2019年 搭乘天文列車駛向宇宙更深處 前往2019年的星空“站臺”

頭頂?shù)倪@片星空已經(jīng)存在了百億年，與之相比，人類的百年壽命不過彈指一揮間。雖然渺小，我們卻從未停止過前進(jìn)的腳步。一代又一代人，將探索宇宙奧秘的接力棒傳遞。

2019年，是空間探測厚積薄發(fā)的一年。望遠(yuǎn)鏡看得越來越清晰，探測器飛得越來越遙遠(yuǎn)，宇宙學(xué)理論越來越貼近真實(shí)。這一年，我們仰望星空，更懂宇宙?，F(xiàn)在，讓我們來一次“星際穿越”，前往2019年的星空“站臺”，一起深入了解一下這熟悉又陌生的宇宙。

平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡（SKA）示意圖來源：科學(xué)技術(shù)部國家遙感中心

第一站：意大利

7國簽署SKA天文臺公約

觀測宇宙，望遠(yuǎn)鏡就是我們的眼睛。

3月12日，平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡（SKA）項(xiàng)目7個(gè)創(chuàng)始成員國——中國、澳大利亞、意大利、荷蘭、葡萄牙、南非和英國，在意大利首都羅馬正式簽署了成立政府間國際組織的SKA天文臺公約。

SKA是繼國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）之后中國參與的第二個(gè)國際大科學(xué)工程。它并非單臺望遠(yuǎn)鏡，而是一個(gè)望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)，由2500面直徑15米的碟形天線以及250組低頻和中頻孔徑陣列組成，因接收總面積約“1平方公里”而得名。

據(jù)報(bào)道，這項(xiàng)人類歷史上規(guī)模最大的天文學(xué)工程預(yù)計(jì)將于2021年1月1日開建，2024年左右收獲第一批數(shù)據(jù)，2028年完成一期10%規(guī)模的建設(shè)。項(xiàng)目的設(shè)計(jì)壽命為50年。

在過去5年中，來自20個(gè)國家的1000多名工程師和科學(xué)家共同參與了SKA的設(shè)計(jì)工作，在不同國家設(shè)立了新的研究項(xiàng)目、教育計(jì)劃和協(xié)作機(jī)制，以培訓(xùn)新一代科學(xué)家和工程師。

第二站：南美

今年唯一日全食在南美上演

月球繞著地球轉(zhuǎn)，地球繞著太陽轉(zhuǎn)，就會有一些特殊時(shí)刻，三者正好處于一線。當(dāng)月球處于太陽和地球之間，地球某些地區(qū)的太陽光就會被月球完全擋住，日全食這場天文好戲就開始上演了。

北京時(shí)間7月3日凌晨，南太平洋和南美洲南回歸線以南地區(qū)出現(xiàn)日全食。這次日全食是2019年度唯一的一次日全食，但其日全食帶僅寬150公里、長9600公里。該狹長區(qū)域只涵蓋了智利和阿根廷的部分地區(qū)，其余皆是汪洋大海。

這場天文盛世吸引了無數(shù)天文愛好者。據(jù)國外媒體報(bào)道，在日全食最明顯的智利科津波省，涌入了約30萬人等待這場天文奇觀。

據(jù)悉，在地球上同一地區(qū)看到日全食的幾率大約為300年一次，而看到月全食的幾率大約為3年一次。也就是說，生活在某一固定地區(qū)的人，有生之年能看到多次月全食，但幾乎無緣目睹一次日全食。

第三站：月背

嫦娥四號首次獲得近距離月背影像圖

嫦娥奔月、吳剛伐桂、玉兔搗藥……自古以來，人們對月球有著無限的遐想。由于地球強(qiáng)大的引力讓月球總是一面朝向地球，所以人類在地球上只能看見月球的“正面”，看不到“背面”。

1月3日，嫦娥四號探測器成功著陸在月球背面東經(jīng)177.6度、南緯45.5度附近的預(yù)選著陸區(qū)，并通過鵲橋中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖，嫦娥四號月球車玉兔二號在月背留下了人類探測器的第一道印跡。此次任務(wù)實(shí)現(xiàn)了人類探測器首次月背軟著陸、首次月背與地球的中繼通信。

12月4日，嫦娥四號和玉兔二號在完成月球第十二月晝的工作后，進(jìn)入了第十二月夜的休眠狀態(tài)。著陸區(qū)域崎嶇不平、大坑套小坑，玉兔二號采取穩(wěn)步慢速的行駛方式，自成功著陸后已累計(jì)行駛345.059米。

