盘点：2017年十大天文事件

盘点：2017年十大天文事件
2017年，对于天文学来说，是伟大的一年。这一年里，国内外天文学界不断带给我们惊喜，一个全新的天文时代似乎即将开启。然而，在这一年里，也有几位我们敬爱的天文学家和物理学家不幸辞世。在2017年的最后一天里，让我们回顾这一年天文界的十大事件。
奥妙无穷的天文分支——宇宙学
未上榜的事件小汇总
在正文开始之前，我们先浏览一下未上榜的事件热热身。
1、理论物理学家，弦论创始人之一萨斯坎德大胆猜想gr=qm（广义相对论=量子力学）
2、朱诺号对木星的研究取得了一系列进展
3、云南迪庆火流星事件
4、新视野号的新目标
5、旅行者号飞船发射40周年
6、科学家发表论文反驳火星液态水存在的证据
7、谷神星上有机分子的发现
奥妙无穷的宇宙
1
trappist-1的七颗行星的发现
今年2月24日（北京时间），一篇发表在《自然》杂志上的论文宣布，科学家们利用包括欧南台的甚大望远镜在内的地面和太空望远镜发现，距离我们仅仅40光年远的超冷矮星trappist-1拥有七颗地球大小的行星。这其中的三颗行星位于宜居带，并且其表面很可能拥有液态水，这就大大增加了其孕育生命的可能性。天文学家还发现，至少六颗行星的大小和温度都与地球相当。这是天文学界研究系外行星以来前所未有的爆炸性发现，也是2017年天文大事件爆发的一次预热。作为该项目的领导者，比利时列日大学天文物理与地球物理研究所天文学家米夏埃尔·吉隆异常高兴：“我们不仅发现了异常多的系外行星，而且它们的大小竟然和地球惊人地相似！”
比利时列日大学的米夏埃尔·吉隆教授
尽管在寻找地外生命的漫漫征途上，我们还依然是“井底之蛙”。外星生命到底需不需要水这个问题，科学家们并未否定其他生命形式例如硅基生命的存在，但是就目前我们对生命的了解来说，探测碳基水生命是成本最低也最有效，毕竟我们从未知晓过其他类型的生命。但是，每一次重大的发现，都会让我们在追寻那看似遥不可及的梦想的路上迈出坚实的一步。
《自然》上发表的论文中的trappist-1系统的宜居带
2
事件视界望远镜
在广义相对论101岁的时候，今年四月，事件视界望远镜（the event horizon telescope，简称eht）刚刚完成了对银河系中心的巨型黑洞人马座a*的拍摄工作，而具体的报告则要等到明年了。事件视界望远镜并非真实存在的巨型射电天文望远镜，而是由全球众多射电望远镜组成的合作项目。由于人马座a*距离我们太过遥远，其在天空中张角只有50微角秒，如果想用单个望远镜拍摄，则需要建造一个半个地球那么大的望远镜才能获得这么高的分辨率，这显然是不切实际的。因此，事件视界望远镜是射电天文的一次“联合大作战”！该项目已成立多年，而阿塔卡玛大型毫米波/亚毫米波阵列（alma）的加入更让这个雄心勃勃的研究项目如获千军万马。
事件视界望远镜的标志
想要观测一个天体，最直观的办法就是拍照片。然而，由于黑洞的引力十分强大，以至于光也难以从其中逃脱，因此，许多人误认为黑洞是漆黑一团。事实上，黑洞周围并不黑。著名理论物理学家，上海师范大学天体物理中心的主任李新洲先生介绍：”利用广义相对论已对黑洞附近物质的行为建立了精致的理论模型。这些理论模型指出，黑洞会在围绕它的高温物质的辐射中投下一个阴影。阴影的形状和大小依赖于黑洞旋转的快慢，光线在黑洞附近被引力弯曲的程度以及观测者所在的方位3个因素。如果广义相对论在极强场情形下仍然正确，并且黑洞无毛定理成立，那么可以预言这个阴影总是近似为圆形。“
黑洞的阴影
那么，事件视界望远镜的观测除了是人类对黑洞的第一次直接拍摄之外，也是在引力波探测之后，对广义相对论的又一次检验，这也是事件视界望远镜最吸引人的地方。广义相对论是优美而自洽的引力理论，但并不是唯一的引力理论。有些理论物理学家们在其上做了修正而得到修正引力理论，例如共形引力、有质量引力等；也有科学家们寻找着量子引力，如弦论、圈量子理论等，以及从非交换几何角度出发的理论；还有人试图复辟牛顿引力，建立所谓的mond理论。这次观测究竟是广义相对论继续胜利，还是修正引力理论发起攻击的黎明，让我们拭目以待。
各种引力理论
3
北美世纪日全食
