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回顾2019 这些天文大事儿你还记得吗?②

来源:光明网2020-01-23 11:01

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  上一篇我们细数了2019年的5个天文大事儿,今天一起继续盘点2019年天文领域的那些激动人心的突破。科学探索“ing”时态,这条路将永远召唤人类继续探索前行。

  TOP6 登月纪念50周年

  人类登月50周年纪念LOGO。

  美国东部时间的1969年7月21日晚上9点56分,“阿波罗11号”登月任务成功。宇航员尼尔·阿姆斯特朗第一个踏上月球,向全世界说出了“这是个人的一小步,却是人类的一大步”的名言。2019年是登月50周年,全球各地举行各种庆祝活动,纪念人类太空探索史上的这一高光时刻。

  因为耗资巨大,整个阿波罗登月计划没有持续太长时间,在1972年的时候就停止了。但是回顾整个计划,无论是从科学,还是从社会的角度而言,都带来了巨大的推动作用。

  阿波罗项目过程中科学家们意外探测到了一束来自于宇宙深空的X射线,这个源被命名为天蝎座X-1,后来这个系统被证认为中子星系统。2年后,1964年,第一个黑洞候选体天鹅座X-1也被发现。因为这次偶然的机会,一个新的天文研究领域就此诞生,并获得了2002年诺贝尔物理学奖。而目前,X射线也成为天文学家研究剧烈宇宙的一个非常重要的窗口。

  而在社会方面,阿波罗登月计划中使用的很多高精尖技术已经融入了大众生活,例如微波炉、气垫鞋和新鲜食品的脱水技术等等都是当年为宇航员而设计的。

  阿波罗计划之后,再也没有人类踏足过月球。不过中国和美国都准备在未来送宇航员再次登上月球,一些企业也跃跃欲试,美国的蓝色起源和Space-X都计划发展月球私人旅行,按照预计,最早在2023年。随着可回收火箭技术的逐步成熟,太空旅行费用将会极大地降低,私人太空旅行还是非常值得期待的。

  TOP7 行星研究获进展:系外类太阳系统获诺奖,首次发现白矮星周围的行星

  2019年诺贝尔物理学奖获得者:詹姆斯·皮伯斯(James Peebles)、米歇尔·梅厄(Michel Mayor)和迪迪 埃·奎洛兹(Didier Queloz) (从左至右)。

  10月8日,一年一度的诺贝尔物理学奖揭晓,此次获得诺奖的三人分别是詹姆斯·皮伯斯(James Peebles)、米歇尔·梅厄(Michel Mayor)和迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz)。皮伯斯由于物理宇宙学的理论研究获奖,而另外两位则因1995年发现第一个围绕类日恒星运行的系外行星飞马座51b而获奖。

  地球之外是否还有其他生命?这是人类一直以来探寻的话题。这个系外行星的发现,开启了人类探索系外生命的第一步。

  截至12月30日,科学家们已经确认了4100余颗系外行星,其中有1200余颗属于超级地球,大约有16个位于宜居区当中。这样的系统和我们的太阳系差别巨大,即使有生命存在,也很可能和我们的相差甚远。但是寻找不同环境中的行星,让我们有机会了解一个更为广阔、更为复杂多样的行星环境。

  TOP8 哈勃争议持续未解

  1929年,天文学历史上发生了一件里程碑式的大事。美国天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)利用当时世界上最大口径的2.5米胡克望远镜发现星系退行速度和它们的距离存在着比例关系,这是第一次观测到了宇宙膨胀的直接证据。通过观测,哈勃得到了宇宙膨胀的速度大约为500 (km/s)/Mpc,从而推断出宇宙的年龄大约为2亿年。这个常数因此也被称为哈勃常数。

  时至2019年,宇宙学的研究已经进入了精确研究的时期,哈勃常数已经从最初的500(km/s)/Mpc降低到70 (km/s)/Mpc左右,宇宙年龄也就是我们现在所知道的大约138亿年,而且哈勃常数的测量精度已经达到1%。然而正因如此高的测量精度,给天文学家带来了苦恼:不同方法测量得到的哈勃常数不一致,这也被称为“哈勃争议”(Hubble tension)。

  根据欧空局普朗克(Planck)探测器2018年给出的最新结果,哈勃常数是67.66±0.42(km/s)/Mpc,误差小于1%,而另外一项名为暗能量巡天(Dark Energy Survey)的项目给出了相似的结果,67.77±1.30 (km/s)/Mpc。然而,这些结果和本地造父变星和超新星测量得到的哈勃常数结果不一致。

  如何解决哈勃常数的差别?最早有学者提出很可能是我们的银河系处于一个巨大的本地空洞(local void)当中,导致观测到的膨胀速度高于平均值。但是具体的分析发现,这种差别只有1%,不可能是9%,所以这也不是一个合理的解释。当然还有科学家提出暗能量会随着时间演化,当然还有物理学家指出这个差别或许是新物理存在的暗示。

