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 01 NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜将揭示恒星形成的早期阶段要了解星系，必须先了解恒星是如何形成的。来自世界各地的100多名研究人员合作，将世界上最强大的射电、可见光和紫外线望远镜对附近螺旋星系的观测结果汇集在一起，并将很快增加美国宇航局（NASA）的詹姆斯·韦伯太空望远镜的一整套高分辨率红外图像。有了这个突破性的数据集，天文学家将能够研究恒星在黑暗、多尘的气体云中开始形成时的情况，解开这些年轻恒星吹走气体和尘埃时的问题，并识别出更成熟的恒星，它们正在扑灭气体和尘埃层--所有这些都是第一次在一组不同的螺旋星系中出现。  螺旋形是宇宙中最迷人的一些形状。宇宙范围内的螺旋形--如在星系中看到的那样--更加引人注目，不仅因为它们的美丽，而且还因为它们包含的大量信息。恒星和星团是如何形成的？在运行的第一年内，詹姆斯·韦伯太空望远镜将通过19个星系的高分辨率红外光图像，帮助研究人员完成一幅更详细的恒星生命周期的草图。该望远镜还将提供一些直到现在还缺少的关键 “拼图”。位于亚利桑那州图森市的国家科学基金会NOIR实验室的双子座天文台首席科学家Janice Lee说：“JWST触及了恒星生命周期的许多不同阶段--所有这些都具有极大的分辨率。韦伯将揭示恒星形成的最早期阶段，就在气体坍缩形成恒星并加热周围尘埃的时候。”与Lee一起工作的还有来自约翰斯·霍普金斯大学的David Thilker、德国海德堡大学的Kathryn Kreckel，以及被称为PHANGS（邻近星系高角度分辨率物理学）的多波长调查项目的另外40名成员。他们的任务是什么？不仅要用韦伯的高分辨率红外图像揭开恒星形成的神秘面纱，而且要与整个天文界分享数据集，以加速发现。  星体形成的节律PHANGS的新颖之处在于，它汇集了100多位国际专家，从头到尾研究恒星的形成。他们的目标是那些从地球上可以正面看到的星系，这些星系平均在5000万光年之外。这项大型合作始于智利阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）的90个星系的微波光图像。天文学家利用这些数据来制作分子气体图，以研究恒星形成的原材料。一旦同样位于智利的甚大望远镜的多单元光谱探测器（MUSE）仪器上线，他们就获得了被称为光谱的数据，以研究19个星系的恒星形成的后期阶段，特别是在星团清除了附近的气体和灰尘之后。哈勃太空望远镜对38个星系进行了可见光和紫外光观测，以增加单个恒星和星团的高分辨率图像。韦伯将填补缺失的元素，这些元素主要是在星系中被尘埃掩盖的区域--这些区域的恒星正积极地开始形成。Thilker说：“我们将清楚地看到这些密集分子云中心的星团，而之前我们只有间接证据。韦伯为我们提供了一种方法来观察这些‘恒星工厂’的内部，以看到新形成的星团，并在它们演化之前测量它们的特性。”新的数据还将帮助研究小组确定不同星系样本中恒星群体的年龄，这将帮助研究人员建立更准确的统计模型。“我们总是把小尺度的背景放到星系的大画面中，” Kreckel解释说。“通过韦伯，我们将追踪每个星系的恒星和星团的演化顺序。”  他们正在寻求的另一个重要答案涉及恒星周围的尘埃，在星际介质内。韦伯将帮助他们确定哪些区域的气体和尘埃与特定的恒星形成区域有关，哪些是自由漂浮的星际物质。“这在以前是做不到的，在最近的星系之外。它将是变革性的，”Thilker补充说。该团队还在努力了解恒星形成周期的时间。Lee说：“时间尺度在天文学和物理学中是至关重要的。恒星形成的每个阶段会持续多长时间？这些时间线在不同的星系环境中可能会有什么变化？我们想测量这些恒星何时从它们的气体云中解脱出来，以了解恒星形成是如何被打乱的。”这些韦伯观测将作为美国财政部计划的一部分，这意味着它们不仅可以立即向公众提供，而且还将具有广泛和持久的科学价值。该团队将努力创建和发布数据集，使韦伯的数据与来自ALMA、MUSE和哈勃的每一个补充数据集保持一致，使未来的研究人员能够轻松地筛选每个星系及其恒星群，切换各种波长--并放大到图像的各个像素。它们将为恒星形成周期的不同阶段提供清单，包括恒星形成区域、年轻恒星、星团和当地的尘埃特性。这项研究将作为韦伯的通用观察员（GO）计划的一部分进行，这些观察员是通过双匿名审查系统竞争性选择的，与哈勃太空望远镜的时间分配系统相同。 02 为何NASA认为隐藏的“第九行星”可能会出现人们可能已经听到天文学家和公众对太阳系有多少颗行星的争论。自从冥王星在2006年被降级为“矮行星”后，人们一直在争论它应该被恢复。然而，关于太阳系中有多少颗行星，还有一个不那么为人所知的争论，那就是是否有一颗神秘的、尚未被观测到的行星存在，其被称为“第九行星”。  