2017,又是驚心動(dòng)魄的一年,令人回味的一年。在這一年中,關(guān)注天文的同學(xué)們可以說是高潮迭起、目不暇接,每天被國內(nèi)外大大小小的新聞狂轟亂炸、亂花迷眼。那今年天文學(xué)界到底都發(fā)生了哪些大事呢?咱們一起來回顧一下那些激動(dòng)人心的時(shí)刻。
第10名 塔比星出現(xiàn)新的光變
塔比星學(xué)名 KIC 8462852,是開普勒空間望遠(yuǎn)鏡拍到的一顆約12等的天鵝座暗星。2015年有幾名天文學(xué)家最先發(fā)現(xiàn)它的異常:它在2011年到2013年間,出現(xiàn)了最高達(dá)20%多的光變,而且光變曲線相當(dāng)無規(guī)律,與常見的變星似乎迥然不同。這引起了天文學(xué)家高度的興趣。
在隨后的研究中,這顆星顯示出更多讓人難以理解的特征,尤其是查閱歷史數(shù)據(jù)表明,它從上世紀(jì)至今在經(jīng)歷持續(xù)的亮度變暗——這在一顆穩(wěn)定的主序星上是不應(yīng)該發(fā)生的。
除了大量稀奇古怪的天體物理模型,有人提出極為大膽,也非常抓人眼球的假說:這可能是地外智慧文明正在建設(shè)的大型星周太陽能發(fā)電裝置——也即所謂的戴森球。這一假說雖然并未被證實(shí),但這種可能性的存在無疑極大地刺激了人們對它的好奇心。
今年5月,它出現(xiàn)了新一輪的光變,再次引起人們的注意。其間,有人提出其光變由巨大的行星環(huán)系及與巨行星相距60 相位角的兩個(gè)特洛伊族小行星群共同作用,看上去是相當(dāng)有希望的一個(gè)模型,但該模型也仍未被證實(shí)。
2017年5-10月塔比星的光變曲線(來源見圖上文字)
塔比星光變的巨環(huán)-特洛伊小行星群模型示意圖(Ballesteros等人2017)
第9名 人工智能幫助發(fā)現(xiàn)新的多成員系外行星系統(tǒng)
以發(fā)現(xiàn)系外行星為主要使命的開普勒空間望遠(yuǎn)鏡自升空以來,已經(jīng)給我們獻(xiàn)上了一次又一次驚喜:它發(fā)現(xiàn)了所謂的“第二地球”開普勒452b,并累計(jì)發(fā)現(xiàn)了2000多顆系外行星和超過5000個(gè)系外行星候選體,雄霸系外行星發(fā)現(xiàn)榜鰲頭。
但科學(xué)家在試圖更加深入挖掘開普勒望遠(yuǎn)鏡積累的數(shù)據(jù)時(shí),遇到一個(gè)兩難的境地:對于比較亮的恒星發(fā)生的比較明顯的光變,他們可以比較有信心地識別出這樣的光變特征;但對于那些比較暗的恒星發(fā)生的不太明顯的光變,在判斷其是不是由系外行星遮掩造成時(shí),錯(cuò)誤率就會顯著增加了。似乎想要控制錯(cuò)誤率,就不得不放棄一部分較暗的目標(biāo)星。
谷歌的人工智能專家站了出來:他們幫助天文學(xué)家使用人工智能算法,加強(qiáng)在靈敏度極限附近判定系外行星掩食特征的準(zhǔn)確率,成功找到了更多系外行星或其候選體,其中就包括開普勒90系統(tǒng)——在這個(gè)系外行星系統(tǒng)中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了8顆行星,在數(shù)量上已經(jīng)與我們的太陽系持平,成為已知擁有最多行星的系外行星系統(tǒng)。
開普勒90系統(tǒng)與太陽系行星大小對比(示意圖,距離不成比例,恒星大小也不成比例,前者行星表面紋理為想象。圖片來源:NASA/Ames Research Center/Wendy Stenzel)
開普勒90系統(tǒng)與太陽系行星軌道大小對比,右側(cè)從內(nèi)向外依次為水星、金星、地球軌道。(圖片來源:NASA/Ames Research Center/Wendy Stenzel)
