2021年，新冠疫情阴影依旧，世界仍然没能切换掉它的艰难模式。口罩、健康码似乎已成为生活的常态，但口罩捂住了口鼻，却遮挡不住我们仰望星空的双眸。与疫情同行的日子里，依然有那么一批天文人牧星耕宇，在茫茫宇宙间踽踽前行。过去的这一年，我们有幸见证了祝融号登陆火星，开启了探测这颗红色星球的新纪元；九天揽月的嫦娥五号带回了我们心心念念的月壤，也革新了我们对月球的认知；一副巨大的二维宇宙天图在我们面前徐徐铺呈开来，三维宇宙天图正向我们招手；LAMOST又发布了新的巡天数据，进一步丰富了银河数据库；中国天眼正式向全球开放，一场盛宴已然拉开帷幕。 “天问一号”探测器环绕火星。（图源：中国国家航天局） 1 二维宇宙天图发布 2021年1月14日，中科院国家天文台的北京-亚利桑那巡天（BASS）团队联合暗能量光谱巡天（DESI）国际团队共同发布了最新的巨幅二维宇宙天图，这也是目前已知的最大深度宇宙天图。 在此次公布的二维宇宙天图中，北京-亚利桑那巡天项目，历时6年，贡献了北半球的星空数据，整个巡天覆盖了2万平方度的天空，占整个天球面积的一半，包含了20亿天体，为下阶段大规模的深度光谱巡天铺平了道路。巡天数据平台提供了在线星空浏览工具，方便普通大众自由地在观测的宇宙天图中漫游。 根据宇宙起源假说，宇宙诞生于137亿年前的一次大爆炸，曾有一个致密、炙热的过去。诞生之初，所有的物质能量都集中在一个密度无穷大、温度无穷高的奇点。伴随宇宙膨胀、冷却，重子元素横空出世，恒星和星系逐渐孕育。  图1 最新发布的巨幅二维宇宙天图。蓝色区域为BASS观测天区，放大的子图展示了局部小区域内大量的河外星系，它们将被下阶段光谱巡天计划所观测。（图源：DESI图像巡天数据发布平台） 得益于现代天文观测技术的飞跃发展，我们发现宇宙不仅在膨胀，而且在加速膨胀中。驱动宇宙膨胀的神秘力量即为暗能量。据估计，暗能量约占宇宙组分的68％，区分于普通重子物质，既不吸收、反射光也不辐射光，同样也非暗物质，难以探查，是一种特殊的存在。 为了探寻这种宇宙间的神秘力量，暗能量巡天项目应运而生。根据光谱信息，可以准确推演星系的退行速度，即红移，对应于星系的距离。大规模的星系红移测量则能够准确勾勒出宇宙中物质的三维分布。暗能量光谱巡天项目是继斯隆光谱巡天（SDSS）后的第四代宇宙学红移巡天项目，旨在通过大规模的红移观测来推断宇宙结构的增长膨胀史。 随着巨幅二维宇宙天图的徐徐展开，三维宇宙天图自然不再遥远。精确绘制宇宙三维天图的工作，已于2021年5月17日晚，正式起航，预计为期5年，计划捕捉约三千万遥远星系的光谱。通过准确测量这些遥远星系的分布情况，将有望绘制出迄今最大的宇宙三维天图，帮助我们洞悉暗能量的本质并估量其对宇宙膨胀的影响。暗能量的神秘面纱是否终将揭晓，让我们拭目以待。 2 祝融号登陆火星 三个月后，经过对着陆区的详细勘察，“天问一号”探测器释放了着陆巡视器，携带祝融号火星车成功着陆预选目的地——乌托邦平原南部，开始了在这颗红色星球上的巡察探测之旅。中国也成为继美国后第二个成功登陆火星的国家，不仅掌握了深空探索这项稀有技能，也将开启火星探测的新纪元。 “祝融号”火星车如同一个孜孜不倦的打工人，截至2021年11月8日，已在火星上忙忙碌碌了174个日夜，远超其90天的设计使用寿命，加班加点，累计行驶了1253米，仍然精力充沛。不仅完成了对巡视区的探测任务，传回了首批科学影像以及大量的火星地表探测数据，还将履行它的名字所赋予的期望，继续传播着深空探索的火种。  图2 中国首个火星车祝融号（左侧）登陆火星后的自拍，右侧为其登陆平台。（图源：中国国家航天局） 同时，与其遥相呼应的“天问一号”探测器也没闲着，在经历了第五次近火制动后，已准确进入遥感使命轨道，不仅为“祝融号"提供着稳定的中继通信，兼顾开展火星全球的遥感探测。“天问一号”计划环绕火星一年时间，对火星进行全科学探测，包括研究火星形貌与地质构造特征、火星表面土壤特征与水冰分布、火星表面物质组成、火星大气电离层及表面气候与环境特征、火星物理场与内部结构等。 未来，我们还计划实现火星的采样返回，进一步探知火星上的生命迹象，比较火星与其他类地行星的演化进程，甚至探讨火星移民的前景。“天问一号”只是我们了解这颗红色星球迈出的第一步，“路漫漫其修远兮，吾辈自当上下而求索。” 3 首批月壤研究带来突破性进展 2020年11月24日，嫦娥五号探测器发射升空。