2019年你應該知道的那些太空大發現
2019年12月16日11:00

  50年前,阿姆斯特朗和奧爾德林成功踏上月球表面,成為了第一批踏足月球的人類。從那之後,人類對太空的嚮往越發強烈。世界各地的航天機構向火星、木星、甚至更遙遠的地方不斷髮射探測器,同時也興建各種類型的望遠鏡,探索浩瀚宇宙中的無窮奧秘。

  50年過去了,無論是離我們最近的月球,或是遙遠的宇宙深空,天文學家都在更詳盡地譜寫著關於宇宙的故事。2019年即將迎來謝幕,在這一年里,天文學家對宇宙又有了更多的認識。現在,讓我們從從地球出發,一同回顧今年發生在太空中的那些事:

  第一站:國際空間站

  許多人都曾幻想過乘坐著酷炫的宇宙飛船前往其他的太空殖民地。但這裏有一個經常被忽視的重要問題,那就是如果離開地球表面,我們能夠適應長期的太空旅行生活嗎?

  為了瞭解太空旅行對人體健康造成的影響,NASA開啟了一項“雙子研究”,參與研究的宇航員兄弟是一對同卵雙胞胎——Scott Kelly和Mark Kelly。Scott被送往國際空間站,持續生活了340天,而Mark在此期間則一直生活在地球上。

  當Scott返回地球後,研究人員對他們的表觀基因組、代謝、微生物等10項健康指標進行了比對,研究結果被發表在了今年4月的《科學》雜誌上。

  結果表明,Scott的基因表達在長期飛行後的確發生了一些變化,但在他重返地球後,絕大部分基因都開始逐漸恢復正常表達;此外,Scott還表現出基因組不穩定性,以及一定的認知能力的下降。這些變化或許都與太空中的長時間失重、被宇宙射線照射有關。

  這些結果對於未來的太空旅行者至關重要。

  第二站:月球背面

○ 圖片來源:中國探月工程
○ 圖片來源:中國探月工程

  為什麼月球岩石沒有月球那麼古老?

  是什麼創造了月球的電離層?

  月球兩極的水從何而來?

  ……

  儘管月球離我們這麼近,但它仍然有著太多令人著迷的問題等待被揭開。

  2019年1月3日10時26分,嫦娥四號探測器帶著諸多科學目標,成功降落在月球背面南極-艾特肯盆地內的馮·卡門撞擊坑內。這是人類探測器第一次實現在月球背面的軟著陸。

  眾所周知,由於潮汐作用,月球被牢牢地鎖住,使得從地球上只能看月球被固定朝向地球的一面,因此對“月球背面”的探索是天文學家內心長久以來的嚮往。這次嫦娥四號在月球背面的成功降落,無論是對中國探月,還是整個人類探月來說,都有著重大意義。

  第三站:龍宮

○ 圖片來源:Akihiro Ikeshita /JAXA
○ 圖片來源:Akihiro Ikeshita /JAXA

  2018年,日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)的隼鳥2號探測器抵達小行星“龍宮”的附近,開始了龍宮探索之旅。

  今年2月22日,隼鳥2號在這顆距地球數億公里、寬約900米的小行星表面精準著陸。為了採集岩石樣本,它“霸氣”十足地直接在龍宮表面炸出了一個直徑十多米的坑。

  JAXA在7月11日宣佈,隼鳥2號第二次登陸“龍宮”,並完成了對地下岩石碎片的採集。兩次著陸成功採集了龍宮表面和次表層地下的岩石樣本,按照計劃,它將帶著這些或許保留了太陽系誕生之初樣貌的樣本,於2020年返回地球。

  第四站:火星

○ 圖片來源:NASA/JPL-Caltech
○ 圖片來源:NASA/JPL-Caltech

  2019年4月6日,NASA的洞察號(InSight)火星探測器的內部結構地震實驗儀(SEIS)首次監測到火星地震的信號。

  洞察號於去年11月登陸火星,僅隔半年左右的時間就收聽到了火星震動的聲音,這讓研究人員驚喜不已。在此之前,研究人員推測火星內部的地質活動應該處於不夠活躍的狀態。

  更令人欣喜是的,自那之後,他們又在火星上記錄了100多起與地震有關的事件。這些探測結果開啟了“火星地震學”這一全新的研究領域,為理解火星的內部結構打開了一扇重要的窗口,讓我們對火星的形成與演化產生新的認識。

  第五站:海王星

○ 圖片來源:NASA, ESA and J。 Olmsted (STScI)
○ 圖片來源:NASA, ESA and J。 Olmsted (STScI)

  1989年,當旅行者2號航天器飛掠海王星時,發現在這顆行星周圍有六顆內衛星繞其運行。今年2月,SETI的天文學家報告發現了海王星的第七顆內衛星。

  在哈勃太空望遠鏡的幫助下,天文學家發現了這顆被旅行者2號遺漏的第七顆內衛星,並命名它為“馬頭魚尾怪(Hippocamp)”。這是海王星最小的一顆衛星,平均直徑約34千米。這一發現將海王星的總衛星數提高到了14顆。

  天文學家推測“馬頭魚尾怪”可能是由最大最外層的內衛星——普羅透斯被在被一顆大型彗星撞擊後噴射出的碎片形成的。這些發現都表明,海王星的內衛星可能是由無數次的撞擊事件形成的。

  第六站:天涯海角

○ 圖片來源:NASA/JHUAPL/SWRI
○ 圖片來源:NASA/JHUAPL/SWRI

  2019年1月1日,於2006年被發射升空的新視野號探測器創造了歷史。它以每秒14公里的速度,飛掠了距離地球約66億公里的“天涯海角”(Ultima Thule),這是人類探測器目前所觸及過的最遙遠、最古老的天體。