这个想法始于加州理工学院的教授Mike Brown和 Konstantin Batygin，他们将目光投向了冥王星轨道以外的太阳系。这个区域被称为柯伊伯带，是一个由冰和碎片组成的圆盘，从海王星的轨道延伸出去，是一些矮行星的宿主。研究人员发现，这个遥远区域的一些天体的轨道，即“跨海王星天体”(TNOs)，似乎以奇怪的方式聚集。他们假设，这种聚集可能是由于存在一颗巨大的行星，由于距离太远，我们无法直接观察到它。他们把他们假设的天体称为“第九行星”。从那时起，“第九行星”（也被称为“X行星”）的想法就吸引了许多人的想象力。关于这个天体有各种各样的理论，包括它可能比最初想象的更大更近，或者它可能是一个微型黑洞。这些想法很有趣，也很吸引人，尽管大多数天文学家对“第九行星”的想法持怀疑态度。毕竟，人类从来没有直接探测到这样一颗行星，目前只有间接的证据表明它的存在。然而，甚至美国宇航局（NASA）也对“第九行星”可能存在的可能性持开放态度。该机构有一个关于 “假设的X行星 ”的页面，指出它的质量可能是地球的10倍，它的轨道可能非常远，一年会持续1万到2万个地球年。但是专家们都小心翼翼地强调，该行星目前只是一种理论。NASA行星科学部主任Jim Green此前曾表示：“作为一名行星科学家，一个新行星的可能性对我和我们所有人来说当然是一个令人兴奋的问题。然而，这并不是探测或发现一颗新的行星。我们所看到的是一个基于有限的观测数据建模的早期预测，现在说有一个所谓的‘X行星’还为时尚早。这是一个过程的开始，可能会导致一个令人兴奋的结果。”该理论的发起人Brown和Batygin正在继续他们的工作，寻找更多关于是否真的有另一颗行星存在的线索。“我很想找到它，”Brown说。“但是，如果其他人找到它，我也会非常高兴。这就是我们要发表这篇论文的原因。我们希望其他人会受到启发，并开始寻找。” 03 南极望远镜的科学家讲述工作感受：干燥寒冷是最佳研究场所想要了解宇宙进化的秘密，通过研究几十亿年前发出的光或许是最佳途径。而研究它们的最佳场所自然是南极，寒冷、干燥是研究宇宙中最古老光线的最佳条件。所以，包括芝加哥大学和阿贡国家实验室在内的 20 多所大学和国家实验室合作启动了 The South Pole Telescope 项目，并于 2007 年开始运行。  在接受科技媒体 Scitechdaily 采访的时候，来自阿贡国家实验室的两位物理学家谈论了他们在南极望远镜的工作以及为什么它很重要。Lindsey Bleem 在望远镜上收集和分析数据，Clarence Chang 则为望远镜开发超导探测器。什么是宇宙微波背景？它能告诉我们关于宇宙的什么？Chang：宇宙微波背景（cosmic microwave background，CMB）是在宇宙大约 38 万年的时候产生的信号。它对应的时期是宇宙从质子和电子飞来飞去的超热等离子体转变为在宇宙冷却到一定程度后，质子和电子可以形成原子。  今天，这个信号出现在较长的波长，在微波范围内（几毫米）。因此，通过研究和观察这些波长的宇宙，我们可以看到早期的宇宙--基本上，捕捉到一个婴儿的照片。Bleem：自从 20 世纪 60 年代首次发现 CMB 以来，我们就知道它是非常均匀的。温度的偏差，也就是 Chang 谈到的这个早期等离子体的密度变化，只有大约十万分之一的偏差。我们知道，这些小的波动不得不在整个宇宙时代增长。除了给我们提供这张漂亮的照片，有效地，婴儿宇宙的照片，当时发出的光一直在宇宙的整个时代旅行，140 亿年。它与所有自这些早期时代形成的结构相互作用。因此，我们可以研究这些结构在 CMB 中留下的非常微妙的印记，以真正找出从它被发射出来到今天所发生的过程和物理学。是如何研究的？Bleem：我们通过几个重要的、不同的科学分析来做到这一点。一个是所谓的引力透镜（gravitational lensing）。这是指沿视线的天文质量实际上可以使光的路径发生偏转。  第二个是物理学，当光子--来自宇宙微波背景的光--可以从这些中间结构的材料上散射开来时发生的。我们可以追踪这种散射过程，然后绘制出沿视线的结构图，这可以帮助我们探测像暗能量这样的东西，暗能量严重影响了真正大规模结构如星系团的形成能力。为什么这个望远镜要设立在南极？Bleem：南极本身，正如你可能从图片上想象的那样，是相当寒冷的。它非常干燥。它是世界上最大的沙漠。这使得它成为我们在南极望远镜所做的天文学研究的一个奇妙的地方。我们的望远镜以毫米级的波长进行观测。  大气层中的水削弱了我们感兴趣的毫米波长，而且水分子的抖动会给数据增加很大的噪音来源。因此，我们必须到这些偏远的干燥地方去做这些观测。而事实证明，南极是地球上绝对最好的地方，其次是智利的阿塔卡马沙漠。在那种环境下工作是什么感觉？