為何人們對月球背面如此執(zhí)著？這不僅僅是好奇心、探索欲的驅(qū)使，“月球背面的電磁環(huán)境非常干凈，在那里開展低頻射電探測是全世界天文學(xué)家夢寐以求的事情，將填補(bǔ)低頻射電觀測的空白。”國家空間科學(xué)中心副主任、月球與深空探測總體部主任鄒永廖說。

科學(xué)家認(rèn)為，在月球背面開展低頻射電天文觀測，將為研究太陽、行星及太陽系外天體提供可能，也將為研究恒星起源和星云演化提供重要資料。

美國探測器“奧西里斯-REx”的目標(biāo)是小行星貝努來源：NASA

第四站：“龍宮”

“隼鳥2號”實(shí)現(xiàn)“龍宮”小行星取樣

提起銀河系、太陽系，人們首先想到的往往是太陽、八大行星以及太陽系“小伙伴”相鄰星系等，無數(shù)小行星們常常由于“身材玲瓏”而被忽略。實(shí)際上，小行星也蘊(yùn)藏著不少關(guān)于星系演化的大秘密。

2月22日，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）宣布，“隼鳥2號”探測器完成了首次在小行星“龍宮”上著陸取樣任務(wù)。“隼鳥2號”與“龍宮”的親密接觸時(shí)間只有幾秒鐘，其向“龍宮”發(fā)射了一顆“子彈”，濺起小行星表面物質(zhì)，借機(jī)采樣。而就在12月3日，“隼鳥2號”已經(jīng)順利完成此次探索任務(wù)，攜著從遠(yuǎn)方帶來的“禮物”，踏上了它的歸途。若返航順利，“隼鳥2號”將在2020年11至12月回到地球的“懷抱”。

“‘龍宮’引力只有地球的十萬分之一，且在快速自旋，這對于自主控制完成采樣的‘隼鳥2號’是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。”北京理工大學(xué)自動化學(xué)院副教授曾祥遠(yuǎn)表示，執(zhí)行小行星采樣返回任務(wù)具有重要意義。小行星演化程度低，保留了太陽系形成初期的原始信息，采回樣品或?qū)榻沂咎栂灯鹪?、行星演化等提供重要線索。再者，深空自主控制技術(shù)、探測器推進(jìn)技術(shù)，以及采樣技術(shù)等均是人類孜孜以求的高新技術(shù)，對帶動高科技創(chuàng)新和增強(qiáng)科技實(shí)力具有重要引領(lǐng)作用。

值得一提的是，美國小行星貝努探測計(jì)劃也在穩(wěn)步進(jìn)行中。12月12日，美國國家航空航天局（NASA）宣布，探測器“奧西里斯-REx”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已選定小行星貝努上一處名為“夜鶯”的地點(diǎn)作為采樣點(diǎn)，預(yù)計(jì)相關(guān)樣本可以幫助研究人員深入了解這顆小行星的形成歷史。按計(jì)劃，探測器將在2020年8月首次嘗試對貝努進(jìn)行“一觸即走”式采樣。

銀河系的這個(gè)圓盤“翹”的像個(gè)炸薯片來源：中國科學(xué)院國家天文臺

第五站：銀河系

中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)銀河系外盤翹曲結(jié)構(gòu)

銀河系的恒星盤看起來似乎是一個(gè)總體上平坦的圓盤，但實(shí)際并非如此。

2月5日，正值大年初一，《自然·天文》期刊在線發(fā)布了一項(xiàng)重大研究成果，我國天文學(xué)家首次通過對恒星的觀測向人類展示了銀河系外盤驚人的翹曲結(jié)構(gòu)。

論文的聯(lián)合通訊作者、國家天文臺恒星與恒星系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家鄧?yán)畈疟硎荆碚撋?，星系盤一直處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。在外盤處，巨大的星系盤會逐漸向上或向下卷起，整體形成一個(gè)接近炸薯片一樣的彎曲狀態(tài)。天文學(xué)家稱這種形狀為星系盤翹曲，這種結(jié)構(gòu)可以在側(cè)向的河外盤星系上直接看到。

事實(shí)上，此前的大量觀測表明，這種翹曲形狀在宇宙中較為常見，大約三分之一的河外盤星系都或多或少展現(xiàn)出翹曲形狀。只是由

于人類本身處于銀河系的恒星盤上，以往一直“不識廬山真面目”，直到今年才發(fā)現(xiàn)。

“銀河系盤的翹曲通過恒星觀測結(jié)果被證實(shí)，這首先更新了人們對銀河系形狀的認(rèn)識，同時(shí)也對外盤起源的研究提供了決定性的觀測證據(jù)，為我們最終理解像銀河系這樣的巨大盤星系如何形成和演化提供關(guān)鍵線索。”鄧?yán)畈耪f。

