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【天文宇宙】今年为啥没有大年三十?专家揭秘跟月亮有关 有时还会连续出现;科学家揭露火星上的碳的三种可能来源

天文知识 2022-1-20 21:44 18164人浏览 0人回复
摘要

▼研究团队发现被“隐藏”的系外气态巨行星 比其他同类行星更接近地球研究证实星链卫星集群对天文观测造成了越来越大的麻烦ISS机组人员正在为太空行走和龙飞船离开做准备系外行星任务Cheops探测到具有神秘运动的奇怪 ...






  1. 研究团队发现被“隐藏”的系外气态巨行星 比其他同类行星更接近地球


  2. 研究证实星链卫星集群对天文观测造成了越来越大的麻烦


  3. ISS机组人员正在为太空行走和龙飞船离开做准备


  4. 系外行星任务Cheops探测到具有神秘运动的奇怪畸形行星


  5. 系外行星研究新发现:3颗行星正被宿主恒星吞噬


  6. 小行星1994 PC1的近距离飞越为观察者提供了实时观看的机会


  7. 天文学家在银河系中发现绵延3900光年的巨大丝状结构


  8. 火星陨石中的古代生命迹象可能是由于地球化学过程造成的


  9. 斯皮策太空望远镜带科学家探索巨型系外行星和矮行星


  10. 詹姆斯-韦伯太空望远镜:它将回答哪些问题?


  11. 欧空局测试火星漫游车 稳步推进火星探测器发射工作


  12. 科学家揭露火星上的碳的三种可能来源


  13. 科学家认为海王星和天王星上可能都有源源不断的“钻石雨”


  14. 天文学家在迷你星系发现黑洞 可能揭示它们生长的秘密


  15. 今年为啥没有大年三十?专家揭秘跟月亮有关 有时还会连续出现




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01

研究团队发现被“隐藏”的系外气态巨行星 比其他同类行星更接近地球


加州大学河滨分校(UCR)的一位天文学家和一群目光敏锐的公民科学家发现了一颗被典型的观星工具所隐藏的气态巨行星。这颗名为TOI-2180 b的行星,其直径与木星相同,但质量几乎是木星的三倍。研究人员还认为,它含有比氦和氢更重的元素,质量是地球的105倍。在我们的太阳系中没有类似的东西存在。

这一发现的细节已经发表在《天文学杂志》上,并在1月13日的美国天文学会虚拟新闻发布会上公布。帮助确认这颗行星存在的UCR天文学家Paul Dalba说:“TOI-2180 b是一颗令人激动的行星。它达到了三要素:1)有一个几百天的公转周期,2)相对接近地球(379光年的距离对于系外行星来说是非常近的),以及3)我们能够看到它在其恒星前凌日。对于天文学家来说,发现一颗能同时满足这三个条件的行星是非常罕见的。”Dalba还解释说,这颗行星很特别,因为它需要261天来完成围绕其恒星的旅程,与我们太阳系以外的许多已知气态巨行星相比,这是一个很长的时间。它与地球的相对距离和它所环绕的恒星的亮度也使天文学家有可能了解更多关于它的信息。

为了确定系外行星的位置,即围绕太阳以外的恒星运行的行星,美国宇航局的TESS卫星在天空的一个部分观察了一个月,然后继续前进。它正在寻找当一颗行星从一颗恒星前面穿过时出现的亮度下降。Dalba说:“经验法则是,我们需要看到三次‘变暗’或凌日,然后我们才相信我们已经找到了一颗行星。”单次的凌日事件可能是由于望远镜出现抖动,或者是一颗恒星“伪装”成了一颗行星。由于这些原因,TESS并不关注这些单次的凌日事件。然而,一小群公民科学家却在关注。在查看TESS的数据时,小组成员、前美国海军军官 Tom Jacobs看到TOI-2180星的光线变暗,只有一次。他的小组提醒了Dalba,他专门研究那些需要长时间围绕恒星运转的行星。

Dalba和他的同事利用利克天文台的自动行星探测望远镜,观察到了这颗行星对恒星的引力牵引,这使他们能够计算出TOI-2180 b的质量,并估计出其轨道的一系列可能性。Dalba希望能够观测到第二次凌日事件,他组织了一次活动,使用了北半球三大洲的14台不同的望远镜。在2021年8月的11天里,这项工作产生了20000张TOI-2180的图像,尽管其中没有任何一张图像能够可靠地探测到该行星。然而,这项活动确实使该小组估计TESS将在2月再次看到这颗行星绕过它的恒星,届时他们正在计划一项后续研究。Dalba的研究经费由美国国家科学基金会的天文学和天体物理学博士后奖学金计划提供。这个公民行星猎手小组从美国宇航局的卫星(如TESS)获取公开的数据,并寻找单次的凌日事件。虽然专业的天文学家使用算法来自动扫描大量的数据,但视觉调查小组使用他们创建的程序来用眼睛检查望远镜数据。Dalba说:“他们所付出的努力真的很重要,令人印象深刻,因为很难编写能够可靠地识别单次凌日事件的代码。这是人类仍然战胜代码的一个领域。”
02

研究证实星链卫星集群对天文观测造成了越来越大的麻烦


尽管 SpaceX 已通过改装降低了星链(Starlink)互联网卫星的反光,但该公司获批准的上万颗卫星集群,还是让天文学家感到极其担忧。最新数据显示,星链在轨卫星数已超过 1500 颗。尽管距离 12000 颗落成还有很长一段时间,这项服务就已经对天文观测造成了毁灭性的打击。