今年8月22日，美国全境迎来难得一见的日全食。当时牧夫君还对此进行了专门的跟踪报道。这场美国人心中的“伟大的美国日食”（the great american eclipse），从西北岸的俄勒冈州到东南岸的南卡罗来纳州，横跨14州，堪称世纪天文奇观。
世纪日食示意图
4
引力波的辉煌胜利
从爱因斯坦和希尔伯特正式提出广义相对论，到ligo正式探测到引力波，人类用了100年。而从ligo公布第一个引力波信号，到观测到引力波的电磁对应体，人类只用了一年半。今年10月，在eso、ligo、nasa、virgo，以及我国的南极巡天望远镜ast3-2和空间x射线天文卫星慧眼望远镜等全球范围的天文联合大作战胜利结束后，我们终于可以这样说：多信使天文时代正式到来了——在约1.3亿光年外，科学家们首次探测到双中子星并合产生的引力波和其光学对应体。
引力波探测器“作战地图”
引力波，或者叫引力辐射，是广义相对论的重要预言之一。广义相对论的基本方程，即爱因斯坦方程是一个高度非线性化的方程，数学能力一般（相对于他的物理方面的天赋而言）的爱因斯坦本人生前也并没有给出一个精确解出来。但是，如果将爱因斯坦方程在平直时空做微扰并线性化后会发现，这个方程存在着波动解，可得出引力辐射的极化张量的传播形式。此时，与电磁波类似的是，也可以读出引力波的传播速率为光速。
北京时间10月3日，2017年诺贝尔物理学奖颁给了雷纳·韦斯（rainer weiss）、巴里·巴里什（barry barish）和基普·索恩（kip thorne）。其中，韦斯获得了一半的奖金，而巴里什和索恩则平分另一半奖金。获奖理由是“为ligo探测器以及引力波观测做出的决定性贡献”。然而，令人遗憾的是，ligo的创立者之一，苏格兰科学家德雷弗已经在今年3月7日离开人世，错失了诺贝尔奖。
诺贝尔物理学奖得主——ligo三剑客
5
卡西尼号，传奇的终焉
曾经带给我们许多惊喜，影响了许多天文爱好者童年的“卡西尼”号航天器，终于在于2017年9月15日北京时间5：31结束了自己长达19年的工作，并坠入土星大气层，结束了自己的使命。它于1997年发射，2004年到达土星。在4月22日最后一次飞掠最大卫星土卫六（泰坦）之后，卡西尼号开始了设计者所说的“终极任务”。在这段最后的旅程中，卡西尼号大约每周环绕土星一次，在土星和土星环之间的缝隙总共潜入穿越22次。它研究了土星强大的风暴和不断变化的环，同时还发现了土卫六“泰坦”上的碳氢化合物海洋和土卫二上的咸水喷射。
但是，正如冯中所言：“土星是你生命的终点，而我们还在路上。”
卡西尼之路
6
fast观测到多颗脉冲星
有着“中国天眼”之称的500米口径球面射电望远镜（five-hundred-meter aperture spherical radio telescope，简称fast），今年出师得胜，先后发现了9颗脉冲星，堪称战果辉煌。脉冲星，作为重要的致密天体物理研究对象，有着“天体物理实验室”的美称，它由恒星演化和超新星爆发产生，磁场超强、密度极高，可以用其周期来探测引力波、也可用于研究黑洞物理。
壮观的fast
然而，令人感到无比惋惜的，是fast工程首席科学家兼总工程师南仁东先生因罹患肺癌、病情恶化抢救无效于9月15日夜间逝世。这位为了fast，为了我国天文事业发展做出了杰出贡献的天文学家，除了科研成果累累之外，也为我国培养了陈学雷等优秀的天文学家，真正地做到了“鞠躬尽瘁，死而后已”，好在并不是出师未捷身先死。后人有诗赞曰：夙兴夜寐，巨镜落成。心怀寰宇，眉锁苍穹。英气霄汉，豪情斗牛。至今魂魄，犹绕天眼。
伟大的南仁东先生
7
30米望远镜终于获准开工
今年9月28日，夏威夷州土地和自然资源理事会授予了三十米望远镜（thirty meter telescope，tmt）新的施工许可证，这样至少让美国计划投资14亿美元的天文台建设计划暂时复活。这个上过考研英语的望远镜，由加拿大大学天文研究协会、加州理工大学等机构联合设计而成，包括中国、日本、印度在内的多个国家也参与其中的建设。顾名思义，该望远镜镜面直径约为30米，若能建成，将是名副其实的天文巨兽。
