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 01 今晚8点20分 美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜将发射北京时间今天（12 月 25 日）晚上 8 点 20 分，美国宇航局的詹姆斯·韦伯（James Webb）太空望远镜将被发射。在经历了漫长的意外延误和挫折之后，天文学的下一次伟大飞跃终于要实现了。现在，它被折叠在法属圭亚那的“Ariane 5”火箭的顶端，经历着它在地球上的最后日子。 NASA TV直播地址：http://t.cn/RIypRxN B站转播地址：http://t.cn/R4NswY6 文末阅读原文访问B站直播  詹姆斯·韦伯太空望远镜是有史以来发射到太空的最大望远镜，昆士兰大学的研究人员将用它来观察小行星和新生行星，以及遥远星系中的黑洞。昆士兰大学天体物理学家 Benjamin Pope 博士表示，他对詹姆斯·韦伯望远镜的能力感到兴奋，它被广泛认为是 1990 年发射的著名的哈勃太空望远镜（HST）的“继任者”。如何观看你可以在 NASA TV 观看直播过程，时间是北京时间今天（12 月 25 日）晚上 8 点 20 分。以下是世界各地的时间：美国：太平洋时间上午 4:20/东部时间上午7:20巴西：上午 9:20（联邦区）英国：下午 12:20南非：下午 2:20俄罗斯：下午 3:20（莫斯科）阿拉伯联合酋长国：凌晨 4:20印度：上午 5:50中国：晚上 8:20日本：晚上 9:20澳大利亚：澳大利亚东部时间晚上 11 点 20 分  韦伯空间望远镜 将是Arianespace发射的第28个科学任务。简单罗列下韦布的发射时序，T+2分21秒，固体推进器(EAP)分离；T+3分26秒，整流罩分离；T+8分47秒，一级和二级火箭分离；T+24分53秒，韦布进入轨道；T+27分7秒，韦布和二级火箭分离。   韦伯望远镜是美国宇航局、欧洲航天局和加拿大航天局的一个联合项目，是工程和技术上的一个了不起的壮举。该望远镜配备了有史以来在太空飞行的最大的天文镜，复杂的新科学仪器，以及一个网球场大小的遮阳板。Ariane 5 火箭是世界上最可靠的运载火箭之一，为准备和发射韦伯望远镜进行了特殊的修改。韦伯将成为未来十年的首要天文台，为全世界成千上万的天文学家服务。它将研究我们宇宙历史上的每一个阶段。  科学家为韦伯开发了一些创新技术。这些技术包括一个由 18 个独立部分组成的主镜，在发射后可以展开并调整形状。这些镜子是由超轻的铍制成的。韦伯最大的特点是一个网球场大小的五层遮阳板，可以将来自太阳的热量衰减100多万倍。  该望远镜的四个仪器--照相机和光谱仪--的探测器能够记录极其微弱的信号。其中一个仪器（NIRSpec）有可编程的微型开关，可以同时观测多达100个物体。韦伯也有一个低温冷却器，用于将另一个仪器（MIRI）的中红外探测器冷却到非常冷的7K，以便它们能够工作。韦伯是下一个伟大的空间科学观测站，旨在回答关于宇宙的突出问题，并在天文学的所有领域做出突破性发现。韦伯将更深入地观察我们的起源--从恒星和行星的形成，到早期宇宙中第一个星系的诞生。在太空的第一个月里，在前往第二个朗格朗日点（L2）的途中，韦伯将经历一个复杂的展开序列。这个序列的关键步骤是展开韦伯的遮阳板--一个五层的钻石形结构，有一个网球场那么大--和标志性的6.5米宽的镜子，由18个六边形的金色涂层镜段组成的蜂窝状图案。 02 科学家发现生命可能有在金星上制造适合它们生存的新环境“生活总有办法的，”伊恩·马尔科姆在1993年的《侏罗纪公园》中说的这句话非常有名，并且即便在现在似乎也仍然适用。根据一项新的研究，科学家指出，生命可能真的能在金星上找到它的生存方式。金星上的生命可能正在制造它自己的环境去年，研究人员宣布在金星的大气中发现了磷化氢。当时，研究人员称，这可能是金星上生命的一个可能迹象。因为这种无色无味的气体通常是有机物分解的结果。这是研究人员们过去在地球上见过的事情。但这一假设被证明是有点牵强的，因为填充金星大气的云层充满了二氧化碳。这意味着这些所谓的生命体必须对围绕它们的硫酸液滴有极强的抵抗力。不过现在，一项新研究进一步推动了金星上可能存在生命的假设。据MIT的科学家介绍称，大气中的硫酸可以被氨中和。虽然还没有完全证明，但科学家们认为，金星大气中可能存在氨气。这种信念则是基于Venera 8和20世纪70年代的Pioneer金星探测器任务所回收的数据。如果存在，氨会引发一长串的化学反应，从而使大气层适合生命体居住。这将使金星上的生命成为可能。实践是真正的检验  这项研究的论文共同作者、MIT的行星科学教授Sara Seager在本周的一份新闻稿中谈到了这项研究：“地球上有非常酸性的环境，那里确实有生命存在，但它跟金星上的环境完全不同--除非生命正在中和其中的一些液滴。”化学物质以某种方式使金星上的生命成为可能的整个想法是耐人寻味的。当然，如果这些研究人员想证明这一理论还有很多事情要做。事实上，这将需要对这颗星球进行另一次探测任务。值得庆幸的是，ESA和NASA都在计划未来15年左右的任务。但不管怎样，那是一个漫长的等待。现在，人们所能做的就是看看我们面前已经有的所有数据。如果大气层中的化学物质确实为生命开辟了道路，那么它可能为我们人类探索和了解太阳系中的行星打开全新的大门。 03 “改变游戏规则的”詹姆斯·韦伯太空望远镜将开创天文学的新时代“改变游戏规则的”詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）将于美国当地时间12月24日晚被送入太空，开始围绕太阳的150万公里的孤独轨道，以提供对不断扩大的宇宙的更清晰的看法。