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 01 科学家揭示宇宙早期大质量星系为何奇怪地耗尽了孕育恒星的燃料早期的大质量星系 —— 那些形成于大爆炸后 30 亿年的星系 —— 理论上应该含有大量可孕育恒星的冷氢气。然而科学家们在借助阿塔卡马大型毫米 / 亚毫米阵列（ALMA）和哈勃太空望远镜观察早期宇宙时，却发现了一些奇怪的案例 —— 其中就包括了六个耗尽燃料的早期大质量星系。  星系团 MACSJ 0138 合成图像（来自：ALMA / Hubble）在 9 月 22 日发表于《自然》杂志上的一篇文章中，科学家们详细介绍了 REQUIEM 调查中研究的这些无法再形成恒星的“淬火”星系，并揭示了有哪些因素阻止其“燃料”的输送。上图放大的明亮橙 / 红点，描绘了使用 ALMA 在无线电中观察到的冷尘埃，其有助于科学家推断了解星团中存在星系诞生所需的冷氢气量。然而 REQUIEM 调查中的六个高红移星系，却与天文学家们对早期宇宙的预期并不一致。  REQUIEM 研究早期大质量星系缺乏形成恒星所需的冷氢气研究一作、马萨诸塞大学阿莫斯特分校助理教授 Kate Whitaker 指出：“宇宙中质量最大的星系，可谓生长得又快又猛，能够在极短的时间内孕育大量恒星”。 气体是恒星形成所需的‘燃料’，在宇宙的早期阶段应该是相当充足的。我们起初认为，这些‘淬火’星系是在大爆炸后短短几十亿年就踩下了刹车。然而新研究表明，早期星系实际上并未致动，而是在空虚的情况下运行的。  研究配图 - 1：六个大质量透镜星系的影像（来自：Nature）为了更好地了解星系是如何形成和消亡的，研究小组使用了哈勃望远镜对它们进行对比观察，揭示了生活在上述星系中的恒星的详情。同期的 ALMA 观测，则揭示了星系在毫米波长下的连续辐射（尘埃的示踪剂），使得研究人员能够推断星系中的气体量。两架望远镜的使用，都经过了精心的设计。因为 REQUIEM 项目的主要目的，就是利用强引力透镜作为天然望远镜。这使得科学家们能够以更高的空间分辨率来观察休眠星系，最终让我们对星系的内部活动有了更加清晰认识。  研究配图 - 2：“淬火”星系的低尘埃质量来自美国宇航局的研究合著者、兼德克萨斯大学奥斯汀分校的哈勃博士后研究员 Justin Spilker 表示： 若一个星系没有产生很多新恒星，那它很快就会变得非常微弱，意味着我们很难、或者几乎不可能用任何单独的望远镜来观察它们的细节。好消息是，REQUIEM 通过研究被引力透镜化的星系，巧妙地化解了这个难题。这意味着它们发出的光线，会在更接近银河系的其它星系周围时被拉伸和放大。通过宇宙里的这种‘天然望远镜’，我们结合哈勃与 ALMA 的分辨率和灵敏度，让这些垂死星系看起来较实际更大、更明亮，最终让我们看到正在发生的事情。  研究配图 - 3：与恒星形成星系相比的低分子气体质量新观测表明，六个目标星系中恒星形成的停止，并不是由于冷气体转化为恒星的突然低效造成的。相反，它是星系中气藏耗尽、或被抽离的结果。研究合著者、亚利桑那大学天文学家 Christina Williams 表示： 我们尚不清楚为何会发生这种情况，但可能的解释是，为星系提供‘燃料’的主要气体供应被切断，或者一个超大质量黑洞正在注入能量、使得星系中的气体保持着高温。从本质上讲，这意味着星系无法重新填充其‘燃料箱’，因而难以重启恒星孕育阶段的‘发动机’。最后，这项研究率先测量了早期大质量星系的诸多方面，相关经验或为未来几年的早期宇宙研究奠定坚实的基础和指导。 02 NASA罗曼太空望远镜已通过设计审核 有望2027年5月发射升空美国宇航局（NASA）正在位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心，研发备受期待的罗曼太空望远镜。最新消息是，高级项目科学家 Julie McEnery 表示：“在见证了广泛的硬件测试和复杂建模后，一支独立的审查小组已确认，我们设计的宽视场红外巡天望远镜（WFIRST）项目是切实可行的。  罗曼太空望远镜的设计与开发工作已完成（来自：NASA）Julie McEnery 指出：“我们已经知道它的外形与功能，随着基础的正式奠定，研发团队很高兴继续建造并测试他们设想中的这架太空望远镜”。作为 NASA 的下一代太空望远镜，Roman Space Telescope 将穿越广阔的空间和时间，对宇宙红外展开深入的调查。得益于巨大的视野和快速的测量，天文学家们将能够观察到数以千计的行星、数百万的星系、以及数十亿的恒星。天文学家预计，Roman 或为我们找到更多潜在存在液态水的系外岩石行星，且相关观测有助于揭示宇宙中的两大难题 —— 暗能量与暗物质。  Roman 太阳能阵列版，空间环境测试图。（来自：NASA / Chris Gunn）上图展示的工程样板有两个用途，除了为太空望远镜提供电力，还可为内部的光学镜组、宽视场仪、日冕仪等部件遮阳。戈达德 Roman 太空望远镜项目部副经理 Jackie Townsend 表示：“审核通过后，我们将转入激动人心的阶段 —— 组装并测试计划中要升空的 Roman 硬件”。 据悉，所有部件将于 2024 年准备就绪，届时将需要对 Roman 太空望远镜实施系统集成与整合审查。