  根据2018年10月在芝加哥举行的一场会议上进行的非正式投票,很多科学家倾向于新物理的这个想法。无论如何,对于哈勃争议,还是需要更高精度数据和其他独立方法的检验。

  TOP9 国之重器运行顺利:郭守敬望远镜光谱 9 破千万,天眼顺利通过技术验收

  LAMOST光谱巡天印记。/ 国家天文台

  2019年3月28日,中国科学院国家天文台召开新闻发布会,向全球发布国家大工程LAMOST望远镜(中文名为郭守敬望远镜)7年巡天的光谱数据DR6。光谱数量首次突破千万量级,达到1125万条光谱,总共包括4902个观测天区。

  利用这些海量的光谱数据,科学家们在研究银河系结构与演化、恒星物理研究、特殊天体搜寻等领域取得一系列有趣且有影响力的研究成果。比如,国家天文台的研究人员通过光谱数据为我们的银河系重新画像,将银河系的半径从之前的5万光年扩展到最新的10万光年;构建了目前世界上最大的、适合现有大望远镜跟踪观测的贫金属星的样本和最大富锂巨星样本;基于大样本数据,发现银河系并合矮星系的证据;而11月份宣布的银河系内最重的70倍太阳质量的恒星级黑洞,也是国家天文台研究人员基于LAMOST数据挑选出来的。

  同样被被成为国之重器的“中国天眼”500米口径球面射电望远镜(FAST),是目前世界上单口径中最大的。它在2016年9月25日宣告建成启用以来,经过了一系列的调试和测试,包括跟踪观测模式的测试,测量和控制精度的测试等。2019年4月22日,中国天眼(FAST)顺利通过工艺验收,接下来准备接受国家验收(日前已通过)。期待FAST将会发现新一批脉冲星、更高精度的中性氢分布图、发现一批新的中性氢星系。当然,我们最为期待的还是FAST发现那些未曾预料的新现象或者新天体。

  TOP10 引力波探测进展:LIGO发现黑洞和中子星合并,太极和天琴引力波先导卫星发射

  黑洞和中子星合并示意图。/ Carl Knox, OzGrav ARC Centre of Excellence

  2019年8月,美国LIGO和欧洲VIRGO天文台再次传来中子星和黑洞并合消息,又一次吸引了大家的注意力。美国地基引力波探测装置Advanced LIGO从2015年9月开始运行到现在已超过4年,这是第一次探测到中子星和黑洞并合事件。

  2016年2月,当LIGO宣布在2015年9月14日直接探测到引力波的时候,整个世界都为之震惊:100年前爱因斯坦曾经预测过的微小时空波动终于被探测到了。

  从2016年11月30日到2017年8月25日,LIGO进行了第2次运行。探测到了8个事件,包含7个黑洞并合,1个令全球天文学家瞩目的中子星并合事件。因为黑洞并合只能够产生引力波,然而中子星并合不仅仅会产生引力波,更能够产生电磁波。中子星并合被认为是短时标伽玛射线暴的产生体,所以通过多种方式的观测能够让我们对于伽玛暴产生的整个过程做一番了解。

  2019年4月1日开始运行至今的第3阶段(截止到12月30日),LIGO总共探测到了39个事件,平均几乎每周就探测到一例事件。这一次运行过程当中,时不时传来黑洞吞并中子星的消息,不过最为确定的就是上面提到的8月份的这次。

  在过去的几年间,中国的引力波探测项目也发展迅速。地面上中国西藏的阿里项目(AliCPT)将在2021年底建成运行,探测宇宙早期的原初引力波。空间引力波探测项目主要有两个,中山大学的“天琴计划”将在地球轨道上部署3颗卫星,组成臂长17万千米的等边三角形编队,构成空间引力波探测“天文台”;中国科学院大学副校长吴岳良院士作为首席科学家的“太极计划”也包含3颗卫星,臂长则达到了300万千米。这两个项目都准备在2033-2035年前后发射升空,和欧洲的引力波探测计划LISA项目差不多同时。

  【致谢】在投票选择10大天文进展的过程当中,感谢众多新浪网友 以及杭州云谷学校同学的积极参与。感谢卞毓麟、邓劲松和苏彦等老师对于本文的指正。

  作者简介

  苟利军,中国科学院国家天文台研究员,恒星级黑洞研究团组首席科学家,中国科学院大学天文学教授。《中国国家天文》杂志执行总编,北京天文学会副理事长。

  郝方甲,《中国国家天文》特邀编辑,曾四次获得中国新闻奖一等奖。

[ 责编:蔡琳 ]
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