第8名 慧眼衛(wèi)星成功發(fā)射
中國一直渴望擁有一顆自己的天文衛(wèi)星,而許多年來被寄予最大希望的,始終是硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡(HXMT)。中科院李惕碚院士1992年建立使用直接解調(diào)進(jìn)行X射線成像的方法,與傳統(tǒng)方法相比,有巨大的成本及性能優(yōu)勢。此后20余年,他一直在為推動(dòng)發(fā)射一顆使用這種方法進(jìn)行X射線天文觀測研究的衛(wèi)星而奔走。
這一夢想終于在2017年6月15日得償所愿:被以我國女物理學(xué)家何澤慧之名命名為“慧眼”衛(wèi)星的HXMT,在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心騰空而起、順利入軌,并很快開始回傳數(shù)據(jù),狀態(tài)良好。比起最初設(shè)想的只觀測“硬”(高能)X射線,實(shí)際升空的慧眼衛(wèi)星還加裝了觀測中低能量X射線的觀測設(shè)備,成為一臺綜合性的X射線天文衛(wèi)星。
它能夠?qū)诙础⒅凶有堑雀吣芴祗w及伽馬暴等高能天體事件進(jìn)行觀測。而且就在它升空不久的今年8月,它就參與了對一次重要的引力波事件的后續(xù)跟進(jìn)觀測(詳見后文),體現(xiàn)出強(qiáng)大的威力。它讓中國天文學(xué)家又多了一個(gè)能用自有的先進(jìn)天文觀測儀器取得世界一流科學(xué)成果的寶貴機(jī)會。
慧眼衛(wèi)星發(fā)射升空(圖片來源:新華社)
慧眼衛(wèi)星發(fā)射前,團(tuán)隊(duì)擺出HXMT的造型(攝影:南勇)
第7名 美國大日食
發(fā)生于當(dāng)?shù)貢r(shí)間8月21日的美國大日食顧名思義,是一次只在美國本土能夠觀賞到的日全食。這次日全食的全食階段最長可達(dá)2分40秒,只是如此并不算稀奇,但由于全食帶橫貫美國本土東西海岸,可供選擇的日全食觀測點(diǎn)極多,美國境內(nèi)公路交通又極其發(fā)達(dá),使得本次日全食覆蓋人數(shù)之廣與國際影響力之巨,近所罕見。一大批中國天文愛好者也遠(yuǎn)渡重洋,趕赴美國踏上逐日之旅。
日全食,這一在全球范圍內(nèi)幾乎每年都會發(fā)生的天象,并不只以青天黑日的景觀洞徹人心,也往往因?yàn)槊總€(gè)人獨(dú)特的追食經(jīng)歷而留下可以吹一輩子的故事。
讓筆者記憶尤新的,是我和隊(duì)友在洛杉磯國際機(jī)場一個(gè)好似鄉(xiāng)鎮(zhèn)長途車站的候機(jī)大廳貽誤飛機(jī)之后,徹夜驅(qū)車1500公里,趕赴預(yù)定日全食觀測地的冒險(xiǎn)經(jīng)歷。而那張著名的全食太陽與攀巖者的合照、那張黑日下忘情的擁吻照、那張登上每日一圖的太陽閃光光譜……則通過一個(gè)個(gè)獨(dú)特的個(gè)人記憶,激起世界范圍內(nèi)的共鳴。
史密斯巖上的日全食(攝影:Michael Shainblum)
全食之吻(攝影:關(guān)景元)
日全食閃光光譜(攝影:秦雨靜)
第6名 世界各大望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目發(fā)生積極進(jìn)展
目前世界各國共提出三個(gè)主要的30米級望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃:歐洲甚大望遠(yuǎn)鏡(E-ELT)、三十米望遠(yuǎn)鏡(TMT)和巨型麥哲倫望遠(yuǎn)鏡(GMT)。