被污损的仙女座星系资料图过去两年里,一对天文学家都在使用来自巡天望远镜的资料图像来辨识星链轨道,期间受污染的照片数量暴增了 25 倍。研究人员预计,当 SpaceX 完成星链的大规模部署时,几乎每一张望远镜图像都会被乱入的至少一条星链轨迹给破坏。来自帕洛马天文台的 Zwicky Transient Facility(简称 ZTF),旨在捕捉超新星等罕见天文事件。
ZTF 会反复扫描整个天空来,并在软件监督下生成图像,以揪出在早期资料图库中不存在的新物体。得益于超高的灵敏度,使之非常适合识别太阳系中的昏暗物体,比如小行星。为简化快速扫过整个天空的任务,ZTF 依赖于视野非常宽广的大相机。不幸的是,宽阔视野也导致其更可能在曝光后的照片中看到星链卫星的痕迹。
研究团队分析了从 2019 年 11 月 - 2021 年 9 月期间(大约 2 年)的每一张存档照片和所有星链硬件的在轨数据,以确定 ZTF 相机拍到它们的频率。一旦被识别为疑似星链卫星,软件就会检查图像上是否存在明亮的轨迹。


蓝条代表十日观察期内的曝光数,红线则是星链卫星总数。研究初期,轨道上只有大约 100 颗星链卫星,所以十日观察期内“一无所获”的概率还是相当正常的。但当在轨卫星数增至 500 颗时,镜框就开始急转直下。等到在轨星链卫星数量超过 1500 颗,ZTF 通常就会在十日内遭遇超过 200 颗卫星。在多重因素的影响下,暮光观测受到的伤害最为明显。
首先,拍摄地平线的图像,明显遭遇了更多的星链卫星,因为 Starlink 占据了相当多的这部分空间角度。其次,由于太阳的夹角位置,此类卫星更可能被完全照亮 —— 结果大约 64% 的污损照片都是在黄昏时分的近地轨道上拍到的。
然而随着卫星集群规模的不断膨胀,坏事也迎来了爆发式的增长。2020 年底的时候,只有大约 6% 的黄昏照片受到影响。但到 2021 年底,这一数字也猛涨到了 18% 。有关这项研究的详情(PDF),已经发表在近日出版的《天体物理学快报》(The Astrophysical Journal Letters)上。原标题为《Impact of the SpaceX Starlink Satellites on the Zwicky Transient Facility Survey Observations》。https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac470a
03

ISS机组人员正在为太空行走和龙飞船离开做准备


第66远征队机组人员正在为周三的太空行走做准备并在为周五出发的美国补给船打包。与此同时,国际空间站(ISS)还举行了一对探索运动和视觉的空间生物学研究。宇航员Anton Shkaplerov和Pyotr Dubrov今日完成了2022年第一次太空行走的准备工作,这次太空行走定于美国东部时间周三上午7点开始。

二人完成了对他们在七小时太空行走期间将使用的程序的审查。他们将在这次行走中装备俄罗斯的新Nauka和Prichal模块。他们将穿上俄罗斯的Orlan宇航服并在早上7点离开Poisk模块的气闸。NASA应用和该机构网站上的NASA TV将从早上6点开始直播太空活动。三名NASA宇航员将继续在周五上午10:40离开前装载SpaceX货运龙飞船。飞行工程师Mark Vande Hei和Raja Chari在午餐时间后开始装载,然后NASA Thomas Marshburn在一天结束时加入到他们当中。Marshburn还跟来自ESA的宇航员Matthias Maurer一起参加了位于美国Destiny实验舱内的运动周期锻炼课程。两人轮流踩踏一小时,每人都戴着测量心率的显示器以展开人体研究。Maurer随后跟NASA飞行工程师Kayla Barron一起在Kibo号实验舱内进行了一天的其余时间的视觉调查。这对宇航员利用生命科学手套箱进行研究操作,以了解长期的太空任务如何影响宇航员的视觉功能并促进地球上的眼睛健康。Axiom Mission 1是第一个前往国际空间站的私人宇航员任务,现在的目标是在3月31日发射。当登上轨道实验室,由四人组成的Axiom Space机组将在返回地球之前进行为期八天的科学、外联和商业活动。
04

系外行星任务Cheops探测到具有神秘运动的奇怪畸形行星


欧空局(ESA)的系外行星任务Cheops发现,一颗在一天之内围绕其宿主恒星运行的系外行星的变形形状更像一个橄榄球,而非球形。这是第一次检测到系外行星的变形,这为了解这些紧靠恒星的行星的内部结构提供了新的见解。

这颗被称为WASP-103b的行星位于武仙座。它被这颗行星及其主星WASP-103之间的强大潮汐力所变形。据悉,WASP-103质量是太阳的1.7倍。潮汐拉扯我们在地球的海洋中经历潮汐,主要是由于月球在围绕我们的轨道运行时对我们的星球进行轻微的拉扯。太阳对潮汐也有一个小但重要的影响,然而它离地球太远了,无法引起我们星球的重大变形。WASP-103b就不是这样了,这颗行星的大小几乎是木星的两倍,质量是木星的1.5倍,在不到一天的时间里围绕其主星运行。天文学家们怀疑如此近的距离会引发非常大的潮汐,但直到现在他们仍无法测量它们。

