深邃的星空,，埋藏著無數(shù)奧秘,，叩問2020年的宇宙蒼穹，陣陣回響喚起驚奇與敬畏無數(shù)：人類首次在銀河系外發(fā)現(xiàn)氧氣、繪制迄今最大宇宙三維地圖、發(fā)現(xiàn)“不可能存在”的中等質(zhì)量黑洞……宇宙的秘密，正在一點點被揭開,。或是身邊的天文奇觀,，或是地外的生命跡象,，我們總在追問的路上，渴望收獲更多,。

　　宇宙還我們以新知,，并以更多未知引領(lǐng)我們遙望未來。銀河系邊界探清后,，“身邊”的星系究竟有多少,？借助引力波首次探測到中等質(zhì)量黑洞后，人類是否能破解超大質(zhì)量黑洞形成的謎團,？

　　回望2020,，我們以一趟時光穿越之旅，再次與宇宙對話,。

　　本報記者 金 鳳

　　氧氣現(xiàn)身河外星系

　　氧在宇宙中的豐度僅次于氫和氦,。此前，天文學(xué)家曾認為氧分子在恒星間的空間內(nèi)應(yīng)普遍存在,，但一直未有證據(jù)表明銀河系外也有氧氣,。

　　這一“懸疑”今年2月1日《天體物理學(xué)》雜志刊發(fā)的一篇文章被解開。在距地球5.6億光年的“馬卡良231”(Markarian 231)星系內(nèi),，中外科學(xué)家聯(lián)手發(fā)現(xiàn)了氧氣。據(jù)悉,，這是人類首次在銀河系外發(fā)現(xiàn)氧氣,，也是迄今為止在太陽系外探測到氧氣最多的一次。

　　“馬卡良231”位于大熊星座,。此前,，天文學(xué)家在銀河系內(nèi)的獵戶座星云和蛇夫座星云都探測到過氧氣,。據(jù)推算，“馬卡良231”的氧氣比重是獵戶座星云內(nèi)氧氣比重的100倍,�,？茖W(xué)家推測，“馬卡良231”內(nèi)經(jīng)歷了比獵戶座星云更強烈的氧氣形成過程,。

　　天文學(xué)家表示,，在地外物質(zhì)的光譜中發(fā)現(xiàn)氧氣、水等存在的條件,，不能就此斷言其所處的環(huán)境中一定存在著生命,；看不到這些“標志物”，也未必沒有存在生命的可能性,。

　　上述研究論文第一作者,、中國科學(xué)院上海天文臺研究員王均智表示，這次在銀河系外發(fā)現(xiàn)氧氣,，有助于進一步加深對宇宙物質(zhì)組成的認識,，對于星際介質(zhì)中氧氣的形成和消耗等相關(guān)理論提出了挑戰(zhàn)。

　　“此次研究是科學(xué)家首次在銀河系外發(fā)現(xiàn)氧氣,，但氧氣在星際空間的含量為何普遍遠低于預(yù)期,，仍是未解之謎�,！�500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)首席科學(xué)家李菂表示,。

　　首次揭示月背地下結(jié)構(gòu)

　　月球背面的馮·卡門撞擊坑所在地——南極—艾特肯盆地，是太陽系中最古老的撞擊坑之一,，形成于40億年以前,，保留了原始月球的巖石，這里也是月球上已知最深的盆地,。

　　2019年1月3日,，嫦娥四號探測器在馮·卡門撞擊坑底部成功著陸。之后,，“玉兔二號”月球車利用全景相機,、紅外線光譜儀、測月雷達等先進儀器,，對月球背面展開科學(xué)探索研究,。

　　2020年2月27日凌晨，國際科學(xué)期刊《科學(xué)·進展》在線刊載了中國“玉兔二號”月球車為馮·卡門撞擊坑做的“CT”結(jié)果,。

　　由中國科學(xué)院國家天文臺研究員李春來,、蘇彥領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊，利用“玉兔二號”月球車上的測月雷達,，首次揭示出月球背面著陸區(qū)域地下40米的分層結(jié)構(gòu),，發(fā)現(xiàn)地下物質(zhì)由低損耗的月壤物質(zhì)和大小不同的大量石塊組成,。這是人類首次揭開月球背面地下結(jié)構(gòu)的神秘面紗。

　　具體來說,，研究團隊沿“玉兔二號”行走的106米路徑,，在深度40米的范圍內(nèi)，識別出3個地層單元,。

　　其中,，第一單元為月表到地下12米的細粒月壤，內(nèi)嵌有少量石塊,，這一層形成于多個撞擊坑互疊的濺射物之上,；第二單元為地下12米到24米的濺射物沉積層，其內(nèi)部存在大量石塊,，甚至形成了碎石層和碎石堆,；第三單元為地下24米到40米，是更古老的濺射物在不同時期沉積和風(fēng)化的產(chǎn)物,。