然而，在2015年4月，夏威夷原住民为了保护自己心中的圣山，展开了对该项目的反对活动，他们甚至堵住了通往莫纳克亚火山建造工地的道路，使得施工不得不停止，并与前来维护秩序的警察发生了冲突。
为了解决纠纷，夏威夷州土地和自然资源理事会的长达345页报告指出，tmt不会污染地下水，不会损害任何古迹，不会损害珍稀的植物或动物，不会释放有毒的材料，因此不会危害环境。另一方面，天文望远镜将为这片有着悠久历史的土地带来大量的教育和就业机会。但是，如果原住民继续强烈反对，到截止日期2018年4月还不能启动建设的话，tmt将采用b计划，移师西班牙进行建设。
30米望远镜示意图
8
不速之客——奥陌陌小行星
oumuamua（意为来自远方的使者）小行星，这个诡异的太阳系外来客，在今年10月19日被科学家们发现。它是一块雪茄状的细长岩石，略带红色，长达400米。这样夸张的长宽比的小行星是在太阳系前所未有的，因此引起了科学家们的好奇。
事实上，被发现的时候，奥陌陌已经远离地球了。它9月9日到达太阳附近，10月14日造访地球，而11月1日则在火星轨道上通过，预计会在2019年到达土星轨道。
这个太阳系外的不速之客，如果只是一个小行星的话，并没有太大观测价值。但是正因为其独特的形状，让人联想到了伪装成岩石的外星飞船。物理学家霍金的团队就对此颇感兴趣，感兴趣的读者可以搜索相关的报道。
神奇的奥陌陌
9
悟空“俘获”暗物质粒子
暗物质（dark matter），顾名思义，是一种人类肉眼无法观察到的物质。也就是说，它不同于重子、光子等组成的物质。由于暗物质不参与电磁相互作用，所以无法利用光学的方法直接观测。根据其运动速度的特征，暗物质可分为热暗物质、温暗物质和冷暗物质，其中热暗物质指的是速度达到了相对论速度的那些暗物质。而我们通常所说的暗物质，指的是冷暗物质。
今年11月30日《自然》杂志发表了“悟空”暗物质探测卫星的首个科学结果。悟空由塑闪阵列、硅径迹探测器、bgo量能器、中子探测器四部分组成，可对高能宇宙射线粒子的组成和能谱进行观测，并由此对宇宙射线的起源等问题进行研究。这次，悟空获得了世界上最精确的高能电子宇宙射线能谱，其在1.4tev处的尖峰状结构，或许暗示着暗物质粒子的发现。这可能是粒子天体物理的一次划时代的观测。
“悟空”号卫星
为了让大家开拓视野，小编总结了几种暗物质候选者，如下：
1、超对称中轻微子neutralino。标准模型能够解决粒子物理的许多问题，却也存在许多缺点，例如参数过多，缺少引力子的位置，缺少暗物质候选者，中微子质量问题以及在高能标处失效等问题。基于这些问题，科学家们提出了一些修改的方案，我们称之为新物理，其中比较有名的，就是超对称理论，即假设费米子和玻色子之前存在着某种对称性，并且将粒子物理常用的四维时空推广到八维超空间。超对称理论其中的neutralino便是一种暗物质候选者，但目前缺乏进一步的实验验证。通常说的neutralino是活性neutralino，其质量过小，而运动速度过快，因此通常被认为只能作为热暗物质。而我们经常说的是冷暗物质。事实上，只要不特意指出，我们所说的暗物质都是冷暗物质。
2、原初黑洞，即大爆炸之前产生的黑洞，产生这些黑洞的物质就会演化为暗物质。而大爆炸之后的黑洞，或者说核合成时期之后的黑洞无法作为暗物质。但是这对宇宙模型的要求十分苛刻，也与目前主流的宇宙模型不符合。
3、轴子axions。轴子最开始是处理量子色动力学的对称性自发破缺的时候提出的。它可以非热产生，即通过相变而非热脱耦产生，这让科学家们猜想它是否可以作为暗物质的候选者。
4、wimp模型。多年的宇宙学和天文学研究让科学家们坚信，我们的宇宙在大尺度上是平坦的，按照宇宙大爆炸模型，如果没有暗物质，那么星系会形成得很慢。因为暗物质相当于给星系提供一个支架，即暗物质晕，没有支架怎么盖房子？按照大爆炸模型，重子脱耦是在宇宙大爆炸38万年之后，这个时间太晚了，如果只有重子物质的话，那么现在星系还没形成呢，也不会有我们的地球，更不会有人类了。那么，假设暗物质参与的短程力相互作用的强度和弱相互作用很类似，或者干脆就是弱相互作用，而且暗物质粒子的质量大约是100gev到1tev的话，那么就和现在普朗克卫星的数据一致。这就是常说�...