Chang：我们在南极是因为那里很干燥。这种干燥对我们的观察是很好的。但是作为人类，我们喜欢空气中的一点点湿度。这是一个有点挑战性的东西，也会干扰到每天的工作方式。Bleem：是的，这里不是最适合人类的。你的皮肤会开裂。在南极，伤口不会愈合得很好。在那种干燥的环境中，对计算机来说不是很好。实际上，我们有一个加湿器，在我们的一台电脑上吹气，使它运行得更愉快。你在阿贡实验室的工作与望远镜有什么联系？Chang：在阿贡，我们为探测器开发了一种超导技术。这些探测器必须测量波长相当长的光子--通常是一毫米、两毫米、三毫米。典型的相机技术，如我们手机中使用的技术，即使被推到极致，仍然不能很好地看到这些光子。事实上，它根本就看不到它们。所以我们必须制造一种新的技术来做到这一点。其核心是，这意味着了解和控制超导材料，然后对其进行加工，以制造这些真正敏感的探测器，并制造大量的探测器。在阿贡，在研究基本材料和将其应用于不同技术方面有一个强大的计划。  Bleem：我们还将我们的探测器开发与使用阿贡领导力计算设施中最先进的超级计算机进行的所有工作紧密结合起来。因此，我们能够进行重要的理论预测，使我们能够将我们用南极望远镜进行的观测与不同宇宙学模型对我们应该看到的东西的预测联系起来。因此，在阿贡有这种真正强大的相互联系，不仅在宇宙学家和材料制造设施以及那里的科学家之间，而且还与我们伟大的计算专家联系。南极望远镜由美国国家科学基金会、美国能源部高能物理办公室、卡夫里宇宙学物理研究所、美国南极计划和南极支持合同资助和支持。 04 NASA分享NGC 7764A照：星系之间似乎正在相互作用下面这张图片的主题是三个星系--NGC 7764A1、NGC 7764A2和NGC 7764A3，不过它们被统称为NGC 7764A，位于凤凰座，距离地球约4.25亿光年。它们是由NASA/ESA的哈勃太空望远镜拍摄的，使用了它的高级观测相机(ACS)和第三代广域相机3(WFC3)。  图片右上方的两个星系似乎正在相互作用--事实上，从它们身上延伸出来的长长的恒星和气体轨迹给人的印象是，即它们都刚刚被高速撞击并被图片左下方的保龄球状星系抛入混乱之中。然而在现实中，星系之间的相互作用发生在非常长的时间段内，而且星系很少会相互正面碰撞。目前还不清楚左下方的星系是否真的与其他两个星系发生了相互作用，尽管它们在空间上是如此之近且似乎有可能是这样。巧合的是，这些星系之间的集体互动使右上方的两个星系形成了一个形状，从我们太阳系的角度来看，它很像《星际迷航》中被称为企业号的星舰。 05 天文学家首次探测到高度偏心的黑洞合体科学家们首次认为他们已经探测到了两个具有偏心轨道的黑洞的合并。根据罗切斯特理工学院计算相对论和引力中心和佛罗里达大学的研究人员在《自然-天文学》上发表的一篇论文，这可以帮助解释LIGO科学合作组织和处女座合作组织探测到的一些黑洞合并比以前认为的可能要重得多。计算相对论和引力中心的研究结果发表在《自然-天文学》上。  偏心轨道是一个迹象，表明黑洞可能在银河系核等黑洞密集的地区偶然相遇时反复吞噬其他黑洞。科学家们研究了迄今为止观察到的最大规模的引力波双星，GW190521，以确定合并后是否有偏心的轨道。"黑洞的估计质量是我们每个太阳大小的70多倍，使它们远远高于目前恒星演化理论所预测的估计最大质量，"数学科学学院的教授和CCRG的成员Carlos Lousto说。"这使得作为第二代双体黑洞系统的研究成为一个有趣的案例，并为密集星团中黑洞的形成方案提供了新的可能性。"  艺术家对即将碰撞的孪生黑洞的印象一个由RIT研究人员组成的团队以及来自佛罗里达大学的合作者对数据进行了重新审视，以判断这些黑洞在合并之前是否有高度偏心的轨道。他们发现合并的最佳解释是一个高偏心率、预处理的模型。为了实现这一目标，该团队在当地和国家实验室的超级计算机上进行了数百次新的全数值模拟，这项工作花了近一年时间才完成。这代表着天文学界对黑洞如何合并的理解有了重大进展，通过复杂的超级计算机模拟以及LIGO和Virgo快速推进的探测器所提供的大量新数据，科学家正在以惊人的速度对宇宙做出新的发现。同一个RIT和UFL团队对这一分析进行了扩展，使用兹威基瞬态设施观测到的一个可能的电磁对应物来独立计算宇宙学哈勃常数，GW150521是一个偏心的双体黑洞合并。他们发现与预期值有很好的一致性，最近在《天体物理学杂志》上发表了这项工作。 06 好奇号探在火星上发现碳特征 可能是生命存在的迹象在分析了美国宇航局 "好奇号"火星车从火星表面收集的粉末状岩石样本后，科学家们宣布，其中几个样本富含一种在地球上与生物过程有关的碳。虽然这一发现耐人寻味，但它并不一定指向火星上的古代生命，因为科学家还没有找到那里古代或当前生物的结论性支持证据，例如古代细菌产生的沉积岩层，或生命形成的复杂有机分子的多样性。  