通过利用ESA Cheops太空望远镜的新数据并结合NASA/ESA哈勃太空望远镜和NASA斯皮策太空望远镜已经获得的数据,天文学家现在已经能检测到潮汐力如何将系外行星WASP-103b从一个通常的球体变形为橄榄球形状。Cheops测量系外行星的凌日--当一颗行星从我们的角度经过它的恒星前面时引起的光的倾斜。通常情况下,研究光曲线的形状将揭示有关行星的细节,如它的大小。Cheops的高精度加上其指向的灵活性使得卫星能返回到一个目标并观察多次过境,这使得天文学家能够检测到WASP-103b的潮汐变形的微小信号。这一独特的信号可以用来揭示有关该行星的更多信息。来自巴黎科学与文化大学巴黎天文台的Jacques Laskar是这项研究的共同作者,他说道:“Cheops居然能揭示出这种微小的变形,这真是不可思议。这是第一次进行这样的分析,我们可以希望,在更长的时间间隔内进行观察将加强这一观察并带来对该行星内部结构的更好认识。”膨胀的行星研究小组通过利用WASP-103b的过境光曲线得出一个参数--勒夫数--衡量质量在一个行星内的分布情况。了解质量如何分布可以揭示出行星内部结构的细节。这项研究的论文第一作者、葡萄牙波尔图大学天体物理学和科学研究所的Susana Barros说道:“一种材料对变形的抵抗力取决于其组成。比如,在地球上,我们有由于月亮和太阳引起的潮汐,但我们只能在海洋中看到潮汐。岩石部分并没有移动那么多。通过测量行星的变形程度,我们可以知道它有多少是岩石、气态或水。”尽管WASP-103b的半径是木星的两倍,但它的勒夫数跟木星相似,这初步表明其内部结构相似。“原则上,我们期望一颗质量为木星1.5倍的行星会有大致相同的大小,所以WASP-103b必须由于其恒星的加热,也许还有其他机制而非常膨胀。如果我们能通过未来的观测确认其内部结构的细节,也许我们可以更好地理解是什么让它如此膨胀。知道这颗系外行星核心的大小对于更好地理解它是如何形成的也很重要,”Susana说道。由于勒夫数的不确定性仍相当高,因此需要在未来用Cheops和詹姆斯-韦伯太空望远镜进行观测来破译细节。韦伯的极高精度将改善对系外行星潮汐变形的测量,从而使这些所谓的“热木星”跟太阳系中的巨行星之间能够进行更好的比较。神秘的运动另一个谜团也围绕着WASP-103b。一颗恒星和一颗非常接近木星大小的行星之间的潮汐相互作用通常会导致行星的轨道周期缩短,这使其在最终被母星吞噬之前逐渐接近恒星。然而对WASP-103b的测量似乎表明,其轨道周期可能正在增加,并且该行星正在缓慢地远离该恒星。这将表明除潮汐力之外的其他因素是影响该行星的主导因素。Susana和她的同事们还研究了其他潜在的情况,如宿主的一颗伴星影响了系统的动力学或该行星的轨道是略带椭圆的。他们没能确认这些情况,但也不能排除这些情况。也有可能轨道周期实际上是在减少而非在增加,但只有用Cheops和其他望远镜对WASP-103b的凌日进行更多的观测才能帮助揭开这个谜团。ESA Cheops项目科学家Kate Isaak说道:“潮汐变形对系外行星过境光曲线的影响大小非常小,但由于Cheops的精度非常高,我们能够首次看到这一点。这项研究是一个很好的例子,说明系外行星科学家能利用Cheops解决非常多样化的问题,说明这项灵活的后续任务的重要性。”
05

系外行星研究新发现:3颗行星正被宿主恒星吞噬


夏威夷大学天文学研究所(IfA)的一支团队近日发现了 3 颗行星,通过危险的靠近恒星来结束自己的生命。在迄今为止发现的数以千计的太阳系外行星中,这 3 颗气体巨行星是由美国宇航局 TESS(凌日系外行星探测卫星)任务首次探测到的。


这 3 颗行星编号分别为 TOI-2337b, TOI-4329b 和 TOI- 2669b,它们拥有一些围绕亚巨型或巨型恒星的最短周期的轨道。其中一颗行星,TOI-2337b,将在不到100万年的时间里被其主星吞噬,比目前已知的任何其他行星都要早。美国自然历史博物馆和纽约市 Flatiron 研究所的博士后研究员、该项研究的主要作者 Samuel Grunblatt 表示:“这些发现对于理解系外行星研究的一个新领域至关重要:行星系统如何随时间演变。这些观察提供了新的窗口,让我们了解在它们的宿主恒星吞噬它们之前,接近它们生命终点的行星”。这些行星的发现和确认已被接受在《Astronomical》上发表,并于 1 月 13 日在美国天文学会的新闻发布会上宣布。研究人员估计,这些行星的质量在木星质量的 0.5-1.7 倍之间,大小从略小到超过木星的 1.6 倍不等。它们的密度范围也很广,从软木的密度到比水的密度大三倍,这意味着有各种各样的起源。这三颗行星被认为只是冰山的一角。IfA 的研究生和该研究的共同作者 Nick Saunders 说:“我们期望通过TESS找到几十到几百个这种进化的凌日行星系统,提供关于行星如何相互作用、膨胀和围绕恒星迁移的新细节,包括像我们太阳这样的恒星”。该团队希望这种“行星考古学”将帮助我们了解行星系统的过去、现在和未来,使我们离回答这个问题更近一步--“我们是孤独的吗?”
06

小行星1994 PC1的近距离飞越为观察者提供了实时观看的机会


本周,小行星1994 PC1的出现为观察者提供了一个实时观看太空岩石运动的机会。UTC时间1月18日晚上,直径1.1公里的小行星(7482)1994 PC1经过离地球123万英里(198万公里)的地方。这大约是地月距离的五倍,并且刚刚超过日地拉格朗日L2点,该点不久将成为詹姆斯·韦伯太空望远镜的所在地。


幸运的是,地球和上述太空望远镜在这次经过时都没有受到小行星的影响,而且在可预见的未来几个世纪内都将如此。这颗小行星是由天文学家 Robert McNaught于1994年8月9日晚在赛丁泉天文台观测时发现的。这颗阿波罗型小行星是一颗飞越地球的小行星,它的近日点在离太阳0.9个天文单位(AU)的内部,远日点在小行星带的1.8AU,轨道周期为572天。它的轨道相对于黄道线的倾斜度为33.5度,这使得它在大多数年份都会远离地球。

