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年度天文成就汇总
太阳的强烈辐射
船帆座脉冲星打破了伽马射线能量记录
宇宙大爆炸
最遥远的快速射电暴
21cm线成功实现远距离检测
“匠心”号直升机创记录飞行
美国航天局官宣了有史发来最热夏天
南极海冰线打破历史新低
宇航员打破了美国宇航局在太空中停留时间的记录
白矮星是星际间速度恶魔
. 迄今为止发现的最古老的超大质量黑洞
行星还是衰败的恒星詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了最小的褐矮星
汤加火山引发了有史以来最强烈的雷暴
在过去的12个月里，我们见证了一系列新的天文记录被打破，比如恒星爆炸
到遥远的黑洞。
图片来源：美国宇航局/欧洲宇航局/加拿大标准协会/太空望远镜科学研究所/K ﹒卢迈（宾夕法尼亚大学） /C﹒阿尔维斯•德•奥利维拉（欧洲宇航局）
在2023年创下的新的天文记录中，有一项是有史以来发现的来自太阳的能量最高的伽马射线，比以前发现的伽马射线强一个数量级。“太阳比我们所知道的更令人惊讶，”密歇根州立大学的天文学家梅尔·恩·尼萨在一份声明中说，他是《物理评论快报》(Physical Review Letters)上描述这一发现的作者之一。此前，美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜探测到来自太阳的伽马射线，能量高达2000亿电子伏特(十亿电子伏特)。至少可以说，这是非常有活力的。这些伽马射线是宇宙射线与太阳大气碰撞时产生的，宇宙射线是来自深空的粒子，几乎以光速运动。然而，位于墨西哥的高海拔切伦科夫天文台(High-Altitude Cherenkov Observatory，简称高超声速吸气式武器)的观测结果已经正式超越了这一点。
太阳的全像。(图片来源:美国宇航局/太阳动力学天文台)
高超声速吸气式武器能够间接探测伽马射线。当伽马射线光子进入地球大气层时，它与大气分子发生碰撞，将分子粉碎，形成亚原子粒子阵雨,落在高超声速吸气式武器上，这是一种有趣的望远镜:它由300个水箱组成，每个水箱装满了200公吨的水。伽玛射线和分子碰撞产生的亚原子粒子运动如此之快，以至于当它们进入水中时，实际上比光通过水的速度还要快(比通过真空或空气的速度略慢)。亚原子粒子产生一道闪光，一种相当于音爆的视觉效果，被称为切伦科夫辐射。
高超声速吸气式武器的数据显示，来自太阳伽马射线的亚原子粒子的能量约为1万亿电子伏特(1太电子伏特，或太电子伏特)，少数能量接近10 太电子伏特。
尼萨说:“在研究了六年的数据之后，大量伽马射线突然出现了。”“第一次看到它的时候，我们想，‘肯定把事情搞砸了，太阳在这样的能量下不可能这么亮。’”
明朗的机制尚未成型，但宇宙射线被认为与伽马射线有关，它们穿透太阳可见表面以下1000公里(620英里)在那里与隐藏的磁场相互作用。所以，对伽马射线的探测会得出关于太阳表面下的信号。
然而，尽管这些伽马射线是迄今为止观测到的来自太阳的最强大的伽马射线，但不是探测到的最强大的伽马射线。这一记录由中国大型高空空气阵雨天文台于2021年探测到的伽马射线创造，它的能量高达1.4千万亿电子伏特(1.4千太电子伏特，PeV)，令人难以置信的是，它竟来自宇宙深处的某个地方。
对船帆座脉冲星的印象，处在中间，它的磁层边缘有明亮的圆圈凸显。向外移动的蓝色轨迹代表加速粒子的路径。它们与磁层(红色)发射的红外光子碰撞，沿着旋转螺旋的旋臂产生伽马辐射。(图片来源：德国电子同步加速器研究所科学传播实验室)
2023年探测到更多破记录的伽马射线，光子达到20 太电子伏特，来自船帆座超新星遗迹内的脉冲星。
脉冲星是一颗旋转的中子星，由一颗曾经在超新星爆炸中爆炸的大质量恒星的残骸组成。脉冲星通常在无线电波长下被探测到，其中一些会发射伽马射线，由围绕这种现象的强磁场线旋转的电子产生。
