天文愛好者（2024年第5期）

2024年第5期 摘抄 6月開始入夏了，星空也處於春夏交替之間，春季的典型星座獅子座、室女座、大熊座轉向西邊，北斗七星的斗柄指向南方，標誌着夏季的到來。春季大麴線位於星空中央，其中的大角星是北天最明亮的恆星。織女、牛郎、天津四組成的夏季大三角從東北方升起，心宿二和天蠍座正從東南方升起，夏季最燦爛的銀河也躍上地平線，漸入佳境。面向東方可以拍攝到銀河拱橋。冬季的亮星只剩赤緯較高的下五車二和北河三，在西北方地平線上依依不捨。行星已經缺席星空很久，不過已經不遠了，土星即將進入夜空的舞臺。 沿着銀河南下，在天鷹座與盾牌座交界處，有一片亮星、暗星雲集的區域，甚是精彩，無數暗星聚集成一片恆星雲，是銀河中較爲明亮的一塊，也是本月深空天體的背景舞臺。 噴流是穩定的物質束，這意味着天文學家的計時器沒有單一的起點。但得益於有些雙星系統中的中子星存在X射線爆發，天文學家可以將其用作爲“發令槍”。此次，研究團隊將觀測對準了X射線雙星4U 1728-34和4U 1636-536。之前的研究表明，這兩個系統都會週期性地發生X射線爆發。在檢測到X射線信號後，研究人員利用澳大利亞的射電望遠鏡陣列來監測噴流，測量噴流的速度以及其他的性質。在三天的觀測中，研究人員捕捉到了十餘次熱核爆發以及噴流的數據。 研究人員隨即利用中子星內部組成探測器(NICER)對這次爆發進行了後續跟蹤觀測，每天都以高頻次測量該星系的X射線輻射。NICER是國際空間站上的X射線望遠鏡，旨在持續監測天空中的X射線爆發。觀測表明這個星系的亮度爆發持續了大約四個月。不僅如此，研究人員還發現了X射線光度每8.5天出現小幅下降的奇怪模式。 這個彗形球狀體名叫“暗塔”。從地球上看，它位於天蠍座天區，距離我們大約5000光年。它的內部包含許多緻密的坍縮氣體和塵埃團塊，恆星就從這些氣體和塵埃中誕生。彗形球狀體之所以形似彗星，是因爲附近有年輕熾熱的恆星，恆星發出的紫外輻射爲氣體塵埃勾勒出彗星般的外觀，並使其呈現出熾熱的受激物質特有的粉紅色光芒。這幅圖片中，那些年輕熾熱的恆星位於圖片左上方、畫面之外的地方。 宇宙中的天然畫筆，經常能畫出精美抽象的藝術作品。這幅好似水彩畫的圖片實際上是一張照片，絲絲縷縷的結構顯得氤氳朦朧，頗似由水彩暈染而成。這是一片巨大的分子云，距離我們只有2400光年。從地球上看，它位於麒麟座天區，區域中富含氣體塵埃，大量新生恆星在這裏誕生，畫面上黑色的絲絲縷縷是厚厚的塵埃。 唐朝詩人賈島有《劍客》名篇，曰：“十年磨一劍，霜刃未曾試。今日把示君，誰有不平事？”同樣，打造一型運載火箭同鍛造絕世寶劍一樣艱難，所需是數年到數十年的時間，鍛造成功後還要試箭（劍），立下不朽功勳後才能揚名天下。運載火箭的成功不等於成熟，從成功到成熟需要邁過很多道坎兒。成功是看得見的，成熟是看不見的，只有將成功量化成看得見的指標，纔是心悅誠服的成熟。 低空逃逸，特別是發射臺逃逸，是長二F運載火箭所有逃逸程序中最爲複雜的一項。長二F運載火箭聯合飛船系統，針對歷史實測低空風場，對低空逃逸救生的影響進行了分析，發現在少量低空風的作用下，發射臺逃逸時存在返回艙落點距離發射點小於500米的情況，有可能造成返回艙重新落入故障火箭爆炸範圍內，對航天員生命安全造成威脅。 