詹姆斯·韦伯太空望远镜是有史以来发射到太空的最大望远镜，昆士兰大学的研究人员将用它来观察小行星和新生行星，以及遥远星系中的黑洞。  昆士兰大学天体物理学家Benjamin Pope博士表示，他对JWST的能力感到兴奋，它被广泛认为是1990年发射的著名的哈勃太空望远镜（HST）的“继任者”。“JWST将极大地超越任何望远镜所能做到的--它将看到宇宙中最早的一些恒星，距离数十亿光年，”Pope博士说。“通过观察凌日的系外行星，它将测量它们的大气成分，并探测水和其他分子，这可能表明行星能够维持生命。”“它改变了我们观察行星、恒星、小行星和我们周围宇宙的方式。”  经过十多年的拖延，12月24日，该望远镜将由欧洲Ariane 5火箭从法属圭亚那发射升空，使天文学家比以往更接近遥远的星系。“像JWST这样的太空望远镜的主要好处之一是，它克服了天文学家面临的最大问题之一--大气层阻挡了他们对更广阔宇宙的观察，”Pope博士说。“这样一个强大的太空望远镜将使我们处于一些不可思议的发现的门口。”Pope博士将参与几个观察项目，包括“ kernel phase”项目，观察遥远的和难以看到的恒星和行星；并参与一个“光圈遮蔽”项目，研究行星在围绕恒星形成的瞬间，以及研究以比以往更清晰的方式观察小行星和矮行星的方法。“一个项目将使用JWST来研究褐矮星是如何形成的，由于我在我的论文中使用HST的数据做了一个类似的项目，我的作用将是使用非常相同的算法来分析JWST关于这些褐矮星的数据，”Pope博士说。“另一个项目将观测最重要的小行星--唯一的问题是它们太亮了，无法观测。为了处理这个问题，我们已经开发了一些方法，使其更容易观察这些‘太亮’的恒星，这涉及到一个高动态范围的图像处理模式--就像你在你的手机相机上使用的那样，以带出黑暗的阴影和明亮的亮点。”  昆士兰大学副教授Holger Baumgardt将利用JWST进行一系列的观测项目，旨在识别和研究遥远星系中的黑洞。“具体来说，我们将搜索附近星系中心的超大质量黑洞，” Baumgardt博士说。“我们的目的是了解黑洞的质量和承载它们的星系之间的关系，并了解这些超大质量黑洞是如何形成的。”Pope博士称，配备了JWST的深远能力后，天文学的未来看起来很光明，天文学的一些最重要的问题的答案触手可及。他表示：“JWST将使我们更清楚地了解我们自己的太阳系的起源，以及我们对银河系中其他奇怪和奇妙的行星系统的最好瞥见。” 04 设计寿命1年的嫦娥三号干了8年：月面工作100月昼2021年12月14日14时44分，嫦娥三号着陆器第100月昼唤醒成功，再次刷新了全球探测器月面工作时间的最长记录！2013年12月2日，嫦娥三号探测器在中国西昌发射中心搭乘长征三号乙运载火箭升空，陆续开展了“巡天、观地、测月”科学探测，完成了中国首次地外天体软着陆任务，实现了探月工程“绕、落、回”三步走的第二个战略目标。  嫦娥三号着陆器的设计寿命只有1年，但迄今已经工作了整整8年，期间还安全度过了14次月食。  如此成就，离不开地面长期管理团队夜以继日的悉心照料。比如在2017年10月1日，即将进行第48月昼唤醒的关键时刻，测站突遇大风袭击，供电线路中断，备份供电设备也无法工作，而且长期服役导致热控设备材质老化失效的风险愈发增大。如果不能及时进行唤醒设置，嫦娥三号着陆器的舱内设备温度将持续升高，可能引发物理性损伤，甚至导致两相流体回路管路破裂。长管团队立即准备了应急预案，联系测站，在实际唤醒时刻整整6个小时之后，终于恢复供电，成功接收到了遥测。另外，嫦娥三号着陆器位于零下180度的真空环境中，为此科研人员创新设计出了高性能、高技术的热控系统，还有数据管理、GNC、测控、电源等分系统，让着陆器有个温暖的“窝”。    对了，嫦娥五号任务也已经一周年了，一起来看看它的丰硕成果吧！  05 研究：地球和火星是由内太阳系物质组成的大型天体碰撞形成根据一项新研究，地球和火星是由主要源自内太阳系的物质形成的；这两颗行星的组成成分中只有百分之几源自木星轨道以外。由德国明斯特大学领导的一组研究人员于12月22日在《科学进展》杂志上报告了这些发现。  研究人员提出了迄今为止对地球、火星以及来自内太阳系和外太阳系的原始材料的同位素组成的最全面比较。其中一些材料今天仍然在陨石中发现，基本上没有改变。这项研究的结果对研究人员了解形成水星、金星、地球和火星的过程有深远的影响。他们认为这四颗岩质行星是通过积累来自外太阳系的毫米大小的尘埃卵石而成长到现在的大小的理论是不成立的。大约46亿年前，在我们太阳系的早期，一个尘埃和气体盘绕着年轻的太阳运行。有两种理论描述了在数百万年的过程中，内层岩质行星是如何从这种原始建筑材料中形成的。根据较早的理论，内太阳系的尘埃聚集成越来越大的块状物，逐渐达到我们月亮的大小。这些行星“胚胎”的碰撞最终产生了水星、金星、地球和火星等内行星。然而，一个较新的理论倾向于一个不同的成长过程：毫米大小的尘埃"卵石"从外太阳系向太阳迁移。在途中，它们被吸附到内太阳系的行星“胚胎”上，并一步一步地将它们扩大到现在的大小。这两种理论都是基于理论模型和计算机模拟，旨在重建早期太阳系的条件和动态；都描述了行星形成的可能路径。但是哪一个是正确的？哪个过程实际发生了？为了回答这些问题，在他们目前的研究中，来自明斯特大学、蔚蓝海岸天文台（法国）、加州理工学院（美国）、柏林自然历史博物馆（德国）和柏林自由大学（德国）的研究人员确定了岩质行星地球和火星的确切组成。该研究的第一作者、明斯特大学的Christoph Burkhardt博士说：“我们想找出地球和火星的组成成分是源于外太阳系还是内太阳系。