今年的第一個(gè)重大好消息來自于E-ELT:5月26日,這架未來世界最大望遠(yuǎn)鏡宣布在智利北部的阿塔卡馬沙漠破土動(dòng)工;如果一切順利,它將在2024年投入運(yùn)行。
下一個(gè)好消息更加令人鼓舞:因?yàn)橄耐脑∶駡F(tuán)體的抗議,一度無法按計(jì)劃繼續(xù)其建設(shè) 的TMT,也終于在11月得到夏威夷州有關(guān)部門的最終許可,可以按原計(jì)劃建設(shè)在夏威夷大島的莫納克亞峰——北半球絕無僅有的最佳光學(xué)天文臺址。
下一則關(guān)于中國的消息稍顯糾結(jié):中國天文學(xué)界希望能夠推動(dòng)的12米口徑“大型光學(xué)-紅外望遠(yuǎn)鏡”計(jì)劃,一度深陷于學(xué)界內(nèi)關(guān)于其光學(xué)設(shè)計(jì)與臺址選擇的爭論中,直至臨近年底才傳出消息,兩個(gè)難題均已在一番折沖之后,艱難地取得進(jìn)展,開始露出繼續(xù)推進(jìn)的曙光。
最后一個(gè)令人欣慰的消息來自前世界最大射電望遠(yuǎn)鏡阿雷西博:經(jīng)歷颶風(fēng)侵襲之后,一度接近被終止運(yùn)行的它艱難地取得了美國國家自然基金委下一個(gè)五年的財(cái)政支持——盡管從800萬美元銳減至200萬美元,但也終究不是“死刑,立即執(zhí)行”。
三十米望遠(yuǎn)鏡建成后效果圖(圖片來源:tmt.org)
阿雷西博望遠(yuǎn)鏡(攝影:Jeff Hitchcock/Flickr,遵循CC BY 2.0協(xié)議)
第5名 “悟空”暗物質(zhì)衛(wèi)星取得重大發(fā)現(xiàn)
2015年12月發(fā)射的“悟空”暗物質(zhì)衛(wèi)星就是搶在“慧眼”前面成為中國第一個(gè)天文衛(wèi)星的那位,它的主要任務(wù)是以當(dāng)今世界最精確的能量分辨率對高能粒子能量分布進(jìn)行測量,以發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的蛛絲馬跡。
在悟空衛(wèi)星之前,國際上同類任務(wù)包括費(fèi)米伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡,以及由華裔諾貝爾獎(jiǎng)得主丁肇中主持、安裝在國際空間站上的阿爾法磁譜儀等。我們一般用“電子伏特”(eV)作為單位描述粒子能量,在萬億電子伏特(TeV)這個(gè)能量上,悟空衛(wèi)星的能力分辨率達(dá)到1.4%,比同類探測器好兩倍以上。
今年11月,中科院發(fā)布了悟空上天接近兩年來的成績單:它采集了150萬顆高能電子宇宙射線,相當(dāng)精確地繪制了這些高能電子的能量分布曲線(“能譜”),其中有兩個(gè)有意思的點(diǎn):一則是它精確測定了能譜在1TeV附近的一個(gè)“拐折”,這可以幫助天文學(xué)家區(qū)分高能電子是來自于天體物理過程還是暗物質(zhì)湮滅;二則是它發(fā)現(xiàn)在1.4TeV處似乎有一個(gè)小的突起——一般這種“譜線”是由特定粒子湮滅產(chǎn)生的,如果這個(gè)突起在未來被進(jìn)一步確認(rèn),有可能就是人類終于“找到”的暗物質(zhì)粒子的信號了。
紅色數(shù)據(jù)點(diǎn)為悟空衛(wèi)星測得的高能電子能譜,注意1000GeV處有一拐折、約1400GeV處有一個(gè)點(diǎn)高高在上。(圖片來源:悟空合作組織)
第4名 卡西尼號完成使命、墜入土星
1997年發(fā)射的卡西尼探測器是人類歷史上最偉大的行星際探測器之一。2004年進(jìn)入土星軌道后,它奮力工作了13年之久,全方位地為我們描繪了太陽系第二大氣態(tài)巨行星土星、它美麗的光環(huán)以及它龐大的衛(wèi)星家族。
