2015年十大太空故事

□ 编译 / 谢 懿



2015年
十大太空故事

□ 编译 / 谢 懿

天文学家发现了就在我们近旁的暗物质，揭示了一个著名超新星的秘密，还前往造访了冥王星。毫无疑问，2015年是属于行星科学的一年。太阳系中最大小行星上的神秘亮点困扰着科学家，有一个探测器还跟随着彗星一起经过其近日点，当然最具历史意义的还是对冥王星的飞掠。不过，对太阳系以外天体的探测和发现也值得关注。在银河系中心隐藏着神秘的光芒，天文学家们还细致地研究了近处的恒星爆炸现象。

下面将依次列出2015年的十大太空故事。

NO.10火星上的水

数十亿年前火星上海洋的艺术概念图。版权：ESO/M. Kornmesser。

已发现的大量证据表明，火星上曾经有液态水。最新研究却发现，在今天的火星表面之上仍有液态水在流淌。自2010年以来，天文学家就在利用火星勘测轨道器的数据来研究火星环形山壁上的条纹。这些条纹的长度随着时间会变长，似乎是盐水流动所留下的痕迹，但缺乏进一步的证据。在这项新的研究中，火星勘测轨道器获得了火星表面4个地点上这些条纹的光谱数据，确认其成分确实是盐水。

2015年的另一项研究分析了在火星上曾经有多少水。天文学家使用了多架地面望远镜在红外波段对火星大气进行了观测，目的是为了寻找水分子（H2O）和比水分子多一个中子的氢—氘—氧（HDO）分子的信号。在6年（或3个火星年）的时间里，科学家们3次测量了这2种水的丰度比值，以了解在不同的季节里它们的变化。

H2O比HDO更轻，更易于蒸发。因此，通过测量两者的比值，就能计算出随着时间火星已流失了多少水，进而推算出在一开始它拥有多少水。结果显示，在45亿年前，火星上的北海覆盖了其近20%的表面，含水量约2300立方千米，比地球上的大西洋还大。

NO.09近邻的暗物质

无法被看见且令人费解的物质构成了宇宙质量的80%以上。尽管还不清楚这些暗物质到底是什么，不过在2015年有一种暗物质搜寻方法倒是给出了一些饶有兴趣的结果。

当两个暗物质粒子发生碰撞时，它们会湮灭，发射出γ射线。近邻的矮星系是寻找暗物质产生γ射线的理想场所，它们自身不会发出任何高能γ射线。如果你看到有矮星系发射出γ射线，那就有可能是暗物质湮灭的迹象。

在过去的一年中，暗能量巡天项目发现了9个距离银河系在1万光年之内的矮星系。这其中有一个被称为网罟II。使用费米γ射线空间望远镜7年的数据，天文学家发现这个矮星系在γ射线波段看上去比预期的更亮一点。虽然来自网罟II的信号很诱人，不过由此断定它就来自暗物质还为时尚早。天文学家还需要更多的数据来解决这个问题。

使用由62个CCD组成的相机，暗能量巡天项目所拍摄的一片天区。版权：DES。

NO.08引力透镜超新星

2014年11月，当天文学家在研究由哈勃空间望远镜新近所拍摄的星系团MACS J1149.6+2223的图像时，发现在其中一个成员星系周围存在4颗光亮完全一样的恒星。此后经过证实它是一颗超新星，但恰好位于该超新星视线方向的这个成员星系扭曲了它的影像。

因引力透镜效应而产生的4个超新星像（箭头所指）。版权：NASA/ESA/ STSCI/UCLA。

这一恒星爆炸所发生的距离极其遥远，它所发出的光花了约95亿年的时间才抵达地球。在它飞往地球的路径上，光线遇到一个星系团中质量较大的成员星系。就像保龄球使得蹦床表面下陷一样，这个星系会扭曲其周围的时空结构，因此该超新星的光会沿着弯曲时空走出一条曲线。

这一引力透镜效应使得一颗超新星具有了4个不同的像。由于该超新星的像分布在4个不同的位置上，它的光走了4条不同的路径才抵达哈勃空间望远镜。根据这些不同路径，天文学家可以探测出这个星系团中普通物质和不可见暗物质的分布。此外，这些不同的路径还和宇宙的膨胀速率有关。

