天文爱好者（2024年第1期）

2024年第1期 摘抄 在一颗巨大、活跃的年轻恒星的类地岩石行星形成区内，发现了水和有机碳分子。这表明即使在银河系最恶劣的环境中，也可能形成类地行星，其中一些甚至可能拥有适宜居住的条件。 此次的发现是韦布空间望远镜的极紫外环境(XUE)计划的首批结果。该计划重点研究大质量恒星形成区中原行星盘的特征，寻找可能存在的生命。在厚厚的气体尘埃云中，当充满活力的高温大质量恒星形成时，它们会发出强烈的紫外辐射，辐射会冲击周围物质，让恒星附近的环境变得更为残酷和极端。这些区域可能代表了大多数行星系统的形成环境。了解环境对行星形成的影响，对于天文学家深入了解所观测到的系外行星的多样性非常重要。 天文学家寻找系外行星，常用的方法之一是径向速度法。也就是说，如果一颗恒星周围存在行星，那么行星的引力会拉拽恒星，使恒星的径向速度产生微小变化，通过测量这个变化，天文学家可以认证行星的存在。三十年来，天文学家不断进行改进，使径向速度法的测量精度越来越高，以期望发现类太阳恒星周围、可能存在的质量与地球相当的宜居带行星。虽然径向速度法的测量精度目前还满足不了这个需求，但天文学家将注意力先转向了处于低质量恒星宜居带的行星，因为他们的探测信号更为明显。 当宿主恒星的质量很小、温度很低时，为了获得足够的温度使表面能够存在液态水，行星应该更加靠近其宿主恒星。再考虑到恒星的低质量，行星对恒星径向速度的影响就会比较明显，天文学家就会更容易的探测到信号，从而认证宜居带行星的存在。 由于低质量、低温度恒星的辐射集中在近红外波段，研究团队花费了10年时间，设计并建造了一台高精度的近红外摄谱仪，被称为“宜居带行星探测器”，旨在利用径向速度法探测这些围绕着低温恒星运行、且表面可能存在液态水的行星，这也是寻找生命的关键。 目前的理论认为，恒星是在巨大的气体和尘埃云中形成的。恒星形成后，残留的气体和尘埃会以原行星盘的形式围绕新生恒星运行，而行星便会在其中诞生。目前认为，行星形成的一种途径是核心吸积：尘埃颗粒聚集成长、并形成行星核，之后其通过引力继续吸引周围物质，从而最终形成行星。观测表明，低质量恒星的原行星盘质量较小，因此核心吸积理论认为，其盘中没有足够多的固体物质来制造足够重的行星核，大质量行星并不认为会出现在低质量恒星附近。 在恒星的一生中，其中心一直发生着核聚变。大质量恒星演化末期，当中心铁核质量超过钱德拉塞卡质量极限后（通常为太阳质量的1.3-1.4倍），通常会产生铁核塌缩并引发剧烈的超新星爆发：外层物质在引力作用下向中心掉落，大量引力势能瞬间释放而产生瞬时辐射。超新星爆发是宇宙中最剧烈的爆炸现象之一，其峰值亮度可以达到太阳亮度的10亿到1000亿倍，可与整个星系亮度相比。历史文献中记录了多个银河系中的包括核心塌缩型在内的超新星。 引力波是由天体加速运动扰动周围时空而产生的时空涟漪，其信号极其微弱，却是探测宇宙中暗物质的直接手段。越大质量的天体其产生的引力波频率越低。一般的，由星系中心的超大质量双黑洞系统，相互绕转所产生的引力波，主要集中在纳赫兹频段。纳赫兹引力波波长可达数光年、周期长达数年，探测起来十分具有挑战性。目前已知的唯一探测方式是利用大型射电望远镜对一批自转极其规律的毫秒脉冲星进行长期测时观测。脉冲星是一类强磁场、高速自转的中子星，自转很稳定，每隔固定的时间就会发出一个脉冲信号，而引力波所经过的区域，空间的相对长度将被周期性地拉伸和收缩，通过观测脉冲信号到达地球时间的变化，即可探测引力波。 第一代恒星终结了黑暗时代，为宇宙带来第一缕曙光，主导着早期宇宙化学增丰过程和演化历史。不过，第一代恒星的寿命极短，只存在于高红移的宇宙之中，很难直接观测。根据理论预言，质量介于140至260倍太阳质量的第一代恒星坍缩后将形成一种特殊的超新星PISN，具有极其罕见的化学组成。 微类星体指银河系内由一颗中子星（或黑洞）与一颗普通恒星组成的双星系统。中子星（或黑洞）吸积伴星的物质产生高温的吸积盘及相对论性的喷流，释放间歇性或长期变化的X射线以及射电辐射，是研究强引力场和相对论物理的宇宙天然实验室。 最亮伽马暴GRB 221009A来自一颗大质量恒星的核心坍缩，产生于距离地球24亿光年的宇宙深处。由于亮度过高，只有高能所牵头研制且已在轨稳定运行超过5年的慧眼卫星和进行了特殊创新设计的极目空间望远镜，精确捕获了该伽马暴的完整爆发过程，成功地在硬X射线和软伽马能段对该伽马暴的瞬时辐射和早期余辉进行了国际最高精度的测量。观测表明，该伽马射线暴不仅具有迄今观测到的最大亮度，也将伽马暴的亮度纪录提升了50倍。