脉冲星的伽马射线发射可以用强度与能量的谱图来表示。在大多数情况下，这些伽马射线能量高达几百十亿电子伏特，超过这个值就有一个截止值。偶尔，一颗脉冲星会被看到穿过这个截止点——蟹状星云中的脉冲星已经被看到发射的伽马射线峰值为1 太电子伏特。
然而，蟹状星云脉冲星的峰值已经被船帆座超新星遗迹中一颗脉冲星探测到的伽马射线彻底粉碎。这一发现是由纳米比亚的高能立体系统(HESS)发现的。这些伽马射线远高于通常的十亿电子伏特截止值，这意味着我们对电子在强磁场中如何加速的理解是不完整的。
脉冲星破记录的伽马射线让天文学家感到惊讶。
一个巨大的旋转的炽热气体云中心的黑洞。(图片来源约翰 A.佩斯)
根据《皇家天文学会月报》5月发表的一项新研究，有史以来最强烈、最持久、最强大的爆炸——比任何超新星都要亮10倍，直到现在还在爆发——是在一个已经向我们传播了80亿年的光的星系中发现的。
这次爆炸事件的编号为AT2021lwx，是由加利福尼亚州的兹威基瞬变设施和夏威夷的小行星地面撞击最后警报系统(ATLAS)共同发现的，该系统寻找天空中的瞬变事件，从移动的小行星到燃烧的宇宙爆炸。
英国南安普顿大学的塞巴斯蒂安·韩起澜在一份声明中说:“一旦你知道了物体与我们的距离以及它在我们看来的亮度，就可以计算出物体在其源头的亮度。”“一旦完成了这些计算，我们便意识到非常清晰了。”
在最亮的时候，AT2021lwx的亮度是太阳的两万亿倍。天文学家怀疑AT2021lwx不是一颗爆炸的恒星，而爆炸会在几周或几个月后消失，它显然是一个超大质量黑洞，吞噬着巨大的气体云——可能是太阳本身质量的1000倍。天文学家称之为潮汐破坏事件，前所未见。气体云被黑洞的引力潮汐力撕裂，发出的冲击波在扭曲的气体云中回荡，释放出巨大的能量。
南安普顿的菲利普·怀斯曼说:“随着维拉·鲁宾天文台的时空遗产调查等新设施在未来几年上线，我们希望能发现更多这样的事件，并对它们有更多的了解。”“这些事件虽然极其罕见，它们的能量之大，被认为是星系中心如何随时间变化的关键。”
一幅插图显示了一个快速射电暴逃离了三个相互碰撞的星系，并向银河系行进。(图片来源：欧洲南方天文台/M﹒科恩梅塞尔)
迄今为止探测到的最远的快速射电暴(FRB)是在2023年发现的。
10月19日出版的《科学》杂志上的一篇报道描述了在2022年6月19日，一个快速射电暴是如何被发现的，它在太空中穿行了80亿年。
快速射电暴很神秘。它们是短暂的无线电波爆发，持续时间只有几毫秒，但在这么短的时间内，它们释放的能量相当于太阳30年的能量。没有人知道是什么产生了它们;通常，它们在宇宙中是随机爆炸的。有时，他们甚至会重复。磁星是一种极具磁性的中子星，是主要的怀疑对象。
这次破记录的爆发是由澳大利亚平方公里阵列探路者(ASKAP)探测到的，这是一个由36个无线电天线组成的小组。ASKAP确定了这次爆发的位置，编号为FRB 20220610A，这使得智利的超大望远镜得以跟踪并确定其来源是一个由两三个碰撞星系组成的系统，我们看到的是80亿年前的星系。
因为FRB 20220610A必须穿越遥远的空间才能到达我们这里，会遇到许多生活在星系间空间的流浪电子。电子窃取了一些无线电波的能量(取决于波长)，导致无线电信号变得稍微分散。快速射电暴的信号越分散，它通过的电子就越多。因此，色散的测量可以告诉我们隐藏的原子物质的储存，否则是无法检测到的。
澳大利亚斯威本大学的瑞安·香农在一份声明中说:“虽然还不知道什么原因导致了巨大的能量爆发，但这篇论文证实了快速射电爆发是宇宙中常见的事件，我们将利用它们来探测星系之间的物质，以了解宇宙的结构。”
印度浦那的巨型米波射电望远镜。(图片来源:国家射电天体物理中心)
与中性氢气相关的最遥远的无线电发射探测是在2023年实现的，当时发现了一个星系的无线电波，我们看到它在88亿年前就存在于宇宙中。