接着是模拟发射、在轨道环境中测试完全体，以确保它能够如预期设计的那样工作。如果一切顺利，Roman 太空望远镜将不迟于 2027 年 5 月正式发射升空。 即使红外分辨率与哈勃望远镜相同，罗曼的视场却是前者的 200 倍，能够轻松完成哈勃需要耗时百年才能完成的全面宇宙调查。正式服役后，罗曼太空望远镜将绘制恒星、星系和暗物质图，以探索大型宇宙结构的形成和演化（比如星系团和超星系团），并对被认为加速宇宙膨胀的暗能量展开深入研究。 03 超大型望远镜发现宇宙中部分缺失的物质由于恒星爆炸产生的星系风，星系可以接受并与它们的外部环境交换物质。一个由法国国家科学研究中心（CNRS）和里昂第一大学（L'Université Claude Bernard）的研究人员领导的国际团队运用欧空局超大型望远镜的MUSE仪器，首次绘制了银河系风图。2021年9月16日发表在MNRAS上的一份研究报告中详细介绍了这一独特的观察结果，它有助于揭示宇宙中一些缺失物质的位置，并观察到星系周围星云的形成。星系就像宇宙中的恒星岛，拥有普通或重子物质，由周期表中的元素组成，以及暗物质，其组成仍然未知。理解星系形成的主要问题之一是，构成星系正常物质的重子中大约有80%不见了。根据模型，它们被恒星爆炸产生的星系风从星系驱逐到星系间空间。  左：类星体和这里研究的星系的分界线，Gal1。中间：由镁元素组成的星云，用大小比例表示 右：星云和Gal1星系的叠加。团队成功地利用MUSE仪器绘制了一张银河系风驱动形成中的年轻星系和星云（气体和星际尘埃云）之间交流的详细地图。该小组选择观测银河系Gal1，因为它离一个类星体很近，类星体是科学家们的"灯塔"，引导他们走向研究区域。他们还计划观测这个星系周围的一个星云，尽管这一观测的成功最初是不确定的，因为这个星云的亮度是未知的。银河系和类星体的完美定位，以及银河系风导致的气体交换的发现，使得他们有可能绘制出一张独特的地图。这使得我们能够首次观测到一个正在形成的星云，它与Gal1星系同时发射和吸收镁--宇宙中的一些缺失的重子。这种类型的正常物质星云在近宇宙中是已知的，但是对于正在形成中的年轻星系来说，它们的存在只是一种假设。科学家们因此发现了宇宙中一些缺失的重子，从而证实了80-90%的正常物质位于星系之外，这一观察将有助于扩展星系进化的模型。 04 时间晶体："返璞归真"的方法有助于解开物质的新阶段一种被认为只能用量子物理学来理解的物质新阶段，可以用简单得多的经典方法来研究。来自剑桥大学的研究人员使用计算机建模来研究被称为热前离散时间晶体（DTCs）的潜在物质新相。人们认为，热前离散时间晶体的特性依赖于量子物理学：在亚原子尺度上统治粒子的奇怪规律。然而，研究人员发现，基于经典物理学的更简单的方法，可以用来理解这些神秘的现象。  "我们认为时间晶体从根本上说是量子现象，但事实证明，更简单的经典方法让我们对它们有了更多的了解。"- 安德烈-皮齐了解这些新的物质阶段是朝着控制复杂的多体系统迈出的一步，这是一个长期的目标，具有各种潜在的应用，如复杂量子网络的模拟。这些研究成果在《物理评论快报》和《物理评论B》的两篇联合论文中作了报告。当我们发现新事物时，无论是一个星球、一种动物，还是一种疾病，我们可以通过越来越仔细地观察它来了解它。首先尝试较简单的理论，如果它们不起作用，就尝试更复杂的理论或方法。"这就是我们认为的热前DTC的情况，"剑桥大学卡文迪什实验室的博士生Andrea Pizzi说，他是两篇论文的第一作者。"我们认为它们从根本上是量子现象，但事实证明，更简单的经典方法让我们对它们有了更多的了解。"DTC是高度复杂的物理系统，关于它们不寻常的特性仍有许多东西需要学习。就像一个标准的空间晶体如何打破空间翻译对称性，因为它的结构在空间的每个地方都不一样，DTC打破了独特的时间翻译对称性，因为当周期性地"摇晃"时，它们的结构在每次"推动"时都会发生变化。  "你可以把它想成是父母在操场上推着秋千上的孩子，"Pizzi说。"通常情况下，父母推孩子，孩子会荡回来，然后父母再推他们。在物理学上，这是一个相当简单的系统。但是，如果在同一个操场上有多个秋千，如果秋千上的孩子们彼此牵手，那么这个系统将变得更加复杂，而且可能出现更多有趣的、不那么明显的行为。预热DTC就是这样一种行为，在这种行为中，原子的作用有点像秋千，例如，每隔第二或第三次推动才'回来'。"DTC在2012年首次被预测，它开辟了一个新的研究领域，并且已经被研究了各种类型，包括在实验中。其中，预热DTC是相对简单的实现系统，它们不会像通常预期的那样迅速加热，而是在很长一段时间内表现出时间结晶行为：它们被摇动得越快，就存活得越久。然而，人们认为它们依靠的是量子现象。"发展量子理论是很复杂的，即使你能做到，你的模拟能力通常也是非常有限的，因为所需的计算能力大得惊人，"Pizzi说。现在，Pizzi和他的合著者已经发现，对于热前DTC，他们可以避免使用过于复杂的量子方法，而是使用更便利的经典方法。这样一来，研究人员可以以更全面的方式模拟这些现象。例如，他们现在可以模拟更多的基本成分，获得与实验最相关的场景，如二维或三维。研究人员使用计算机模拟，研究了许多相互作用的自旋--就像秋千上的孩子--在一个周期性磁场的作用下--就像推动秋千的父母--使用经典的哈密尔顿动力学。