2015年的十个天文学故事

□ 高 爽



2015年的十个天文学故事

□ 高 爽

2015年已经过去，在这一年里，人类在天文学上又取得了很多突破。全球的天文课题组做出了许多新发现，新的模型被提出，旧的参数被修正，曾经的理论被验证或是被弃用，前人的猜测被证实或是被推翻，方法和技术不断革新，我们对宇宙的认识也进一步加深。

今天介绍的十个天文学故事，无一例外地都为我们打开了新的“世界”——过去的小小光点得以变成眼前真切的世界，过去丢失了的荣耀可以重新找回，过去不经意间的质疑成为今天的热门话题，过去百思不得其解的疑难杂症可以用最简洁的方法尝试突破……聆听这些故事也都需要等待的耐心，它们不是终点的旗帜，全部都是启程的号角。在它们之后，还会有一个接一个的更加深入的探索发现涌现出来。这就是天文学有意思的地方，这就是我们这个时代最奢侈的地方——我们可以用如此高的花费和耐心，去满足好奇心，去打开一个一个新世界。

新视野号为我们传回了迄今为止最清晰的冥王星图像，地表的心形清晰可见。图片来源：N ASA/JH U APL/Sw R I

NO.1 新视野号飞越冥王星

9 年和30分钟，前者是后者的十几万倍。为了30分钟的近距离探测冥王星和它的卫星，新视野号孤独飞行了9年，让我们等待了9年。一个在望远镜里才能看见的暗淡无奇的小光点，在9年之后变成天文学家眼前的一整个世界。不，不仅仅是天文学家的眼前。这个怀抱心形图案的“萌王星”刷遍了全世界人们的屏幕。曾经，那个遥远的冰封世界被命名为地狱冥王，而今天，我们可以有机会通过新视野号的近距离飞掠，看清它的真实面容。

虽然，新视野号没有发现冥王星存在光环，也没有发现更多的冥王星卫星，但它探测到的冥王星的地表细节和地质活动，大大地震惊了人们。冥王星有着丰富的地质化学活动，它并不是死寂沉静，而是非常活跃！这是人类第一次走近冥王星世界，所以这仅仅是一个开始。新视野号除了一系列科学探测设备之外，还携带了一盎司重的克莱德•汤博（Clyde Tombaugh）的骨灰。人们用这种方式，让冥王星的发现者靠近了他曾经发现的世界。

花上7亿美元，9年时间，只为了看上你一眼。值得。

NO.2 火星上的水

对于火星上的水，人们耗费多年心血孜孜不倦地寻找着，这甚至让一部分大众一度怀疑是否真的存在。可就在2015 年10月，基于火星勘测轨道飞行器（Mars Reconnaissance Orbiter）做出的一系列研究发现表明，我们明白无误地找到了它。

“季节性的流动的液态水”此时此刻就存在于火星的表面。这句话翻译成所有人都听得懂的、但似乎不那么科学和精确的语言来说，那就是：“火星上有一条河！”这当然不是一个完全科学正确的描述，但却比“季节性的流动的液态水”更容易让人兴奋起来。

对火星上水的研究，对水与火星大气、表面环境的相互作用的分析，将帮助我们理解火星的历史和现状。它为什么变成了一个沙尘暴肆虐的悲惨世界？它是否曾经生机盎然？生命的种子是否曾经在这里萌发？一个问题胜过一个问题让我们心怀好奇心与难以忘怀的敬意。而令人欣喜的是，在2016年就有两个新的火星探测器即将升空，其后还有6项火星探测的太空任务已经蓄势待发！

图中是火星地表的小型沟壑，最新研究表明，这可能是火星表面的液态水流造成的。图片来源：N ASA/JPL-C al t ech/U ni versi t y of Ari zona

NO.3 黏黏的暗物质

我们过去只知道暗物质有自身的质量，会在空间中产生引力作用。也正是由于这样的性质，让我们相信暗物质是存在的。但除此之外，我们近些年似乎对暗物质的认识进展缓慢。它们由怎样的物质或粒子构成？它们与正常物质还有没有引力之外的相互作用？暗物质之间有着怎样的联系？

2015年的研究突破了过去的懵懂无知。有人搞了一个大新闻：成团的暗物质正与另一团暗物质相互作用着。距离我们13亿光年远的阿贝尔3827星系团的中心区域发生了星系碰撞。利用引力透镜的原理，天文学家观测了星系周围的暗物质分布。它们发现至少有一个暗物质团偏离了它本该围绕着的星系5000光年远，这是因为它受到了另一个更大的暗物质团块的作用。