1994 PC1是一颗S级石质型小行星,只比另一颗著名的近地小行星101955 Bennu稍大,后者是美国宇航局Osiris-Rex样本返回任务的目标,将在明年年底带着它的珍贵样本返回地球。

本周的飞越是自1933年1月17日(发现前)以来该小行星最接近的一次,为0.00752AU,也是未来两个世纪以来最接近的一次,尽管2105年1月18日的通过几乎同样接近,为0.01556AU。

本周的近距离接近使观察者有机会亲眼看到这颗小行星。在1月18日晚最接近时,1994 PC1飞越鲸鱼座/双鱼座的边界,以每小时2度的惊人速度移动。这个速度足以让我们在目镜前观察一两分钟后,看到这颗快速小行星的运动与星空背景的对比。在它最亮的时候,1994 PC1应该在+9等左右,这使得它在小型望远镜或双筒望远镜中很容易看到。

为了捕捉它,观察者需要一个能够精确指向赤经和赤纬坐标的望远镜。人们可以通过在NASA/JPL网站上输入"1994 PC1"来获得自己所在时间和地点的这些星历表。

1月19日星期三晚上,在仙女座星座中更北的地方可以观测到这颗小行星。虽然现在相距近 170 万英里,但星期三还有一个优势,即在黄昏结束后提供一个较长的窗口供观赏。


07

天文学家在银河系中发现绵延3900光年的巨大丝状结构


由马克斯-普朗克天文研究所(MPIA)的研究人员领导的一组天文学家发现了银河系中最长的已知结构之一。它绵延约3900光年,几乎完全由原子氢气组成。这个被称为 “Maggie” 的丝状结构可能代表了恒星物质循环中的一个环节。对测量结果的分析表明,这些原子气体在局部汇聚,形成分子氢气。当被压缩在大型云层中时,这就是恒星最终形成的材料。

氢是宇宙中最广泛的物质,也是形成恒星的主要成分。不幸的是,探测单个的氢气云是一项艰巨的任务,这使得对恒星形成的早期阶段的研究具有挑战性。这就是最近由MPIA的天文学家领导的这个国际研究小组发现这个丝状结构令人激动的原因。MPIA的博士生、周二发表在《天文学与天体物理学》杂志上的论文的第一作者Jonas Syed说:“这个‘灯丝’的位置促成了这次成功。我们还不知道它到底是如何到达那里的。但是这根‘灯丝’在银河系平面下延伸了大约1600光年。因此,来自氢气的辐射,其波长为21厘米,在背景中明显突出,使‘灯丝’可见。”

Henrik Beuther解释说:“这些观测还使我们能够确定氢气的速度。”他是这项研究的共同作者,也是MPIA的THOR(银河系HI/OH/重合线调查)观测项目的负责人,这些数据就是基于此。“这使我们能够表明,沿着灯丝的速度几乎没有差别。”因此,研究人员得出结论,它确实是一个连贯的结构。它的平均速度主要由银河系盘的旋转决定。Sümeyye Suri说:“有了这些信息和分析数据的新方法,我们成功地确定了灯丝的大小和距离”。她是另一位合著者和前MPIA天文学家,现在维也纳大学工作。“它大约有3900光年长,130光年宽。”在大约55000光年的距离上,它位于银河系的远端。相比之下,最大的已知分子气体云通常“只”绵延大约800光年。氢在宇宙中以各种状态出现。天文学家发现它以原子和分子的形式存在,其中两个原子被连接在一起。只有分子气体才会凝结成相对紧凑的云层,从而发展出寒冷区域,最终出现新的恒星。但是,从原子氢到分子氢的转变究竟是如何发生的,在很大程度上仍然是未知的。这使得研究这条特别长的“灯丝”的机会更加令人兴奋。

共同作者Juan D. Soler在一年前已经发现了这个天体的第一个线索。他以他的祖国哥伦比亚最长的河流马格达莱纳河(Río Magdalena)为名,将这个丝状结构命名为“Maggie”。“Maggie在早期的数据评估中已经可以被识别。但只有目前的研究毫无疑问地证明了它是一个连贯的结构,”Soler解释说,他最近从MPIA调到罗马的国家天体物理研究所(INAF)。经过仔细检查,研究小组注意到,气体在沿着“灯丝”的某些点上会聚。他们得出结论,氢气在这些地方积聚,并凝结成大的云团。研究人员还怀疑,那些是原子气体逐渐转变为分子形式的环境。
  • 在以前发表的数据中,他们确实发现了Maggie含有质量分数约为8%的分子氢的证据。我们所看到的可能是银河系中的一个区域,那里正在产生新恒星的直接原材料。因此,新的恒星可能在遥远的未来在这里形成。“然而,许多问题仍未得到解答,”Syed指出。“额外的数据,我们希望能给我们提供更多关于分子气体部分的线索,已经在等待分析。”

08

火星陨石中的古代生命迹象可能是由于地球化学过程造成的


困扰了科学家超过 25 年的谜团可能要解开了。由卡内基科学研究所的安德鲁·斯蒂尔领导的一项新研究表明,一块著名的火星陨石中的古代生命迹象可能是由于地球化学过程造成的。


1996 年,由天体生物学家大卫·麦凯(David McKay)领导的美国宇航局科学家团队在《科学》杂志上发表了一份报告,声称在南极洲发现的一块火星陨石含有可能由数十亿年前红色星球上的古代生命形成的化合物和结构,这引起了轰动。该陨石被称为 Allan Hills 84001,是 1984 年 12 月 27 日由一个美国陨石猎人小组在南极洲远西冰原的 Allan Hills 地区发现的。分析表明,这是一块由正辉石、铬铁矿、蒙脱石和富铁碳酸盐组成的石质陨石,而且它含有有机分子。更有趣的是,它是雪花石-蛇纹石-霞石(SNC)陨石群中的一块,这意味着它最初来自火星。