在卡西尼畢生積累的海量科學(xué)發(fā)現(xiàn)中,最激動(dòng)人心的一個(gè)意外收獲是它發(fā)現(xiàn)了土衛(wèi)二的冰下海洋:2005年一次飛經(jīng)土衛(wèi)二時(shí),卡西尼號的磁力計(jì)率先感受到那里有一些奇怪的東西,在接下來的回訪中,卡西尼號在那里嘗到了咸咸的液體——土衛(wèi)二存留有巨大的冰下海洋,海水正在從冰隙中噴薄而出。海洋是生命的搖籃,如果卡西尼號燃料用盡之后在不受控的情況下意外遭遇了土衛(wèi)二,它攜帶的放射性核電池將可能融穿冰層、墜入深海并威脅那里可能存在的生態(tài)系統(tǒng)。
為避免這樣的意外,卡西尼號被安排以一種壯烈的姿態(tài)結(jié)束其生命:燒毀在土星大氣層中。在其生命的最后幾個(gè)月,卡西尼在名為“壯麗終章”的任務(wù)中前所未有地貼近土星內(nèi)側(cè)環(huán)系,在生命的最后一刻還在持續(xù)發(fā)回?cái)?shù)據(jù)。9月15日,它的信號消失時(shí),NASA的控制大廳彌漫著悲傷和感激。
卡西尼飛越土衛(wèi)二藝術(shù)想象圖(圖片來源:NASA)
卡西尼墜毀在土星大氣層中藝術(shù)想象圖(圖片來源:NASA)
第3名 第一顆太陽系外小天體被發(fā)現(xiàn)
10月19日,孜孜不倦掃描天空以及早發(fā)現(xiàn)不速之客的“泛星巡天”計(jì)劃發(fā)現(xiàn)了一個(gè)前所未見的真 不速之客:一個(gè)小天體近乎垂直于地球軌道面刺入太陽系、高速擦過地球附近后,絕塵而去。一般太陽系內(nèi)的小行星或彗星走的是比較“低能”的橢圓軌道或拋物線軌道——在最高能的拋物線軌道情況下,運(yùn)行到太陽系邊界附近時(shí),其速度也將減慢到接近于0。
這個(gè)不速之客迥然不同:倒推其軌道,即使在太陽引力控制范圍邊緣,它仍有約26 km/s的高速,這使其軌道呈霸氣的雙曲線型,且偏心率高達(dá)1.2(拋物線軌道為1)。因此它被認(rèn)為是人類第一次發(fā)現(xiàn)的起源于太陽系之外的小天體,闖入內(nèi)太陽系純屬巧合。
接下來的觀測揭示這顆被命名為“奧陌陌”(’Oumuamua)的小天體更奇葩的特性:它呈長條形,長寬比接近10:1,這激發(fā)起不少人的“星艦遐想”。不過科學(xué)界對其本質(zhì)的討論仍然主要集中在它到底算是小行星還是彗星:它經(jīng)過近日點(diǎn)時(shí)并沒有表現(xiàn)出彗狀結(jié)構(gòu),但有人提出,還不能排除其本為彗星的可能性。
奧陌陌飛經(jīng)內(nèi)太陽系軌道示意圖(圖片來源:NASA/JPL-Caltech)
奧陌陌外觀藝術(shù)想象圖(圖片來源:歐洲南方天文臺/M. Kornmesser)
第2名 FAST望遠(yuǎn)鏡:故人與新星
2016年9月建成的五百米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)在今年傳出兩則重磅消息,一則以喜,一則以憂。先是在9月15日,FAST望遠(yuǎn)鏡之父南仁東老師因肺癌病情惡化駕鶴西歸;很快在10月10日,FAST首次宣布發(fā)現(xiàn)多顆脈沖星。兩相對照,令人唏噓。
媒體很快挖掘出南老諸多往事:他畢業(yè)于清華大學(xué)無線電系,在吉林的一個(gè)無線電小廠做過技術(shù)工人,后又師從天文學(xué)泰斗王綬琯成了天體物理學(xué)家。他懂科學(xué)、懂技術(shù)、畫的一手好畫、走遍五湖四海。20多年來,他為了選址踏遍貴州的山坳,為了爭取合作和經(jīng)費(fèi)跑遍了全國,又帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)攻克了一個(gè)個(gè)技術(shù)難題、一磚一瓦地把FAST拉扯大。他后被追授“時(shí)代楷?!狈Q號,實(shí)至名歸。
