天文爱好者（2024年第5期）

2024年第5期 摘抄 6月开始入夏了，星空也处于春夏交替之间，春季的典型星座狮子座、室女座、大熊座转向西边，北斗七星的斗柄指向南方，标志着夏季的到来。春季大曲线位于星空中央，其中的大角星是北天最明亮的恒星。织女、牛郎、天津四组成的夏季大三角从东北方升起，心宿二和天蝎座正从东南方升起，夏季最灿烂的银河也跃上地平线，渐入佳境。面向东方可以拍摄到银河拱桥。冬季的亮星只剩赤纬较高的下五车二和北河三，在西北方地平线上依依不舍。行星已经缺席星空很久，不过已经不远了，土星即将进入夜空的舞台。 沿着银河南下，在天鹰座与盾牌座交界处，有一片亮星、暗星云集的区域，甚是精彩，无数暗星聚集成一片恒星云，是银河中较为明亮的一块，也是本月深空天体的背景舞台。 喷流是稳定的物质束，这意味着天文学家的计时器没有单一的起点。但得益于有些双星系统中的中子星存在X射线爆发，天文学家可以将其用作为“发令枪”。此次，研究团队将观测对准了X射线双星4U 1728-34和4U 1636-536。之前的研究表明，这两个系统都会周期性地发生X射线爆发。在检测到X射线信号后，研究人员利用澳大利亚的射电望远镜阵列来监测喷流，测量喷流的速度以及其他的性质。在三天的观测中，研究人员捕捉到了十余次热核爆发以及喷流的数据。 研究人员随即利用中子星内部组成探测器(NICER)对这次爆发进行了后续跟踪观测，每天都以高频次测量该星系的X射线辐射。NICER是国际空间站上的X射线望远镜，旨在持续监测天空中的X射线爆发。观测表明这个星系的亮度爆发持续了大约四个月。不仅如此，研究人员还发现了X射线光度每8.5天出现小幅下降的奇怪模式。 这个彗形球状体名叫“暗塔”。从地球上看，它位于天蝎座天区，距离我们大约5000光年。它的内部包含许多致密的坍缩气体和尘埃团块，恒星就从这些气体和尘埃中诞生。彗形球状体之所以形似彗星，是因为附近有年轻炽热的恒星，恒星发出的紫外辐射为气体尘埃勾勒出彗星般的外观，并使其呈现出炽热的受激物质特有的粉红色光芒。这幅图片中，那些年轻炽热的恒星位于图片左上方、画面之外的地方。 宇宙中的天然画笔，经常能画出精美抽象的艺术作品。这幅好似水彩画的图片实际上是一张照片，丝丝缕缕的结构显得氤氲朦胧，颇似由水彩晕染而成。这是一片巨大的分子云，距离我们只有2400光年。从地球上看，它位于麒麟座天区，区域中富含气体尘埃，大量新生恒星在这里诞生，画面上黑色的丝丝缕缕是厚厚的尘埃。 唐朝诗人贾岛有《剑客》名篇，曰：“十年磨一剑，霜刃未曾试。今日把示君，谁有不平事？”同样，打造一型运载火箭同锻造绝世宝剑一样艰难，所需是数年到数十年的时间，锻造成功后还要试箭（剑），立下不朽功勋后才能扬名天下。运载火箭的成功不等于成熟，从成功到成熟需要迈过很多道坎儿。成功是看得见的，成熟是看不见的，只有将成功量化成看得见的指标，才是心悦诚服的成熟。 低空逃逸，特别是发射台逃逸，是长二F运载火箭所有逃逸程序中最为复杂的一项。长二F运载火箭联合飞船系统，针对历史实测低空风场，对低空逃逸救生的影响进行了分析，发现在少量低空风的作用下，发射台逃逸时存在返回舱落点距离发射点小于500米的情况，有可能造成返回舱重新落入故障火箭爆炸范围内，对航天员生命安全造成威胁。 从成功迈向成熟是一个复杂的过程，是科研实践的必经之路；成功与失败反映了人类实践的进程，两者相互对立又统一；既相互区别，又互相包含和转化，没有失败就没有成功，没有成功就没有成熟。因此，不断总结和继承成功的经验，研究导致失败的问题规律，从而预防失败，是航天型号质量管理工作的基本方法。运载火箭连续成功，要抓住制约成功的主要矛盾，特别是导致失败的质量问题，确保火箭的可靠性，才能从连续成功走向成熟。 红外天文卫星（Infrared Astronomical Satellite, IRAS, 1983年发射）和重力梯度稳定实验卫星（Gravity Gradient Stabilization Experiment Satellite, GCSE-4, 1967年发射）曾处于相撞的危险边缘。计算表明，两者在2020年1月29日以12米的距离擦肩而过。两颗卫星当时都已废弃，且绕地球运行轨道十分相似。如果相撞，它们的碰撞速度将接近53000千米/小时。一次碰撞会产生更多太空垃圾：相撞前，有两个太空垃圾（两颗卫星），相撞后，这一数量会变成几千。新的太空垃圾将各自以不同的轨道绕地球运行，而其中的每一个都可能造成新的碰撞。 地球的大气到哪里结束，外太空又从哪里开始？要回答这个问题并不容易。高层大气十分稀薄，特别是在大多数人造卫星运行的高度上。不过，轨道上的卫星仍然受到一定的大气阻力，因此它们会逐渐减速，最终落向地球。这一过程的快慢取决于卫星（和太空垃圾）运行的高度。在遥远的将来，所有太空垃圾最终都会在大气的阻力作用下落向地球。但是，我们不想等那么久，所以必须寻找其他办法清除太空垃圾。 多年以来，人类已向太空中发射了数千件物体。