由此产生的动力学以一种整齐而清晰的方式显示了热前DTC的特性：在很长一段时间内，系统的磁化以大于驱动力的周期进行振荡。"令人惊讶的是这种方法是如此的干净，"Pizzi说。"因为它允许我们看更大的系统，它使发生的事情非常清楚。与我们使用量子方法时不同，我们不必与这个系统打交道来研究它。我们希望这项研究将确立经典哈密顿动力学作为大规模模拟复杂多体系统的合适方法，并在研究非平衡现象方面开辟新的途径，热前DTC只是其中一个例子"。 05 科学家利用一个简单模型探究宇宙神秘X射线余辉来源短伽马射线暴是极其明亮的高能光爆发，持续几秒钟。在许多这样的爆发中，有一种神秘的物质被留下：一种长时间的辐射“余辉”，这当中包括X射线。尽管许多科学家经过多年的努力，我们仍不知道这种余辉来自哪里。  在最近发表在《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society》上的论文中，研究人员对一个简单的模型进行了研究。该模型提出了一个旋转中子星--一个大质量超巨星的极其密集的塌陷核心--是一种长时间的X射线余辉背后的引擎，被叫做X射线高原。通过利用六个带有X射线高原的短伽马射线暴样本，研究人员研究了中子星及围绕它的神秘残余物的特性。据悉，研究人员使用的模型受到了年轻超新星残余物的启发。虽然短伽马射线暴和超新星的残余物有着许多不同之处，但来自旋转中子星的能量驱动具有相同的基本物理学。因此，如果短伽马射线暴的残余物是一颗中子星，那么它一定具有跟超新星残余物类似的能量流出。据了解，科学家借用以前的短伽马射线暴模型的基本物理学来预测X射线高原的光度和持续时间。对于每个短伽马射线暴，结果表明，残余的中子星是一个毫秒级的磁星：一个具有特别强大磁场的中子星。所有已知的磁星都拥有一个非常缓慢的旋转频率；同样，所有观察到的具有毫秒级自旋的中子星都拥有弱磁场。观测中的这种差距并不令人惊讶，因为恒星的磁场将旋转能量转化为电磁能。对于一个磁星强度的磁场来说，这个过程发生的时间从几秒到几天不等--而这正好是大多数X射线高原的持续时间。这一研究是科学家们首次尝试用这种模型来推测X射线余辉的来源。随着模型的成熟和进一步数据的收集，他们将能对X射线高原的来源作出更有力的结论，并且如果够幸运的话，还能发现这些神秘的残余物是什么。 06 一颗巨大的彗星最初被误认为是一颗矮行星天文学家认为他们可能已经发现了历史上最大的彗星。这颗巨大的彗星以其发现者的名字命名为Bernardinelli-Bernstein。它是如此巨大，以至于在最初发现时，天文学家误以为它是一颗矮行星。这颗巨大的彗星正位于从外太阳系向内的轨道上运行。虽然一颗巨大的彗星从外太阳系向地球飞来可能很可怕，但天文学家清楚，目前它对地球不构成威胁。它接近太阳的距离不会少于土星轨道以内。  虽然这与我们有很大的距离，但在宇宙范围内是非常接近的，并为研究人员提供了一个研究来自奥尔特云的原始彗星的机会。研究像这样的原始天体有助于科学家了解更多关于我们太阳系的形成。天文学家认为，这颗彗星已经有300多万年没有到过内太阳系。调查Bernardinelli-Bernstein的研究人员很兴奋，称它是一颗"新"彗星，也可能是有史以来观察到的最原始的彗星。研究人员已经确定，这颗彗星从距离太阳40400天文单位的地方开始了它的内向旅程，在离太阳大约29个天文单位的距离被发现。它的直径为96英里，尽管它的体积巨大，但还是太远了，无法用肉眼观察。 07 天文学家正模拟恒星风、磁活动和蒸发的系外行星大气层包括太阳在内的大多数恒星都会产生磁力活动，驱动快速移动的电离风，也会产生X射线和紫外线辐射（通常被称为XUV辐射）。来自恒星的XUV辐射可以在轨道行星的上层大气中被吸收，在那里它能够加热气体，使其足以从行星的大气中逸出。  M型矮星是迄今为止最常见的恒星类型，比太阳更小、更冷，而且它们可以有非常活跃的磁场。它们凉爽的表面温度导致它们的宜居区（HZ）靠近恒星（HZ是指一个绕行行星的表面水可以保持液体的距离范围）。任何在M型矮星的宜居区绕行的岩质系外行星，由于靠近恒星，特别容易受到光蒸发的影响，这可能导致大气层的部分甚至全部消失。一些理论家认为，如果光蒸发能去除足够多的气体包层，具有大量氢或氦包层的行星实际上可能变得更适合居住。XUV辐射对系外行星大气层的影响已经被研究了近20年，但对恒星风对系外行星大气层的影响却知之甚少。CfA的天文学家Laura Harbach、Sofia Moschou、Jeremy Drake、Julian Alvarado-Gomez和Federico Frascetti及其同事已经完成了模拟，模拟了恒星风对靠近M型矮星运行的具有富氢大气的系外行星的影响。作为一个例子，他们使用了TRAPPIST-1中的系外行星配置，这是一颗凉爽的M型矮星，有一个由七颗行星组成的系统，其中六颗行星离该星足够近，处于其HZ区。模拟结果显示，根据细节，恒星风可以从行星的大气中产生外流。研究小组发现，恒星的磁场和行星的磁场在确定外流的许多细节方面都起着重要作用，可以通过紫外线中的原子氢线来观察和研究。复杂的模拟结果表明，围绕M型矮主星的行星很可能显示出多种多样的大气特性，而且一些物理条件可以在很短的时间范围内发生变化，使得对连续的系外行星过境的观测解释更加复杂。