就在南老病重之際,FAST望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一批脈沖星候選體:尚處在技術(shù)調(diào)試階段的FAST,用它沒有全開的火力,展現(xiàn)了超大口徑帶來的超強(qiáng)靈敏度的獨(dú)有優(yōu)勢。隨后這些脈沖星候選體逐一被合作望遠(yuǎn)鏡驗(yàn)證,截至年底已有8顆得到證實(shí)。FAST團(tuán)隊(duì)還宣布了其雄心勃勃的“多科學(xué)目標(biāo)同時(shí)掃描巡天”計(jì)劃(CRAFTS),利用調(diào)試期的望遠(yuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)對可觀測天區(qū)內(nèi)的多個(gè)科學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)同時(shí)巡天,這將為我們帶來更多驚喜。
南仁東生前肖像(攝影:張蜀新)
FAST首次發(fā)現(xiàn)新脈沖星新聞發(fā)布海報(bào)(圖片來源:中國科學(xué)院國家天文臺)
第1名 引力波天文學(xué)時(shí)代降臨
2015年9月,剛剛完成升級改造的美國激光干涉引力波天文臺(LIGO)第一次直接探測到引力波事件,這是劃時(shí)代的一次發(fā)現(xiàn),2016年初公布后,立即震撼全球。這個(gè)板上釘釘會斬獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的成就,當(dāng)年由于錯(cuò)過提名時(shí)間而沒有得獎(jiǎng),但2017年的諾獎(jiǎng)終于還是眾望所歸地花落基普 索恩等三名引力波領(lǐng)域物理學(xué)家。
在那之后,LIGO又發(fā)現(xiàn)了幾次引力波事件;今年,升級后的歐洲Virgo也開始與LIGO聯(lián)合觀測,給出了今年的年度最重磅天文大事件:8月17日,LIGO與Virgo聯(lián)合觀測的第一次雙中子星并合引力波事件剛好與費(fèi)米衛(wèi)星探測到的一次伽馬暴幾乎同時(shí)發(fā)生,這使得事件發(fā)生的方向被相當(dāng)準(zhǔn)確地估計(jì)出來,進(jìn)而觸發(fā)了全球望遠(yuǎn)鏡搜尋引力波事件源具體位置的一場大賽——不少于50臺大大小小的地基光學(xué)、射電望遠(yuǎn)鏡和數(shù)臺紅外、紫外、X射線天文衛(wèi)星加入了這場狂歡,最終位于智利的1米口徑小望遠(yuǎn)鏡Swope率先在星系NGC 4993中發(fā)現(xiàn)了與引力波事件對應(yīng)的小光點(diǎn)。中國的南極巡天望遠(yuǎn)鏡(AST3)、慧眼X射線衛(wèi)星也參與了該引力波事件電磁對應(yīng)體的后續(xù)跟蹤觀測,貢獻(xiàn)了來自中國的寶貴數(shù)據(jù);清華大學(xué)與天儀研究院也在今年宣布將實(shí)施“天格計(jì)劃”,發(fā)射由24顆小衛(wèi)星組成的空間監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),開展引力波電磁對應(yīng)體的觀測。引力波觀測與傳統(tǒng)電磁波觀測的完美合作,標(biāo)志著引力波天文學(xué)的偉大時(shí)代正式拉開巨幕。