23天后，历经重重考验的嫦娥五号返回器成功返回地面，着陆于内蒙古四子王旗，带回了1731克月球样品。这是我国首次实现地外天体土壤的采集，也是人类时隔44年来，再次取回新的月壤。 2021年7月12日，第一批用于科研的月壤样品正式发放，国内有13家科研机构共计获得约17476.4毫克的样品，助力多学科交叉研究。 中国科学院地质与地球物理研究所、国家天文台联合多家研究机构，对月壤样品中的玄武岩岩屑进行了初步的年代学和岩石地球化学研究，于10月19日，发表三篇《自然》论文和一篇《国家科学评论》论文，公布了月球研究的最新突破性进展。 根据传统的演化理论，月球也曾年少活泼，火山频发，月幔熔融形成的岩浆，经由火山喷发至月球表面，汇聚在洼地，冷却结晶形成黑色的玄武岩，覆盖月海。  图3 嫦娥五号着陆点，即月壤样本采集点（红色），作为对比，同时标注了阿波罗号（青色）和月球号（蓝色）月壤样本采集点。左侧图为月海玄武岩预估的年龄分布，右侧图为钍元素丰度。（图源：Yang&Lin, 2021） 首批研究成果表明，月球沉寂的过程相当缓慢，20亿年前仍有岩浆活动。此次嫦娥五号在月球上的着陆点位于风暴洋西北处吕姆克山附近，远离“阿波罗"和“月球号”采样点，采集到了迄今为止最为年轻的月海玄武岩。根据放射性同位素定年，这批玄武岩大约诞生于20亿年前的火山喷发，将以往月球样品限定的岩浆活动时间延长了约8~9亿年。 至于月球为何冷却得如此缓慢，之前的主流观点认为，一方面，由于月球的火山活跃区富含放射性生热元素，这些元素将为持续的月幔熔融提供热量来源；另一方面，月幔内富含水，极大地降低了其熔点。 然而，此次嫦娥五号带回的新月壤刷新了我们对月球热演化史的认知。我们发现火山活跃区的放射性生热元素并非月幔熔岩时产生，因此对持续的岩浆活动难有贡献。另外，月幔其实非常干，几乎没有水，降低熔点纯属空穴来风。因此，月球漫长的活跃期急需全新的理论解释，尚属空白领域，有望大有作为。 此外，本次嫦娥五号采集的月球样品为撞击坑统计定年提供了关键锚点，将大幅提高内太阳系星体表面撞击坑统计定年的精度，有望揭示月球成因，进一步深化我们对于太阳系演化历史的认知。 据悉，嫦娥五号月球样品第二轮申请工作已经开始，未来，月壤将亲自告诉我们更多有关月球的奥秘，正所谓： “十年妆成始出阁，驾金车，过天河，寂寥蟾官，新影更婀娜。玉镜为台舒秀臂，撷仙土，回故国。” 4 LAMOST发布新版巡天数据 作为我国第一个国家级天文重大科技基础设施，郭守敬望远镜（LAMOST）已走过了十年巡天路，获取了海量的光谱数据。 过去的2021年，LAMOST先后发布了多版数据：3月底，LAMOST DR8数据集（v1.0版本）正式发布，囊括了先导巡天及正式巡天前八年的观测数据；8月中旬，第九年v0版本（2020年9月18日至2021年6月14日）的观测数据（LAMOST DR9）已全部上线；9月底，更新优化后的LAMOST DR7数据集（v2.0版本）公开发布。 目前，LAMOST巡天项目已成为世界上第一个获取了超千万量级光谱的巡天项目，作为构建数字银河系的重要基石，在研究银河系的结构、形成和演化领域成绩斐然，仅2021年，就生产了不少科学亮点。  图4 郭守敬望远镜和银河。（图源：郭守敬望远镜官网） 比如证实了银河系反银心子结构起源于银盘。所谓的反银心子结构指在远离银河系中心的区域（3.9~9.78万光年），存在一些恒星密集的子结构，包括麒麟座星环、三角座-仙女座星流和A13等自内向外一次排开，交替出现在银盘的南北两侧，勾勒出银盘波浪状起伏的荡漾姿态。早在20年前，斯隆数字化巡天（SDSS）项目就发现了这些银河系里的波浪结构，但对于它们的起源却是众说纷纭。传统的理论模型认为，广阔的银晕中恒星分布应该是平滑均匀的，所以这些凹凸起伏的子结构很可能是银河系吸积矮星系后残留的遗迹。西华师范大学与国家天文台合作，基于LAMOST和盖亚（Gaia）卫星大样本数据优势，对反银心子结构与银盘进行了亲子鉴定，发现这些子结构无论是金属丰度，还是轨道属性都与银河系外盘相符，结束了长久以来的起源争议。同时也佐证了银河系的外盘成分延伸到了9．78万光年外，是经典银盘尺度的2倍。 此外，银盘边缘增厚问题也取得了重要进展。银盘是银河系的主体结构，包含了银河系的大部分重子物质，其分布呈现边缘增厚现象，即银盘物质随着银盘的延展而逐渐垂直于银盘方向扩散开来。