模拟结果强调了使用包括磁效应的三维模拟的必要性，以便解释M-矮星周围行星的观测结果。 08 NASA MRO镜头下的“毅力号”：就像一个闪亮的矩形“毅力号”约有一辆小汽车那么大，但它相对娇小的体积并没有阻止NASA的火星勘测轨道器(MRO)从轨道上捕捉到它的身影。MRO HiRise摄影小组于本周分享了一张精彩的图片，其显示出这辆火星车在波纹状的火星地貌上看起来就像是一个明亮的矩形。  如果仔细看则可以看到火星车的一些轮迹。“像这样的HiRise图像使漫游者团队能选择最佳路线到达他们的主要目标并帮助将漫游者的观察放在Jezero内环山内的背景中，”HiRise副首席研究员Shane Byrne在本周的声明中说道。图片中看到的漫游车距离2月的着陆点有2300英尺（700米）。这段蜿蜒的路线带着“毅力号”穿越了1.62英里（2.61公里）的Jezero环形山--一个古老的湖床。然而因为火星合日的到来，NASA将暂停向“毅力号”发送指令。据悉，火星合日每隔两年发生一次，在这个时期，地球和火星无法“看到”对方。它将一直稳坐到10月中旬，不过在休假期间仍将继续监测其周围的环境。 09 NASA确认Ingenuity火星直升机2800rpm的螺旋桨旋转测试是成功的就像在地球上一样，火星上的季节也在变化。火星上的大气密度总是明显低于地球上，有人担心这可能会使Ingenuity火星直升机根本无法在红色星球表面运行。事实证明，在火星上的飞行非常成功，但美国宇航局不得不采取额外措施，以保持直升机在季节变化时的飞行。  NASA正在做的事情之一是将Ingenuity的螺旋桨转子速度提高到2800rpm。NASA现在已经确认，2800rpm的旋转测试是成功的。进行该旋转测试是在未来几个月和几周内操作Ingenuity的第一步。测试的下一步将是在Ingenuity目前的位置进行短暂的盘旋，转子速度下降为2700rpm，再进行一次短暂的飞行。NASA于9月15日在地面上完成了高速旋转测试。在那次测试中，关键细节之一是NASA要确定较高的旋转速度是否会引起任何意外的振动。好消息是没有检测到振动。NASA预计在9月18日进行2700转的飞行。然而，在Ingenuity公司在飞行前的检查中检测到一对舵机出现异常并取消了飞行后，这次飞行被取消了。有问题的舵机驱动一个叫做斜盘的机构，使其能够在飞行中调整旋翼的俯仰和方向。这些舵机对稳定飞行至关重要。飞行前的测试注意到，就在飞行前程序的第二步之后，1号和2号舵机的摆动比它们的指令位置高出约一度。美国宇航局已确认该团队正在研究该异常现象，并进行了额外的摆动测试。一次发生在9月21日，另一次发生在9月23日。这两次测试都很成功。一种理论是，在Ingenuity进行了比原计划多一倍的飞行后，伺服齿轮箱和斜盘连接的部件开始磨损。然而，另一种理论是，高速旋转测试使转子处于一个以以前未曾遇到过的方式加载伺服部件1和2的位置，由于太阳活动的原因，额外的测试和可能的更高转子速度的飞行要到10月中旬才会开始。 10 NASA不会在2022年前首次发射SLS火箭早些时候，一位 NASA 管理人员表示，太空发射系统（SLS）尚未敲定首次发射的日期，但预计会是 2022 年初。9 月 30 日，Bob Cabana 又在马里兰州参加太空商业圆桌网络研讨会期间表示，NASA 有望于明年之后敲定 Artemis I 的一个时间窗口，且实际任务执行不大可能在 2021 年底之前发生。  想象图（来自：NASA 官网）此前 NASA 局长 Bill Nelson 曾于 9 月 21 日向记者透露，Artemis I 将在 2021 年底、或 2022 上半年发射。Cabana 也曾表示，NASA 最近完成了 SLS 火箭的“模态测试”（Modal Testing），其中包括让载具承受振动、以得知其共振频率。至于 SLS 项目的下一个重要里程碑，将是安装上猎户座（Orion）飞船，后者将于 10 月 13 日被运送到肯尼迪航天中心的装配大楼。一旦将该飞船安装到 SLS 火箭的顶部，后续它们将被转移到 39B 发射场开展湿式演练（Wet Dress Rehearsal）—— 将火箭灌满液氧和液氢。本次彩排涵盖了发射倒计时，并于主引擎点火之前戛然而止。成功测试后，火箭将返回装配大楼，以完成剩余的其它工作，并运往发射台以进行首次发射。 11 “完美流体 ”新扫描技术：让我们更接近于了解我们宇宙是如何开始的科学家们报告了解决一个宇宙难题的新线索：夸克胶子等离子体--自然界的完美流体--如何演变成物质。在宇宙大爆炸之后的几百万分之一秒，早期宇宙呈现出一种奇怪的新状态：一种被称为夸克胶子等离子体的亚原子汤。而就在15年前，包括来自劳伦斯伯克利国家实验室相对论核碰撞(RNC)小组的研究人员在内的一个国际团队发现，这种夸克-胶子等离子体是一种完美的流体--其中夸克和胶子即质子和中子的组成部分是如此强烈的耦合，它们的流动几乎没有摩擦。  科学家们推测，高能量的粒子喷流飞过夸克-胶子等离子体--一个原子核大小的液滴--其速度快于音速并且像快速飞行的喷流一样，另外还会发出一种称为马赫波的超音速轰鸣。为了研究这些喷气粒子的特性，2014年，由伯克利实验室科学家领导的一个团队开创了一种称为喷气断层扫描的原子X射线成像技术。