为此，在两颗行星的外部富含硅酸盐的层中发现的微量稀有金属钛、锆和钼的同位素提供了关键线索。同位素是同一种元素的不同种类，只在其原子核的重量上有所不同。”  陨石作为参考科学家们认为，在早期太阳系中，这些和其他金属同位素并不是均匀分布的。相反，它们的丰度取决于与太阳的距离。因此，它们拥有宝贵的信息，说明在早期太阳系中某一物体的构件起源于何处。作为内太阳系和外太阳系的原始同位素清单的参考，研究人员使用了两种类型的陨石。这些大块的岩石一般是从小行星带，也就是火星和木星的轨道之间的区域找到它们的方式来到地球。它们被认为是来自太阳系初期的大部分原始材料。所谓的碳质球粒陨石，其含碳量可高达百分之几，起源于木星轨道之外，后来由于受到不断增长的气态巨行星的影响，才迁移到小行星带，而其含碳量更低的“表亲”，非碳质球粒陨石，则是真正源自内太阳系。对地球可触及的外岩层和这两种类型的陨石的精确同位素组成的研究已经有一段时间了；然而，对火星岩石还没有进行过类似的全面分析。在他们目前的研究中，研究人员现在检查了总共17块火星陨石的样本，这些样本可以被归入六种典型的火星岩石类型。此外，科学家们首次调查了三种不同金属同位素的丰度。他们首先对火星陨石样品进行粉化，并进行了复杂的化学预处理。通过使用明斯特大学行星学研究所的多收集器等离子体质谱仪，研究人员随后能够检测到微量的钛、锆和钼同位素。然后，他们进行了计算机模拟，以计算今天在碳质和非碳质球粒陨石中发现的材料必须被纳入地球和火星的比例，以便再现其测量的成分。在此过程中，他们考虑了两个不同的吸积阶段，以分别解释钛和锆同位素以及钼同位素的不同历史。与钛和锆不同，钼主要积累在金属行星核心中。因此，今天在富含硅酸盐的外层仍然发现的极少量的钼，只能是在行星生长的最后阶段添加的。研究人员的结果表明，地球和火星的外岩层与外太阳系的碳质球粒陨石没有什么共同之处。它们只占这两颗行星的原始材料的大约4%。明斯特大学的Thorsten Kleine教授博士说：“如果早期的地球和火星主要是从外太阳系吸积的尘粒，那么这个数值应该高出近10倍，”他也是哥廷根马克斯普朗克太阳系研究所的所长。他补充说：“因此，我们不能确认这个关于内行星形成的理论。”但是，地球和火星的组成与非碳质球粒陨石的材料也不完全一致。计算机模拟表明，另一种不同的建筑材料也一定在发挥作用。Christoph Burkhardt解释说：“根据我们的计算机模拟推断，这第三类建筑材料的同位素组成意味着它必须起源于太阳系的最内部区域。由于来自如此接近太阳的天体几乎从未散落到小行星带，这种材料几乎完全被吸收到内行星中，因此不会出现在陨石中。可以说，这是‘丢失的建筑材料’，我们今天已经无法直接接触到它，”Thorsten Kleine说。这一令人惊讶的发现并没有改变这项研究对行星形成理论的影响。Christoph Burkhardt总结说：“地球和火星显然主要包含来自内太阳系的材料，这与内太阳系大型天体的碰撞所形成的行星很吻合。” 06 天文学家发现有史以来最大“流浪行星”群天文学家刚刚发现了一个“流浪行星”（Rogue planet）的宝库。这些自由漂浮的行星不围绕恒星运行，而是孤零零地存在于太空的深处。由于质量与木星相当，在整个银河系发现的 70 多颗流浪行星是迄今为止发现的最大的此类“流浪”群体。  这些行星位于天蝎座和蛇夫座内，是通过地面和太空的一套望远镜发现的。通常情况下，“流浪行星”很难成像，因为它们并不靠近任何恒星，所以无法看到它们。然而，利用欧洲南方天文台（ESO）望远镜、欧洲航天局盖亚卫星等 20 年来的数据，法国波尔多天体物理实验室和奥地利维也纳大学的天文学家 Núria Miret-Roig 和她的团队能够捕捉到过去几百万年内形成的行星所发出的微弱热信号。该团队于周三在《自然-天文学》上发表了他们的发现。  尽管观察结果创下了纪录，但他们的发现表明，还有更多的“流浪行星”在等待着我们去观察。法国波尔多天体物理实验室的天文学家、该研究的共同作者 Hervé Bouy 在一份新闻稿中说：“可能有几十亿颗这种自由漂浮的巨行星在银河系中自由漫游，没有宿主星”。根据欧洲航天局的一份新闻稿，这一发现是朝着弄清这些神秘物体是如何在太空中形成的迈出了一步。有可能“流浪行星”最初在恒星周围形成，然后被猛烈地从太阳系中弹出。或者，它们可能是由太小的气体云坍缩形成的，从而导致新恒星的诞生。 07 看NASA小行星撞击任务在太空中拍摄的第一批图片NASA的双小行星重定向测试(DART)任务于11月启动并有一个漫长的旅程，因为它的最终目标是在2022年底砸向一个小行星周围的月球。它正在通过沿途拍摄观光照片来打发一些时间。当地时间周三，NASA发布了DART的首批太空图像，称这是该航天器和DART团队的一个重要的操作里程碑。  这些图像来自这一航天器的Draco望远镜相机。DART于12月7日打开了相机盖，并且--令担心相机会在发射过程中被晃动的科学家们非常高兴--相机工作得很好。  NASA说道：“在距离地球约200万英里（11光秒）的地方拍摄的--从天文学角度讲，非常近--图像显示了约十几颗恒星，它们在黑色的太空背景下晶莹剔透、锐利无比，靠近英仙座、白羊座和金牛座的交汇处。”12月7日的图像并不华丽，但它对这项任务有非常大的意义。它帮助DART团队确定航天器和照相机的方向。这为DART到达小行星Didymos及其小卫星Dimorphos做了良好的准备。另外，NASA分享了12月10日的另一张DART图像，其显示了Messier 38中的一组恒星--M38或海星群(Starfish Cluster)。