2017年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主(圖片來源:Nobelprize.org)
全球參與GW 170817事件觀測的引力波探測器與天文臺所在地。(圖片來源:Caltech/MIT/LIGO Laboratory)
中國南極巡天望遠(yuǎn)鏡(攝影:李正陽)
后記:
其他幾個(gè)被筆者淘汰的選項(xiàng)包括,
1、“視界面望遠(yuǎn)鏡”計(jì)劃對巨型黑洞展開觀測
“視界面望遠(yuǎn)鏡”是由全球8個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡組成的巨大陣列,這些望遠(yuǎn)鏡兩兩之間的“基線長度”最長接近地球直徑,從而可以實(shí)現(xiàn)與鄰近超大質(zhì)量黑洞視界面大小相當(dāng)?shù)臉O高角分辨率的觀測。今年4月,該計(jì)劃對銀河系中心以及M 87星系中心的大質(zhì)量黑洞進(jìn)行了觀測。目前項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)仍在緊張的處理和分析數(shù)據(jù)。
淘汰理由:結(jié)果還沒有發(fā)布,明年入圍有希望。
“視界面望遠(yuǎn)鏡”計(jì)劃所使用的望遠(yuǎn)鏡在全球的分布(圖片來源:Doeleman 2017)
2、云南火流星事件
10月4日晚間,云南省迪慶州上空發(fā)生一起火流星空爆事件,巨大的火球一時(shí)間照亮了天邊的云層,大量當(dāng)?shù)鼐用皲浵铝耸掳l(fā)時(shí)的現(xiàn)場畫面。事件爆炸當(dāng)量約為540噸TNT,估計(jì)造成事件的流星體直徑在1米左右。事發(fā)后眾多隕石愛好者趕往云南試圖搜尋掉落地面的隕石,但未見有人成功的報(bào)道。
淘汰理由:隕石至今沒找到,科學(xué)意義不顯著。
1988年至今全球所有主要火流星事件(數(shù)據(jù)及制圖來源:見圖上文字)
3、朱諾號木星探測器持續(xù)發(fā)回?cái)?shù)據(jù)
2016年7月進(jìn)入木星軌道的朱諾號木星探測器,一年多來不斷通過其搭載的可見光相機(jī)JunoCam從各個(gè)角度拍下木星的高清美圖。不過這只是一個(gè)附帶的科普儀器,真正的科學(xué)儀器雖然也在源源不斷發(fā)回?cái)?shù)據(jù),也有了一些小發(fā)現(xiàn),但還沒有傳出足夠抓人眼球的大新聞。
淘汰理由:木星雖然美如畫,尚待科學(xué)大新聞。
朱諾號拍攝的木星(圖片來源:NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichst?dt/ Se n Doran)
4、馬斯克宣布SpaceX載人登陸火星計(jì)劃
“鋼鐵俠”伊隆 馬斯克在今天拋出很多震撼人心的宏偉構(gòu)想,包括在2014年就實(shí)現(xiàn)載人火星登陸、用巨型火箭一次運(yùn)送上百人去火星等等。雖然SpaceX在2017年完成了18次成功發(fā)射,但離這些宏偉目標(biāo)還頗有一段距離。
淘汰理由:看起來非常霸氣,但還停留在ppt。
BFR巨型火箭示意圖(圖片來源:SpaceX)
5、十年來最強(qiáng)太陽風(fēng)暴
9月6日發(fā)生了一次X2.2級和一次X9.3級太陽耀斑爆發(fā)——X級是太陽耀斑強(qiáng)度等級中的頂級配置。這是2006年以來最強(qiáng)的太陽耀斑爆發(fā),在接下來的幾天中給地球高緯度地區(qū)的人們帶來了幾近奢華的極光盛宴。
淘汰理由:極光固然很好看,缺錢缺假奈若何。
缺假的人在極光極盛期過后在塔斯馬尼亞拍攝的極光和銀河(攝影:劉博洋)