这些开创性的研究结果显示，这些射流在通过夸克胶子等离子体传播时散射并失去能量。但喷射粒子在夸克-胶子等离子体中的旅程又是从哪里开始呢？科学家们预测，一个较小的马赫波信号即扩散尾流，会告诉人们该去哪里找。然而尽管能量损失很容易观察到，但马赫波和伴随的扩散尾流仍难以捉摸。现在，来自伯克利实验室的科学家们最近近发表在《Physical Review Letters》上报告了模型模拟的新结果，其显示他们发明的另一项技术--二维喷射断层扫描可以帮助研究人员找到扩散尾流的幽灵信号。“它的信号是如此之小，就像在一万个粒子的干草堆里找一根针，”研究负责人、伯克利实验室核科学部高级科学家Xin-Nian Wang说道，“”们的模拟首次表明，人们可以使用二维喷射断层成像技术来拾取夸克胶子等离子体中扩散尾流的微小信号。”为了在夸克-胶子干草堆中找到那根超音速的针，伯克利实验室的团队从欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)模拟的数十万次铅核碰撞事件和布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)的金核碰撞事件中挑选出来。目前研究的一些计算机模拟是在伯克利实验室的NERSC超级计算机用户设施中进行的。Wang指出，他们的独特方法将帮助研究人员摆脱干草堆中的所有这些干草--帮助其专注于寻找那根针。喷射粒子的超音速信号有着一个独特的形状，看起来像一个圆锥体--它的后面拖着一个扩散尾流，就像快速移动的船只尾流中的水波纹。科学家们一直在寻找这种超音速"wakelet"的证据。一旦扩散尾流位于夸克胶子等离子体中，则就可以将其信号跟背景中的其他粒子区分开来。他们的工作还将帮助大型强子对撞机和RHIC的实验者了解在他们寻求了解夸克-胶子等离子体如何演变成物质的过程中应该寻找哪些信号。“我们是由什么构成的？在大爆炸后的几微秒内，新生的宇宙是什么样子的？这仍是一项正在进行的工作，但我们对长期寻找的扩散唤醒的模拟使我们更接近于回答这些问题，”Wang说道。 12 NASA阿特米斯一号任务将在深空中测试Alexa语音助手和思科视频会议平台当美国宇航局在未来几个月首次推出其新的大型深空火箭时，一个熟悉的语音助手和视频会议工具将随行而至。亚马逊的Alexa语音助手和思科的Webex视频会议平台的一个版本将被纳入太空飞行，这是一项技术演示的一部分，目的是看看这些工具是否能使未来飞往月球和火星等遥远目的地的宇航员受益。  即将进行的飞行被称为Artemis I，它是美国宇航局Artemis计划的一系列飞行中的第一次测试任务，该计划旨在将第一位女性和第一位有色人种送上月球表面。暂定于3月进行的阿特米斯一号将标志着美国宇航局的下一代火箭，即太空发射系统，或称SLS的首飞，这是波音公司在过去十年中一直在开发的巨大火箭。SLS旨在将人员和货物发射到深空，乘客可乘坐洛克希德-马丁公司开发的名为"猎户座"的新乘员舱，该乘员舱固定在火箭顶部。  对于Artemis I，SLS将发射一个猎户座乘员舱绕月飞行数周，这是两个飞行器第一次一起飞向太空。这是一次关键的测试发射，因此除了一个人体模型外，没有人会在猎户座内飞行。然而，这位假乘客将有一些机器同伴。洛克希德-马丁公司与亚马逊和思科合作，在未来猎户座控制面板的位置上安装了一个"人机界面"。这个盒子被称为Callisto，取自希腊神话中阿尔忒弥斯的伴侣，它将有一个语音激活的Alexa扬声器，有标志性的蓝色环形灯，还有一个运行Webex的iPad。  在Artemis I任务的某个时刻，地面上的人将测试这个盒子，就像宇航员在猎户座上与扬声器和屏幕互动一样。最终，洛克希德-马丁公司、亚马逊公司和思科公司想看看这样的界面是否对未来的深空旅行者有益。为了看看这些工具是否有效，洛克希德-马丁公司将在地面上雇用"虚拟机组成员"。当猎户座在太空中时，休斯顿NASA任务控制中心的一个人将向Alexa发出指令。这个人的声音将通过猎户座内部的扬声器播放，以激活Alexa。虚拟船员将询问某些类型的信息，例如猎户座在太空中移动的速度，或者离太空舱进行下一次推进器启动还有多长时间。Alexa被设计为从猎户座中提取实时数据，以便通过其扬声器回答这些问题。  猎户座飞船配备了Wi-Fi，但由于在演示期间，飞船将在远离地球的太空中急速飞行，互联网连接将受到限制。因此，Alexa在飞行过程中不需要接入互联网来回答虚拟船员的一些即时问题。相反，亚马逊在设计这个Alex时，采用了一个被称为"本地语音控制"的系统，使其能够对各种预先确定的命令作出反应。虚拟船员还将要求Alexa改变Orion内部的照明。洛克希德-马丁公司已经在太空舱内的面板显示器后面安装了一个独立的LED照明系统，Alexa应该能够控制它。洛克希德-马丁公司还在整个猎户座的驾驶舱内安装了一些麦克风和摄像机，以及一个虚拟现实摄像机，以记录演示情况，并确保盒子在任务中发挥作用。 13 詹姆斯-韦伯太空望远镜成功部署副镜今日（当地时间1月5日），詹姆斯看-韦伯太空望(JWST)远镜团队成功地部署了该天文台的副镜支持结构。当来自遥远宇宙的光线照射到韦伯标志性的18个金色主镜时，它将反射并照射到较小的2.4英尺（0.74米）的副镜上，后者将把光线导入其仪器。  副镜由三根轻质的可展开支柱支撑，每根支柱几乎有25英尺长，被设计用来承受太空环境。