“有意捕捉像M38这样有许多恒星的图像有助于团队描述图像中的光学缺陷以及校准一个天体的绝对亮度，当Draco开始对航天器的目的地--双小行星系统Didymos--进行成像时，所有重要的细节都是精确测量。”DART是NASA的第一个行星防御任务。它将测试这样一个想法，即航天器可以推动一个有潜在危险的小行星并改变其路径从而保护地球免受撞击。虽然Didymos和Dimorphos对地球没有威胁，但它们却是这项实验的完美目标。随着DART的“眼睛”打开，我们可以期待这个任务将会带来更多的太空快照。  08 科学家利用模型揭示中子星碰撞的后果：重元素的制造地核物理学家使用超级计算机对两颗超密集的中子星合并并形成黑洞后留下的极端状态进行建模。他们的模型显示了这种碰撞是如何驱逐环绕所形成的黑洞的剩余物质的。这种情况创造了宇宙中最重元素产生所需的条件。  几十年来，天文学家和核物理学家一直在努力了解宇宙中的重元素最初是如何和在哪里产生的。这些计算机模拟演示了中子星的碰撞如何创造和排出重元素的。这些模型还说明了这些事件产生的闪光。这些信息可以帮助天文学家更好地检测和研究这些事件。2017年8月，两颗中子星的碰撞成为有史以来第一个同时探测到引力波和光的事件。这一事件给科学家们提供了一个新的窗口，以了解物质和引力在极端条件下的行为。研究人员对碰撞中发生的事情的理解，大部分是基于在世界最快的超级计算机上运行的3维多物理模拟。由于极端的重力（需要解决爱因斯坦的广义相对论方程）和控制物质流和驱动强烈湍流的强烈磁场，建模变得非常复杂。这里报告的模拟是第一批详细跟踪碰撞的长期后果的模拟，在那里，残留的中子星物质盘绕着新形成的黑洞运行。模拟显示了盘中的磁场是如何被扭曲和放大的，并最终驱动强大的相对论喷流和强风。研究人员发现吸积盘中近一半的质量以这种方式变得不受约束，而且这些物质富含中子，足以为通过反复的快速中子捕获过程形成金和铀等重元素提供必要条件。这些新合成的同位素的放射性将产生可探测的辉光（天文学家在2017年的事件中首次观察到）。通过与新模型结果的比较，科学家可以对此进行更好地理解。 09 天文学家捕捉到超大质量黑洞从其中心喷出的大量废弃物质喷射流距离地球约1200万光年的银河系“邻居”正在经历一场混乱。罪魁祸首是什么？一个质量相当于5500万个太阳的“饥饿”的黑洞。数亿年来，这个超大质量黑洞一直在吞噬从其周围星系Centaurus A落下的气体，然后以近乎光速的速度将这些物质重新烧掉。现在，科学家们已经发现了这个“喜怒无常”的深渊的踪迹。  在一个重型射电望远镜--澳大利亚的默奇森广域阵列(MWA)--的帮助下，天文学家捕捉到了这个黑洞从其中心喷出的大量废弃物质的喷射流。研究小组说，如果能从地球上用肉眼看到这个喷发，它的大小将相当于天空中16个连排的满月。周三，他们在《自然-天文学》杂志上发表了一篇关于由无线电波数据产生的爆发图像的论文。澳大利亚科廷大学的天文学家、该研究的主要作者Benjamin McKinley在一份声明中说：“我们可以从Centaurus A学到很多东西，因为它是如此接近，我们可以看到它的细节。”当黑洞吞噬太靠近的物质时，被吸进去的碎片开始在巨大的引力空隙周围形成一个圆盘。这个吸积盘看起来非常类似于土星周围的星环，只是大得多。然后，当宇宙光环中的物质碎片开始接近黑洞时，"强大的喷流在圆盘的两侧形成，将大部分物质喷射回太空，其距离可能超过一百万光年，"McKinley说。  任何参与这种“侵略性活动”的星系都被称为"活跃"的射电星系，而Centaurus A是离地球最近的一个。更准确地说，对于我们银河系“邻居”中的黑洞来说，吸积盘中的气体云会凝结并"下雨"到中心区域。意大利国家天体物理研究所的天体物理学家、该研究的共同作者Massimo Gaspari在一份声明中说：“在这场‘雨’的触发下，黑洞做出了强烈的反应，它通过无线电射流向后发射能量，使我们在MWA图像中看到的壮观裂片膨胀。换句话说，由此产生的喷流会产生各种 ‘无线电泡’，并在数亿年内不断渗出。”来自这些以物质为燃料的喷流的数据是非常宝贵的。这些喷流会发出无线电波，这是地球上的射电望远镜（如MWA）可以探测到的电磁波频率。通常情况下，天体--包括黑洞--在夸耀磁场的变化时，会留下无线电波的痕迹。根据McKinley的说法，追踪这些来自Centaurus A内部深渊的发射波长帮助研究小组看到了一些东西。这个星系在中心比较明亮，因为那里的黑洞比较活跃，当你向外看的时候就比较暗淡。他们的分析还揭示了“带电粒子重新加速并与小磁场相互作用的有趣特征”，McKinley说。  Gaspari表示，令人震惊的是，这项研究对云层凝结过程的观察也证实了一种叫做“混沌冷吸积”的新理论，该理论开始在各个领域出现。“以前的无线电观测无法处理喷流的极端亮度，银河系周围更大区域的细节被扭曲了，”McKinley说。事实上，这正是该团队的图像如此壮观的原因。MWA是由分布在几公里范围内的256个规则网格中的4096个天线组合而成，通过利用其巨大的广域视角，克服了这种限制。默奇森广域阵列主任Steven Tingay在一份声明中说：“宽阔的视野，以及因此我们可以收集到的大量数据，意味着每个MWA观测的发现潜力都非常大。”另外，研究人员将他们的无线电观测与光学和X射线数据结合起来，McKinley说。这为产生的图像增加了前所未有的清晰度和精确度。虽然MWA是这幅非凡画面的基础，但也许更令人兴奋的是，它是一个更大的努力--平方公里阵列--的第一个功能齐全的前奏。有一天，SKA将成为"世界上最大的射电望远镜，旨在解决宇宙中最深的奥秘"，根据其背后的团队。希望它能揭示出更多关于恐吓我们隔壁星系的巨大黑洞的细节。 