一般的理论是,Allan Hills 84001 在 40.91 亿年前的火星表面下形成,位于现在 Valles Marineris 峡谷中的 Eos Chasma 地区。大约 1700 万年前,一个巨大的流星撞击将它轰出了火星,它绕着太阳运行,直到 13000 年前落在南极的冰盖上。这样的火星陨石很罕见,目前只发现了227块,通过将陨石中的元素和同位素与火星岩石和大气中的元素和同位素进行比对,可以确定它们的来源地。而让 Allan Hills 84001 声名大噪的原因不仅仅是它的稀有,更是因为它是成为火星上是否存在或曾经存在生命这一问题的公众焦点。在 1996 年的论文中,麦凯和他的团队声称发现了似乎是古代纳米细菌的化石,这是一种理论上的细菌形式,比许多病毒还要小。此外,他们还发现了据说是有机物腐烂的结果的化合物。起初,这个假说似乎很有道理。陨石中有些结构看起来像陆地上的细菌,有些甚至在一些常见物种的大小范围内。还有一些看起来像细菌群落的迹象,以及可能是由生物体产生的碳酸盐。因此,火星陨石很快成为大众媒体的话题,人们的兴趣如此强烈,甚至美国总统也觉得有必要发表评论。同时,关于这种火星生物是否是地球上生命的起源的猜测一度甚嚣尘上,甚至有一些评论文章声称,这些发现对一些宗教构成了生存威胁。根据卡内基科学研究所的说法,最新的研究包括来自毅力号和好奇号火星车任务的发现,这些发现与对陨石的纳米级的新分析相结合。这包括成像同位素分析和光谱学,以了解更多关于 Allan Hills 84001 中分子和结构的来源。


研究小组发现,揭开这个谜团的关键是水。40亿年前,火星仍然是一个非常潮湿的星球,甚至有海洋,而这些水推动了形成陨石的地球化学过程。特别是,一个是称为蛇纹岩化(serpentinization)的过程,这是富含铁或镁的火成岩在低温下与循环水的相互作用,并产生像蛇纹岩这样的矿物。另一个是碳化作用(carbonization),即岩石与含有溶解二氧化碳的微酸性水接触,产生碳酸盐矿物。这些过程可能同时或分别发生,但在相对较短的时间内,它们会产生有机材料和看似栩栩如生的结构,而不需要生物体。然而,尽管陨石之谜可能已经被解开,这些过程也揭示了太阳系中生命的起源。
09

斯皮策太空望远镜带科学家探索巨型系外行星和矮行星


获悉,两项新研究通过使用NASA已经退役的斯皮策太空望远镜揭示了巨型系外行星和褐矮星的情况,这些天体不完全是恒星但也不完全是行星。这两项研究都是美国天文学会在1月13日举办的虚拟新闻发布会的焦点。

一项调查显示,褐矮星--它们像恒星一样形成,但没有足够的质量像恒星一样在核心中开始燃烧氢气--上的天气随年龄而变化。褐矮星和巨型系外行星在直径、质量和组成上都很相似,因此了解其中一个的大气特性可以为另一个的大气特性提供启示。第二项研究属于一项研究热木星的工作,热木星是指跟母星运行距离极近的气体系外行星。这些大质量的行星是如何形成的,是否存在着具有不同形成过程的热木星子类?为了寻找答案,该研究的作者研究了系外行星XO-3b,这是一个罕见的热木星例子,它在迁移到其母星附近时被观察到。系外行星的类似物年龄往往给人类带来稳定,这一点似乎对宇宙天体也是如此。纽约美国自然历史博物馆的天体物理学家Johanna Vos将讨论发表在《Astrophysical Journal》上的一项斯皮策调查,该调查发现年轻的褐矮星的天气变化比老的褐矮星要高。关于褐矮星,变异性这个词指的是来自天体大气层的不同波长的红外光强度的短期变化。天文学家认为这些变化是由云层引起,而云层在大气中反射和吸收光线。高变异性可能表明一个主要的大气特征,也许就像木星的大红斑--一个比地球还大的风暴,已经旋转了数百年之久。它还可以表明一个快速变化的大气层,这可能有多种原因,如大气层中的重大温度差异或湍流。

将年轻的褐矮星与跟之前斯皮策对较老的褐矮星的观测相比较,研究人员们发现年轻的天体更有可能出现大气层的变化。他们还发现,年轻的褐矮星的变化更大、更剧烈。Vos和她的同事将这种差异归因于这样一个事实,即褐矮星在年轻时比较膨大,但随着年龄的增长会变得更加紧凑,这可能使大气层看起来更加均匀。年轻的褐矮星在直径、质量和组成上与跟主要由气体组成的巨型系外行星相似。但研究大型系外行星由于其母星的密切存在而变得复杂。伴星会照射行星的大气层,这会改变温度甚至化学成分并影响天气。来自恒星的亮光也使得看到更暗的行星更加困难。另一方面,褐矮星可以作为一种对照组,在太空中被孤立地观察。该研究的作者计划将这一新发现纳入褐矮星和巨型系外行星大气层如何随年龄演变的模型中。迁移的巨人尽管热木星是研究最多的系外行星类型,但关于它们如何形成的主要问题仍然存在。例如,这些行星是在远离母星的地方形成的--在这个距离上,水等分子足够冷,可以变成固体--还是在更近的地方?第一种情况更符合关于我们自己的太阳系中的行星是如何诞生的理论,但是什么促使这些类型的行星迁移到离其母星如此之近的地方仍不清楚。蒙特利尔麦吉尔大学的系外行星科学家Lisa Dang和她的同事利用斯皮策数据研究了一颗名为XO-3b的系外行星,它的轨道是偏心的(椭圆形),而非几乎所有其他已知热木星的圆形轨道。偏心轨道表明XO-3b最近可能向其母星迁移,如果是这样的话,它最终会稳定在一个更圆的轨道上。欧空局(ESA)的Gaia空间观测站和斯皮策的观测结果都表明,这颗行星会产生一些自己的热量,但科学家们不知道原因。斯皮策的数据还提供了一张行星的气候模式图。多余的热量有可能来自于行星的内部,通过一种叫做潮汐加热的方式。恒星对行星的引力挤压则会随着不规则的轨道将行星带向更远的地方,然后再接近恒星而摆动。由此产生的内部压力变化产生热量。对Dang来说,一个不寻常的热木星提供了一个测试关于哪些形成过程可能在这些系外行星中产生某些特征的想法的机会。比如其他热木星的潮汐加热是否也是近期迁移的标志?XO-3b本身不会解开这个谜团,但它是对有关这些炙热巨行星的新兴观点的一个重要测试。
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詹姆斯-韦伯太空望远镜:它将回答哪些问题?


