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宇宙学的开始和终结

大爆炸宇宙学大获全胜，但也危机四伏。在道格拉斯·亚当斯（Douglas Adams）的《宇宙尽头的餐馆》中，客人们会在早餐前经历6件不可能的事情。在过去的十几年里，宇宙学家们似乎已经任务完成过半了。发现一：暗物质。星系自转的速度超出了发光物质引力所能掌控的程度，因此宇宙中80%以上的物质是以一种迄今尚未被我们看见和探测到的方式存在的。发现二：暗能量。出乎所有人的意料，宇宙的膨胀正在加速，因此…
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星辰使者21年4月27日
从车里雅宾斯克事件到通古斯之谜

2013年初在俄罗斯上空爆炸的一颗流星最终会有助于解释是什么在1908年夷平了数以百万计的树木。 1908年6月，一个宁静的星期二，时间刚过早上7点，一个耀眼的火球划过了西伯利亚的天空。几分钟后，巨大的爆炸推到了80万棵树木，站在距其60千米远地方的人也被掀翻在地。这是一场外星人混战的最终结果，一艘飞船在半空中被摧毁，而其他的飞船则返回并消失在了太空中。 79岁的退休俄罗斯物理学家维克多·茹拉夫廖…
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星辰使者21年4月27日
刺破相对论的星光？

来自遥远星系的奇怪信号也许会在爱因斯坦的时空理论中引发动荡。我们生活在一个不可见的景观之中：虽然无法直接感知它，但我们却可以确定我们所能看到和做到的。从绕太阳公转的行星、到飞向月球的火箭、再到不小心掉到地上的铅笔，这个景观中的每一个物体都遵循其潜移默化的规律。每一次我们负重上山或者上楼时，都在与之对抗。这就是时空景观：物理宇宙的基本结构，抑或就是现实本身。虽然我们看不到它的跌宕起伏，但我们却能…
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星辰使者21年4月27日
Ultima Thule：太阳系的新边疆

2015年8月底，就在完成冥王星系统的历史性飞掠之后，新视野号小组向NASA提交了下一步的考察方案——让探测器在2019年的第一天抵达一个名叫2014 MU69的目标，以实现与柯伊伯带小型天体的第一次近距离交会。其实早在新视野号立项之初，任务计划就已经明确指出要一次性造访冥王星与另一个柯伊伯带天体（KBO），以进一步了解太阳系外围的多样化生态；探测器本身也被设计成可以至少持续工作数十年、能够在冥王…
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奇点无序度张力21年3月16日
CubeSat的概念

通常来说，建造并发射卫星都是耗资巨大的活动，只有政府或者资金雄厚的研究机构才有可能染指，普通人无缘参与其中。不过由加州州立理工大学以及斯坦福大学在上世纪90年代末提出的微型卫星CubeSat概念的提出在很大程度上改变了这一状况。CubeSat有多小？一般来说，它的标准体积单位恰好是1升，为边长10厘米的立方体（1U），其质量不超过1.33千克。由于结构简单体积小巧，其设计和建造难度也大大降低。Cu…
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奇点无序度张力21年3月16日
重审外太空边界的定义

地球大气与外太空的边界应该如何划分？至少在地球磁层之内，随着高度的增加，空气的密度只是逐渐降低的，所以这个问题并不是很容易回答。如今按照国际航空联合会所采纳的定义，位于地球大气热层顶部、高度100千米的卡门线（Kármán Line）被视作太空的边界。顾名思义，卡门线得名于著名的匈牙利裔美籍工程师Theodore von Kármán，他率先计算出了气动力学能够支持航空器飞行的最大高度。我们知道，…
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奇点无序度张力21年3月16日
TESS：寻觅万千行星

对于系外行星的搜索来说，NASA在2009年发射的开普勒空间望远镜可谓居功甚伟。9年来，它以上千颗被确认的系外行星外加更多的候选体，彻底革新了我们对异星世界的认识；更不要提的是它还发现了第一颗地球级行星、第一批位于宜居带内的超级地球，估算出了拥有宜居带类地行星的类太阳恒星比例，甚至记下了超新星的极早期光学激波突破以及爆发期间的完整光变行为。但是虽然开普勒已经取得了累累硕果，在2013年之后更是巧妙…
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奇点无序度张力21年3月16日
第一颗地球尺度的系外行星

Michele Johnson 译自NASA，2011年12月20日加州莫菲特场讯——NASA的开普勒探测器发现了第一对太阳系以外环绕类太阳恒星运转的地球级行星。这两颗行星分别名为开普勒-20e与开普勒-20f，它们距离主星过近，并没有处在允许液态水存在于行星表面的宜居带之内，不过它们是迄今证实的环绕类太阳恒星运转的系外行星中最小的两颗。这一发现是朝向搜索类地行星终极目标迈进途中的另一个重要里程…
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奇点无序度张力21年3月16日
极紫外探测器：管中窥探宇宙