10 研究发现宇宙的膨胀速度比模型预测的要快哈勃太空望远镜的最新测量结果表明，宇宙的膨胀速度比科学家的模型预测的要快--这暗示着一些未知的成分可能在宇宙中起作用。这是现代天文学中最大的难题之一。根据对恒星和星系的多种观察，宇宙似乎比我们最好的宇宙模型预测的速度要快。  对于这个难题的证据已经积累了多年，这使得一些研究人员称其是在宇宙学中一场迫在眉睫的危机。现在，一组使用哈勃太空望远镜的研究人员已经汇编了一个巨大的新数据集，他们发现了百万分之一的概率，即这种差异是一种统计上的侥幸。换言之，现在看起来更有可能的是，宇宙中有一些基本的成分或是已知成分的一些意想不到的效果，不过天文学家对此还没有确定下来。约翰-霍普金斯大学的天文学家Adam Riess指出：“宇宙似乎给我们带来了很多惊喜，这是件好事，因为它帮助我们学习。”据了解，这个天文领域的难题被称为哈勃张力，以天文学家Edwin Hubble命名。1929年，他观察到一个星系离我们越远其后退速度就变得越快--这一观察有助于为我们目前关于宇宙从大爆炸开始并不断膨胀的概念铺平道路。研究人员试图通过两种主要方式来测量宇宙目前的膨胀速度：通过测量跟附近恒星的距离及通过绘制可追溯到新生宇宙的微弱光辉。这些双重方法提供了一种测试我们在超130亿年宇宙历史中对宇宙的理解的方法。这项研究还发现了一些关键的宇宙成分，如“暗能量”，这种神秘的力量被认为是推动宇宙加速膨胀的动力。但这两种方法在宇宙目前的膨胀率上有约8%的分歧。这一差异可能听起来不大，但如果这一差异是真实的，那么就意味着宇宙现在的膨胀速度甚至超过了暗能量所能解释的速度--这意味着我们人类对宇宙的核算出现了一些问题。研究人员在上周提交给《The Astrophysical Journal》的几项研究中描述了他们的发现，他们使用特定类型的恒星和恒星爆炸来测量我们和附近星系之间的距离。该数据集包括对42种不同的恒星爆炸的观测，这比同类的下一个最大分析高出一倍多。根据该团队的工作，他们的新分析和早期宇宙的测量结果之间的张力已经达到了五西格玛。不过其他天文学家仍看到数据中可能存在的误差空间，这意味着哈勃张力仍有可能只是一个伪命题。团队成员、杜克大学的天文学家Dan Scolnic表示：“我不知道这么大的误差是如何隐藏在这一点上的，如果是这样的话，这只是没有人提出的东西。我们已经检查了所有向我们提出的想法，没有任何东西能做到这一点。”宇宙微波和距离阶梯哈勃张力来自于测量或预测宇宙目前的膨胀率的尝试，这被称为哈勃常数。通过利用它，天文学家可以估计宇宙自大爆炸以来的年龄。获得哈勃常数的一种方法是依靠宇宙微波背景(CMB)，这是宇宙刚诞生38万年时形成的微弱光芒。ESA普朗克天文台等望远镜已经测量了CMB并提供了早期宇宙中物质和能量如何分布的详细快照及支配它们的物理学。通过利用一个曾成功预测宇宙许多特性的模型--兰姆达冷暗物质模型，宇宙学家可以从数学上将CMB中看到的新生宇宙快进并预测今天的哈勃常数应该是什么。这种方法预测宇宙应该以67.36公里/秒/百万秒差距的速度膨胀。相比之下，其他团队通过观察“本地”宇宙--离我们比较近的现代恒星和星系来测量哈勃常数。这个版本的计算需要两种数据：一个星系从我们身边退去的速度以及该星系跟我们之间的距离。这反过来又要求天文学家开发出所谓的宇宙距离阶梯。新研究的宇宙距离阶梯是由Riess的研究小组SH0ES组建的，其从测量我们和某些被称为造父变星的恒星之间的距离开始。造父变星很有价值，因为从本质上讲，它们就像已知瓦特数的频闪灯。它们会规律地变亮和变暗，且越是明亮的造父变星其脉动就越慢。通过利用这一原理，天文学家可以根据它们的脉动速度来估计更遥远的造父变星的内在亮度并最终计算出这些星球跟我们之间的距离。为了将这个阶梯延伸得更远，天文学家们在被称为1a型超新星的恒星爆炸的基础上增加了一些梯级。通过研究同时拥有造父变星和1a型超新星的星系，天文学家们可以计算出超新星的亮度和它们的距离之间的关系。由于1a型超新星比造父变星要亮得多，它们可以在更远的地方被看到并让天文学家把他们的测量结果扩展到宇宙中更深的星系。对变化的核算问题是，准确测量所有这些恒星和超新星是非常复杂的。从技术上讲，并非所有的造父变星和1a型超新星看起来都完全一样：有些可能有不同的成分、不同的颜色或不同类型的宿主星系。天文学家们已经花了很多年的时间来研究如何解释所有这些变异性--但要肯定地知道一些隐藏的误差源没有在天平上推波助澜是非常困难的。为了解决这些问题，一个名为Pantheon+合作的研究小组详尽地分析了自1981年以来收集的1701个1a型超新星的观测数据。该分析包括努力量化所有已知的不确定性和偏差的来源。“我们关心的是，比如1991年11月的天气和望远镜的观测情况--这很难，”杜克大学的Scolnic说道。他跟哈佛-史密森天体物理学中心的研究员Dillon Brout共同领导Pantheon+。该团队的发现为Riess和他的SH0ES同事的新分析提供了依据。在对可能影响造父变星观测的因素进行了同样详尽的交叉检查之后，该小组得出了迄今为止对哈勃常数的最精确估计：每兆焦73.04公里/秒（正负1.04）。这比普朗克天文台对CMB的测量所推断出的数值高了约8%。另外，研究小组还不遗余力地测试外部科学家对其哈勃常数估计值高于普朗克常数的想法。总之，研究人员对他们的分析进行了67次变体分析--其中许多变体使紧张局势变得更糟。“我认为，我们已经认真听取了许多关切和问题。这不仅仅是一个‘快变’......我们已经做了很多深挖兔子洞的工作，”Riess说道。未知的宇宙不过近年来，来自芝加哥大学的Wendy Freedman一直在研究一种不依赖脉冲式恒星的估计方法。相反，她使用一组特定的红巨星。