詹姆斯-韦伯太空望远镜的科学目标涵盖了非常广泛的主题,另外它还将帮助解决天文学中的许多公开问题。它们则可以被分为四个主要领域。

其他世界关键问题:行星系统是在哪里以及如何形成和演变的?由于快速发展的系外行星研究领域--太阳系以外的行星--韦伯将能对一些关键问题做出贡献,比如地球是独一无二的吗?跟我们相似的其他行星系统是否存在?我们在宇宙中是孤独的吗?

韦伯将详细研究各种各样的系外行星的大气层。它将搜索跟地球相似的大气层以及关键物质的特征如甲烷、水、氧气、二氧化碳和复杂的有机分子,并希望能找到生命的组成部分。通过这种方式,韦伯将补充欧空局的大气遥感红外系外行星大型调查(Ariel),后者将研究系外行星是由什么构成的、它们如何形成以及它们如何演变。在离家更近的地方,韦伯还将研究我们自己太阳系中的系外行星。许多系外行星跟海王星和天王星相似,因此研究我们自己太阳系附近的行星可以为更好地理解一般的行星形成提供新的见解。恒星的生命周期关键问题:恒星是如何和在哪里形成的?是什么决定了它们形成的数量和它们各自的质量?恒星是如何死亡的,它们的死亡又对周围的介质有何影响?

恒星将宇宙中的简单元素转化为较重的元素并通过超新星的爆炸将它们传播到整个宇宙。在光谱的红外部分进行观测,韦伯将能透过新生恒星周围的尘埃包层。它极高的灵敏度也将使天文学家能直接研究微弱的原恒星核心--恒星诞生的最早阶段。韦伯将研究褐矮星,即质量介于行星和恒星之间的暗淡天体,其本身的质量不足以启动热核反应并成为成熟的恒星。韦伯将确定尘埃和气体云如何及为什么会坍缩成恒星或成为气体巨行星或褐矮星。韦伯还将看到最大质量的恒星作为超新星爆炸,并留下更多的尘埃和气体云,以及丰富宇宙的珍贵重金属,以形成新一代的恒星。早期宇宙关键问题:早期宇宙是什么样子的?第一批恒星和星系是什么时候出现的?

在人类历史上,我们第一次有机会直接观察第一批恒星和星系的形成。韦伯的红外线视野使它成为一台强大的时间机器,它将回望135亿年,这超越了哈勃“深场”的极限。据悉,哈勃“深场”向我们展示的是年轻的星系,当时它们只有几亿年的历史且很小、很紧凑、不规则。韦伯的红外敏感度不仅可以追溯到更远的年代,而且还将揭示出关于早期宇宙中的恒星和星系的更多信息。哈勃看的是“幼儿期”的星系,而韦伯将看到“婴儿期”的星系。韦伯的数据还将回答一个引人注目的问题:黑洞在早期是如何形成和发展的以及它们对早期宇宙的形成和演变有什么影响。随时间推移的星系关键问题:第一个星系是如何随时间演变的?我们能从暗物质和暗能量中了解到什么?

今天的宇宙中充满了星系--由数千亿颗恒星组成的宇宙岛屿。它们的大小和形状大不相同,并掌握着它们如何形成和演变的线索。在最初的几十亿年里,宇宙是非常活跃的,星系经历了合并事件或被撕裂并夹杂着短命大质量恒星的超新星爆炸。在红外波长下运行,韦伯可以观察到这些原始星系的大部分光线并揭示出它们被尘埃笼罩的恒星诞生和吸收物质的黑洞。韦伯还将揭示暗物质即充满宇宙但不直接可见的物质。通过这种方式,韦伯将补充欧空局的Euclid任务,该任务将绘制宇宙的几何图形并专门用于研究暗能量(宇宙加速膨胀背后的力量)和暗物质。
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欧空局测试火星漫游车 稳步推进火星探测器发射工作


欧空局的Rosalind Franklin漫游车在今年开始时,已经进行了几个月的成功维护和功能测试。它的所有仪器都可用于飞行,本月还需要完成一些小的调整。在ExoMars任务中,一个期待已久的时刻将是欧空局的Rosalind Franklin漫游车离开着陆平台Kazachok,并首次驶入火星土壤。工程师们正在地球上进行演练。第一次模拟ExoMars火星车驶离其着陆平台取得成功,结束了一年的准备工作。该任务现在正满怀信心地向9月的发射迈进。ExoMars 2022到达红色星球的路径已经确定。将在264天内把航天器从地球带到火星轨道,并且预计将于2023年6月10日在火星表面着陆。


Rosalind Franklin漫游车现在坐在意大利都灵的泰雷兹阿莱尼亚航天公司的一个超洁净的房间里,就在它的旅行伙伴卡扎乔克着陆平台的旁边。在3月底的最后审查之后,航天器的所有部件,包括漫游器、下降模块、着陆平台和载体将移至哈萨克斯坦拜科努尔的发射场,准备升空。