　　研究人員表示,，該研究可幫助人們了解月球撞擊和火山活動歷史，有望為月球背面的地質(zhì)演化研究帶來新的啟示,。

　　探明銀河系邊界

　　天文學(xué)家早就知道,，銀河系中最亮的部分是呈薄煎餅狀的恒星盤，太陽便身處其中,，其寬約12萬光年(1光年約為94600億千米),，恒星盤之外是氣體盤。一塊巨大的暗物質(zhì)光暈包裹著這兩個圓盤,，并延伸到遠遠超出它們的范圍之外,。但由于這個暗暈不發(fā)光，因此科學(xué)家很難測量銀河系的直徑,。

　　3月23日,，美國《科學(xué)新聞》網(wǎng)站報道了一項來自英國科學(xué)家的研究，英國達勒姆大學(xué)天體物理學(xué)家艾麗絲·迪森及其同事利用銀河系附近星系計算得出結(jié)論：銀河系的精確直徑為190萬光年,，誤差不超過40萬光年,。

　　為找到銀河系的邊界，迪森團隊利用計算機模擬了銀河系和其附近大星系——仙女座星系并排出現(xiàn)的情況,。結(jié)果表明,，位于巨大星系暗暈邊緣之外的附近小星系的速度會顯著下降。

　　利用現(xiàn)有的望遠鏡觀測結(jié)果,，迪森團隊發(fā)現(xiàn),，銀河系附近的小星系也出現(xiàn)了同樣的速度下降情況。這種情況發(fā)生在距銀河系中心約95萬光年的地方，此處應(yīng)該就是銀河系的邊界,。由此他們得出結(jié)論，銀河系寬約190萬光年,。

　　美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)天文學(xué)家羅斯瑪麗·懷斯指出,，最新測量結(jié)果可以幫助天文學(xué)家厘清銀河系其他性質(zhì)。例如,，銀河系越大,，其“體重”也越重，與它“共舞”的星系應(yīng)該也會越多,�,？茖W(xué)家迄今已為銀河系找到約60顆“舞伴”，未來應(yīng)該可以找到更多,。

　　夏至巧遇“金邊日食”

　　6月21日,，當太陽幾乎直射北回歸線時，北半球迎來白晝最長的一天,，這一天正是夏至日,。同一天，天幕劇場也上演了本年度最精彩的天象演出之一——“金邊日食”,。

　　據(jù)中國科學(xué)院紫金山天文臺工程師胡方浩介紹,，這也是本世紀唯一一次在中國可見且恰逢夏至日的日食。

　　日食食分大小取決于日,、地,、月三者的位置關(guān)系。中國天文學(xué)會會員,、天津市天文學(xué)會理事史志成解釋說,，被遮擋的太陽離地球愈遠則其視直徑愈小，而遮擋太陽的月球離地球愈近則其本影愈大,，所以當太陽處于遠地點而月球處于近地點時,，食分最大。

　　兩千多年前,，日食就啟發(fā)人類認識宇宙,，發(fā)現(xiàn)地球公轉(zhuǎn)的規(guī)律。當太陽被月亮遮擋時,，人們更容易觀測到太陽日冕活動情況,，從而有助于對其未來活動趨勢進行預(yù)測。日食作為一種天文現(xiàn)象,，對星地通信中起到關(guān)鍵作用的電離層有一定影響,。

　　與以往日環(huán)食不同的是，此次日環(huán)食非常接近全食。太陽整個圓面超過99%的面積被遮住,，剩下的一圈金邊兒非常細,。

　　有專家表示，在21世紀剩余的80年里,，發(fā)生在我國范圍內(nèi)的日環(huán)食僅剩10次,，其中5次將發(fā)生在極北或極南地區(qū)，環(huán)食帶范圍小,、月球地影過境時間短,，不便觀測。

　　迄今最大宇宙三維地圖出爐

　　宇宙誕生于約138億年前的大爆炸,。對于宇宙的早期和近期,，科學(xué)家都有所了解，但其間110億年宇宙究竟經(jīng)歷了怎樣的變化,，一直是未解之謎,。

　　7月20日，據(jù)外媒報道,，在對400多萬個星系和蘊含巨大能量的超亮類星體進行分析后,，國際斯隆數(shù)字巡天調(diào)查項目(SDSS)發(fā)布了迄今最大的宇宙三維地圖，講述了宇宙在110億年間的膨脹“故事”,，填補了人類在宇宙史探索中的空白,。

　　繪出這份地圖的是多國科研人員組成的“擴展重子振蕩光譜巡天”項目(eBOSS)，它是SDSS的一部分,。這一成果的獲得,，建立在世界各地數(shù)十家機構(gòu)的數(shù)百名科研人員超過20年合作的基礎(chǔ)上。

　　研究顯示,，構(gòu)成宇宙結(jié)構(gòu)的細絲和空隙始于宇宙誕生僅30萬年時,。此外，宇宙在大約60億年前開始加速膨脹,，且此后一直持續(xù)膨脹,。這種加速膨脹似乎是由暗能量所驅(qū)動，這一點與愛因斯坦廣義相對論所預(yù)言的一致,。