基于这些备用的“标准烛光”或具有已知内在亮度的天体，Freedman对哈勃常数的独立估算为69.8公里/秒/百万秒差距--处于其他两个测量值的中间。尽管团队进行了仔细的工作，但Freedman指出，未被发现的错误仍可能会影响到分析，也许会造成一种虚幻的紧张。她补充称，一些不确定性的来源也是不可避免的。首先，只有三个离银河系足够近的星系，其距离我们可以直接测量而宇宙距离阶梯的基础就在这三个星系上。Freedman说道：“三个虽然是个小数字，但这是大自然赋予给我们的。”Pantheon+和SH0ES团队对Freedman及其他人的结果进行了长时间的研究，他们的一些不同的分析研究了如果将Freedman的首选恒星跟造父变星和1a型超新星一起加入到宇宙距离阶梯中会发生什么。根据他们的工作，包括这些额外的恒星会略微降低对哈勃常数的估计--但它并没有消除这种紧张。如果哈勃常数真的反映了我们的物理现实，那么解释它可能需要在我们的宇宙基本成分列表中增加另一个项目。其中一个领先的理论竞争者--被称为早期暗能量--提出在大爆炸后约5万年曾有过一个短暂的暗能量爆发。原则上，短暂的额外暗能量可以改变早期宇宙的膨胀，这足以解决哈勃张力，而不会对宇宙学的标准模型造成太大的干扰。但在这个过程中，宇宙学家对宇宙年龄的估计将从目前的138亿年下降到约130亿年。来自德克萨斯大学奥斯汀分校的天体物理学家Mike Boylan-Kolchin指出：“有很多问题，为什么你必须引入这个刚刚出现又消失的新事物--这感觉有点好笑。但我们正处在一个地方--如果这些东西真的那么不一致也许我们必须开始在宇宙的有趣角落里寻找。”尽管一些暗示已经出现了，但目前还没有关于早期暗能量的大满贯证据。今年9月，智利测量宇宙微波背景的设施--阿塔卡马宇宙学望远镜称包括早期暗能量的模型比标准宇宙学模型更适合其数据。不过普朗克望远镜的数据提出了不同的意见，因此需要未来的观测来弄清这个谜团的真相。其他观测站也应该能帮助澄清哈勃张力。如ESA的盖亚卫星自2014年以来一直在绘制银河系的地图，其为我们跟银河系许多恒星之间的距离带来了越来越精确的估计，其中就包括造父变星。而即将到来的詹姆斯-韦伯太空望远镜将帮助天文学家反复检查哈勃对某些恒星的测量。Freedman说道：“我们是在可能的边缘工作的。我们将弄清这个问题的真相。” 11 1972年阿波罗17号任务期间带回的真空密封容器将被打开50年后，科学家们将有机会研究阿波罗17号任务期间收集的月球气体。阿波罗17号任务的规划者没有打开从阿波罗任务中返回的一部分月球样本。这些样本容器中的一个，在放置了50年未动之后，现在将被打开。  有关的样本是吉恩·塞尔南在1972年收集的。这位阿波罗17号宇航员在 Taurus-Littrow Valley 工作时，将一根28英寸长（70厘米）的管子敲入月球地表，他这样做是为了收集月球土壤和气体的样本。当塞尔南还在月球上时，这个容器的下半部分被封住了。回到地球后，这个容器被放置在另一个真空室中，以确保安全。它被称为73001阿波罗样本容器，至今仍未被打开。但是，根据欧空局（ESA）的一份新闻稿，现在是打开这个容器并调查其珍贵样本的时候了。研究人员希望里面可能存在月球气体，特别是氢气、氦气和其他气体。对这些气体的分析可以进一步加深科学家对月球地质的理解，并对如何最好地储存未来的样本提供新的启示，无论这些样本是在小行星、月球还是火星上收集。  阿波罗任务的规划者并没有确切解释未来的科学家应该如何从真空密封的容器中提取假定的气体。这项任务现在由阿波罗下一代样品分析计划（ANGSA）负责，该计划负责管理这些未触及的珍贵样本。在这种情况下，ANGSA责成欧空局和其他几个机构找出一种安全释放这种被困气体的方法，这标志着欧空局首次参与打开从阿波罗计划返回的样本。这项任务并不完全是简单的。提取技术，除了要在容器上刺一个洞外，还必须不引入任何污染物。更重要的是，该团队不得不分析50年前的文件。欧空局飞船EAC团队的负责人Timon Schild在新闻稿中说，一些 “样本容器的特征根本不知道”，而且“建造这个工具是一个挑战”。  ANGSA联盟在过去的16个月里致力于解决这个问题，而被称为"阿波罗开罐器"的解决方案现在已经准备好了。该系统的唯一目的是刺破真空容器，从而释放出气体。摆脱束缚后，这些气体将进入一个由密苏里州圣路易斯华盛顿大学的研究人员组成的合作小组开发的提取歧管。如果存在这些气体，它们将被分配到多个容器中，并被送往世界各地的专业实验室进行分析。据欧空局称，新开发的穿孔工具于11月交付给美国宇航局休斯顿的约翰逊航天中心，将在未来几周内用于打开73001号阿波罗样本容器。  欧空局对ANGSA项目的科学和项目负责人Francesca McDonald解释说：“我们急于了解真空容器对样品和脆弱气体的保存情况如何。被分析的每一种气体成分都可以帮助讲述关于月球上和早期太阳系内挥发性物质的起源和演变的不同部分。”  重要的是，ANGSA项目有一个额外的目的。从这个实验中获得的经验将为未来的样本返回容器和协议的开发提供参考，以用于从小行星或月球和火星的冷冻水中获取表面样本的任务。在即将到来的VIPER月球任务中，这些见解可能会派上用场，在这次任务中，美国宇航局的漫游车将探索月球南极附近的Nobile陨石坑的西部边缘，希望能探测和收集水冰。 12 NASA“毅力号”团队回顾该火星车的登陆及探索过程六个月前，美国宇航局（NASA）的“毅力号”火星车开始了对杰泽罗陨石坑底部的专门调查。截至2021年12月，“毅力号”已经完成了这第一次科学活动一半以上的任务。自从“毅力号”在Roubion的第一次取样经历和来自Rochette岩石的第一个样本以来，已经收集了第二个样本，这次是来自Brac岩石的一个叫做Séítah的火山口底部区域。  