专门的加热系统则被用来预热无缝操作所需的关节和电机。“JWST的又一个辉煌的一天，”NASA戈达德太空飞行中心的韦伯项目经理Bill Ochs说道。部署过程大概在美国东部时间上午9:52开始，副镜则是在美国东部时间上午11:28左右移动到其扩展位置。然后，副镜的支撑结构在美国东部时间上午11:51左右被锁住。在美国东部时间约12:23，工程师确认该结构已完全固定并锁定到位并部署完成。“世界上最复杂的三脚架已经展开，”来自戈达德的韦伯光学望远镜元件经理Lee Feinberg介绍道，“这确实是人们可以考虑的方式。韦伯的副镜必须在微重力和极度寒冷的温度下展开，并且最终必须在第一次工作时不能出错。它还必须部署、定位并将自己锁定在约1.5毫米的公差范围内，然后在望远镜指向天空的不同地方时，它必须保持极其稳定--而这一切都是为了一个长度超7米的副镜支撑结构。”接下来韦伯将部署一个重要的散热器系统--后部可部署仪器散热器(ADIR)，它有助于将热量从其仪器和镜子上散发出去。 14 NASA火星直升机正在准备第19次飞行：为2022年首次在地球上是新的一年，而在火星上2022年也有很多值得期待的事情。NASA的“机智号(Ingenuity)”直升机正准备进行今年的首次飞行，这将是其总体上的第19次飞行。“机智号”团队预计，由于它所处的地形，起飞可能会非常困难。  第19次飞行计划不早于周五进行。这架非凡的旋翼机早已超过了其预期的五次飞行寿命，并继续在Jezero环形山的恶劣条件下良好运行。火星上的每一次飞行都是一个小小的奇迹。直升机的第一次飞行证明了它可以在地球以外的星球工作。随后的飞行测试了它的能力。最近的飞行则是为其同伴“毅力号(Perseverance)”探测器服务的。“目前的任务目标是到达Jezero河三角洲以帮助‘毅力号’探测器进行路径规划和科学发现，”“机智号”飞行员Martin Cacan在周二的状态更新中写道。计划持续约100秒的第19次飞行不一定会很轻松。“虽然时间很短，但由于直升机目前所处的是无特征的沙地，所以飞行的开始具有挑战性，”Cacan写道。“机智号”使用一个导航相机来帮助它追踪其位置。地形在18次飞行的降落过程中引发了一些警告，但该团队希望对“机智号”的参数进行更新后能够实现干净的上升。自2021年初登陆火星以来，“机智号”和“毅力号”已被证明是相当好的伙伴团队。新的一年将充满探索和科学研究，因为漫游车继续滚动并收集岩石样本，直升机则负责从空中发挥侦察作用。 15 科学家尝试在碎片盘中寻找系外行星根据哈佛-史密松森天体物理中心（CfA）的一项新研究，主序恒星周围的碎片盘是脆弱的尘埃带，被认为是小行星或其他行星碎片碰撞和破碎时产生的。它们很常见：超过四分之一的主序恒星都有碎片盘，而且由于这些碎片盘很难被探测到，所以这个比例可能还要高。目前的仪器只能在比太阳系的柯伊伯带（从海王星轨道上约30个天文单位延伸到约50个天文单位的区域）产生的碎片盘至少多一个数量级的系统中探测到碎片盘。  研究人员表示，碎片盘中的尘埃本身就值得研究，但也提供了一个追踪行星系统特性的机会。最大的尘埃颗粒（那些大到一毫米的尘埃），其集体热辐射是由ALMA（阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列）等望远镜测量的，相对不受恒星风或辐射压力的影响。相反，它们的分布显示了重力和碰撞的影响。“混沌区”是一个行星周围的扩展区域，在这个区域内，尘埃没有稳定的引力轨道，导致一个缺口，其宽度除其他外取决于行星的质量。碎片盘中的行星可以产生这样一个缺口，因此对缺口尺寸的测量可以用来推断行星的质量--这是一个关键的系外行星参数，否则很难获得。CfA的天文学家Sean Andrews和David Wilner是一个团队的成员，他们使用ALMA来研究离我们大约135光年的HD 206893星周围的已知碎片盘。这颗恒星还有一个褐矮星的双星伴星，在大约10au处运行，其质量大约为15-30个木星质量。ALMA图像在空间上解析了这个圆盘--它从大约50-185au延伸，而且天文学家们发现了一个从大约63-94au延伸的缺口的证据。如果这个缺口是由一个圆形轨道上的单一行星形成的，“混沌区”理论意味着这个行星应该有大约1.4个木星质量，轨道在大约79au。未来，更高分辨率的ALMA观测有可能帮助约束褐矮星的动力学行为，并改善推断的新行星的特征。 16 MIRI仪器的打开标志着韦伯望远镜在太空任务中实现的首个里程碑就在韦伯团队拉紧遮阳板的同时，其他活动也在仪器之间进行。一个里程碑是：打开中红外仪器(MIRI)的污染控制罩。对此，来自MIRI的欧洲首席调查员Gillian Wright日前为人们带来了相关介绍：  “MIRI有一个污染控制罩，因为它的超低温工作温度的限制意味着不可能包括其他处理冰污染的手段，如敏感部件的加热器。对于发射来说，锁住这个盖子是最安全的，而操作它的时间是由天文台的温度决定的。而为了解锁这个盖子，我们首先必须打开我们的仪器控制电子装置并确认它们正常运行。然后可以向盖子发送指令。在成功完成测试和解锁盖子后，在接下来的遮阳板张紧活动步骤之前，仪器控制电子装置处于关闭状态。MIRI的这一关键步骤则是由欧洲的团队成员进行远程监控并准备在需要时提供帮助。  