其各向同性能量也打破纪录，堪称千年一遇的天体爆发事件。而且，该伽马射线暴的喷流或许是人类探测到的最狭窄的伽马暴喷流之一。极端的亮度、能量，相对较近的距离，GRB 221009A无疑为极端宇宙爆发现象提供了崭新的视角。 祝融号是中国首次火星探测任务“天问一号”探测器释放的火星车，着陆地为火星乌托邦平原南部，该地区风沙地貌丰富。通过高分辨率遥感和近距离就位的联合探测，研究人员提取了着陆区的沙丘形态、表面结构、物质成分等信息，分析其指示风向和发育年龄，结果发现着陆区的风场曾发生显著变化：风向从东北到西北发生了近70度的变化，风沙堆积从新月形亮沙丘转变为纵向暗沙垄。这一以风向变化为主要标志的气候转变，大约发生在距今40万年前，恰逢火星末次冰期结束，与火星中高纬度分布的冰尘覆盖层记录一致。可能由于火星自转轴倾角的变化，其中低纬度到极地地区，发生了一次冰期-间冰期的全球性气候转变。 正常物质由粒子组成，而反物质由反粒子组成。反粒子具有与正常物质相反的性质。例如，反质子带有负电荷，而反电子（也称为正电子）带有正电荷。当一个反质子与一个正电子相结合，就形成了一种新的化学元素：反氢（氢的反物质形式）。目前为止，物理学家只能在实验室中制造出两种最简单的反分子：反氢分子和反氦分子。 原子、分子、恒星和人类都由物质构成。同样地，反原子、反分子、反恒星，甚至可能是反人类也都可以用反粒子来制造（至少理论上如此）。对反物质的研究提供了对物理学基本法则和宇宙起源的深刻洞察。然而，在我们可观测的宇宙中，反物质十分稀少，并且由于它高度活泼的性质，其生产和储存非常具有挑战性。 反物质是迄今为止地球上最昂贵的物质之一。反物质之所以如此昂贵，是因为粒子加速器（用于产生反物质的装置）需要相当大量的电力将粒子加速到接近光速。建造、运营和维护这些粒子加速器本身也非常昂贵。此外，反物质生产的效率极低。即使在最先进的粒子加速器中，也只能生成极微量的反物质。例如，欧洲核子研究中心(CERN，Conseil européen pourla Recherche nucléaire)的大型强子对撞机每年只能产生约一纳克的反物质。由于生产能力很有限，使用如今地球上的粒子加速器生产一克的反物质需要花费十亿年。生产力和效率也许会在未来一个世纪里显著提高，但我们仍有一段很长的路要走。另外，反物质的储存条件也极其苛刻。实验室中的所有东西，包括空气，都是由普通物质组成的。当这些普通物质与反物质粒子接触时，所有粒子将立即被摧毁。因此，反物质粒子都通过真空存储，并利用强磁场防止反粒子与实验室设备接触。 对于科学研究来说，刚爆发的超新星具有非常重要的价值，是解开超新星爆发机制谜团的重要环节。对于核坍缩型超新星来说，爆发瞬间恒星内部及周围的物理环境经历剧变，仿佛一个天然的高能天体物理实验室，坍缩产生的强烈冲击波和电磁辐射可以揭示许多重要秘密，天文学家能从中观察到很多无法在地球上模拟的现象。但是，人类无法预测哪个星系将在何时爆发超新星，因此获得接近爆发瞬间数据的概率极低。关键数据的缺失让人们至今对该阶段的了解非常少，所以刚刚爆发的超新星弥足珍贵，为深入研究打开了一扇窗。 世界上大约有20种彩虹类现象，雾虹是其中之一。雾虹的英文名是Fog Bow，科学中文名叫做雾虹是直译，以前我国学者曾叫它白虹。雾虹是白色的“彩”虹，它和普通的彩虹具有相同的光路原理，均为水滴折射加上水滴内反射所形成的光环，但雾虹的原理还叠加了衍射，这使得它的外观主要呈白色。雾虹虽为白虹，但并非我国古代所记载的“白虹贯日”。白虹贯日，重点在一个“贯”字，贯穿太阳的白色光弧，在现代科学意义上，与之完美对应的大气光象，是冰晕类中的幻日环。 《后汉书·郎顗传》中有“凡日傍气色白而纯者名为白虹。”的说法。《南史·侯景传》中载“白虹贯日三重，日青无色。”《旧唐书·天文志》载“白虹贯日连环，至午方灭。”《新唐书·天文志》载“唐肃宗太和五年正月己丑，日晕，白虹在东，如玉环贯珥。”以上这些记载，显然均为幻日环一类的冰晕，它们与其他冰晕（比如“珥”，即幻日）一起出现在太阳周遭，形成了组合冰晕景观。 《尔雅·释天》疏：“虹双出，色鲜盛者为雄，雄曰虹；闇者为雌，雌曰蜺。”清代朱骏声的《说文通训定声》中说“螮蝀者，雨与太阳相薄而成，俗呼青绛，采明者为雄，白闇者为雌。”上面这两条记载，才是真正的彩虹类现象。但显然也并非雾虹，而是把如今科学意义上的虹和霓（第一虹和第二虹）分别视为雄与雌，而因颜色暗淡而经常看上去有些发白的霓，被古人视为“白虹”。