歷史上人們首次“看到”黑洞來源：eventhorizontelescope.org

第六站：LB-1雙星系統(tǒng)

我國發(fā)現(xiàn)迄今最大恒星級黑洞

繼人類首次獲得黑洞圖像之后，又一項(xiàng)有關(guān)黑洞的重大發(fā)現(xiàn)搭上了今年的末班車。

11月28日，《自然》期刊發(fā)布了中國科學(xué)院國家天文臺劉繼峰、張昊彤研究團(tuán)隊(duì)的研究成果，他們依托我國自主研制的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST），發(fā)現(xiàn)了一顆迄今為止質(zhì)量最大的恒星級黑洞——約70倍太陽質(zhì)量。為了紀(jì)念LAMOST在發(fā)現(xiàn)這顆巨大恒星級黑洞上做出的貢獻(xiàn)，天文學(xué)家給這個(gè)包含黑洞的雙星系統(tǒng)命名為LB-1。

根據(jù)質(zhì)量的不同，黑洞一般分為恒星級黑洞、中等質(zhì)量黑洞和超大質(zhì)量黑洞。其中，恒星級黑洞在宇宙中普遍存在。目前恒星演化理論預(yù)言在太陽金屬豐度下只能形成最大為25倍太陽質(zhì)量的黑洞，而這顆新發(fā)現(xiàn)的黑洞顯然處于現(xiàn)有恒星演化理論的“盲區(qū)”，顛覆了人們對恒星級黑洞形成的認(rèn)知，有望推動恒星演化和黑洞形成理論的革新。

該團(tuán)隊(duì)還提供了一種利用LAMOST巡天優(yōu)勢尋找黑洞的新方法。接下來，利用LAMOST極高的觀測效率，天文學(xué)家有望發(fā)現(xiàn)一大批“深藏不露”的黑洞,開創(chuàng)批量發(fā)現(xiàn)黑洞的新紀(jì)元。

第七站：室女座星系團(tuán)

第一張黑洞“照片”面世

自20世紀(jì)開始，人們對黑洞的探秘就從未停止過。然而，經(jīng)過全球200多位科學(xué)家數(shù)年的努力，直到今年的4月10日，人們才真正看到第一張黑洞“照片”。

該圖像揭示了室女座星系團(tuán)中超大質(zhì)量星系M87中心的黑洞。這個(gè)黑洞距離地球十分遙遠(yuǎn)，有5500萬光年，黑洞的質(zhì)量約為太陽的65億倍。法國國家科學(xué)研究中心對這張照片的評述為：這張圖片清楚地顯示了一個(gè)圓形和黑暗中心區(qū)域的環(huán)形結(jié)構(gòu)——它是黑洞的陰影，突出了輝煌的背景，這個(gè)影子是重力偏離光的組合，充滿了關(guān)于這些迷人物體性質(zhì)的信息，并允許研究人員測量黑洞的巨大質(zhì)量。

位于南極、智利、墨西哥、美國、西班牙的8臺亞毫米波射電望遠(yuǎn)鏡，利用甚長基線干涉測量技術(shù)（VLBI）構(gòu)建成一個(gè)口徑等同于地球直徑的超級“虛擬”望遠(yuǎn)鏡，即事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）。

眾所周知，黑洞巨大的引力使得光都逃逸不掉，那么科學(xué)家怎樣給它拍照？事實(shí)上，這張圖像是重構(gòu)出來的，就像平時(shí)醫(yī)院做核磁共振，所看到的片子也是通過測量人體局部圖像的不同空間頻率成份重構(gòu)出來的。

獲得首張黑洞圖像著實(shí)不易。中國科學(xué)院上海天文臺研究員路如森表示，這張黑洞圖像所看清的部分，相當(dāng)于從美國紐約看到巴黎咖啡館里的客人正在讀著的一張報(bào)紙上的文字。隨著這張來之不易的圖像在多國科學(xué)家的通力合作下最終完成，黑洞天文學(xué)新時(shí)代的序幕從此拉開。

第八站：36億光年外

人類首次確定非重復(fù)快速射電暴來源

遙遠(yuǎn)宇宙中會突然出現(xiàn)短暫而猛烈的無線電波暴發(fā)，持續(xù)時(shí)間極短，通常只有幾毫秒，卻能釋放巨大的能量，這就是快速射電暴。