從成功邁向成熟是一個複雜的過程，是科研實踐的必經之路；成功與失敗反映了人類實踐的進程，兩者相互對立又統一；既相互區別，又互相包含和轉化，沒有失敗就沒有成功，沒有成功就沒有成熟。因此，不斷總結和繼承成功的經驗，研究導致失敗的問題規律，從而預防失敗，是航天型號質量管理工作的基本方法。運載火箭連續成功，要抓住制約成功的主要矛盾，特別是導致失敗的質量問題，確保火箭的可靠性，才能從連續成功走向成熟。 紅外天文衛星（Infrared Astronomical Satellite, IRAS, 1983年發射）和重力梯度穩定實驗衛星（Gravity Gradient Stabilization Experiment Satellite, GCSE-4, 1967年發射）曾處於相撞的危險邊緣。計算表明，兩者在2020年1月29日以12米的距離擦肩而過。兩顆衛星當時都已廢棄，且繞地球運行軌道十分相似。如果相撞，它們的碰撞速度將接近53000千米/小時。一次碰撞會產生更多太空垃圾：相撞前，有兩個太空垃圾（兩顆衛星），相撞後，這一數量會變成幾千。新的太空垃圾將各自以不同的軌道繞地球運行，而其中的每一個都可能造成新的碰撞。 地球的大氣到哪裏結束，外太空又從哪裏開始？要回答這個問題並不容易。高層大氣十分稀薄，特別是在大多數人造衛星運行的高度上。不過，軌道上的衛星仍然受到一定的大氣阻力，因此它們會逐漸減速，最終落向地球。這一過程的快慢取決於衛星（和太空垃圾）運行的高度。在遙遠的將來，所有太空垃圾最終都會在大氣的阻力作用下落向地球。但是，我們不想等那麼久，所以必須尋找其他辦法清除太空垃圾。 多年以來，人類已向太空中發射了數千件物體。其中絕大多數和它們相撞的產物現在都還留在繞地球運轉的軌道上。這幅由藝術家繪製的想象圖展示了太空垃圾的問題。不過請注意，真實的太空比圖中顯示的要空曠得多，一幅太空的實拍照片多半無法顯示出任何太空垃圾。但是問題在於，太空垃圾以極高的速度繞地球運轉，即使與一個微小碎片相撞，都會損壞甚至摧毀人造衛星和空間站。 有些恆星會短時間內變亮幾倍到數千倍，也就是提升2至10個星等，這也是古人觀測到最多的“新星”。隨着望遠鏡的出現和天體物理學的發展，現在我們已經知道了這樣的新星大多來自於一個雙星系統。它的主星是一顆白矮星，伴星可能是一顆類似太陽的恆星，或者是更大一些的紅巨星。白矮星的密度更大，如果這對雙星的距離足夠近，伴星就會有物質被吸到白矮星上。隨着物質的不斷累積，白矮星表面的溫度和壓力也會發生變化，從而重新發生核聚變反應，引起小型的爆炸，產生我們能看到的新星爆發了。當然這個“小型”的核爆炸能量也要遠高於我們人類製造出來的氫彈。天文學家管這樣的雙星系統叫“激變變星(Cataclysmic Variables)”。 並非所有的激變變星都能有亮度上千倍的爆發。亮度可以提升6至10個星等的，我們稱爲“經典新星(Classical Novae)”。有些經典新星會沒有預期地突然爆發，或許我們還沒了解其規律。有些則會以比較固定的週期重複爆發，這種叫“再發新星(Recurrent Novae)”。 月光版的環地平弧一度非常寬大鮮豔，這正是環地平弧最美的形態——光源高度角約在60°～65°時的樣子。由於當天當地月亮最高只到64°多，因此在月亮接近和脫離最高高度角的階段，總共長達3個多小時的時間裏，環地平弧一直維持着異常寬大且鮮豔的狀態——“最美的單一種類冰暈”如此長時間以最優角度展示給世人，在我國尚屬首次，這着實令觀者爽到極點 郭守敬在簡儀上運用新的刻度方式，這也是一個創新。