专门进行紫外波段的天文卫星数量不算太多，但也还是有过轨道天文台（OAO）2号与3号、国际紫外探测器（IUE）、星系演化探测器（GALEX）等若干成功的例子。这些卫星的研究目标是宇宙中最炽热活跃的天体，它们的辐射能有相当一部分是以紫外光的形式释放出的。不过最极端的极紫外波段却是个例外。由于星际介质对极紫外辐射普遍不透明，印象里没有哪颗卫星专事此方面的研究，就算是空间极紫外仪器，也都是以太阳（至少是太…
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奇点无序度张力21年3月16日
SOHO：守望太阳20年

中微子振荡是当前粒子物理研究的一个热门话题。自20世纪60年代末起，设在美国南达科他州霍姆斯塔克（Homestake）金矿井下的四氯化碳中微子探测器开始测量太阳中微子，并发现中微子实际流量只有理论值的三成左右，由此对太阳（以及所有恒星）的结构模型提出了严峻挑战。因为这些中微子据信是起源于太阳发生核聚变反应的中心区域的，而中微子流量与产能速率直接相关。观测上如此显著的中微子亏缺只能源自两种可能性——…
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奇点无序度张力21年3月16日
罗塞塔号的彗星一年

2014年8月6日，欧洲空间局的罗塞塔号彗星探测器成功与67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星会合，成为史上第一架遭遇彗星又伴随后者一路运行的航天器，此时距离2004年春季的发射已经过去了将近10年半。在这段漫长的征程中，罗塞塔号经历了3次地球飞掠、1次火星飞掠、2次小行星会合、5次绕行太阳、两年半的深空沉眠，然后是一系列复杂的变轨机动，最终才得以与这颗小而奇特的彗星相逢。如今罗塞塔号已经在彗星上度过了…
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奇点无序度张力21年3月16日
CALISTO：远红外空间望远镜的设想

由于大气中的水蒸汽会吸收来自天体的红外辐射，相当一部分重要的红外观测都是在太空中进行的。当前仍旧在工作中的斯皮策空间望远镜以及若干年后即将升空的詹姆斯·韦布空间望远镜都是红外空间天文观测的翘楚，它们的开发背景也正是为了回避大气的吸收。不过这些已有或即将入役的仪器重点大抵是中近红外观测，在波长大于25微米的远红外波段，它们的性能就要下降很多了。但是为了全面研究宇宙的演化和产星历史，远红外波段又是不得…
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奇点无序度张力21年3月16日
环绕拉格朗日点的轨道

在当代天体力学以及航天工程中，本人最不能理解的东西要数环绕拉格朗日平动点的轨道了。对于圆形限制性三体问题而言，拉格朗日点明明只是几个只具备数学意义但并无物理实体的点，但事实就是目前已有多架航天器环绕过或者正在环绕日地系统的这几个点运行。虽说自己的天体力学知识还仅限于本科所学的两门基础课程，要想深入探讨这类轨道还不够格，不过实例见得多了，还是忍不住考证一番相关背景，写上一篇简介。严格来说，当前这些航…
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奇点无序度张力21年3月16日
业余空间望远镜之梦

自从进入太空时代以来，业余爱好者对空间技术的兴趣就一直没有衰减过，站里之前提到过的CubeSat就为越来越多的普通人提供了触摸太空的机会。最近偶然读到一篇介绍，内里提到上世纪80年代末的一个大胆设想：建造业余空间望远镜。虽然这一计划至今尚未变成现实，现在看来也是颇有启发性的。故事的背景始于哈勃空间望远镜（当时还只是叫做空间望远镜）计划的开启以及航天飞机的入役。为了扩大航天飞机的公众知名度，NASA…
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奇点无序度张力21年3月16日
月基天文观测的早期尝试

自从20世纪60年代人类发射的探测器第一次造访月球以来，月面作为天文台选址就正式成为了讨论的话题。由于远离大气的干扰，在这里架设天文观测设备的可能性是非常吸引人的。早年曾有过多架探测器尝试过月基天文观测，并取得了不同程度的成功。前苏联在1970年11月发射的月球车1号搭乘月球17号探测器抵达月面，成为最早的月球车兼最早的行星际探测车，同时它也是月基天文观测的先驱者。它所携带的天文仪器是一台名为伦琴…
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奇点无序度张力21年3月16日
ISEE-3的35年传奇

它曾经是第一颗环绕拉格朗日点运行的卫星。它曾经是监视太阳风与地磁场的前哨。它曾经是第一架近距离交会并研究彗星的探测器。现在，它再度飞掠地球，并有望重返拉格朗日点……故事听起来近乎幻想，但这却是1978年8月发射的ISEE-3（国际日地探测器-3）的真实经历。这架圆筒形探测器最初的任务是与同期发射的母子探测器ISEE-1以及ISEE-2一道研究地球磁层和太阳风的相互作用，并给出地球磁场弓形激波的结构…
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奇点无序度张力21年3月16日
说说气凝胶