人類探測到的快速射電暴中，其中大部分是“一次性”的、非重復(fù)的，少數(shù)是來自同一地點(diǎn)的“重復(fù)”快速射電暴。很多學(xué)者致力于尋找這些遙遠(yuǎn)信號的“家鄉(xiāng)”，而相比于“重復(fù)”快速射電暴，確定“一次性”快速射電暴的來源要難得多。

6月28日，《科學(xué)》期刊發(fā)表文章表明，一個(gè)國際天文學(xué)團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)“一次性”快速射電暴FRB 180924的準(zhǔn)確來源。研究人員開發(fā)出一種新技術(shù)，利用快速射電暴抵達(dá)“澳大利亞平方公里陣列探路者”射電望遠(yuǎn)鏡不同天線之間的微小時(shí)間差，制作了一幅展示“一次性”快速射電暴來源的高清圖，確定了FRB 180924來源于36億光年外1個(gè)大小類似于銀河系的星系，并且發(fā)現(xiàn)它的起始位置位于該星系的邊緣地帶，距星系中心約1.3萬光年。

該研究不僅跨出了非重復(fù)射電暴來源定位的第一步，也為解釋這種困擾了天文學(xué)家十幾年的宇宙“神秘電波”提供了關(guān)鍵線索。

第九站：宇宙

NASA公布迄今最詳細(xì)宇宙圖譜

宇宙是什么樣子的？哈勃太空望遠(yuǎn)鏡匯總了以往的數(shù)據(jù)，給宇宙繪制了一副圖像。

5月，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目的科學(xué)家公布了最新的宇宙照片——“哈勃遺產(chǎn)場”（HLF），這是迄今最完整最全面的宇宙圖譜，由哈勃在16年間拍攝的7500張星空照片拼接而成，包含約265000個(gè)星系。

“這幅類似馬賽克的圖像包含了宇宙中星系生長的完整歷史，從‘呱呱墜地的嬰兒’到‘長大成人’。”該項(xiàng)目首席研究員、美國加州大學(xué)圣克魯茲分校天文學(xué)家加斯·伊林沃斯說。

這張圖像上，有些星系甚至距離地球133億光年，也就是說，其年齡至少為133億歲，是宇宙大爆炸后5億年誕生的星系。

科技不斷進(jìn)步，人類探索星空的腳步不會停歇。美國國家航空航天局（NASA）表示，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的這幅圖像的景深有望在10年內(nèi)被超越。21世紀(jì)20年代中期，更強(qiáng)大的“寬視場紅外探測望遠(yuǎn)鏡”（WFIRST）將發(fā)射升空。如果一切按計(jì)劃進(jìn)行，WFIRST拍攝的每張照片的景深都將是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的100倍。屆時(shí)，新的宇宙“全家福”有望囊括數(shù)以千萬計(jì)的遙遠(yuǎn)星系。

2019諾貝爾物理學(xué)獎三位獲獎“大咖”來源：kva.se

第十站：回到地球

諾貝爾獎“花落”天體物理

北京時(shí)間10月8日，是天體物理的高光時(shí)刻。瑞典皇家科學(xué)院在這一天宣布，2019年諾貝爾物理學(xué)獎“花落”美國科學(xué)家詹姆斯·皮布爾斯，以及兩位瑞士科學(xué)家米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛茲，以表彰他們在天體物理領(lǐng)域所作出的杰出貢獻(xiàn)。

詹姆斯·皮布爾斯是宇宙學(xué)的泰山北斗，他對擁有數(shù)十億個(gè)星系和星系團(tuán)的宇宙進(jìn)行研究，他的宇宙學(xué)理論框架已然成為我們理解宇宙歷史的基礎(chǔ)。憑借著物理宇宙學(xué)領(lǐng)域的理論發(fā)現(xiàn)，詹姆斯·皮布爾斯獲得了900萬克朗（約合人民幣650萬元）獎金的一半。

另一半獎金被兩位瑞士科學(xué)家分享，他們的貢獻(xiàn)在于發(fā)現(xiàn)了第一顆圍繞類太陽恒星運(yùn)行的系外行星。1995年10月，在法國南部的上普羅旺斯天文臺，他們率先宣布，通過定制的高精度儀器發(fā)現(xiàn)了一顆與木星相當(dāng)?shù)臍鈶B(tài)星球。此后，人類逐漸發(fā)現(xiàn)了4000多顆太陽系外行星。（實(shí)習(xí)記者 于紫月）