  天涯海角後被正式命名為Arrokoth(意為”天空“),它位於太陽系邊緣柯伊伯帶,代號MU69,形狀似是一個雪人。

○ 今年五月,新視野號團隊公佈了有關天涯海角的第一批研究結果。 | 圖片來源:NASA
○ 今年五月,新視野號團隊公佈了有關天涯海角的第一批研究結果。 | 圖片來源:NASA

  2014年,天文學家首次觀測到這個太陽系中的遙遠天體。據推測,在幾十億年前當它剛剛形成之時,其形狀幾乎就與現在無異了。這一古老而遙遠的天體有著複雜的岩石群結構,保留著太陽系演化所留下的痕跡,或許它是人類在太陽系內可以觸及的最古老天體。

  第七站:太陽

○ 圖片來源:NASA
○ 圖片來源:NASA

  在我們衝出太陽系,探索更遙遠的深空宇宙之前,讓我們把目光聚焦回我們的母恒星——太陽——身上。

  太陽是距離我們最近、也是我們最熟悉的一顆恒星。儘管如此,它依然蘊藏著大量的謎題,例如為什麼太陽的日冕溫度要比太陽表面溫度高得多?太陽風是如何加速的?

  為瞭解開種種難題,NASA於2018年發射了帕克太陽探測器,前往太陽附近最極端的環境中。就在不久前,研究人員在《自然》雜誌上宣佈了第一批的科研結果:《揭開太陽的重重謎題》。

  第八站:LB-1雙星系統

○ 圖片來源:喻京川
○ 圖片來源:喻京川

  當我們衝出太陽系的時候就會發現,宇宙中還有許多令人驚奇的天體,其中最引人注目的便是黑洞。有些黑洞是恒星級的,意味著它的質量是太陽的幾倍到幾十倍;有些黑洞則是超大質量黑洞——質量是太陽的幾十萬甚至是數十億倍。

  之前,科學家認為,由大質量恒星的引力坍縮形成的黑洞的質量不可能超過太陽質量的30倍。但在2019年11月28日,中國科學院國家天文台天文學家在《自然》期刊上宣佈,他們通過郭守敬望遠鏡(LAMOST)發現了迄今為止質量最大的恒星級黑洞。

  新發現的黑洞距離地球約15000光年,是LB-1雙星系統的一員。它的質量是太陽的70倍,這顛覆了我們對恒星級黑洞的認知,也對現有的恒星演化模型提出了新的挑戰[11]。

  但在幾天前,一些天文學家在arXiv上傳了幾篇論文,對這一結果提出了質疑,他們認為測量黑洞質量的關鍵數據被誤讀了。

  無論最終結果如何,這種學術上的討論都是推動科學進步的必不可少的過程。

  第九站:星系M87

○ 圖片來源:EHT
○ 圖片來源:EHT

  現在,讓我們前往距離地球5500萬光年之外的另一個黑洞。這個黑洞位於星系M87的中心,被命名為Powehi(意思是“帶來無盡創造力的瑰麗的黑色源泉”),是一顆超大質量黑洞——太陽質量的65億倍!

  2019年4月10日,事件視界望遠鏡(EHT)團隊宣佈了他們拍攝到的第一張黑洞圖像:《終於看見黑洞!》。

  這一具有里程碑意義的發現不僅證實了黑洞確實存在,而且圖片中的黑洞剪影的大小和形狀與理論預期的相符它——這再次驗證了愛因斯坦的廣義相對論。

  未來,隨著我們獲得越來越多的數據,我們不僅將一步步揭開黑洞周圍的吸積盤和噴流的物理,也將對黑洞的形成及其在宇宙歷史中的作用有更多的理解。

  第十站:遙遠的星系

○ 圖片來源:CHIME
○ 圖片來源:CHIME

  2007年,天文學家從過去的觀測記錄中發現了一個短促而強烈的射電信號,他們將其命名為快速射電暴(FRB)。自那之後,FRB的形成機製便成了天體物理學最大謎題之一。

  對於快速射電暴研究來說,2019年是收穫頗豐的一年。年初,加拿大的CHIME射電望遠鏡宣佈發現了13個新的FRB,並且其中包含一個重複快速射電暴。

  目前為止,在已公佈的所有80多例FRB中,只有兩例具有重複爆發特徵,一例是CHIME發現的FRB 180814,還有一例是在2012年由Arecibo射電望遠鏡發現的FRB 121102。

  今年6月,澳州的一個研究團隊第一次對非重複快速射電暴FRB 180924進行了精準定位——起源於36億光年外的一個大型星系。

  為瞭解釋這類神秘的現象,理論學家已經發展出了幾十個理論:《神秘信號的十種可能性》。今年的種種發現都無疑將加深我們對快速射電暴的認知。

  古往今來,頭頂的那片璀璨星空點燃過無數人心中最初的好奇和嚮往。我們憑藉著智慧不斷地探索,認識我們在宇宙中的位置,以及尋找其他的智慧生命。

  現在,我們即將走過2019年,在這一年里,我們揭開了更多隱藏在宇宙中的秘密。剛剛我們已經回顧了其中的一小部分,沒有提及的包括天文學家在100多光年之外的超級地球K2-18b的大氣中發現了水分子的證據,在4600光年之外發現了一顆質量為太陽2.17倍的中子星,以及很可能目睹了一起黑洞吞噬中子星的事件等等。

  明年,我們將迎來哈勃太空望遠鏡升空30週年,也將迎來中國的首次火星探測任務。除了預期中的一些進展,我們更期待看到意想不到的發現。

  文章來源:原理

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