当“毅力号”团队现在准备在Séítah获取下一个样本时，他们回顾了把“毅力号”带到这里的步骤。虽然“毅力号”团队在9个月前该火星车登陆后才开始操作，但他们为这次任务的规划已经持续了很长时间。该团队的规划始于2019年夏天，当时科学团队开始利用轨道数据创建杰泽罗陨石坑的地质图，以建立一个地质框架，帮助他们在地面测试我们的假设。他们仍然每天在日常操作和科学讨论中使用这张地图，不断参考他们为杰泽罗陨石坑建立的工作地质模型，并根据他们最新的观察结果进行更新。  从2020年春天到“毅力号”着陆前不久，团队制定了战略任务计划，该计划将指导他们的日常漫游车操作，甚至到今天为止。尽管当时不知道“毅力号”将在哪里真正着陆，但团队绘制了不同的驱动路径。他们根据假设的着陆地点，利用信息和他们对轨道数据的了解，勾勒出不同的驱动路径和样品采集。例如，如果“毅力号”在三角洲登陆，会在陨石坑的地面上行驶多远？哪些岩石类型将是重要的样本，哪些地点似乎最有希望取样？这些早期讨论的重点不是制定 “毅力号”将遵循的确切时间表，而是制定科学优先事项和战略，以便在“毅力号”在地面漫游时做出有效决定。着陆后不久，团队将这一战略计划应用于他们现在已知的Octavia E. Butler Landing的着陆地点，并开始工作，构建一个全面的活动计划，以探索杰泽罗陨石坑的地面--这次是用火星表面的新图像。他们确定了“毅力号”访问的主要地点，规划了这些地点之间的战略行驶路线，概述了所需的预期样本的特点，并构建了一个高级日历，预测他们何时实现活动的里程碑。这个活动计划在过去的半年里一直指导着“毅力号”的探索--当然，当团队看到或了解到“毅力号”周围的杰泽罗环境的新情况时，会有所变化。  Crater Floor活动的联合负责人、NASA/ JPL的资深科学家 Vivian Sun表示，当看到他们的计划从几年前的高级战略概念发展到每天制定的详细的日常日程和计划时，这是一个令人兴奋和谦卑的经历。在杰泽罗陨石坑的第一年，“毅力号”研究了无法从轨道上观察到的丰富的地质历史，团队也看到了他们早期的预测与运营火星车的现实情况的比较，这将为他们未来的活动规划提供参考。火星在许多方面都是不可预测的，但这恰恰使探索变得更加令人兴奋和有意义。 13 银河系边缘外盘发现神秘的子结构 可能与卫星星系有关由巴塞罗那大学宇宙科学研究所（ICCUB-IEEC）的研究员Chervin Laporte领导的一个国际天文学家小组利用盖亚太空探测仪的数据揭示了银河系外盘的新地图。这些发现已经发表在《皇家天文学会月刊》上。  ICCUB的研究人员，文章的第一作者Chervin Laporte说："通常情况下，银河系的这一区域仍然没有得到很好的探索，因为其间的尘埃严重遮挡了银河系的大部分中层，虽然尘埃会影响恒星的亮度，但它对它们的运动没有影响。因此，人们可以利用恒星的运动来进行银河系最外层区域的断层扫描。"研究小组分析了从2020年12月开始提供的盖亚探测器取得的银河系运动数据，以连贯确定其结构。该地图揭示了在圆盘边缘存在许多以前未知的相干旋转的丝状结构。它还对以前已知的结构给出了一个更清晰的全球视图。数值模拟预测这种丝状结构将在过去的卫星星系相互作用中在外盘形成，然而，这张地图所揭示的大量子结构是没有预料到的，它仍然是一个谜。  新地图利用盖亚的数据，揭示了银河系外盘的新的子结构。这些丝状结构可能是什么？我们的银河系被50个卫星星系所包围，并且在过去曾吞噬过许多星系。目前，银河系被认为受到了人马座矮星系的扰动，这一事实证实了拉波特早期的理论模型。然而，在它更遥远的过去，它与另一个入侵者，即盖亚“香肠星系”相互作用，现在它的碎片已经散落到恒星光环中。研究人员提出的假说指出，这些丝状结构是来自银河系圆盘的潮汐臂的遗迹，这些潮汐臂在不同时期被各种卫星星系激发。Laporte指出，在早期的研究中，他们已经表明，外盘中的一个线状结构，称为反中心流，其恒星的年龄主要超过80亿年，"这使得它有可能太老，不可能由人马座单独造成，但更符合香肠星系的起源。另一种可能性是并非所有这些结构实际上都是真正的圆盘亚结构，而是形成了在投影中看到的圆盘垂直密度波的波峰，形成一种圆盘高度亚结构的光学幻觉。"该小组已经制订了一个专门的后续计划，用WEAVE光谱仪来研究每个子结构中恒星种群的相似性和差异。通过对径向速度、化学丰度和潜在的恒星年龄的研究，即将进行的WEAVE、SDSS-V和PFS调查也将揭示出这种边缘亚结构的起源。 14 研究人员加深了对大爆炸和宇宙学中锂丰度问题的认识最近，一个国际研究小组根据最新的实验数据成功地更新了7Li(d,n)24He反应速率，从核物理学的角度消除了宇宙学锂（Li）问题中的重大模糊性。大爆炸目前被认为是描述宇宙起源和演变的最成功的模型。然而，它却受到了所谓的锂问题的限制，锂问题是指原始锂-7丰度与观测值相比被高估了三倍，而观测到的原始氘和氦丰度却与模型相匹配。  从核物理学的角度来看，准确的锂破坏反应的反应速率对于准确预测原始锂-7丰度和进一步理解锂问题非常关键。然而，作为一个重要的锂-7破坏反应，7Li(d,n)24He反应在2018年之前都还没有得到很好的研究。发表在《天体物理学报》上的一项新研究，根据最近对三个近阈值铍-9激发态的实验测量，更新了7Li(d,n)24He反应速率。这项工作是由一个国际研究小组进行的，该小组由中国科学院现代物理研究所的Hou Suqing领导。7Li(d,n)24He的总反应速率作为温度的函数，单位为千兆开尔文，其中绿色阴影带是其相关的不确定性。为了进行比较，研究人员还绘制了先前CF88和BM93的结果。  