發現迄今最大恒星級黑洞

  繼人類首次獲得黑洞圖像之后,又一項有關黑洞的重大發現搭上了今年的末班車。

  11月28日,《自然》期刊發布了中國科學院國家天文臺劉繼峰、張昊彤研究團隊的研究成果,他們依托我國自主研制的國家重大科技基礎設施郭守敬望遠鏡(LAMOST),發現了一顆迄今為止質量最大的恒星級黑洞——約70倍太陽質量。為了紀念LAMOST在發現這顆巨大恒星級黑洞上做出的貢獻,天文學家給這個包含黑洞的雙星系統命名為LB-1。

  根據質量的不同,黑洞一般分為恒星級黑洞、中等質量黑洞和超大質量黑洞。其中,恒星級黑洞在宇宙中普遍存在。目前恒星演化理論預言在太陽金屬豐度下只能形成最大為25倍太陽質量的黑洞,而這顆新發現的黑洞顯然處于現有恒星演化理論的“盲區”,顛覆了人們對恒星級黑洞形成的認知,有望推動恒星演化和黑洞形成理論的革新。

  該團隊還提供了一種利用LAMOST巡天優勢尋找黑洞的新方法。接下來,利用LAMOST極高的觀測效率,天文學家有望發現一大批“深藏不露”的黑洞,開創批量發現黑洞的新紀元。

  第七站:室女座星系團

  第一張黑洞“照片”面世

  自20世紀開始,人們對黑洞的探秘就從未停止過。然而,經過全球200多位科學家數年的努力,直到今年的4月10日,人們才真正看到第一張黑洞“照片”。

  該圖像揭示了室女座星系團中超大質量星系M87中心的黑洞。這個黑洞距離地球十分遙遠,有5500萬光年,黑洞的質量約為太陽的65億倍。法國國家科學研究中心對這張照片的評述為:這張圖片清楚地顯示了一個圓形和黑暗中心區域的環形結構——它是黑洞的陰影,突出了輝煌的背景,這個影子是重力偏離光的組合,充滿了關于這些迷人物體性質的信息,并允許研究人員測量黑洞的巨大質量。

  位于南極、智利、墨西哥、美國、西班牙的8臺亞毫米波射電望遠鏡,利用甚長基線干涉測量技術(VLBI)構建成一個口徑等同于地球直徑的超級“虛擬”望遠鏡,即事件視界望遠鏡(EHT)。

  眾所周知,黑洞巨大的引力使得光都逃逸不掉,那么科學家怎樣給它拍照?事實上,這張圖像是重構出來的,就像平時醫院做核磁共振,所看到的片子也是通過測量人體局部圖像的不同空間頻率成份重構出來的。

  獲得首張黑洞圖像著實不易。中國科學院上海天文臺研究員路如森表示,這張黑洞圖像所看清的部分,相當于從美國紐約看到巴黎咖啡館里的客人正在讀著的一張報紙上的文字。隨著這張來之不易的圖像在多國科學家的通力合作下最終完成,黑洞天文學新時代的序幕從此拉開。

  第八站:36億光年外

  人類首次確定非重復快速射電暴來源

  遙遠宇宙中會突然出現短暫而猛烈的無線電波暴發,持續時間極短,通常只有幾毫秒,卻能釋放巨大的能量,這就是快速射電暴。

  人類探測到的快速射電暴中,其中大部分是“一次性”的、非重復的,少數是來自同一地點的“重復”快速射電暴。很多學者致力于尋找這些遙遠信號的“家鄉”,而相比于“重復”快速射電暴,確定“一次性”快速射電暴的來源要難得多。

  6月28日,《科學》期刊發表文章表明,一個國際天文學團隊首次發現“一次性”快速射電暴FRB 180924的準確來源。研究人員開發出一種新技術,利用快速射電暴抵達“澳大利亞平方公里陣列探路者”射電望遠鏡不同天線之間的微小時間差,制作了一幅展示“一次性”快速射電暴來源的高清圖,確定了FRB 180924來源于36億光年外1個大小類似于銀河系的星系,并且發現它的起始位置位于該星系的邊緣地帶,距星系中心約1.3萬光年。

  該研究不僅跨出了非重復射電暴來源定位的第一步,也為解釋這種困擾了天文學家十幾年的宇宙“神秘電波”提供了關鍵線索。

  第九站:宇宙

  NASA公布迄今最詳細宇宙圖譜

  宇宙是什么樣子的?哈勃太空望遠鏡匯總了以往的數據,給宇宙繪制了一副圖像。

  5月,哈勃太空望遠鏡項目的科學家公布了最新的宇宙照片——“哈勃遺產場”(HLF),這是迄今最完整最全面的宇宙圖譜,由哈勃在16年間拍攝的7500張星空照片拼接而成,包含約265000個星系。

  “這幅類似馬賽克的圖像包含了宇宙中星系生長的完整歷史,從‘呱呱墜地的嬰兒’到‘長大成人’。”該項目首席研究員、美國加州大學圣克魯茲分校天文學家加斯·伊林沃斯說。

  這張圖像上,有些星系甚至距離地球133億光年,也就是說,其年齡至少為133億歲,是宇宙大爆炸后5億年誕生的星系。

  科技不斷進步,人類探索星空的腳步不會停歇。美國國家航空航天局(NASA)表示,哈勃太空望遠鏡拍攝的這幅圖像的景深有望在10年內被超越。21世紀20年代中期,更強大的“寬視場紅外探測望遠鏡”(WFIRST)將發射升空。如果一切按計劃進行,WFIRST拍攝的每張照片的景深都將是哈勃太空望遠鏡的100倍。屆時,新的宇宙“全家福”有望囊括數以千萬計的遙遠星系。

2019諾貝爾物理學獎三位獲獎“大咖”來源:kva.se

  第十站:回到地球

  諾貝爾獎“花落”天體物理

  北京時間10月8日,是天體物理的高光時刻。瑞典皇家科學院在這一天宣布,2019年諾貝爾物理學獎“花落”美國科學家詹姆斯·皮布爾斯,以及兩位瑞士科學家米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛茲,以表彰他們在天體物理領域所作出的杰出貢獻。

  詹姆斯·皮布爾斯是宇宙學的泰山北斗,他對擁有數十億個星系和星系團的宇宙進行研究,他的宇宙學理論框架已然成為我們理解宇宙歷史的基礎。憑借著物理宇宙學領域的理論發現,詹姆斯·皮布爾斯獲得了900萬克朗(約合人民幣650萬元)獎金的一半。

  另一半獎金被兩位瑞士科學家分享,他們的貢獻在于發現了第一顆圍繞類太陽恒星運行的系外行星。1995年10月,在法國南部的上普羅旺斯天文臺,他們率先宣布,通過定制的高精度儀器發現了一顆與木星相當的氣態星球。此后,人類逐漸發現了4000多顆太陽系外行星。(實習記者 于紫月)

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【糾錯】 責任編輯: 周楚卿
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