NASA表示，它在火星上发现了一些诱人的东西，但需要更多的证据来说明经确定了生命存在。NASA正在研究，如果不是生命，还有什么可能造成它目前看到的碳特征。在2022年1月18日发表在《美国国家科学院院刊》上的一份研究结果报告中，好奇号的科学家对他们检测到的不寻常的碳信号提供了几种解释。他们的假设部分来自于地球上的碳信号，但科学家警告说，这两颗行星是如此不同，他们不能根据地球上的例子做出明确的结论。  研究人员表示，最难的是放下地球，放下那种偏见，真正尝试去了解火星上的化学、物理和环境过程的基本原理。此前好奇号科学家组成的国际团队在火星表面发现了无数的有机分子，即含有碳的分子。  好奇号科学家在他们的论文中提出的生物解释是受到地球生命的启发。它涉及到地表的古代细菌，当它们将甲烷释放到大气中时，会产生一种独特的碳特征，紫外线会将这种气体转化为更大、更复杂的分子。这些新的分子会下到地表，现在可以在火星岩石中保留其独特的碳特征。  另外两个假说提供了非生物性的解释。一种假设认为，碳特征可能是紫外线与火星大气中的二氧化碳气体相互作用的结果，产生了新的含碳分子，这些分子将沉淀到地表。而另一种推测是，这些碳可能是数亿年前的一次罕见事件留下的，当时太阳系经过了一个富含所探测到的碳类型的巨大分子云。 07 一项研究认为火星南极冰盖下液态水很可能只是火山岩雷达反射造成的幻象根据德克萨斯大学奥斯汀分校研究人员一项关于火星的新研究，之前在火星南极冰盖下检测到的液态水很可能只是一个尘埃般的海市蜃楼。他们研究发现，2018年发现的红色星球南极冰盖下的液态水，很可能只是火山岩的雷达反射。科学家们在2018年看到极冠下明亮的雷达反射时，曾以为他们看到的是液态水。然而，今天（2022年1月24日）发表在《地球物理研究通讯》杂志上的新研究发现，这些反射与在红色星球表面到处发现的火山平原反射相吻合。  研究人员认为他们的结论，埋在冰下的火山岩是对2018年发现的一个更合理的解释，在科学家计算了在火星寒冷、干旱的南极保持液态水所需不可能的条件之后，这一发现已经受到质疑。研究人员现在认为，为了让液态水在离地表这么近的地方持续存在，你需要一个非常咸的环境和一个强大的、局部产生的热源，但这与他们对这个地区的了解不相符。  当研究人员在火星的雷达地图上加上一个假想的全球冰层时，南极液态水的海市蜃楼消失了。假想的冰层显示了透过一英里的冰层看火星的地形，使科学家能够比较整个星球的特征和极地盖下的特征，这导致火山平原（以红色显示）以类似于液态水的方式反射雷达。这一发现挑战了2018年的一项研究，该研究似乎在火星的南极盖下发现了液态水。研究人员注意到明亮的反射，就像在南极看到的那些反射，但散布在所有纬度。它们与火山平原的位置相匹配。在地球上，富含铁的熔岩流可以留下岩石，以类似的方式反射雷达。其他可能性包括干涸的河床中的矿藏。无论如何，弄清楚它们是什么可以回答关于火星历史的重要问题。尽管南极盖下可能没有液态水，但火星上有大量的水冰，包括在厚厚的极盖中。事实上，这项新研究暗示了火星更潮湿的过去。 08 SOFIA完成对金星的新观测 以研究该行星大气的化学成分SOFIA望远镜最近完成了对金星的一组新的观测，以研究该行星大气的化学成分。观测金星是特别具有挑战性的。金星位于天空的一个难以观察的位置，需在太阳即将落山时对其进行观测。出于安全考虑，SOFIA只能在非常特殊的情况下，在太阳位于地平线上方时打开望远镜。必须非常小心，以避免望远镜意外地观测到太阳，对望远镜或飞机造成损害。  由于这些特殊的要求，这些观测的飞行计划和协调需要格外小心、讨论和特别准备。观测金星的计划和准备工作在飞行前两个多月就开始了。飞行人员接受了望远镜工程师的专门培训，了解在太阳下山前飞行的确切方向，以确保安全。他们仔细计划了应急措施和转弯，以确保望远镜和飞机的安全。这些日落前观测的另一个挑战是为飞行计划中的每个事件计时。太阳落山的确切时间因海拔高度而异。  此外，天气和气压可以改变大气层的密度，这反过来又会影响大气层的折射特性。折射是指介质对光线的弯曲。大气层压力的变化，因此它对太阳光的折射能力，是观测站的一个潜在的安全问题。SOFIA的飞行计划者设计并安排了金星观测的详细路线，以确保SOFIA没有意外观测到太阳的风险。尽管如此，飞行中的每个人都小心翼翼地监视着天空，以看到绿色的闪光，这种现象表明太阳已经落在地平线上。一旦太阳落下，飞行员就将飞机转向，以便SOFIA能够观测到金星。SOFIA在日落前的晚上，首先打开了上层的刚性门，以便SOFIA可以观察木星，为金星的仪器和望远镜做准备。木星与天空中的落日相距90度，因此SOFIA能够在太阳高于地平线的时候安全地观测它。在这次对木星的短暂观察中，望远镜操作员和仪器科学家进行了设置，并在太阳继续落下时进行了校准。就在这个时候，飞机转向并开始使用德国太赫兹频率天文观测接收器(GREAT)仪器收集金星的照片。