2020,十大天文事件

释放双眼,带上耳机,听听看~!
2020年即将过去。无论人类经历了多少痛苦、撕裂,或是欣喜、幸福,这365天对宇宙来说依然只是最微小的一瞬间。时间可以量化,而人生不能量化;空间可以量化,而存在不能量化;结构可以量化,而感受不能量化……在确定性中,不确定性又是我们所有快乐和悲伤的源泉......

2020年即将过去。无论人类经历了多少痛苦、撕裂,或是欣喜、幸福,这365天对宇宙来说依然只是最微小的一瞬间。时间可以量化,而人生不能量化;空间可以量化,而存在不能量化;结构可以量化,而感受不能量化……在确定性中,不确定性又是我们所有快乐和悲伤的源泉……

2020年,全球疫情蔓延,不少天文台都曾短暂关闭。即便如此,科研一线的天文学家们仍然与宇宙争分夺秒取得了一些令人欣慰的进展。在此,我们选取了2020年十大天文事件,与大家分享。

 

01嫦娥五号成功发射并采样返回

 

2020年即将结束之时,北京时间12月17日凌晨1时59分,嫦娥五号返回器在内蒙古四子王旗着陆场安全着陆,这标志着探月工程嫦娥五号任务取得圆满成功。历经16年,中国探月工程之前设定的“绕、落、回”三步走任务终于圆满完成。这也是继苏联利用月球24号在1976年将月球表面样本送回地球之后,人类终于再次获得了来自月球的珍贵样品,而这一次等待了44年。

 

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12月17日1时59分,探月工程嫦娥五号返回器在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆,标志着我国首次地外天体采样返回任务圆满完成。来源/中国探月

此次嫦娥五号着陆点选择在月球正面风暴洋东北角的玄武岩区域,根据中国科学院国家天文台研究员、探月工程三期副总设计师李春来在国务院新闻办举行的新闻发布会上的解释,俄罗斯和美国的九个采样点,都在月球纬度30度的范围,嫦娥五号的采样点选择了43度的风暴洋东北角的玄武岩区域,是全新的采样区域和全新的样品研究。此次最终返回采样1731克。所有样品已经于2020年12月19日由国家航天局转交给国家天文台保存解封,这里建有国内首个月球样品实验室。通过对这些全新区域、全新样品的研究,将加深我们对于月球表面的风化作用、火山作用和区域地质背景、区域地质演化方面等方面的理解。

 

02多国成功发射火星探测器

 

火星一直是人类特别向往的一颗行星。在时隔26个月之后,终于又在七、八月份再一次迎来了火星发射的窗口。尽管疫情肆虐,阿联酋、中国和美国还是分别发射了自己的火星探测器。

 

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天问一号火星探测器飞抵火星(想象图)

 

北京时间2020年7月20日5时58分,希望号火星探测器在日本种子岛宇宙中心发射升空的,将于2021年2月9日抵达火星附近。这是阿联酋史上首次,也是阿拉伯世界首次的太空探索。就在希望号发射3天后,中国于2020年7月23日12时41分由长征五号遥四运载火箭从海南文昌航天发射场,发射了自主研发的“天问一号”火星探测器,将探测器成功送入预定轨道。自发射到12月14日,天问一号运行状态良好,飞行里程已经达到3.6亿公里,距离地球超过1亿公里,距离火星约1200万千米。天问一号计划在2021年2月到达火星,5月择机实施降轨,软着陆火星表面。同样,美国也利用这个火星发射窗口,于北京时间7月30日的晚上7点50分,在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射了毅力号火星探测器,预计于2021年2月18日到达火星。

 

03太阳内部CNO循环被直接验证

 

11月,英国《自然》杂志发表的文章,科研人员利用位于意大利的格兰萨索国家地下实验室(LNGS)中的太阳中微子探测器(Borexino),首次直接测定了CNO循环中所产生的中微子流量。此次探测实验的主要难点在于如何确定过剩信号:每100吨目标每天只有几个高于背景的计数,这归因于CNO中微子的相互作用。

 

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Borexino探测器内部(左)与太阳的拼接图。利用位于意大利地下实验室的Borexino探测器,科学家首次直接探测到太阳内部碳-氮-氧(CNO)循环产生的中微子流量。来源/Borexino Collaboration/Maxim Gromov

 

在过去五年中,探测器热稳定方面的进展使科研人员开发出一种新的方法来减少探测体的污染率,从而能够首次作出这个测量。这一结果为利用CNO中微子直接精确测量太阳金属丰度奠定了基础。这个发现将太阳中CNO聚变的相对贡献率限定在1%左右,而非之前的7%。当然,在大质量恒星中,这还是主要的能量产生过程。这项工作为宇宙中大质量恒星将氢转化为氦的主要机制提供了直接的实验证据。

 

04黑洞研究获诺奖 中等质量黑洞首发现

 