前些天跟gerry讨论Universe一书的校对，提到了隼鸟号探测器采集小行星样本的经过，由此就引出了为何不使用气凝胶的问题，因为更早的星尘号探测器采集彗星样本时就是借助气凝胶的，采集效率很高，如果隼鸟号也用了类似的方法，恐怕就不会只收集到那一点点小行星尘粒了。当然隼鸟号没有用到这一材料可能是出于技术方面或者样本特性的考虑，具体原因也不在本文讨论范围之内，不过气凝胶这东西本身还是相当神奇的，值得一…
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奇点无序度张力21年3月16日
形状记忆合金这种东西

顾名思义，形状记忆合金可以以某种方式“记住”定型时的形态。在随后的使用中，不论如何变形，在满足一定条件后，即可恢复原态。由于这种特殊的性质，记忆合金广泛用于航天、医疗、工业等领域。通常恢复原态的条件是加热到临界温度。比如下图这根金属丝，将其展平后，只消浇上热水，就可以恢复“I need you”的字样。本人在初中时在一个偶然机会下将这玩意搞到手，之后一直拿它当书签用，绝无变形的顾虑（呃，当然前提是…
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奇点无序度张力21年3月16日
苏俄火星探测史

说到火星探测，一般人们都会想到美国发射的那些著名的探测器，从水手4号开始，一直到最新的好奇号火星车；另外可能还会提到欧洲空间局的火星快车号。其实作为又一航天大国前苏联（以及现在的俄罗斯）也向火星发射了大量航天器。由于火星探测本身所需要的多次变轨、长持续时间以及远距离飞行，任何微小的差错在途中都可能累计起来酿成大祸，其难度可想而知。或许早年部分出于冷战期间太空竞赛的匆忙，当代则是缺乏成功经验以及资金…
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奇点无序度张力21年3月16日
金星登陆史

金星是太阳系中大小和质量最接近地球的行星，也是地球最近的行星邻居。但是它的面貌与地球截然不同，其上硫酸云遍布且温度和气压甚高，因此登陆其上的探测器要面临严峻的考验。登陆金星的任务主要是由前苏联的金星（包括顺路探访哈雷彗星的维加1号和2号）系列探测器实现的。金星计划始于1961年，最早一批探测器包括于1961年飞掠金星的金星1号，还有因发射失败并未正式被赋予金星序列号的1VA原型机、金星2MV-1、…
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奇点无序度张力21年3月16日
GeV天文学小史

GeV伽玛射线应该算是需要在太空研究的电磁辐射最高能段了。对于能量更高的TeV光子来说，由于流量低且可以发生大气簇射，通常是使用地面切伦科夫望远镜进行观测的。GeV天文学往往与最剧烈最极端的天体活动相关，意义不言自明。不过可能是由于高能伽玛射线探测器的重量以及技术难度的原因，携带有专门的GeV观测仪器的天文卫星并不很多。尽管如此，这几颗卫星还是获取了丰硕的成果，将宇宙最狂暴的一面展现在众人面前。O…
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奇点无序度张力21年3月13日
帕克探测器：触及太阳

既然身居太阳的势力范围之内，太阳系中的大小天体都无法摆脱这颗中央恒星的影响。太阳的引力将周边天体束缚在各自的轨道上，它所发出的辐射又为行星和卫星提供了光和热。实际上，从某种意义上说，我们就是在太阳物质的包围之中生活的——从太阳表面流出的等离子体流（太阳风）足足延伸到了上百天文单位之外甚至更远处，一路塑造着空间天气的变化起伏，同时也改变着浸没其中的行星的周边环境，常年盘旋在地球（以及其他行星）南北磁…
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奇点无序度张力21年3月13日
费米LAT数据处理初体验·入门篇

费米伽玛射线望远镜的官方数据处理软件叫做Fermi Science Tools，最近得到机会尝了一下鲜，算是把LAT数据处理的整个过程摸索了一遍，于是将主要步骤和心得总结备考。由于内容较多，这次先介绍基本的数据处理步骤，至于比较麻烦的光谱分析则留给后文解决。其实跟HEAsoft比起来，Fermi Science Tools的整人程度要差得远，首先安装上就要简单快捷许多。先从这里下载当前的版本，解压…
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奇点无序度张力21年3月13日
从依巴谷到依巴谷卫星

从依巴谷到依巴谷卫星生于公元前2世纪的古希腊天文学家依巴谷（Hipparchus）是天体测量学的先驱者，也是方位天文学和球面三角学的奠基人。在他一生作出的众多成果中，最重要的就是编制了依巴谷星表，其中包括1025颗（又说1080颗）恒星的数据，这可以看作是系统、科学地进行天体测量工作的起始。限于当时的技术条件，这些数据精度很低（位置数据精度大约为1度），但这丝毫没有影响该星表里程碑式的意义。<…
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奇点无序度张力21年3月13日