在紧张地降落到火星表面之后,ExoMars任务中一个期待已久的时刻将是Rosalind Franklin漫游车离开着陆平台并首次驶上火星土壤。现在工程师们正在地球上进行演练。欧空局的Rosalind Franklin漫游车有六个轮子,以独特的方式在红色星球上移动。每一对轮子都悬挂在一个枢轴式转向架上,因此每个轮子都可以独立转向和驱动。


着陆平台有两个出口坡道:一个在前面,另一个在后面,最终由地球上的地面控制部门决定Rosalind Franklin漫游车用哪种方式离开平台。工程师们正在使用Rosalind Franklin漫游车的双胞胎Amalia漫游车重现不同的场景,帮助他们做出决定,以Rosalind Franklin漫游车在火星挑战性环境中的安全。




Amalia完全代表了Rosalind Franklin漫游车在红色星球上的能力,它已经完成了在火星地形模拟器上的第一次驾驶。迄今为止,Amalia已经展示了钻取1.7米以下的土壤样本,并操作所有的仪器,同时向漫游者操作控制中心(ROCC)发送科学数据。
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科学家揭露火星上的碳的三种可能来源


NASA的“好奇号”探测器于2012年8月6日登陆火星,从那时起,它就在Gale环形山漫游。它在那里采集样本并将结果送回供研究人员解释。对取自六个暴露位置(包括一个暴露的悬崖)的沉积物样本中的碳同位素的分析,研究人员对其碳的来源有了三种合理的解释--宇宙尘埃、二氧化碳的紫外线降解、生物产生的甲烷的紫外线降解。

研究人员于日前在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上指出:“这三种情况都是非常规的,跟地球上常见的过程不同。”碳有两种稳定的同位素--碳12和碳13。通过观察物质中每一种的数量,研究人员可以确定发生的碳循环的具体情况,即使它发生在很久之前。宾夕法尼亚州立大学地球科学教授Christopher H. House指出:“我们太阳系中的碳12和碳13的数量是太阳系形成时存在的数量。两者都存在于一切事物中,但由于碳12比碳13反应得更快,观察样品中每种物质的相对数量可以揭示出碳循环。”

“好奇号”在过去的九年中一直在探索Gale环形山的一个区域,该区域暴露了古代岩石层。漫游车钻进了这些岩层的表面并从埋藏的沉积层中回收了样品。“好奇号”在没有氧气的情况下加热了这些样本以分离任何化学物质。对这种热解产生的部分还原碳的光谱分析显示,碳12和碳13的数量范围很广,而这取决于原始样品的形成地点或时间。一些碳在碳13中特别贫乏,而其他碳样品则富含碳13。House指出:“碳13含量极度匮乏的样本有点像取自27亿年前沉积物的澳大利亚的样本。那些样本是由生物活动引起的,当时甲烷被古代微生物垫层消耗,但我们不一定能在火星上也这么说,因为它是一个可能由跟地球不同的材料和过程形成的星球。”为了解释异常枯竭的样本,研究人员提出了三种可能性--宇宙尘埃云,紫外线辐射分解二氧化碳,生物创造的甲烷的紫外线降解。据根据House的说法,太阳系每隔几亿年就会经过一个银河系分子云。“它并没有沉积大量的尘埃,在地球记录中很难看到任何这些沉积事件,”House称。为了创造一个“好奇号”可以取样的层,银河系的尘埃云首先会要降低仍含有水的火星上的温度并产生冰川。尘埃则会沉积在冰面上,然后在冰川融化后需要留在原地并留下一层包括碳在内的泥土。到目前为止,火星上的Gale环形山过去的冰川的证据有限。根据研究人员的说法,“这种解释是合理的,但它需要额外的研究”。对碳13数量较少的第二个可能解释是二氧化碳在紫外线下转化为有机化合物,如甲醛。“有论文预测,紫外线可能导致这种类型的分馏,”House说道,“”然而,我们需要更多的实验结果来显示这种尺寸分馏,这样我们就可以排除掉这种解释。”产生碳13贫化样本的第三个可能的方法有一个生物基础。在地球上,来自古地表的强烈的碳13耗损特征将表明过去的微生物消耗了微生物产生的甲烷。古代火星可能有大量的甲烷从地下释放出来,那里的甲烷生产在能量上是有利的。然后,释放的甲烷要么被表面的微生物消耗掉,要么跟紫外线反应,直接沉积在表面。然而根据研究人员的说法,目前在过去的火星地貌上没有表面微生物的沉积证据,因此论文中强调的生物解释依赖于紫外线将碳13信号放到地面上。“所有这三种可能性都指向一个不寻常的碳循环,不同于今天地球上的任何东西,”House解说道,“但我们需要更多的数据来弄清楚其中哪一个是正确的解释。如果漫游车能探测到一个大的甲烷羽流并测量其中的碳同位素就好了,虽然有甲烷羽流,但大多数都很小,且没有漫游车对一个大到可以测量同位素的甲烷羽流进行采样。”另外,House还指出,发现微生物垫层的遗迹或冰川沉积的证据也可能有点儿使事情变得更清楚。“我们正在谨慎地进行解释,这是在研究另一个世界时最好的做法,”House说道。好奇号仍在收集和分析样本并将在约一个月后回到它在这项研究中发现一些样本的基座。“这项研究完成了火星探测的一个长期目标,”House说道,“测量不同的碳同位素--最重要的地质学工具之一--来自另一个宜居世界的沉积物,而且它是通过观察9年的探索来实现的。”
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科学家认为海王星和天王星上可能都有源源不断的“钻石雨”