这项观察的目的之一是为了解决最近关于金星上的磷化氢的报告。由于其较高的灵敏度，SOFIA和GREAT仪器将能够对金星的磷化氢丰度设定一个严格的上限。应用GREAT同时进行多次观测的能力，金星观测还研究了氯化氢，并对金星大气中的原子氧进行了首次搜索。现在，GREAT已经观测了金星，提出这些观测的科学家团队将开始创造性地减少和分析数据。 09 研究发现“Wolf-Rayet”恒星也会成为超新星研究人员通常认为超新星爆发是大型恒星不可避免的结果。大型恒星耗尽了“燃料”，引力使其核心塌陷，然后在演化接近末期时经历剧烈爆炸。但是天文学家一直认为至少有一种大型恒星没有以超新星结束。它们被称为“ Wolf-Rayet ”恒星，被认为是以其核心“安静地”塌缩成一个黑洞而结束。但是一项新研究发现它们可能也会成为超新星。  “ Wolf-Rayet ”恒星是已知质量最大的恒星之一。它们正处于其短暂生命的尽头，但它们并不是简单地耗尽燃料而爆炸，而是以一种极其强大的恒星风将其外层推出。这产生了一个周围富含电离氦、碳和氮的星云，但几乎没有氢气。剩余恒星的表面温度可以超过200,000K，使它们成为已知最发光的恒星。但是由于这些光大部分是在紫外线范围内，所以它们对肉眼来说不是特别亮。  即使抛开了“ Wolf-Rayet ”恒星的外层，中心恒星的质量仍然比太阳大得多。所以研究人员会觉得它成为一颗超新星只是时间问题。无论周期表上的核聚变发生到什么程度，它最终都会耗尽燃料，导致核心塌缩的超新星。但是研究人员可以看到超新星内的元素光谱，而从来没有看到过与Wolf-Rayet恒星相匹配的光谱。随着对超新星的发现变得普遍，一些天文学家开始怀疑Wolf-Rayet恒星是否有安静地“死亡”。他们的想法是，他们会抛下足够的外层，剩下的核心最终会直接坍缩成一个黑洞。不需要巨大的爆炸。一颗巨大的恒星就这样无声无息地“死去”。  这项最新研究表明，至少有一些Wolf-Rayet恒星确实会成为超新星。该小组研究了一颗被称为SN 2019hgp的超新星的光谱，它是由兹威基瞬态设施（ZTF）发现的。该超新星的光谱有明亮的发射光，表明有碳、氧和氖的存在，但没有氢或氦。当研究小组更仔细地观察这些数据时，他们发现这些特殊的发射线并不是由超新星的元素直接引起的。相反，它们是一个星云的一部分，以超过1500公里/秒的速度远离恒星膨胀。  换句话说，在超新星发生之前，原恒星被一个富含碳、氮和氖的星云所包围，而缺乏氢和氦这些较轻的元素。星云的膨胀一定是由强大的恒星风驱动的。这与Wolf-Rayet恒星的结构极为吻合。因此，看起来SN 2019hgp是第一个Wolf-Rayet超新星的例子。从那时起，类似的超新星也被探测到了。因为这颗超新星是通过周围星云的光谱识别出来的，所以还不清楚这次爆炸是简单的超新星，还是更复杂的混合过程，即恒星的上层爆炸，而核心直接坍缩成黑洞。这将需要更多的观察来确定细节。 10 空间科学实验材料搭乘SpaceX CRS-24龙飞船返回地球在SpaceX第24次商业再补给服务任务中，从国际空间站返回的货物包括一台退役的显微镜和研究胶体和细胞信号的样品。2021年12月22日抵达空间站的龙飞船于1月23日离开国际空间站，第二天下午（1月24日）在佛罗里达州的海岸边以降落伞辅助的方式降落。  这些快速返回的飞行使科学家能够在肯尼迪航天中心对他们的实验进行额外的观察和分析，最大限度地减少重力对样品的影响。然后调查人员可以在他们的家庭实验室进行更深入的分析。这台当时最先进的光成像显微镜，即光镜模块（LMM），于2009年发射到空间站，并搭乘龙飞船返回地球，让科学家享受应有的回报。由美国宇航局生物和物理科学部门赞助，这个强大的诊断工具使微重力下的微观现象得到了新的研究，提供了远程获取和下载多种级别放大的图像和视频的能力。LMM使观察和记录物质在微观层面上的组织和运动方式成为可能。科学家们利用这一工具对胶体进行了微重力研究，胶体是悬浮在液体中的微小颗粒，它为牙膏和洗发水等消费品配方和保质期、3D打印以及探测火星上沙子移动的技术的步做出了贡献。LMM还为微重力下的植物研究做出了贡献，并支持热物理学研究，包括微重力下传热系统研究。  研究结果可以为如何利用纳米粒子来制造和生产新材料提供见解，并为空间应用带来更先进的材料，用于热屏蔽、防止微陨石伤害、能源生产、能源传输、以及机器人和人类任务的执行器和传感器。其他潜在的应用包括推进地球上的材料制造，如热屏蔽、声音阻尼装置、伪装和医疗诊断。该技术还可以支持更大规模的应用，如为容易发生地震的地区建造地基稳定器。通过国际空间站，科学家们继续研究微重力如何影响哺乳动物细胞。一项来自ESA（欧洲航天局）的调查，研究微重力是否会影响被称为RhoGTPases的细胞信号分子的功能。