其中绝大多数和它们相撞的产物现在都还留在绕地球运转的轨道上。这幅由艺术家绘制的想象图展示了太空垃圾的问题。不过请注意，真实的太空比图中显示的要空旷得多，一幅太空的实拍照片多半无法显示出任何太空垃圾。但是问题在于，太空垃圾以极高的速度绕地球运转，即使与一个微小碎片相撞，都会损坏甚至摧毁人造卫星和空间站。 有些恒星会短时间内变亮几倍到数千倍，也就是提升2至10个星等，这也是古人观测到最多的“新星”。随着望远镜的出现和天体物理学的发展，现在我们已经知道了这样的新星大多来自于一个双星系统。它的主星是一颗白矮星，伴星可能是一颗类似太阳的恒星，或者是更大一些的红巨星。白矮星的密度更大，如果这对双星的距离足够近，伴星就会有物质被吸到白矮星上。随着物质的不断累积，白矮星表面的温度和压力也会发生变化，从而重新发生核聚变反应，引起小型的爆炸，产生我们能看到的新星爆发了。当然这个“小型”的核爆炸能量也要远高于我们人类制造出来的氢弹。天文学家管这样的双星系统叫“激变变星(Cataclysmic Variables)”。 并非所有的激变变星都能有亮度上千倍的爆发。亮度可以提升6至10个星等的，我们称为“经典新星(Classical Novae)”。有些经典新星会没有预期地突然爆发，或许我们还没了解其规律。有些则会以比较固定的周期重复爆发，这种叫“再发新星(Recurrent Novae)”。 月光版的环地平弧一度非常宽大鲜艳，这正是环地平弧最美的形态——光源高度角约在60°～65°时的样子。由于当天当地月亮最高只到64°多，因此在月亮接近和脱离最高高度角的阶段，总共长达3个多小时的时间里，环地平弧一直维持着异常宽大且鲜艳的状态——“最美的单一种类冰晕”如此长时间以最优角度展示给世人，在我国尚属首次，这着实令观者爽到极点 郭守敬在简仪上运用新的刻度方式，这也是一个创新。我国古代测量天体定方位的角度单位是“度”，分天球为365¼度。这是因为一年有365¼日，将太阳在天球上平均每天所运行的一段路程定为1度。度以下的零数，用四分法约为少、半、太，即¼度、½度和¾度，还附加有强、弱做余分。它们都是目测估算的，测算起来极不准确。从晋到隋唐时期，对度以下的尾数分为十二等分，这样稍微明确一些。对于天文测量，差之毫厘则谬以千里。而当时的浑仪刻度已经估量到了1/12，这要比上述方式较为精确了。可是郭守敬认为像这样比较粗略的单位，使用起来还是欠缺精确。于是郭守敬对刻度分划进一步精细化，他不是如前人那样约估一个尾数，而是采用了十进制与百进制的结合。将仪器上的1度，划刻做10格，再测度到0.5格。读数时将1度作100分、1格作10分；半格做5分，为读数的最小单位，用以测量日月、星辰在天空中的位置，精确度大大超过了浑仪。 “超越地平线”一直是天文学界的追求，多波段观测和多信使天文学的发展正是实现这一目标的关键。随着科技的进步，我们已经能够将我们的视野扩展到远超地球的地平线之外，进一步探索宇宙的奥秘。观测手段的进步，必将进一步推动天文学的进步，这也将继续为我们打开宇宙奥秘的大门。 值得一提的是，秤漏的出现在中国古代漏刻发展史上是一桩重要的事件，它是一种特殊类型的漏刻。从设计思路上看，传统漏刻是利用单位时间内漏水体积相等的原理来计量时间，但秤漏利用了单位时间内漏水重量相等的原理，也就是用中国秤来称量流入受水壶中水的重量的变化来计量时间。 秤漏显时系统的好处有两点，其一可以相对准确和敏感地测定预设时间的来临；其二秤杆的长度相比漏箭要长，单位刻度的长度相对也可以长一些，有利于提高读数精度和测时精度。不过，如果要测量瞬时的时间，则是传统漏刻的长项。李兰是一位道士，在从事炼丹等活动时对于每个流程或工序需要有一个预设的较为严格的时间要求，可能是这个客观的需要，促使李兰发明出了秤漏。 红外线是波长比红光还要长的电磁波。由于其位于可见光的范围之外，因而无法直接被人眼所感知；1800年，天文学家威廉·赫歇尔，也就是那个首先发现天王星的人，他用温度计发现了这种辐射，虽然肉眼不可见，却能够让温度计的读数升高；在光谱中，这部分辐射处于红光的外侧，因而被称为红外线，其波长范围大约为750纳米至1毫米。在太阳所发出的辐射中，有一半以上的能量都位于红外波段；而这个波段也包含着丰富而重要的物理和化学信息。不过，由于大气的阻碍，在地面进行红外观测是很困难的，人们也曾改装了一架波音747飞机，试图在更高的海拔上进行红外观测。当然，最终的解决方案，还是需要依赖大气层外的红外空间望远镜来进行。 本书的特别之处在于，它关注普通读者的阅读痛点，紧密结合故事情节，对《三体》中的烧脑话题和科学设定进行了趣味解读。读者可以一边回顾小说情节带来的感动，一边轻松了解书中的科学背景，而不会觉得晦涩或者枯燥。同时，它并不仅仅止于解读，而是脑洞大开，延展呈现了我们现实世界的科技与《三体》之间的联系，在现实与虚拟之间架桥，帮助读者超越性地体验科幻作品的魅力。

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