说到黑洞,这是一个令人着迷的话题,也是最近几年在大众视野里很有存在感的一个天文前沿课题。到目前为止,天文学家通过观测已经确认几乎每一个星系的中心都存在着至少一个超大质量黑洞。在黑洞的众多研究者中,彭罗斯、根策尔和盖兹以其在黑洞存在理论和银河系中心黑洞质量测量方面做出的先驱性的贡献,在2020年被授予诺贝尔物理学奖。

 

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恒星的墓地。这张图展示了多种恒星演化的归宿,其中最为显著的是引力波事件GW190521,这个黑洞并合事件后产生的黑洞,是迄今为止用引力波探测技术找到的最大质量的恒星量级黑洞。图中蓝色、紫色圆点分别为引力波探测和电磁波观测的黑洞,橙色和黄色圆点分别是引力波探测和电磁波观测的中子星。版权/LIGO-Virgo

 

引力波,作为一个非常有效的探测黑洞的窗口,自从被打开后,短短几年之内,就有四十多对恒星量级的双黑洞系统被发现。就在2020年9月,美国引力波激光干涉天文台的LIGO合作组织发布了2019年5月21日探测到的一例事例(被命名为GW190521),这是在第三次运行中所探测到的。两个质量分别为85和66倍太阳质量的黑洞合并成一个质量为142倍太阳质量的黑洞(根据不同的拟合方法,这个最终质量会有小的差别),其余的9倍太阳质量的能量以引力波的形式释放出来,正是因为能量如此之多,即使这对黑洞位于距离我们170亿光年,也被地球上的引力波探测器探测到了。这是首次探测到中等质量的黑洞,而这次发现也是对超大质量黑洞形成途径的一个间接支持。

 

05小行星采样成功并返回

 

小行星通常被认为是太阳系形成时的时间胶囊,自从其诞生之时起,就没有发生过变化。所以通过研究小行星,可以了解太阳系形成之初的性质,有助于理解地球水的来源以及生命起源问题。在经历了6年的太空飞行之后,日本的隼鸟2号终于在2020年12月5日在地球附近和回收舱分离,载有小行星龙宫(Ryugu)样品的回收舱在北京时间12月6日2时左右降落在了澳大利亚南部沙漠地带。此次任务预定采集样品质量是0.1克,然而最终返回的样本最终达到了5.4克以上,远超预期。

 

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隼鸟2号小行星采样想象图。2019年2月,隼鸟2号进行了首次着陆、首次采样。2019年4月,向龙宫表面释放了一个撞击弹,产生了一个10米大小的撞击坑,并在2019年7月11日进行了表层之下的样本采集。版权/JAXA

 

另外值得一提的还有冥王号(OSIRIS-Rex),是NASA发射的一个小行星探测器,目的是前往近地小行星贝努,并将少量样本带回地球进行研究。探测器在2016年9月8日发射升空,这是美国发射的第一个从小行星样品采集并返回地球的任务。目前探测器将开始为2021年3月从贝努返回地球而做准备,到时将会是贝努小行星下一次距离地球最近的时间(即返回窗口)。返回舱计划于2023年9月24日在美国犹他州的西部沙漠中着陆。

 

06阿雷西博坍塌退役 中国天眼顺利验收

 

1974年11月16日,一束包含有1679位数据的无线电信号通过一个305米口径的望远镜发射向M13星团。这个望远镜就是赫赫有名、在科学界做出过无数贡献、位于波多黎各的阿雷西博射电望远镜,它所发射的信号也被称为阿雷西博信号。阿雷西博望远镜于1963年建成,在科学上作出了重大科学贡献。就在这位功勋卓越的射电巨人准备度过57岁生日之前,两个连接中间馈源舱的缆绳先后突然断裂,导致观测镜面受损。12月1日,因为其它绳索也接连断裂,整个重达900吨的馈源舱平台从空中坠落,重重地摔在了中间的大锅上,碎片一地。阿雷西博以这样悲壮的方式结束了自己波澜壮阔的一生。

 

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阿雷西博望远镜于1963年建成,在其运行的57年间,曾经在科学上作出了重大科学贡献。版权/Arecibo Observatory

 

所幸的是,几年前的2016年9月25日,中国在贵州建成了世界上单口径最大的500米球面射电望远镜,简称FAST,它的综合性能达到了阿雷西博望远镜的10倍。经过几年调试,FAST于2020年1月11日通过了国家验收,正式投入运行。在试运行和正式运行的4年多的时间里,FAST已经发现了一批脉冲星,还在帮助解决快速射电暴的产生机制方面做出了独有贡献,这项成果也入选了2020年英国《自然》杂志的10大科学进展。

 

 

07新智彗星偶然出现 ATLAS大彗星碎裂

 