NO.07破译超新星

1987年2月，在南半球的夜空中出现了一颗超新星，被称为1987A。在2015年做出的几项发现揭示出了28年来这一爆炸所经历的变化以及有关它的秘密。

超新星1987A拥有由明亮结点所构成的环形结构，就像项链上的颗颗珍珠。这些明亮的结点正是爆炸所产生的激波和先前被抛射出的物质发生碰撞的地方。虽然在过去的15年里天文学家一直能看到这些结点在增亮，但新的观测却第一次发现它们正在开始变暗。

2015年的另一项研究则专注于超新星1987A的中心。当一颗质量超太阳10倍的恒星在其生命的终点爆炸时，它会制造出一系列的重元素。其中之一便是钛-44，它是一种不稳定的放射性同位素。使用核分光望远镜阵列，天文学家测量了超新星1987A中钛-44的分布，发现它们的分布不均匀且呈块状，这意味着其爆炸并非是对称的。

超新星1987A三维环结构的艺术概念图。版权：ESO/L. CALÇADA。

NO.06外太阳系富含水

多年来天文学家怀疑，土星的卫星土卫二地表之下的海洋会从其南极附近的缝隙向外喷射出咸水。但对美国宇航局卡西尼探测器7年的图像数据进行分析之后，天文学家发现土卫二可能拥有一个全球性的地下海洋，而不仅仅是一个位于南极的区域性海洋。

土卫二上存在全球性海洋的艺术概念图。版权：NASA/JPL-CALTECH。

天文学家测量了土卫二自转轴的微小摆动，发现在其冰质表面和岩质核心之间存在一个由液态水构成的海洋。在土卫二南极地区的海洋更深且冰壳较薄，在那里发现了约100个咸水喷口。相比于一个区域性的海洋，全球性的海洋则更难维持，因此这一发现表明土卫二获得的潮汐能比原先认为的更多。

2015年，天文学家还发现了迄今木星的卫星木卫三含有水的最佳证据。木卫三的每个半球都有极光带。木星的磁场会影响这些极光带，使得它们的位置随木星的自转周期发生变化。天文学家们为此使用哈勃空间望远镜对木卫三进行了观测，发现它的极光带几乎没有移动。这证明木卫三拥有一个导电的咸水海洋，它位于其表面岩冰壳层下方150千米处，厚度约100千米。

NO.05谷神星登台

2015年3月6日，美国宇航局的曙光探测器进入了围绕矮行星谷神星的轨道。类似于在土星冰质卫星上所看到的，谷神星的表面布满了环形山。这一特点说明它拥有一个富含冰的壳层。

谷神星表面上存在的亮点也让行星科学家们为之着迷。2015年初第一次发现了这些反光区，此后则发现它们其实是多个亮点。它们位于谷神星北部的奥卡托环形山中，后者直径92千米、深4千米。根据这些亮点的反射率，现在普遍认为它们是盐。

2015年8月，曙光探测器进入了一条距离谷神星1 470千米的轨道。几个月后，它会下降到其最终的科学轨道，距谷神星表面的高度仅375千米。除了勘测谷神星的表面并测量其环形山和山脉的高度之外，曙光探测器也正在试图了解其表面的组成成分，测量不同地点上重力的差异，由此可以了解其内部的物质分布。

谷神星上奥卡托环形山的地形图，其中央具有明亮区域。版权：NASA/JPLCALTECH/UCLA/MPS/DLR/IDA。

NO.04发现最年轻星系团

星系团的形成并非是一个天文学家可以实时观看的过程，因为它需要花数十亿年的时间。与之相反，天文学家会寻找处于不同发育阶段的星系团。2015年，天文学家发现了迄今最年轻的星系团，尚处于形成的初级阶段。

为了寻找这个原星系团，天文学家搜索了有着极其明亮中心的星系，在那里有超大质量黑洞正在活跃地进食，被称为类星体。天文学家观测了天空中4个彼此靠近的活动星系。在对它们进行了详细的研究之后，发现这4个星系有着相同的距离，到地球约106亿光年。此前没有人看到过或者期望能发现被相互的引力束缚在一起的4个类星体。