我國古代測量天體定方位的角度單位是“度”，分天球爲365¼度。這是因爲一年有365¼日，將太陽在天球上平均每天所運行的一段路程定爲1度。度以下的零數，用四分法約爲少、半、太，即¼度、½度和¾度，還附加有強、弱做餘分。它們都是目測估算的，測算起來極不準確。從晉到隋唐時期，對度以下的尾數分爲十二等分，這樣稍微明確一些。對於天文測量，差之毫釐則謬以千里。而當時的渾儀刻度已經估量到了1/12，這要比上述方式較爲精確了。可是郭守敬認爲像這樣比較粗略的單位，使用起來還是欠缺精確。於是郭守敬對刻度分划進一步精細化，他不是如前人那樣約估一個尾數，而是採用了十進制與百進制的結合。將儀器上的1度，劃刻做10格，再測度到0.5格。讀數時將1度作100分、1格作10分；半格做5分，爲讀數的最小單位，用以測量日月、星辰在天空中的位置，精確度大大超過了渾儀。 “超越地平線”一直是天文學界的追求，多波段觀測和多信使天文學的發展正是實現這一目標的關鍵。隨着科技的進步，我們已經能夠將我們的視野擴展到遠超地球的地平線之外，進一步探索宇宙的奧祕。觀測手段的進步，必將進一步推動天文學的進步，這也將繼續爲我們打開宇宙奧祕的大門。 值得一提的是，秤漏的出現在中國古代漏刻發展史上是一樁重要的事件，它是一種特殊類型的漏刻。從設計思路上看，傳統漏刻是利用單位時間內漏水體積相等的原理來計量時間，但秤漏利用了單位時間內漏水重量相等的原理，也就是用中國秤來稱量流入受水壺中水的重量的變化來計量時間。 秤漏顯時系統的好處有兩點，其一可以相對準確和敏感地測定預設時間的來臨；其二秤桿的長度相比漏箭要長，單位刻度的長度相對也可以長一些，有利於提高讀數精度和測時精度。不過，如果要測量瞬時的時間，則是傳統漏刻的長項。李蘭是一位道士，在從事煉丹等活動時對於每個流程或工序需要有一個預設的較爲嚴格的時間要求，可能是這個客觀的需要，促使李蘭發明出了秤漏。 紅外線是波長比紅光還要長的電磁波。由於其位於可見光的範圍之外，因而無法直接被人眼所感知；1800年，天文學家威廉·赫歇爾，也就是那個首先發現天王星的人，他用溫度計發現了這種輻射，雖然肉眼不可見，卻能夠讓溫度計的讀數升高；在光譜中，這部分輻射處於紅光的外側，因而被稱爲紅外線，其波長範圍大約爲750納米至1毫米。在太陽所發出的輻射中，有一半以上的能量都位於紅外波段；而這個波段也包含着豐富而重要的物理和化學信息。不過，由於大氣的阻礙，在地面進行紅外觀測是很困難的，人們也曾改裝了一架波音747飛機，試圖在更高的海拔上進行紅外觀測。當然，最終的解決方案，還是需要依賴大氣層外的紅外空間望遠鏡來進行。 本書的特別之處在於，它關注普通讀者的閱讀痛點，緊密結合故事情節，對《三體》中的燒腦話題和科學設定進行了趣味解讀。讀者可以一邊回顧小說情節帶來的感動，一邊輕鬆瞭解書中的科學背景，而不會覺得晦澀或者枯燥。同時，它並不僅僅止於解讀，而是腦洞大開，延展呈現了我們現實世界的科技與《三體》之間的聯繫，在現實與虛擬之間架橋，幫助讀者超越性地體驗科幻作品的魅力。

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