这里的照片显示了在巴尔的摩的任务操作中心的MIRI团队成员，在完成了MIRI众多调试步骤中的第一个步骤后，（他们）疲惫而快乐。在接下来的几天里，MIRI污染控制罩将被关闭以保护光学元件在观测站冷却时免受任何可能的污染。之后，在时间轴的更晚时候，当MIRI冷却到只有7K的工作温度时，它将被重新打开并准备好望向天空。” 17 “猎户座的壁炉”：令人惊叹的火焰星云新图像在欧洲南方天文台（ESO）发布的一张新图片中，猎户座提供了一个壮观的“烟花表演”，以庆祝节日和新的一年。但是这个标志性的星座既没有爆炸也没有燃烧。你在这张“节日明信片”中看到的“火焰”是猎户座的火焰星云及其周围环境，是用无线电波拍摄的。这张图片是由ESO操作的阿塔卡马探路者实验望远镜（APEX）拍摄的，位于智利阿塔卡马沙漠中寒冷的Chajnantor高原上。  新处理的火焰星云图像是基于前ESO天文学家Thomas Stanke和他的团队几年前进行的观测，其中马头星云等较小的星云也出现了。他们兴奋地尝试了当时刚刚在APEX安装的SuperCam仪器，将其指向猎户座。“正如天文学家喜欢说的那样，只要周围有新的望远镜或仪器，就去观察猎户座：总会有新的、有趣的东西被发现！”Stanke说。几年后，经过多次观测，Stanke和他的团队现在已经接受了他们的成果，并在《天文学与天体物理学》杂志上发表。  作为天空中最著名的区域之一，猎户座是最接近太阳的巨大分子云的所在地--主要由氢组成的巨大宇宙天体，新的恒星和行星在这里形成。这些云层位于1300到1600光年之间，拥有太阳系附近最活跃的恒星“托儿所”，以及这张图片中描述的火焰星云。这个“发射型”星云的中心有一些年轻的恒星，它们发射出高能辐射，使周围的气体闪闪发光。有了这样一个激动人心的目标，研究小组不太可能感到失望。除了火焰星云及其周围的环境，Stanke和他的合作者还能够欣赏到其他壮观的天体。一些例子包括反射星云Messier 78和NGC 2071--据信是由星际气体和尘埃组成的云团反射附近恒星的光。研究小组甚至还发现了一个新的星云，这是一个小天体，其显著特点是几乎完美的圆形外观，他们将其命名为“奶牛”星云。  这些观测是作为APEX大型CO猎户座遗迹调查（ALCOHOLS）的一部分进行的，该调查研究了猎户座云层中一氧化碳发出的无线电波。利用这种分子来探测广阔的天空区域是SuperCam的主要目标，因为它允许天文学家绘制诞生新星的大型气体云。与这张图片中的“火”所暗示的不同，这些云层实际上是冷的，其温度通常只比绝对零度高几十度。考虑到它所能讲述的许多秘密，过去曾多次用不同的波长扫描过这个天空区域，每个波长范围都揭示了猎户座分子云的不同、独特的特征。其中一个例子是用欧空局在智利帕拉纳尔天文台的可见光和红外测量望远镜（VISTA）进行的红外观测，它构成了火焰星云及其周围环境的这幅图像的宁静背景。与可见光不同，红外波穿过厚厚的星际尘埃云，使天文学家能够发现恒星和其他天体，否则这些天体将被“隐藏”起来。 18 “中国天眼”解决恒星形成经典问题磁场是星际介质和恒星制造过程中必不可少的，但往往是“秘密”的成分。笼罩着星际磁场的秘密可以归因于缺乏实验性的探测。虽然迈克尔·法拉第在19世纪初就已经在皇家学院的地下室用线圈探测磁和电之间的联系，但如今的天文学家仍然无法在光年之外部署线圈。由中国科学院国家天文台研究员李菂博士领导的一个国际团队利用被称为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜（FAST），获得了L1544分子云的精确磁场强度--这是一个似乎准备形成恒星的星际介质区域。  该小组采用了所谓的中性氢窄线自吸收方法（HINSA），这是李菂和Paul Goldsmith在2003年根据阿雷西博射电望远镜的数据首次提出的。FAST的灵敏度促进了对HINSA的塞曼效应的清晰检测。结果表明，这种云层达到了超临界状态，即为崩溃做好了准备，比标准模型所建议的要早。李菂博士说：“FAST将无线电波集中在一个电缆驱动的舱内的设计导致了清洁的光学系统，这对HINSA塞曼效应实验的成功至关重要。”这项研究已于1月5日发表在《自然》杂志上。塞曼效应是指原子在外磁场中发光谱线发生分裂且偏振的现象--是对星际磁场强度的唯一直接探测。星际塞曼效应是很小的。源自相关云层的频移只是发射线固有频率的几十亿分之一。2003年，分子云的光谱被发现含有一种叫做HINSA的原子-氢特征，它是由氢原子通过与氢分子碰撞而冷却产生的。由于这一探测是借助阿雷西博射电望远镜进行的，HINSA的塞曼效应被认为是对分子云中磁场的一个有希望的探测。HINSA的线强度比分子示踪物高5-10倍。HINSA对磁场也有相对较强的反应，而且与大多数分子示踪物不同，它对天体化学变化有很强的抵抗力。FAST的HINSA测量结果表明L1544的磁场强度约为4µGauss。对类星体（活跃的超大质量黑洞）吸收和羟基发射的综合分析也揭示了整个冷中性介质、分子包层和致密核心的连贯的磁场结构，其方向和大小相似。因此，从磁性亚临界到超临界的过渡--即磁场能够和不能分别支持云层对抗重力的时候--发生在包层而不是核心，这与传统的情况不同。星际磁场如何消散以使云层坍缩，仍然是恒星形成中一个未解决的问题。