21厘米线，是整个射电天文学中最基本的波长。它被用来研究氢气在星系和整个宇宙中的分布。射电望远镜经常观测到我们银河系和现代宇宙中其他星系的21厘米线。然而，遥远宇宙中的星系通常太微弱，无法在这个波长上被探测到。
但是一个编号为SDSSJ0826+5630的星系(这个名字意味着它是在新墨西哥州阿帕奇角天文台的斯隆数字巡天项目中发现的，其他数字是它的坐标)有一个优势。它的光，包括它的射电辐射，被一个介入的引力透镜放大了——一个巨大的物体在空间中造成的扭曲，是位于显著位置的一个大星系。
印度科学研究所的尼鲁帕姆 ﹒罗伊在一份声明中说:“这有效地将信号放大了30倍，使望远镜能够接收到它。”
印度的巨型米波射电望远镜探测到了这个21厘米的射电信号。包括罗伊在内的天文学家能够根据21cm信号的强度推断出SDSSJ0826+5630中的气体量。他们得出的结论是，SDSSJ0826+5630中以中性氢气形式存在的质量是恒星的两倍。
天文学家在破记录的距离上捕捉到来自远古星系的无线电信号
2023年4月16日，美国宇航局的毅力号火星车拍摄的匠心号火星直升机。火星车用它的毅力号桅杆相机仪器捕捉到了这张增强版的彩色图像。(图片来源:美国国家航空航天局/喷气式推进实验室/亚利桑那州立大学/多维空间声系统)
作为火星上唯一的一架直升机，美国宇航局的“匠心”号直升机只需要打破已创造的记录，但它继续打破记录，这证明了它过去是、现在仍然是一项真正的实验性任务的长期存在。
9月16日，匠心号进行了第59次飞行，这是迄今为止该任务中最长的一次飞行，在一个地点上空盘旋了142.59秒。然后在10月19日的第63次飞行中，它也在陆地上飞行了579米(1901英尺)，这是它在一次飞行中飞行的第三大距离(最远的飞行记录是2022年4月19日的704米/ 2310英尺)。
自2021年2月与毅力号火星车一起抵达火星以来，截至12月17日，匠心号已经飞行了67次。它在火星的空气中停留了121.1分钟，飞行了15.3公里(9.5英里)，飞行高度达到24米(78.7英尺)。
用红、黄、橙三色绘制的地图，描绘了2023年气象夏季的全球温度异常，与1951年至1980年的基线平均值进行了比较。(图片来源:美国国家航空航天局/地球天文台/劳伦多芬)
并非所有的记录都是可喜的成就。
位于纽约的美国宇航局戈达德太空研究所(GISS)证实，2023年的北半球夏天经历了自1880年有温度记录以来最温暖的夏天，这是人类造成的全球变暖加上厄尔尼诺Niño影响的结果，后者则让海洋温度升高。
GISS的科学家们通过将全球气温与1950年至1980年的夏季平均气温进行比较。他们发现，6月、7月和8月的平均温度比1950-1980年的平均温度高0.23摄氏度(0.41华氏度)。仅八月份的气温就上升了1.2摄氏度(2.2华氏度)。这似乎不多，但减缓气候变化的努力依赖于将全球变暖控制在比工业化前平均水平高1.5摄氏度以下。
美国宇航局局长比尔·尼尔森在一份声明中说:“2023年夏季打破记录的气温不仅是一组数字——它们会在现实世界产生后果。”包括加拿大、希腊和夏威夷等国的大规模野火，以及席卷欧洲大陆、日本、南美和美国的致命热浪。
“不幸的是，气候变化正在发生，”GISS主任、气候科学家加文·施密特(Gavin Schmidt)说。“我们说过事情正在发生，如果继续向大气中排放二氧化碳和其他温室气体，情况会更糟。”
美国宇航局证实，2023年夏天是地球有记录以来最热的夏天
南极洲周围海冰数量的季节性变化。(图片来源: 美国宇航局)
2023年还有更多令人沮丧的气候新闻，美国国家航空航天局(NASA)和科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado, Boulder)国家冰雪数据中心(NSIDC)的一项联合研究发现，南极水域的海冰量创下了历史新低。此外，在北极，情况也好不到哪里去。科学家们发现，这是有记录以来海冰数量第六低的一次。