研究人员发现，在原始核合成开始的典型温度下，新的7Li(d,n)24He速率总体上比以前的估计值要小60倍左右。此外，研究人员首次提出了由实验直接制约的7Li(d,n)24He反应速率的不确定性。根据这项研究，新的结果消除了由于这一反应而计算出的锂-7丰度的重大模糊性，这将有助于理解原始锂问题和探测标准模型之外的异类物理。 15 研究：酸性中和生命体或能在金星云层中形成可居住区域很难想象一个比我们最近的行星邻居更荒凉的世界。金星的大气层中含有厚厚的二氧化碳，其表面的温度足以熔化铅，金星是一片焦黑的、令人窒息的荒地，我们所知道的生命在那里无法生存。另外，这颗星球的云层也同样充满敌意，其覆盖着硫酸液滴，它的腐蚀性足以在人类皮肤上烧出一个洞。  然而一项新研究支持长期以来的想法，即如果生命存在，那么它可能会在金星的云层中安家。这项研究的作者来自麻省理工学院、卡迪夫大学和剑桥大学，他们已经确定了一条化学途径--生命可以通过这条途径可以中和金星的酸性环境并在云层中创造一个自我维持的、可居住的区域。长期以来，科学家们在金星的大气层中一直观察有到令人困惑的反常现象--难以解释的化学特征，如小浓度的氧气和非球形颗粒，它们跟硫酸的圆形液滴不同。而最令人费解的也许是氨的存在，这种气体在20世纪70年代被试探性地探测到，并且从各方面来看，它都不应该通过金星上已知的任何化学过程产生。研究人员在他们的新研究中建立了一套化学过程的模型，以此来展示如果氨确实存在那么这种气体将引发一连串的化学反应从而中和周围的硫酸液滴，同时还可以解释在金星的云层中观察到的大多数异常现象。至于氨气本身的来源，研究人员提出最合理的解释是生物来源，而非雷电或火山爆发等非生物来源。正如他们在研究中所写的那样，化学成分表明“生命可能在金星上制造自己的环境”。这个诱人的新假设是可以测试的，研究人员提供了一份化学特征清单以供未来的任务在金星的云层中测量进而来证实或反驳他们的想法。这项研究的论文共同作者、MIT地球、大气和行星科学系(EAPS)1941级行星科学教授Sara Seager指出：“我们所知的任何生命都无法在金星液滴中生存。但问题是，也许有些生命就在那里并且正在改变它的环境从而使其可以居住。”据悉，这项研究的论文共同作者还包括Janusz Petkowski、William Bains和Paul Rimmer，他们分别隶属于MIT、卡迪夫大学和剑桥大学。怀疑有生命“金星上的生命”是去年的一个流行语，当时包括Seager和她的合著者在内的科学家报告了在该星球的云层中检测到磷化氢。在地球上，磷化氢是一种气体，主要通过生物相互作用产生。而金星上磷化氢的发现则被认为为生命的可能性留下了空间。不过这一发现仍旧受到了广泛的争议。“磷化氢的探测最终成为令人难以置信的争议，，但磷化氢就像一个门户，研究金星的人又重新出现了，”Seager说道。受到启发的Rimmer开始梳理过去金星任务的数据从而展开更为仔细的观察。在这些数据中，他发现了云层中的异常现象或化学特征，这些异常现象几十年来一直没有得到解释。除了氧气和非球形颗粒的存在之外，异常现象还包括意想不到的水蒸气和二氧化硫的水平。Rimmer提出，这些异常现象可能可以用灰尘来解释。他认为，从金星表面卷起并进入云层的矿物质可能跟硫酸相互作用并产生一些观察到的异常现象。他表明，化学成分已被证实，但物理要求是不可行的：因为大量的尘埃必须漂浮到云层中才能产生观察到的异常现象。为此，Seager和她的同事想知道这些异常现象是否可以用氨来解释。在20世纪70年代，Venera 8和Pioneer Venus在该行星的云层中初步探测到了这种气体。氨的存在(NH3)是一个未解之谜。“氨不应该出现在金星上，”Seager说道，“它有氢气附着在上面，而周围的氢气非常少。任何不属于其环境的气体都会自动被怀疑是由生命制造的。”有生命的云层如果研究小组假设生命是氨的来源，那么这能否解释金星云层中的其他异常现象？研究人员建立了一系列化学过程的模型来寻找答案。他们发现，如果生命以最有效的方式生产氨，那么相关的化学反应将自然会产生氧气。一旦出现在云层中，氨就会溶解在硫酸液滴中并有效地中和酸从而使液滴相对适合居住。氨气在进入液滴后会将其原来的圆形液体形状转变为非球形的盐状浆液。在氨溶解在硫酸中后，该反应将会让周围的二氧化硫也发生溶解。也就是说，氨的存在确实可以解释在金星云层中看到的大多数主要异常现象。另外，研究人员还指出，诸如闪电、火山爆发甚至是陨石撞击等来源都不能通过化学方式产生解释异常现象所需的氨的数量--然而生命却可能会。事实上，研究小组表示，地球上有一些生命形式--特别是在我们自己的胃里--产生氨以中和并使本来高度酸性的环境变得可生存。Seager表示：“地球上有非常酸性的环境，在那里确实有生命生存，但它跟金星上的环境完全不同--除非生命正在中和其中的一些液滴。”科学家们可能有机会在未来几年内通过金星生命探测任务来检查氨的存在及生命的迹象。“金星有挥之不去的、无法解释的大气异常现象，令人难以置信，它为生命的可能性留下了空间，”Seager感叹道。 16 解开90年来的太空之谜：为什么彗星的头部可以使绿色的而尾部却不是？每隔一段时间，柯伊伯带和奥尔特云就会向我们抛出由冰、尘埃和岩石组成的银河雪球。这是太阳系形成过程中46亿年的遗留物。这些雪球--或者我们所知道的，彗星--在穿越天空时经历了五颜六色的蜕变，许多彗星的头部变成了光芒四射的绿色，随着它们接近太阳而变得更加明亮。  但是奇怪的是，这种绿色的阴影在到达彗星后面拖着的一两条尾巴之前就消失了。天文学家、科学家和化学家们被这个谜团困惑了 |
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