虽然过去的宇宙学和暗物质理论还十分不完善，但天文学家比较普遍相信的冷暗物质模型认为暗物质粒子不会产生相互作用。2015年的这一新观测证据表明，虽然微弱，但暗物质之间存在着不容忽略的相互作用。冷暗物质模型，似乎处境不妙了。这是人们第一次测量暗物质本身的相互作用。未来，暗物质将呈现给我们什么样的新的知识，我们谁也无法预料。

图中是阿贝尔 3827星系团中发生碰撞的四个星系，其中蓝色的等高线标识了其附近暗物质团块的密度分布。图片来源：ESO/R M assey

艺术家绘制的开普勒452b想象图。图片来源：N A S A A m es/ JPL–C al t ech/T Pyl e

NO.4 地球2.0

越是体型庞大的系外行星（比如木星尺寸的行星），就越是容易被发现。它们巨大的质量容易引起母恒星的明显运动变化，它们巨大的个头也容易遮挡住母恒星的光芒，但它们一般不太可能孕育出生命。寻找地球尺寸的系外行星，才是寻找生命摇篮可能性更高的方向。

开普勒空间望远镜在经过了多年观测、定位系统损坏等一系列等待之后，2015年发现了迄今为止最像地球的系外行星，名为开普勒452b。它比地球大60%，距离母恒星的远近恰到好处，温度适宜，具有存在液态水的条件。而且那颗母恒星也十分接近我们的太阳。

这个位于天鹅座的开普勒452系统，距离我们大概1400光年。不过，我们今天还无法确切地知道关于这颗行星的更详细信息。它的大气层是什么样的成分？它有着怎样的地面景观？它是否会因为比地球年老，而已经丧失了优良的自然环境？这一切我们目前都只能猜测。就连行星内部是否真的是岩石结构，都遭到了一些研究者的质疑。

但无论如何，大幕刚刚掀开，一个神秘的舞台就在前方。越来越多的系外行星正在被发现，我们对“世界”的认识正在被刷新。

图中是2015年由哈勃空间望远镜拍摄到的旋涡星系M 94，它的内部还在形成着恒星，但许多其他星系已经停止了恒星形成的过程。图片来源： ESA/H ubbl e& N ASA

NO.5 星系大罢工

恒星在星系中形成，需要足够的气体和适宜的环境。但今天看到的星系中已经不像过去那样有着丰富的恒星形成了。本该持续孕育恒星的星系为什么会罢工？

在2015年，多个课题组从不同的角度给出了各自的答案。有团队认为，星系团中的气体温度太高，来不及冷却塌缩形成恒星。又有团队指出，热气体还会阻碍星系间的冷气体进入，这也会对恒星的产生造成影响。而且，黑洞也可能起到了一定的作用。来自黑洞的喷流和辐射，会把原本的气体吹开，让脆弱的恒星形成环境难以保持。新的观测证据已经证明了黑洞的作用。另一方面，在过去一段时间里，大量的旋涡星系合并成为椭圆星系。合并的过程消耗了大量盘上的气体，使得基本的恒星形成原材料消耗殆尽，所以也无法再产生新的恒星。

在观测证据还不够丰富的情况下，多种不同的理论相互争论。为了解释星系大罢工的现象，天文学家们使出浑身解数。这是一个老问题，但有着新思路。哪怕是恒星形成这样最基本的天文学问题、最经典的物理学过程，也充满了不确定性，这是天文学的魅力所在!

NO.6 第一次亲近谷神星

2015年春天，曙光号小行星探测器在结束了对灶神星的探测之后，进入了环绕谷神星的轨道。

谷神星是小行星带上最大的天体，但从未被近距离地研究过。曙光号对谷神星拍照发现，谷神星表面有一个明显的斑点，远远超过周围的亮度。这一斑点为何会如此明亮，目前还没有一个清晰的答案。最近的推测表明，亮斑处可能有盐的沉积物，所以反射了更强的阳光。当然，更进一步的研究结果还需要时间和耐心等待。

奥卡托（O ccator）环形山以及其中的神秘亮斑。图片来源：N A S A/JP L–C altech/U C LA/ M PS/D LR/I D A

NO.7 小猎犬2号，是你吗？

2003年欧洲空间局的火星快车任务上，搭载了英国的火星登陆器小猎犬2号。小猎犬2号成功地脱离火星快车，并且着陆到火星表面。但是，它没能响应其后的指令。2004年2月，欧洲空间局宣布，我们与小猎犬2号失去联系。

小猎犬2号部分展开的太阳能板反射出的亮斑，帮助科学家们在火星上找到了它的位置。图片来源：N A S A/JP L–C al tech/U ni versi ty of Ari zona/U ni versi t y of Lei cest er

