天文愛好者（2024年第1期）

2024年第1期 摘抄 在一顆巨大、活躍的年輕恆星的類地岩石行星形成區內，發現了水和有機碳分子。這表明即使在銀河系最惡劣的環境中，也可能形成類地行星，其中一些甚至可能擁有適宜居住的條件。 此次的發現是韋布空間望遠鏡的極紫外環境(XUE)計劃的首批結果。該計劃重點研究大質量恆星形成區中原行星盤的特徵，尋找可能存在的生命。在厚厚的氣體塵埃雲中，當充滿活力的高溫大質量恆星形成時，它們會發出強烈的紫外輻射，輻射會衝擊周圍物質，讓恆星附近的環境變得更爲殘酷和極端。這些區域可能代表了大多數行星系統的形成環境。瞭解環境對行星形成的影響，對於天文學家深入瞭解所觀測到的系外行星的多樣性非常重要。 天文學家尋找系外行星，常用的方法之一是徑向速度法。也就是說，如果一顆恆星周圍存在行星，那麼行星的引力會拉拽恆星，使恆星的徑向速度產生微小變化，通過測量這個變化，天文學家可以認證行星的存在。三十年來，天文學家不斷進行改進，使徑向速度法的測量精度越來越高，以期望發現類太陽恆星周圍、可能存在的質量與地球相當的宜居帶行星。雖然徑向速度法的測量精度目前還滿足不了這個需求，但天文學家將注意力先轉向了處於低質量恆星宜居帶的行星，因爲他們的探測信號更爲明顯。 當宿主恆星的質量很小、溫度很低時，爲了獲得足夠的溫度使表面能夠存在液態水，行星應該更加靠近其宿主恆星。再考慮到恆星的低質量，行星對恆星徑向速度的影響就會比較明顯，天文學家就會更容易的探測到信號，從而認證宜居帶行星的存在。 由於低質量、低溫度恆星的輻射集中在近紅外波段，研究團隊花費了10年時間，設計並建造了一臺高精度的近紅外攝譜儀，被稱爲“宜居帶行星探測器”，旨在利用徑向速度法探測這些圍繞着低溫恆星運行、且表面可能存在液態水的行星，這也是尋找生命的關鍵。 目前的理論認爲，恆星是在巨大的氣體和塵埃雲中形成的。恆星形成後，殘留的氣體和塵埃會以原行星盤的形式圍繞新生恆星運行，而行星便會在其中誕生。目前認爲，行星形成的一種途徑是核心吸積：塵埃顆粒聚集成長、並形成行星核，之後其通過引力繼續吸引周圍物質，從而最終形成行星。觀測表明，低質量恆星的原行星盤質量較小，因此核心吸積理論認爲，其盤中沒有足夠多的固體物質來製造足夠重的行星核，大質量行星並不認爲會出現在低質量恆星附近。 在恆星的一生中，其中心一直髮生着核聚變。大質量恆星演化末期，當中心鐵核質量超過錢德拉塞卡質量極限後（通常爲太陽質量的1.3-1.4倍），通常會產生鐵核塌縮並引發劇烈的超新星爆發：外層物質在引力作用下向中心掉落，大量引力勢能瞬間釋放而產生瞬時輻射。超新星爆發是宇宙中最劇烈的爆炸現象之一，其峯值亮度可以達到太陽亮度的10億到1000億倍，可與整個星系亮度相比。歷史文獻中記錄了多個銀河系中的包括核心塌縮型在內的超新星。 引力波是由天體加速運動擾動周圍時空而產生的時空漣漪，其信號極其微弱，卻是探測宇宙中暗物質的直接手段。越大質量的天體其產生的引力波頻率越低。一般的，由星系中心的超大質量雙黑洞系統，相互繞轉所產生的引力波，主要集中在納赫茲頻段。納赫茲引力波波長可達數光年、週期長達數年，探測起來十分具有挑戰性。目前已知的唯一探測方式是利用大型射電望遠鏡對一批自轉極其規律的毫秒脈衝星進行長期測時觀測。脈衝星是一類強磁場、高速自轉的中子星，自轉很穩定，每隔固定的時間就會發出一個脈衝信號，而引力波所經過的區域，空間的相對長度將被週期性地拉伸和收縮，通過觀測脈衝信號到達地球時間的變化，即可探測引力波。 第一代恆星終結了黑暗時代，爲宇宙帶來第一縷曙光，主導着早期宇宙化學增豐過程和演化歷史。不過，第一代恆星的壽命極短，只存在於高紅移的宇宙之中，很難直接觀測。根據理論預言，質量介於140至260倍太陽質量的第一代恆星坍縮後將形成一種特殊的超新星PISN，具有極其罕見的化學組成。 微類星體指銀河系內由一顆中子星（或黑洞）與一顆普通恆星組成的雙星系統。中子星（或黑洞）吸積伴星的物質產生高溫的吸積盤及相對論性的噴流，釋放間歇性或長期變化的X射線以及射電輻射，是研究強引力場和相對論物理的宇宙天然實驗室。 最亮伽馬暴GRB 221009A來自一顆大質量恆星的核心坍縮，產生於距離地球24億光年的宇宙深處。由於亮度過高，只有高能所牽頭研製且已在軌穩定運行超過5年的慧眼衛星和進行了特殊創新設計的極目空間望遠鏡，精確捕獲了該伽馬暴的完整爆發過程，成功地在硬X射線和軟伽馬能段對該伽馬暴的瞬時輻射和早期餘輝進行了國際最高精度的測量。觀測表明，該伽馬射線暴不僅具有迄今觀測到的最大亮度，也將伽馬暴的亮度紀錄提升了50倍。