这些分子具有"分子开关"的功能，参与控制细胞增殖、程序性细胞死亡、基因表达和细胞骨架（使细胞具有形状的蛋白丝和管子网络）。  这项调查有助于我们了解人体对微重力的反应，并可能支持开发对策，以帮助船员在未来的任务中保持最佳健康状态。这项工作还可能扩大有关地球上细胞功能的知识，并有助于今后在地面上的医学研究。 11 1个月飞行160万公里 韦伯太空望远镜到达最终轨道1月25日消息，美国宇航局(NASA)的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）过去1个月中在太空中飞行了160多万公里，于美国当地时间周一进行了最后一次航向修正操作，终于到达了其最终目的地。现在，JWST将永久停留在那里，并开始履行观察宇宙中最古老恒星和星系的使命。作为有史以来发射到太空的最强大望远镜，JWST在2021年圣诞节当天发射升空，但由于体积太大而无法以最终形态进入太空，研究人员不得不将其折叠在火箭内发射。到达太空后，JWST就开始了极其复杂的变形和展开动作，以前从未有航天器展示过这样的超能力。然而，JWST的每个部署操作都被执行得天衣无缝，最终于1月8日完成了主要部署，并展开为最终形态。  不过这个过程让任务团队充满了担忧，因为每个步骤都必须按计划实施，一次小小的失败就可能会危及JWST的整个任务。但任务团队的担忧并没有在展开完成后结束，JWST仍然必须进入太空的最后轨道才能恰当地完成任务。如果没有适当地减速，它有可能进入错误的轨道或完全错过目标轨道。这样的失败可能会使任务的未来变得复杂，使科学家与这个耗资近100亿美元的太空望远镜进行沟通变得极其困难。幸运的是，JWST完美地完成了最后的部署。NASA旗下戈达德太空飞行中心JWST项目经理比尔·奥克斯(Bill Ochs)在声明中说：“在过去的一个月里，JWST取得了惊人的成功，这是对所有花了几十年时间来确保任务成功的人们表达的敬意。”虽然用了一个月的时间才走到这一步，但JWST并没有花很长时间就将自己引导到了最终目的地。在美国东部时间周一下午2点左右，JWST启动了机载推进器约5分钟。这是JWST完成三次航向修正的最后一次，使航天器放慢速度，以便以非常精确的方式进入其预定太空轨道。JWST现在围绕着太空中1个看不见的点运行，这个点被称为地球-太阳拉格朗日点。这是个有点儿神秘的空间区域，太阳和地球的引力和向心力在这里达到平衡，使物体能够保持在相对稳定的位置上。JWST主承包商诺斯罗普·格鲁曼公司的高管让-保罗·皮诺(Jean-Paul Pinaud)称：“在重力实现完美平衡的地方，正在进行一场小小的拔河比赛，但还没有人获胜。”太阳和地球共享五个这样的拉格朗日点，它们散布在地球的周围。JWST围绕着名为L2的拉格朗日点运行，它距离太阳更远。在这个位置，当地球绕着恒星运行时，JWST将几乎同步地跟随着这颗行星，就像一个恒定的伴侣，总是在与地球相对的同一位置上。无论地球围绕太阳运行在哪里，JWST都保证距离我们大约160万公里。  JWST围绕L2运行的轨道实际上相当宽，大致相当于地球和月球之间的距离。但如果没有外力帮助，JWST不可能永远保持在这个轨道上。L2是所谓的“伪稳定轨道”，也就是说，围绕这个位置运行的物体有向1个方向漂移的趋势。因此，JWST在其整个生命周期内将不得不对其运行轨道进行小幅调整。每隔20天左右，望远镜就会启动推进器两到三分钟，以确保它保持在预定轨道上。最终，这些调整将决定JWST能在太空中保持多长时间的活跃状态。当推进剂在未来10到20年内耗尽时，望远镜的任务就会结束。这看起来可能是个相当复杂的位置，需要付出大量额外的努力才能保持JWST的稳定。但出于各种原因，L2对JWST来说是最具吸引力的地方，也许最大的优势在于它与地球和太阳的距离。JWST可以收集红外光，这是一种与热有关的光。由于这种设计选择，望远镜必须时刻保持极低的温度。这就是为什么JWST配备了永远面向太阳的防晒罩的原因，它将反射太阳的热量，使望远镜保持低温状态。不过，如果NASA不小心，附近任何发出热量和红外光的物体都可能扰乱JWST的观测。通过将望远镜放置在离地球160万公里的地方，NASA保证了来自地球和月球的红外光不会干扰或加热望远镜。从能量的角度来看，L2也很合适，因为JWST的一侧总是面向太阳的。在加热的那一侧，望远镜有个太阳能电池板，不断收集阳光为其供电。其他航天器就没有这样的奢侈设计，如环绕地球轨道的哈勃太空望远镜。每当哈勃在地球的背面运行时，它就失去了太阳的视野，必须将能量储存在电池中。JWST永远不会出现这种情况。诺斯罗普·格鲁曼公司JWST任务系统工程负责人凯尔·霍特（Kyle Hott）说:“我们基本上拥有无限的任务操作能力，而且我们不必担心任何日食。”在绕地球运行时，日夜不停地转换也会带来很多影响，比如温度的极端波动会使航天器发生碰撞和振动，导致其仪器随着时间的推移而退化。