新智彗星的官方名称为C/2020 F3(NEOWISE),是一个长周期的彗星,轨道近似接近于一个抛物线轨道,于2020年3月27日被美国的WISE卫星的NEOWISE项目所发现。发现之时,它是一个18等的天体;到7月中旬一段时间之内,彗星在整个晚上可见,甚为壮观,吸引了无数爱好者的拍摄和专业人士进行研究。

 

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彗星扫过北方天空,展现出长长的彗尾。浅色的尘埃彗尾呈现宽大的弧形,与之分离的蓝色彗尾,是由彗发中物质被太阳风的磁场拖曳出来所形成的离子尾,在阳光作用下发出了荧光。版权/林子轩

 

而在今年早些时候,大家本来对另外一颗名为ATLAS的大彗星充满希望。彗星ATLAS的官方名称是C/2019 Y4,是撞地警报系统(ATLAS)在2019年12月28日发现的,当时预测的轨道周期为6011年。早期的观测预测表明,它的亮度增加很快,很可能会达到0等。不过很遗憾的是,天文学家发现在3月22日发现,彗星呈现解体迹象,亮度在3月30日达到7等之后就一直降低。四月初,天文学家们发现彗星已经裂成了至少4块;到20日左右,彗星裂成了25-30块。5月中旬,即使通过望远镜观察,彗星也变得很弥散,到21号完全看不到了。

 

08快速射电暴FRB新进展

 

快速射电暴可以说是继伽马射线暴之后另外一类让天文学家着迷的宇宙现象。在过去几年,随着多种新的设备的投入使用,比如500米口径的中国天眼射电望远镜FAST、加拿大氢强度映射实验(CHIME)望远镜等,使得这个领域获得了爆发式的发展。就在2020年,快速射电暴的产生机制获得了重大进展。

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2016年,天文学家首次确认发现了第一例重复的快速射电暴FRB121102,并首次确认了FRB121102的源头,它来自于距离地球30亿光年之外的一个矮星系外围的恒星形成区。这个源的首次爆发是在2012年11月2日被阿雷西博望远镜记录到。版权/ Danielle Futselaar

正是这些新的进展,让我们对于快速射电暴的产生过程有了更为深入的理解。我们也可以看到,基于FAST望远镜的大口径以及高灵敏度,在帮助我们理解这些宇宙谜团的过程中起到了无可替代的作用。有人曾说,对FRB的探索就像是在谱写一本宇宙侦探小说,如今众多望远镜已经帮助我们确认了一个重要“嫌犯”,让我们期待2021年的更多观测数据和精彩发现。

 

09金星生命争议

 

2020年9月14日,英国《自然·天文学》杂志发表了一篇题为《金星云层中的磷化氢气体》的研究文章。文章表明科学家通过望远镜发现了金星云层中含有磷化氢。磷化氢在地球上是与生命有关,而且燃点很低,之前人们常说的的鬼火就是磷化氢的燃烧。所以这种气体被认为是潜在的生物信号,可能是其它行星和天体上存在生命的证据。文章结果一经公布就引起了不少科学家和大众的强烈兴趣,尤其对于生命探测的科学家们而言,这犹如茫茫黑夜中的一丝亮光,让他们看到了生命探测的曙光。

 

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艺术家笔下的金星与磷化氢。2020年9月14日,《自然 · 天文学》杂志发表了《金星云层中的磷化氢气体》的研究文章,科学家通过望远镜发现了金星云层中含有磷化氢,这种气体被认为是潜在的生物信号,可能是其他行星和天体上存在生命的证据。版权/ ESO / M. Kornmesser / L.Calçada 和 NASA / JPL / Caltech

 

10多波段银河系图景

 

1785年,英国的天文学家威廉·赫歇尔通过计数恒星,绘制出人类第一张银河系全景图。2020年12月,欧空局发布了盖亚的第三次早期数据:基于34个月观测数据而得到的恒星位置、运动、亮度和颜色等结果。相比较2018年的观测数据而言,此次发布的恒星数目更多,从之前的16亿颗恒星到目前的超过18亿颗恒星,而且精度也有所提高,增加了至少1.2倍以上,对于自行速度的测量提高了1.9倍以上,成为人类历史上最为精细的银河系恒星地图。而今年早些时候,6月19日,德国马普地外所发布了一张有关银河系的X射线巡天图,有别于盖亚卫星的光学波段,这张图展示了银河系在X射线高能波段的模样。

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欧洲空间局发布的基于盖亚的银河系恒星地图。版权/ ESA


文章转载于中国国家天文,再次转载请联系原公众号获得授权

作者简介 /

苟利军,中国科学院国家天文台研究员,恒星级黑洞研究团组首席科学家,中国科学院大学天文学教授。《中国国家天文》杂志执行总编,北京天文学会副理事长。2020年被授予“中国航天科普大使”称号。

郝方甲,《中国国家天文》特邀编辑,曾四次获得中国新闻奖一等奖。

继往开来 ~

编辑 /  紫晓 怀尘

中国国家天文

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