海冰范围的定义是海冰覆盖率至少为15%的海洋区域。
利用卫星数据跟踪两个半球极地地区的海冰，科学家们发现，9月10日，南极海冰覆盖面积仅为1696万平方公里(655万方英里)，是有史以来的最低水平。上一次的最低记录出现在1986年，当时的海冰覆盖面积比最近的数据大103万平方公里(39.8万平方英里)。
在北极，海冰甚至更少(尽管不是历史最低)，9月19日，冰冻水域减少到423万平方公里(163万平方英里)。这比1981年至2010年期间的平均面积少了199万平方公里(77万平方英里)。
NSICD的沃尔特·梅尔在一份声明中说:“这是南极创记录的海冰低点。”“与任何一个地区相比，几乎整个大陆的海冰增长都很低。”
海冰的消失是人类活动引起的全球变暖导致气温上升的结果，这个过程可能会迅速陷入恶性循环。冰能有效地将太阳能反射回太空，所以冰越少，反射出去的太阳能就越少。反过来，地球变暖。此外，冰越少，就会有更多的深色海洋暴露出来，从而更有效地吸收太阳能。这最终会提高海洋温度，导致海冰减少，等等。
弗兰克·卢比奥在国际空间站的圆顶舱里。(图片来源:Future)
2023年，美国宇航局宇航员弗兰克·卢比奥无意间创造了历史，成为第一位在国际空间站(ISS)上度过一整年的美国人。卢比奥与宇航员谢尔盖·普罗科皮耶夫和德米特里·佩特林一起加入了第67远征队。三人计划在六个月后返回地球，但联盟号太空舱的冷却剂泄漏意味着他们不得不在国际空间站停留一年多。三人最终返回地球，在太空中度过371天后于2023年9月27日降落在哈萨克斯坦。
卢比奥打破了此前由美国宇航局宇航员马克·范德·黑在2021-2022年(355天)和斯科特·凯利在2015-16年(340天)创造的记录。然而，卢比奥在某种程度上落后于全球记录保持者——已故宇航员瓦列里·波利亚科夫，他在1994年至1995年期间在俄罗斯和平号空间站上度过了437天。
一颗逃逸的恒星正从密集的星团中喷射出来。(图片来源: 和田智宏/四维数字宇宙项目(4D2U)，日本国家天文台/科学杂志/美国科学促进协会)
今年7月，天文学家仔细研究了欧洲航天局盖亚卫星收集的恒星运动数据，发现了有史以来逃逸最快的恒星。
六颗新的超高速恒星被发现，其中两颗-编号为J0927-6335和J1235-3752 -是有史以来最快的，分别以每秒2,285公里(510万英里)和每秒1,694公里(380万英里)的速度在太空中奔跑。从这个角度来看，J0927-6335可以在一小时内绕地球运行694圈——没有克里斯托弗·里夫斯的超人那么快，但仍然很快。
这些恒星是白矮星，是类太阳恒星的核心，已经停止了内在的聚变反应，膨胀掉了外层，并消失了。天文学家怀疑这两颗白矮星曾经属于双星系统，在双星系统中，白矮星的伴星在一场灾难性的超新星爆炸中爆炸，给了白矮星一个强有力的打击。
哈佛-史密森天体物理中心的卡里姆·艾尔-巴德里告诉太空网说:“这些恒星非常特别，它们的运行速度比银河系中的普通恒星快得多。”“它们比银河系逃逸速度快，所以很快就会被发射到星系间空间。”
艺术家对一个由超大质量黑洞驱动的类星体的构思(图片来源: 欧洲南方天文台O/M)/科恩梅塞尔)
作为有史以来最昂贵的望远镜，詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)经常打破新的天文记录，其中最突出的是发现了宇宙中最遥远的超大质量黑洞，可见一斑。
它在一个名为CEERS 1019的星系中发现了这个黑洞，我们看到它大约存在于133亿年前(大爆炸后5.7亿年)。这个黑洞的质量大约是太阳质量的900万倍，是我们银河系中心超大质量黑洞的两倍。