由河北师范大学、法国巴黎天文台和国家天文台组成的国际研究团队，基于LAMOST大样本巡天数据，细致描绘了银盘中不同恒星群体的空间分布，发现无论是年轻的恒星盘还是年老的恒星盘其边缘增厚情况类似，因此，银盘的边缘增厚现象更可能来自于其他星系的扰动，而非银盘自身的动力学演化结果。 得益于大规模不断积累的光谱数据，LAMOST在搜寻特殊天体、致密天体以及研究恒星物理、探索遥远宇宙等重要前沿领域也极具优势。2021年，中国天文学家基于LAMOST数据，构建了迄今最大的M型亚矮星星表；揭示了亚矮星的起源；发布了迄今为止最大的时域多星光谱星表；证认了6190颗白矮星，包含1920颗新白矮星和64颗激变变星，大大丰富了白矮星样本等等。更多研究成果仍在持续涌现，无疑将不断刷新人类对于银河系乃至整个宇宙的认知。 5 FAST盛宴开启 FAST，全称500米口径球面射电望远镜，于2016年落成，2020年1月11日通过国家验收后正式运行，是目前世界上最大、最灵敏的单口径球面射电望远镜，亦有中国天眼之称。 FAST的超强灵敏度使其在快速射电暴探测方面极具潜力。快速射电暴（FRB）堪称宇宙中最大的谜团之一，这种来自宇宙深处的射电暴发可以在几毫秒内闪现又迅速消失，时间虽短却能量惊人，一次快速射电暴所释放的能量大约相当于太阳一年所释放的能量和。自2007年被首次探测到，快速射电暴吸引了无数目光，为了解释这种奇特的瞬时高能量爆发，14年来，各种理论模型犹如雨后春笋，却难有定论。 2021年10月13日，《自然》杂志上刊登了由中国科学家领衔研究的最新成果，他们在FAST调试阶段发现一个重复的快速射电暴源FRB 121102，正处于活跃期，不到60小时的观测时间就检测到了1652次明亮的脉冲，且能量分布范围非常广。此次观测成果，或许能改变天文学家研究快速射电暴的方式。统计表明，约有不到10％的快速射电暴会重复出现。深入追踪分析这些重复的单一源，获取更多详尽的细节，可能为快速射电暴迷一般的起源提供了新的线索。FAST恰恰非常适合对重复源的深入观测，为这种高能、短期的天体现象，打开一扇崭新的研究窗囗。  图5 FAST捕捉到了来自FRB 121102的真实脉冲信号。（图源：中国科学院国家天文台） 2021年，FAST还有其他斩获，比如，中科院国家天文台宣布通过FAST深度成像观测，首次在近邻星系梅西耶天体M106中找到了长达约42.3万光年的超长气体吸积流，暗示M106正从数十万光年外的卫星星系上抢夺气体。在过去十多年里，如何在河外星系观测到如此稀薄的气体吸积现象，证实宇宙学模型中的冷吸积过程，一直困难重重。FAST作为世界上最大的单口径射电望远镜，非常适合探测近邻星系周围的稀薄气体结构，甚至于揭示吸积过程中的细枝末节，是研究星系演化进程的强有力工具。 此外，FAST的超高灵敏度，有望实现纳赫兹引力波的探测。引力波的探测是当前天文学界的热门话题，通过对毫秒脉冲星的长期监测，组成计时阵列，可能探测到来自超大质量双黑洞等天体发出的低频引力波，甚至捕捉到宇宙大爆炸时期的原初引力波，为研究宇宙大爆炸原初时刻的物理过程提供数据支撑。 目前，由FAST探测到的脉冲星数量已超过500颗，包括新脉冲双星系统，以及具有掩食现象的毫秒脉冲双星。同时它还有能力将我国深空探测及通讯能力延伸至太阳系边缘。 这自不会是终早。2021年3月31日，FAST宣布对全球科学界开放，征集来自全球科学家的观测申请，盛宴开场，但等君来。 我们通过上篇了解了中国天文的5大看点，还有哪些值得我们关注的天文“大事件”呢？请您期待下篇~ 想了解更多天文知识、重要天象，您可以订购电子刊或纸刊《天文爱好者》杂志！ 应广大读者的需求，从2021 年12月开始，《天文爱好者》杂志公众号开始上架杂志的电子刊和纸刊的购买链接。  扫描下方二维码购买 《天文爱好者》电子刊和纸刊   含最新一期和 2020年以来过刊， 粉丝福利大放送 扫码有优惠~  扫描下方工作人员“上知天文”二维码 备注：加入微信群“天爱小宇宙” 可以进群跟各位热爱天文的小伙伴 一起探索宇宙的奥秘啦 也可以随时联系工作人员“上知天文” 解决订单的各种问题~ |
APP下載|手机版|爱牧夫天文淘宝店|牧夫天文网 ( 公安备案号21021102000967 )|网站地图|辽ICP备19018387号
GMT+8, 2024-10-6 17:26 , Processed in 0.054533 second(s), 7 queries , Gzip On, Redis On.