它们所处的宇宙年龄只有大约32亿年，这一氢云的跨度约100万光年。可以肯定它是一个原星系团，将会演化成类似于今天室女星系团的结构。

这4个相同距离上的类星体（箭头所指）构成了已知最年轻的星系团。版权：J.F. HENNAWI/F. ARRIGONI-BATTAIA/MPIA。

NO.03银心的意外辐射

在高能X射线波段对银河系中心进行了时长100万秒的观测之后，核分光望远镜阵列发现了一片弥漫的X射线辐射，但无法确定其成因。天文学家本打算研究银心处一颗中子星周围的发光物质，但始终无法去掉银心处长13光年、宽26光年范围内的这一弥漫辐射。

核分光望远镜阵列不只能成像，它还能获得光谱。为了弄清它的成因，天文学家考察了能产生类似辐射的不同天体，研究了需要多少这些天体才能产生观测到的亮度。结果显示，有4种可能性。

核分光望远镜阵列在银心处所观测到的弥漫X射线辐射。版权：NASA/JPLCALTECH。

这其中有3种可能性与恒星死亡后留下的残骸窃取其伴星的气体有关。当这些物质越积越多时，它就会引爆并发出X射线。当有大量的这些爆发存在时，由于无法把它们分辨开，因此看上去呈弥漫状。

第4个可能性是，当物质落向银河系中心的超大质量黑洞时，其中一些会被加速到非常高的速度。它们有可能会和附近的气体云发生相互作用，使之发光。但是，所看到的弥漫辐射似乎并不能完全用它来解释。

NO.02罗塞塔探测器探访彗星

伴随着67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星通过其近日点并远去，欧洲空间局的罗塞塔探测器一直在关注它的变化。这一创造了历史的任务揭开了许多有关彗星的秘密。

科学家们一直想知道其类似“橡皮鸭子”的形状是如何形成的。现在，他们有了答案：67P彗星由两个不同天体碰撞形成。为了得到这一结论，科学家测量了其不同地区的倾斜度以及表面结构的走向，计算了它表面的局部重力。

虽然没有严格按照事先的计划执行，罗塞塔探测器上搭载着冰箱大小的菲莱着陆器也对67P彗星的表面进行了研究。2014年11月12日，菲莱着陆器与罗塞塔探测器分离，在最终降落到67P彗星表面之前，它经历了数次的弹跳。然而，它仅工作了60个小时便进入了休眠状态。

在第一次着陆的地点，菲莱着陆器嗅探到了16种有机化合物，其中有4种此前从未在彗星上探测到过。在同一地点，另一台仪器则检测出了几种气体，包括水蒸气、一氧化碳和甲醛。

罗塞塔探测器将继续对67P彗星进行探测直到2016年9月，届时任务科学家很有可能会试图把它降落在彗星上看最后一眼。

67P彗星酷似鸭子的外形源于两个天体间的碰撞融合。版权：ESA/Rosetta/NAVCAM。

由新视野探测器所获得影像合成的冥王星（右下）和冥卫一（左上）合成图像。版权：NASA/JHUAPL/SwRI。

0N.O1飞掠冥王星及其卫星

当美国宇航局的新视野探测器飞过冥王星时，它没有让天文学家失望。冥王星曾被认为是冰冷、布满环形山且早已死去的矮行星，而其卫星的情况也基本与之相同。结果却正好相反，冥王星的表面很年轻，具有平缓的冰原、高耸的冰质山脉以及类似沙丘和冰川湖的地貌。对冥王星的近距离成像也让科学家们精确地测量出了这颗矮行星的直径为2370千米。这也保证了冥王星是海王星轨道之外已知最大天体的桂冠。

在新视野探测器飞掠冥王星之外，它回过头观测了冥王星日食的景象。这一排列使得阳光可以穿过冥王星的大气层，由此可以对它进行研究。在冥王星的地表上方有一个显著的雾霾层，向外延伸出约130千米，数倍于科学家们的预期。

尽管冥王星一直是焦点，但冥卫一也表现惊艳。它也有各种不同的地貌，有些区域也没有环形山。在它的表面上有绵延数百千米的峭壁，表明其地壳存在断裂。在冥卫一的表面有一个深6～10千米的峡谷。

新视野探测器还抓拍了冥王星4颗较小的卫星冥卫二、冥卫三、冥卫四和冥卫五的照片。虽然冥卫一的直径达1208千米，但这4颗卫星的直径都只有几十千米。

探测所获得的大多数数据仍储存在新视野探测器上，在未来数月的时间里会一点一点地发送回地球，毫无疑问它会是一座新的科学宝藏。

（责任编辑 张长喜）