长期以来，科学家所提出的主要解决方案是云核中的两极扩散--中性粒子与等离子体的解耦。HINSA塞曼效应所揭示的磁场的一致性意味着磁场的消散发生在分子包层的形成过程中，可能是通过一种不同于双极扩散的机制。 19 哈勃太空望远镜迎来新里程碑：已运行超10亿秒当科学家们和太空迷们屏息等待詹姆斯·韦伯太空望远镜的漫长部署过程时，这是一个思考长寿的哈勃太空望远镜的成就的好时机。哈勃刚刚迎来了其服役过程中的一个新里程碑。“哈勃于1990年4月25日从发现号航天飞机的货舱中展开，这使得哈勃开始运行至今已达10亿秒（超过31年），”美国宇航局（NASA）在周三的一份声明中说。NASA与欧空局（ESA）共同运营哈勃。  这台望远镜在1月1日超过了10亿秒大关，它已经发回了一些我们所见过的最令人难忘的宇宙景色。NASA分享了另一个与哈勃的寿命有关的惊人数字。它已经进行了超过150万次的科学观测。哈勃在太空运行中有过一些挑战。它是五次宇航员服务任务的对象，近年来一直在与技术故障作斗争。望远镜团队一次又一次地设法拯救该望远镜，以保持其运作。詹姆斯·韦伯太空望远镜并不是要取代哈勃望远镜，而是要在这台“年迈”望远镜保持运行的同时，对其工作进行扩展和补充。哈勃不太可能再记录10亿秒，但NASA希望它的剩余时间可以用年来计算。对于一个预计只有15年寿命的望远镜来说，哈勃已经被证明不仅是一个“幸存者”，而且是一个继续扩大人们对宇宙的理解的太空“超级明星”。 20 俄火箭任务失败：4吨助推器被重新拉回大气层 残骸坠海俄罗斯去年12月27日进行Angara-A5重型火箭发射测试时，出现了上层助推器Persei入轨（地球静止轨道）失败的情况，因为重力或者引力的作用，该助推器被再次拉回大气层。美国太空部门于当地时间本周三下午13点报告了相关火箭残骸落入南太平洋海域的情况，哈佛大学天体物理中心工作的天文学家Jonathan McDowell在社交平台表示，大家不用恐慌，他并不认为会带来很大风险。报道称，尽管起飞质量大概20吨，但其中约占75%的燃料都会在升空过程中消耗殆尽，估算这枚不受控制“自由落体”的助推器在3.2~4吨左右，虽然不排除有些碎片会落到地面，专家仍表示，不必过分担忧。Jonathan McDowell之所以出面做澄清，还与最近上映的讽刺电影《不要抬头》有关，该片讲述了两位天文学家观测到一枚彗星将撞击地球的故事。资料显示，Angara-A5重型火箭从2014年至今总共进行了三次测试，前两次都成功将虚拟载荷运送入轨。  21 反物质是往上还是往下坠落？CERN实验对此展开研究来自欧洲核子研究中心(CERN)的物理学家发现，反物质会坠落。这听起来是一件显而易见的事情，但科学家们尚未能够确认它对重力的反应是否跟普通物质完全相同。现在，一个新的实验提供了迄今为止的最佳答案。  资料图反物质很像构成我们周围一切的物质，但有一个重要的区别：其粒子具有相反的电荷。而这个简单的区别有一些重大的影响--每当一个粒子和它的反粒子相遇时它们就会互相湮灭。对我们这些以物质为基础的生物来说，幸好反物质在宇宙中极为罕见，然而没有人真正知道原因。宇宙大爆炸本应产生等量的物质和反物质并最终会在数十亿年前湮灭宇宙的全部内容。我们今天在这里提出这个问题的事实表明，一些未知的因素造成了不平衡的现象。因此，物理学家们正在仔细研究反物质，看看除了电荷之外，它和普通物质之间是否有任何其他差异，这可能是不平衡的原因。标准模型认为，不应该有任何其他差异，所以如果科学家发现了什么它就有可能会打开一个全新的物理学世界。这意味着要直接回到基础知识来研究反物质。例如，每个元素都会吸收和发射不同波长的光并产生一个独特的指纹--被叫做发射光谱。反物质应该跟它的物质对应物具有相同的光谱，但直到2016年，CERN的科学家们才最终检查到。果然，反氢被发现具有跟氢相同的光谱。反物质如何对引力产生反应是另一个看似简单的问题，这需要多年的研究。这听起来可能是我们应该已经知道的事情，但大多数时候反物质被悬浮在电磁陷阱中以防止它跟容器碰撞进而湮灭。预计反物质对引力的反应应该会跟普通物质相同--但有一个微小的机会并不如此，可能反其道而行，即向上坠落。为了测试这个想法，研究小组将反质子和带负电的氢离子放入一个叫做潘宁陷阱的电磁装置中。一旦进入其中，粒子就会遵循一个周期性的轨迹，通过测量它们的频率，科学家可以计算出它们的电荷质量比。这个比率对于物质和反物质粒子来说应该是相同的，但任何差异都将归因于它们跟重力的相互作用的变化。果然，研究小组发现，物质和反物质对引力的反应是一样的。至少，在实验的不确定性范围内，也就是在粒子所经历的重力加速度的97%以内。研究人员指出，这比以前的实验要精确四倍。然而这仍为新物理学的潜入留下了空间。其他实验正在通过一种听起来更简单的方法来测试反物质跟重力的相互作用--丢弃反物质粒子，看看它们会去哪里。如果这些团队发现跟当前实验不同的结果，那么这可能暗示了标准模型之外的物理学。   Science视频号  按此关注微信视频号 Science科学 了解未知 开启认知  按此关注中文公众号 Science科学英语平台 THE SCIENCE OF EVERYTHING  按此关注英文公众号 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