其各向同性能量也打破紀錄，堪稱千年一遇的天體爆發事件。而且，該伽馬射線暴的噴流或許是人類探測到的最狹窄的伽馬暴噴流之一。極端的亮度、能量，相對較近的距離，GRB 221009A無疑爲極端宇宙爆發現象提供了嶄新的視角。 祝融號是中國首次火星探測任務“天問一號”探測器釋放的火星車，着陸地爲火星烏托邦平原南部，該地區風沙地貌豐富。通過高分辨率遙感和近距離就位的聯合探測，研究人員提取了着陸區的沙丘形態、表面結構、物質成分等信息，分析其指示風向和發育年齡，結果發現着陸區的風場曾發生顯著變化：風向從東北到西北發生了近70度的變化，風沙堆積從新月形亮沙丘轉變爲縱向暗沙壟。這一以風向變化爲主要標誌的氣候轉變，大約發生在距今40萬年前，恰逢火星末次冰期結束，與火星中高緯度分佈的冰塵覆蓋層記錄一致。可能由於火星自轉軸傾角的變化，其中低緯度到極地地區，發生了一次冰期-間冰期的全球性氣候轉變。 正常物質由粒子組成，而反物質由反粒子組成。反粒子具有與正常物質相反的性質。例如，反質子帶有負電荷，而反電子（也稱爲正電子）帶有正電荷。當一個反質子與一個正電子相結合，就形成了一種新的化學元素：反氫（氫的反物質形式）。目前爲止，物理學家只能在實驗室中製造出兩種最簡單的反分子：反氫分子和反氦分子。 原子、分子、恆星和人類都由物質構成。同樣地，反原子、反分子、反恆星，甚至可能是反人類也都可以用反粒子來製造（至少理論上如此）。對反物質的研究提供了對物理學基本法則和宇宙起源的深刻洞察。然而，在我們可觀測的宇宙中，反物質十分稀少，並且由於它高度活潑的性質，其生產和儲存非常具有挑戰性。 反物質是迄今爲止地球上最昂貴的物質之一。反物質之所以如此昂貴，是因爲粒子加速器（用於產生反物質的裝置）需要相當大量的電力將粒子加速到接近光速。建造、運營和維護這些粒子加速器本身也非常昂貴。此外，反物質生產的效率極低。即使在最先進的粒子加速器中，也只能生成極微量的反物質。例如，歐洲核子研究中心(CERN，Conseil européen pourla Recherche nucléaire)的大型強子對撞機每年只能產生約一納克的反物質。由於生產能力很有限，使用如今地球上的粒子加速器生產一克的反物質需要花費十億年。生產力和效率也許會在未來一個世紀裏顯著提高，但我們仍有一段很長的路要走。另外，反物質的儲存條件也極其苛刻。實驗室中的所有東西，包括空氣，都是由普通物質組成的。當這些普通物質與反物質粒子接觸時，所有粒子將立即被摧毀。因此，反物質粒子都通過真空存儲，並利用強磁場防止反粒子與實驗室設備接觸。 對於科學研究來說，剛爆發的超新星具有非常重要的價值，是解開超新星爆發機制謎團的重要環節。對於核坍縮型超新星來說，爆發瞬間恆星內部及周圍的物理環境經歷劇變，彷彿一個天然的高能天體物理實驗室，坍縮產生的強烈衝擊波和電磁輻射可以揭示許多重要祕密，天文學家能從中觀察到很多無法在地球上模擬的現象。但是，人類無法預測哪個星系將在何時爆發超新星，因此獲得接近爆發瞬間數據的概率極低。關鍵數據的缺失讓人們至今對該階段的瞭解非常少，所以剛剛爆發的超新星彌足珍貴，爲深入研究打開了一扇窗。 世界上大約有20種彩虹類現象，霧虹是其中之一。霧虹的英文名是Fog Bow，科學中文名叫做霧虹是直譯，以前我國學者曾叫它白虹。霧虹是白色的“彩”虹，它和普通的彩虹具有相同的光路原理，均爲水滴折射加上水滴內反射所形成的光環，但霧虹的原理還疊加了衍射，這使得它的外觀主要呈白色。霧虹雖爲白虹，但並非我國古代所記載的“白虹貫日”。白虹貫日，重點在一個“貫”字，貫穿太陽的白色光弧，在現代科學意義上，與之完美對應的大氣光象，是冰暈類中的幻日環。 《後漢書·郎顗傳》中有“凡日傍氣色白而純者名爲白虹。”的說法。《南史·侯景傳》中載“白虹貫日三重，日青無色。”《舊唐書·天文志》載“白虹貫日連環，至午方滅。”《新唐書·天文志》載“唐肅宗太和五年正月己丑，日暈，白虹在東，如玉環貫珥。”以上這些記載，顯然均爲幻日環一類的冰暈，它們與其他冰暈（比如“珥”，即幻日）一起出現在太陽周遭，形成了組合冰暈景觀。 《爾雅·釋天》疏：“虹雙出，色鮮盛者爲雄，雄曰虹；闇者爲雌，雌曰蜺。”清代朱駿聲的《說文通訓定聲》中說“螮蝀者，雨與太陽相薄而成，俗呼青絳，採明者爲雄，白闇者爲雌。”上面這兩條記載，纔是真正的彩虹類現象。但顯然也並非霧虹，而是把如今科學意義上的虹和霓（第一虹和第二虹）分別視爲雄與雌，而因顏色暗淡而經常看上去有些發白的霓，被古人視爲“白虹”。