科学家们认为,海王星和天王星上可能都有源源不断的“钻石雨”。这两颗行星被认为是“冰巨星”。它们主要由水、甲烷和氨组成,这也是科学家赋予它们“冰巨星”称号的原因。

不幸的是,天王星和海王星都很难近距离研究。NASA等机构可能要在多年后才能派出航天器来专门研究这些行星。正因为如此,科学家们利用我们捕捉到的望远镜观测结果来解读这些行星的更多信息,包括“钻石雨”的存在。“钻石雨”的基本概念来自于行星的一般构成。科学家们认为,像天王星和海王星这样的行星有岩石核心。这些核心被曾经是固体的元素所包围。然而,现在它们已经过渡到一种加压的液体和量子材料。他们认为,当接近行星表面时,这些层就会变薄。

不幸的是,如前所述,当涉及到这些行星时,科学家们目前所能做的只有利用望远镜观察和一些数学模型。但是,科学家们已经利用这些信息创造了一个尽可能清晰的画面。他们发现了一种可能性,即在海王星和天王星等行星上或有源源不断的“钻石雨”落下。“钻石雨”的想法是在1977年旅行者2号任务发射前首次提出的。这个主张很明确:科学家们知道这两颗行星是由什么构成的,他们也知道随着深入行星,这些材料会发生什么变化。利用数学模型,他们能够填补其余的漏洞,并将其余的东西整理出来。基本上,科学家们认为,海王星和天王星的最内部区域达到了7000开尔文(或大约12410华氏度)。他们还认为,这些行星的压力大约是地球大气的600万倍。不过,当从行星的内部核心向外移动时,科学家们认为,这些层开始变得更冷,并且没有那么大的压力。这导致了大约2000开尔文(或3140华氏度)的温度和只有20万倍的地球大气压力。由于它的温度较低,科学家认为大气层中的分子形成长链,并被压缩成“钻石”。这些“钻石”然后落在地球地幔的低层,并开始汽化。一旦汽化,分子再次通过地幔上升,并形成新的晶体,继续落下。
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天文学家在迷你星系发现黑洞 可能揭示它们生长的秘密


钱德拉天文台探测到了来自矮星系Mrk 462的X射线,它显示了矮星系Mrk 462存在一个正在成长的超大质量黑洞。这个黑洞质量大约是太阳的20万倍,它为天文学家提供了宇宙中一些最早黑洞在数十亿年前形成和成长的信息。在一个相对较小的星系中发现了一个超大质量黑洞,这可能有助于天文学家解开围绕着非常大的黑洞如何成长的谜团。研究人员利用美国宇航局钱德拉X射线天文台确定了一个黑洞,其质量约为太阳的20万倍,埋藏在星系Mrk 462的气体和尘埃中。


Mrk 462只包含几亿颗恒星,使它成为一个矮小的星系。相比之下,我们的银河系有几千亿颗恒星。这是第一次在一个矮星系中发现一个被严重掩埋,或者说"被掩盖"的超大质量黑洞。Mrk 462中的这个黑洞属于最小的超大质量黑洞,或者说是怪物黑洞。在较大的星系中,天文学家通常通过寻找星系中心的恒星的快速运动来发现黑洞。


然而,矮星系太小、太暗,目前的大多数仪器都无法探测到这一点。另一种技术是寻找黑洞成长的特征,例如气体被加热到数百万度,并在落向黑洞时发出X射线。这项研究中的研究人员使用钱德拉来观察八个矮星系,这些矮星系以前曾从斯隆数字天空测量所收集的光学数据中显示出黑洞增长的迹象。在这八个星系中,只有Mrk 462显示出了一个正在成长的黑洞的X射线特征。与低能量X射线相比,高能量X射线的强度异常大,再加上与其他波长的数据进行比较,表明Mrk 462黑洞被气体严重遮挡。因为埋藏的黑洞比暴露的黑洞更难探测,发现这个例子可能意味着还有很多矮星系有类似的黑洞。这很重要,因为它可以帮助解决天体物理学中的一个主要问题:黑洞是如何在宇宙早期就变得这么大的?以前的研究表明,在宇宙不到10亿年的时候,黑洞可以长到10亿个太阳质量。一种想法是,这些巨大的物体是在大质量恒星坍缩形成黑洞时产生的,这些黑洞的重量只有太阳质量的100倍左右。然而,理论工作却难以解释它们如何能够迅速地增加重量,达到在早期宇宙中看到的大小。另一种解释是,早期宇宙在被创造出来的时候就被植入了含有数万个太阳质量的黑洞,也许是来自巨大的气体和尘埃云的坍缩。
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今年为啥没有大年三十?专家揭秘跟月亮有关 有时还会连续出现


2022年春运拉开帷幕,农历壬寅虎年脚步渐近。如果你细心翻看过日历,会发现牛年的最后一天(1月31日)是腊月二十九,也就是说,今年春节并不存在大年三十。牛年少了大年三十,即将到来的虎年也只有355天,这也与月亮大有关联。据央视新闻报道称,中科院紫金山天文台副研究员成灼对此给予了解释,“这和我国独有的农历算法有关。”原来,公历的一个月,有的有30天,有的有31天,2月只有28-29天。而农历,也有大小月之分,大月30天,小月29天。这是因为农历是根据月亮的圆缺变化来编算的,在天文学中被称为“朔望月”。根据中科院紫金山天文台起草《农历的编算和颁行》,“朔日为农历月的第一个农历日”,也就是说,每个农历月的初一是朔日。从“朔”到“望”,再到下一个“朔”,一个周期约29.53天,所以计算出来的农历月天数或者是小月29天,或者是大月30天。而今年的腊月恰逢小月,只有29天,因此也就没有大年三十了。实际上,腊月遇上小月的时候并不少,大年三十不见的几率也不算太低。进入2000年以后,2000年、2001年、2003年、2006年、2012年、2013年、2016年都没有大年三十。没有大年三十的日子其实并不少见,有时候还会连续出现,比如从2025年开始,一直到2029年,连续五年也都不会有大年三十了。






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