而JWST在其整个生命周期中都将在大致相同的温度下运行。此外，还有保持持续沟通的好处。由于L2相对于地球总是处于相同的位置，JWST将在任何时候都与地球保持特定的距离。这意味着我们可以经常与望远镜保持联系。霍特说：“我们可以在L2受到地球和太阳的牵引，这样我们就可以和望远镜保持良好的、方便的、持续的通信，这也简化了很多任务操作。”进入最终轨道为JWST的危险太空之旅暂时画上了句号，也为科学观测铺平了道路。不过，我们还需要等待JWST做好最后准备。在这台望远镜投入使用之前，科学家和工程师很快就会开始精确地对准望远镜的镜子，测试所有仪器，以确保它们准备好收集宇宙中最古老恒星和星系的首批图像。这个过程将需要几个月的时间，但如果进展顺利，JWST拍摄的第一批图像最早可能在今年夏天传回地球。 12 困扰天文学家数十年的黑洞谜团终于被解开几十年来，天文学家们一直试图解释黑洞的不同奥秘。其中一个一直令天文学家们困惑不已的谜团是如何在黑洞边缘瞥见宇宙的情况。其他谜团包括黑洞如何引发新恒星的形成等。  根据丹麦学生Albert Sneppen的说法，在观察黑洞时，光线可以到达观察者的轨迹是无限的。通过这些轨迹，你可以瞥见黑洞背后的星系。不过，黑洞最大的谜团之一是，你需要多近才能看到从一张图像到另一张图像。现在， Sneppen提出了一个新的数学方程，可以帮助解释这个问题。一段时间以来，人们已经知道，在观察黑洞时，需要靠近500倍才能看到每一张新图像。然而，最大的谜团在于为什么这是一个神奇的数字。根据发表在《科学报告》杂志上的一篇论文，Sneppen认为他已经找到了答案。当然，主要的答案是极其数学化的。在论文中，Sneppen说，在某一径向坐标上方运行的光子将黑洞向外旋转到无限大。然而，如果这些光子与其他光子足够接近，它们会在被吸进去之前绕行几次。这就是让我们能够看到黑洞背后的星系图像的原因。不过，这一发现真正重要的是，它可以为新的理解打开大门。“现在理解了为什么图像会以如此优雅的方式重复出现，这有种奇妙的美感。除此之外，它还提供了新的机会来测试我们对引力和黑洞的理解，”Sneppen在一份公告中说。引力在光子如何向黑洞移动中起着直接作用。现在我们可以利用它们的互动方式来帮助我们更好地理解它的整体运作。此外，Sneppen说，旋转的黑洞消除了向黑洞靠近的必要性。因此，我们不需要再靠近500倍，而只需要靠近50倍就能看到不同的图像。 13 研究：火星上隐藏的水库看起来只能成为幻影那些梦想着可能将火星改造成人类居住地的人对红色星球目前含有水寄予了很大的希望，因为这将使它在适当的条件下继续保留水（和大气）的理论变得有效。然而，来自德克萨斯大学和格勒诺布尔阿尔卑斯大学的研究人员的一项新研究指出，科学家认为是水的东西实际上可能不是水。  该团队的假设是，在南极盖底部的冰层下1.4公里处发现了极其明亮的雷达回波，其长期以来被认为是地下湖或含水层的指标，而实际上是由类似火山物质的东西造成的。换言之，研究小组认为，像火山岩群这样的东西可能是造成这些雷达读数的原因，而非地下水源。研究人员利用MARSIS（火星地下和电离层探测高级雷达）提供的一些约15年的测量数据来检查火星表面的反射率，另外还将来自各种材料的读数跟理论上的地下水源进行了比较。一段时间以来，火星上的水的理论已经显得有些脆弱，其他几个理论则提供了更合理的但不太令人兴奋的解释。正如该研究本身所指的那样，红色星球目前的温度和压力使得稳定的液态水不太可能出现在表面。虽然到目前为止，火星表面以下有水并非不可能，但看起来可能性不大。研究表明，火星表面的材料跟MARSIS在南极表面下探测到的任何东西之间的读数似乎非常相似。这意味着它们很可能事实上是相同的。“我们的结果提供了对目前火星表面存在的哪些地形可能对SPLD明亮的基底反射负责的见解。那些明亮的区域大多是跟火山构造有关的较大单元的地质上的细分，”这项研究指出。然而，这并不意味着在火星上寻找水的工作已经结束。据德克萨斯大学称，该研究的通讯作者、德克萨斯大学地球物理研究所(UTIG)的科学家Cyril Grima正在跟约克大学的火星地球物理学家Isaac Smith合作，他们提出了在未来使用雷达的找水任务。据推测，该任务是为了寻找该星球上以前生命的更多证据或帮助挑选出未来可能的表面登陆点而展开。 14 天文学家发现三颗系外行星 处于毁灭的边缘天文学家又发现了三颗系外行星。但是这一发现可能不会持续太久。每颗行星都在一个独立的“太阳系”中，而且每颗行星的轨道都危险地接近其恒星。更糟糕的是，所有的恒星都处于毁灭的边缘。  凌日系外行星勘测卫星（简称TESS）和其他猎取行星的努力在过去几年和几十年里已经发现了数以千计的系外行星。这些系外行星差别很大，从位于其恒星安静宜居区的类地行星到下“铁雨”的行星等。  