十多年过去了，人们已经忘记了这个失败了的项目。小猎犬2号停留在火星表面，彻底失联。可就在2015年1月16日那天，欧洲空间局成员在分析火星勘探者号拍摄的照片的时候，发现了小猎犬2号的踪迹。随后一连串的分析表明，小猎犬号成功着陆，并没有在着陆过程中烧毁和撞毁。十多年来，它一直停在着陆点一动不动，就在火星赤道附近的伊希地平原。照片显示，小猎犬2号的太阳能板没有完全打开，降落伞落在一旁，通讯天线就在太阳能板下方，却一直没能与地球取得联系。

终于，12年后的今天，我们利用高分辨率照片终结了曾经的纷争。小猎犬2号一切顺利地登上了火星表面。仅仅因为太阳能板展开得不够充分，才导致了失联。因此，小猎犬2号成了第一个由欧洲发射并控制的成功登上火星的探测器。

因为人类的一点点技术失误，让你孤零零地停靠在最初的地点。小猎犬2号，你还好吗？

图中是艺术家绘制的名为W I SE J224607.57-052635.0的星系，这是迄今为止发现的最亮的星系。图片来源：N ASA/ JPL–C al t ech

NO.8 宇宙中最亮的星系

2015年，宇宙中最亮星系的纪录被刷新了。新发现的这个遥远星系，是我们银河系亮度的1000倍。美国宇航局的广域红外巡天探测者（WISE）发现的这个最亮的星系，为什么直到2015年才进入人们的视线呢？最重要的原因是，这个星系过于遥远。来自它的光芒到达我们的眼中，其过程中要穿越数不清的星际介质和星系际介质。介质中的气体和尘埃，阻挡了大部分星光的到达。只有WISE这样的设备，才可以在红外波段看到被气体和尘埃阻挡后残存的星光。

那为什么它会如此明亮？答案只有一个。它的中心和银河系一样有着一个巨大的黑洞，但它的黑洞是银河系中央黑洞质量的数千倍。黑洞吸引着周围物质落入自己体内，在此过程中向外辐射出巨大的能量，甚至照耀了遥远的我们。

NO.9 罗塞塔号探测彗星

罗塞塔号探测器2004年升空，一路追赶，在2014年底的时候终于达到了丘留莫夫-格拉西缅科彗星的身边，并且成功地释放了菲莱号着陆器。通过探测器对彗星表面喷发出来的水和尘埃，以及丰富的氧元素的探测，科学家发现它们具有太阳系形成初期的重要特征，这给我们提供了认识太阳系早期形成环境的宝贵机会。

但是由于菲莱号实际着陆的位置不太容易照到阳光，所以无法用太阳能板进行充电，所以在2014年11月它就耗尽了所存电量，进入了深度休眠。在2015年6月14日和16日我们再次收到了菲莱号的声音！但是，在此之后，菲莱号就杳无音讯了。

目前，我们已经了解到，彗星不存在磁场，彗星中有着丰富的水。这些水和地球上的水是否完全一样？彗星会不会是携带生命种子的天使？还有更多的问题等待我们去破解。

这是罗塞塔号发回的丘留莫夫-格拉西缅科彗星图片。图片来源：ESA/R oset t a/N AVC AM

像太阳这类恒星中的原初锂元素，在恒星本身的演化过程中被拉向恒星高温的内部，最终消失了。图片来源：N A S A/S ol ar D ynam i cs O bservat ory

NO.10锂，都去哪了？

根据传统理论预测，宇宙本该给我们呈现更多的锂。在过去几十年间，科学家都困惑于宇宙诞生时已经形成的锂元素到哪里去了。锂元素是宇宙大爆炸之初就已经产生了的为数不多的几种元素之一。然而，在现有的恒星（例如我们的太阳）上找到的锂元素，也远远少于宇宙初期诞生的锂的数量。

这种缺失意味着，宇宙诞生的整个理论都有问题；或者，还有更加丰富的恒星理论还不为人所知。意大利高等研究院（SISSA）的研究人员发现，锂元素的疑难，要归咎于恒星自己。在恒星形成的过程中，内部分区会逐渐变化。原本处于对流层的锂元素会被拉进下方的更高温度的辐射区里。在那里，过高的温度会摧毁锂元素。因此，是恒星幼年时的不稳定的变化过程，让脆弱的锂元素遭受了高温的折磨，最终消耗殆尽。我们今天在恒星上发现的锂元素，几乎完全来自恒星后来从空间中吸收的尘埃。另外，领导这个研究团队的是一个中国学生，她是正在SISSA完成博士学业的符晓婷。

（责任编辑 冯）