CEERS是“宇宙演化早期释放科学”的缩写，它代表了一个研究项目，旨在利用JWST的力量，识别宇宙中最遥远的星系。CEERS团队也在研究更遥远星系中的其他几个候选黑洞，但尚未得到证实。这些超大质量黑洞是如何形成并快速增长的，这是一个谜。黑洞之所以能被观测到，是因为它们正贪婪地从周围明亮的热气盘中吸取能量。
在CEERS 1019的例子中，星系看起来形状不规则，有三个明亮的团块，可能是由于两个或更多星系之间的碰撞导致大量物质被送入黑洞而导致的畸形。
罗切斯特理工学院的杰汉·卡尔塔特佩在一份声明中说:“星系合并可能是推动这个星系黑洞活动的部分原因，也可能导致恒星形成增加。”
然而，如果这个黑洞确实是从一个小型的恒星质量黑洞开始的，那么它似乎还没有足够的时间成长到900万太阳质量。相反，科学家们推断，黑洞一定是从一颗大种子开始的，它的质量可能是太阳的数万倍。这颗潜在的种子在一团巨大气体云的直接引力下坍缩。目前，这只是一个理论，但JWST的观测正使我们更接近答案。
詹姆斯·韦伯太空望远镜探测到迄今为止最遥远的活动超大质量黑洞
棕矮星ISO-Oph 102。(图片来源: 阿尔玛(.欧洲南方天文台/日本国家天文台/美国国家射电天文台)/数字化巡天。致谢: 大卫·德·马丁)
并不是每一个新的天文记录都必须是最大的或最远的。在尺度的另一端，JWST发现了迄今为止发现的最小的褐矮星，它的质量只有木星的三到四倍，与一些行星的大小相同。
天文学家使用JWST在星团IC 348中发现了这颗褐矮星，以及其他质量不到木星8倍的褐矮星。IC 348是在1000光年外的英仙座分子云中发现的。
“你会在每一本天文学教科书中发现一个基本问题，最小的恒星是什么?”这就是我们试图回答的问题，”宾夕法尼亚州立大学的凯文·鲁曼在一份声明中说。鲁曼是12月13日发表在《天文学杂志》上的一篇描述棕矮星发现的论文的主要作者。
褐矮星通常被称为失败的恒星，因为它们像恒星一样是由气态星云直接合并而成的，但它们的体积小意味着它们没有足够的质量在核心产生氢核聚变所需的温度——氢核聚变是恒星的标志。(不过，有些褐矮星确实能在短时间内实现氘的聚变。)
这颗破记录的褐矮星不可能是一颗在恒星周围的圆盘上形成的流浪行星，因为它(和IC 348本身)只有大约500万年的历史。这段时间不足以让气态巨行星以常规方式在恒星周围形成，然后被喷射到太空深处。
詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了一颗不应该存在的破记录的“失败的恒星”
(图片来源: 美国地球物理联合会/范﹒伊顿等人 (2023)/ 地球物理研究快报)
2023年夏天的一项新研究发现，2022年1月15日，洪加东加-洪加哈阿帕伊火山的爆发产生了创记录的雷暴，雷暴持续了11个小时，覆盖了240公里(150英里)宽的巨大区域。
这座火山于2021年12月首次活跃起来，但一个月后的爆炸性喷发才成为头条新闻。它产生了有史以来最强大的大气爆炸，更不寻常的是，因为喷发的源头，火山的火山口，位于水下150米(500英尺)。
火山喷发每秒喷出50亿公斤的物质，形成了58公里(36英里)高的羽流。
美国地质调查局的亚历克萨·范·伊顿在接受太空网采访时说:“理论上，羽流的高度和喷发速度是有限制的，而亨加汤加火山的喷发把它们都打破了。”
随着烟羽在海面上逐渐升高，形成了巨大的圆顶状云。而且，当溢出的羽流物质落在云上时，产生了压力波，形成同心圆。在这些波纹中，充满了火山爆发的水下性质和电离的火山灰形成的带电冰晶，闪电被观察到——高峰时每分钟闪2600次，在11个小时内总共闪了192000次。
范·伊顿总结了这一新的闪电记录是多么得极端，他说:“我们从未见过高海拔地区闪电的绝对速度如此之快。”
BY:Keith Cooper
FY:Jane
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