但是这三颗系外行星有一些共同点。它们的轨道非常短，是迄今为止发现的最短的轨道，围绕着亚巨型或巨型恒星。这些恒星将最终将吞噬它们。一个研究小组在一篇新论文中介绍了这些发现。Samuel Grunblatt是研究第一作者。他是美国自然历史博物馆和Flatiron研究所的博士后研究员。  Grunblatt在一份新闻稿中说：“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，让我们了解在其宿主恒星吞噬它们之前接近其生命终点的行星。”这三颗行星是TOI-2337b、TOI-4329b和TOI-2669b。TOI代表TESS感兴趣的天体，而数字是指恒星。“b”表示每个系统中最接近该恒星的行星。  这三颗行星都是气态巨行星，类似于我们太阳系的木星。天文学家在一次寻找围绕进化的主星运行的新行星的调查中发现了这些行星。这些世界的质量从0.4到1.8个木星质量。这些恒星的质量范围约为1.2至1.5个太阳质量。行星的密度范围很广，这表明每个太阳系都经历了一个行星与行星相互作用的混乱时期。天文学家认为，这些相互作用的历史通过不可预测的加热率和时间尺度促成了密度的变化。  詹姆斯·韦伯太空望远镜也许能够在这些系统中的至少一个系统中弄清一些细节。当它检查TOI-4329系统时，行星大气层中是否存在水蒸气和二氧化碳可能会限制行星的形成位置。它还可以提供对行星相互作用类型的洞察力，使行星进入其目前的轨道。在像这样的行星-恒星配置中，天文学家预计，随着行星离恒星越来越近，以及恒星的膨胀，行星会膨胀起来。当行星的轨道向内旋转时，恒星最终将吞噬这些行星。到目前为止，TESS还没有检测到任何轨道衰变的证据。但是TESS在其主要任务中发现了这些行星。它将在扩展任务中收集更多的数据，这些数据将形成一个更长的观测基线。这条更长的基线可能表明，这些行星已经处于死亡的漩涡中。 15 NASA TESS候选行星目录数量增至5000多个NASA的凌日系外行星调查卫星(TESS)发现的候选行星目录最近超过了5000个TOI（TESS感兴趣的对象）。自2018年任务开始以来，该目录一直在稳步增长，这批TOI使目录增加到5000多个，主要来自麻省理工学院(MIT)博士后Michelle Kunimoto领导的Faint Star Search项目。  Kunimoto表示：“去年这个时候，TESS只发现了2400多个TOI。今天，TESS已经达到了这个数字的两倍多--这是对这项任务和所有搜寻新行星数据的团队的巨大证明。我很高兴在未来的日子里看到更多成千上万的行星！”现在，在其扩展任务中，TESS正在观测北半球和黄道面，其中包括开普勒和K2任务以前观测的天空区域。12月下旬增加的TOI来自TESS任务的第三年，该任务从2020年7月持续到2021年6月。TESS重新观察了地球南半球可见的天空并重新审视了它在2018年任务开始时首次观察的恒星。TOI经理Katharine Hesse说道：“通过延长任务第一年的数据，我们发现了几十个在主要任务期间发现的TOI的额外候选者。我很高兴看到在延长任务的剩余时间里以及在接下来的几年里我们可以通过TESS找到多少个多行星系统。”据悉， 计划中的TESS任务扩展到2025年及以后，所以应该会有更多的新行星候选者出现。发现更多的候选行星并将它们添加到TOI目录中是第一步。在未来的几个月里，世界各地的天文学家将研究这些TOI，以确认它们是否是真正的行星，而TESS任务所确认的系外行星目录将继续增加。 16 美国宇航局成功完成阿特米斯一号（Artemis I）倒计时测试NASA工程师和技术人员于1月24日在位于佛罗里达州的美国宇航局肯尼迪航天中心的飞行器装配大楼内成功完成了第二次倒计时排序测试。这是SLS火箭和猎户座飞船在Artemis I任务前的最后测试之一，此举使团队离2月中旬转移到现实发射台进行湿式彩排测试又近了一步。  这次测试展示了地面发射软件和地面发射序列器的工作情况，它检查了坐在发射台上的火箭的健康和状态。模拟发射倒计时测试了太空发射系统火箭和猎户座飞船的反应，确保序列器正确运行。在发射日，地面发射序列器移交给火箭和航天器，自动发射序列器在发射前30秒左右从地面控制人员手中接管对火箭的控制。  接下来，团队将努力完成阿特米斯I号任务的最后特定程序工程测试。随着倒计时排序测试的完成，探索地面系统团队将继续对月球火箭进行最后的检查和收尾，为下个月的湿式彩排测试做准备。在湿式彩排中，工程师将为SLS装满推进剂，地面团队将进行所有发射前的操作，这也是阿特米斯一号发射工作的最后一道关卡。   Science视频号  按此关注微信视频号 Science科学 了解未知 开启认知  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