　　此外,，研究人員指出，天體物理學(xué)家早在多年前就知道宇宙在膨脹,，但一直無法精確測量宇宙膨脹的速度——哈勃常數(shù),。eBOSS和SDSS的調(diào)查結(jié)果表明，宇宙目前的膨脹速度和早期由其他研究得出的膨脹速度不匹配,，仍需科學(xué)家進一步的研究調(diào)查,。

　　找到“不可能存在”的中等質(zhì)量黑洞

　　9月2日,，據(jù)美國激光干涉引力波天文臺官網(wǎng)報道，該天文臺與位于意大利的室女座引力波天文臺攜手,，探測到了一個142倍太陽質(zhì)量的黑洞,，這是科學(xué)家首次探測到此類中等質(zhì)量黑洞。

　　研究人員指出,，此前所觀測到的黑洞大致分兩類：恒星質(zhì)量黑洞和超大質(zhì)量黑洞,，前者質(zhì)量為太陽質(zhì)量的數(shù)倍到數(shù)十倍不等，被認為是大質(zhì)量恒星死亡后形成的,；后者質(zhì)量約為太陽的數(shù)十萬倍到數(shù)十億倍。中等質(zhì)量黑洞介于兩者之間,，質(zhì)量為太陽質(zhì)量的100到1000倍,。在收到這次信號前，科學(xué)家沒有發(fā)現(xiàn)任何證據(jù)證明它們的存在,。

　　這個黑洞由兩個分別約85倍太陽質(zhì)量和65倍太陽質(zhì)量的黑洞并合而成,，并合釋放出的8倍太陽質(zhì)量的能量以引力波形式彌漫于宇宙中，被兩大探測器攜手“逮個正著”,。

　　研究人員在2019年5月21日探測到引力波信號GW190521,，該信號持續(xù)時間不到0.1秒�,？茖W(xué)家推測,，GW190521最有可能是擁有特殊性質(zhì)的雙黑洞并合產(chǎn)生的信號。

　　迄今為止,，幾乎所有被“驗明正身”的引力波信號均來自于雙星并合,，包括雙黑洞并合以及雙中子星并合等。

　　水分子現(xiàn)身月球光照區(qū)

　　月球究竟有沒有水,？科學(xué)家從未停下探索的腳步,。此前科學(xué)家推測，月球背面常年陰暗的隕石坑里可能藏有冰,。如今,，最新研究證實，月球光照面也可能存在水,。

　　10月26日,，《自然·天文學(xué)》發(fā)表文章稱，美國國家航空航天局依靠平流層紅外天文臺“索菲亞”,，在月球光照區(qū)——月球南半球的克拉維斯環(huán)形山表面,，首次探測到了水分子。

　　這一發(fā)現(xiàn)表明,，水可能分布在整個月球表面,，而不僅限于陰暗的月背。換句話說，即使在太陽輻射下,，水也能在月球表面存在,。

　　在陽光照射的月表，水分子想保留下來非常不易,。此次的探測數(shù)據(jù)顯示,，水被“困在”月球表面的土壤中，濃度為百萬分之100—400,，相當于每千克月壤中含有100—400毫升水,，這比撒哈拉沙漠還要干燥100倍，不過精確的水含量需要進一步驗證,。

　　另據(jù)論文介紹,，探測到的水可能儲存在月球表面的玻璃般物質(zhì)中或是晶粒之間，這些玻璃般物質(zhì)或晶粒能在惡劣環(huán)境中對水起到保護作用,。

　　沒有大氣層保護,，月表太陽照射面的水源是否可以利用？“這還需要弄清楚水在月表的分布范圍,、埋藏深度,、是否能長期保存等�,！蹦暇┐髮W(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授周禮勇認為,，這需要搞清楚水含量是否足夠高，在哪些地區(qū)富集,，是否能達到開采的級別,，水在月表儲存的機制是什么，需要用什么樣的技術(shù)才能把水有效地收集起來,。

　　“這些發(fā)現(xiàn)確實令人興奮,，很有研究和應(yīng)用的前景，但成本目前還無法預(yù)料,�,！敝芏Y勇說。

　　“中國天眼”看見快速射電暴源頭

　　快速射電暴,，宇宙中一種神秘的射電波暴發(fā)現(xiàn)象,。它的持續(xù)時間短到只有幾毫秒，但在這“靈光乍現(xiàn)”的幾毫秒中,，卻蘊藏著巨大的能量,，它可以把地球上幾百億年的發(fā)電量，完全以射電波的形式釋放掉,。

　　過去十幾年,，天文學(xué)家一直在探尋它的來源,，又包含了哪些信息？

　　科學(xué)家在《自然》雜志上分別發(fā)表了3篇關(guān)于快速射電暴的研究成果,，利用500米口徑球面射電望遠鏡(FAST),，他們捕捉到快速射電暴起源的一些蛛絲馬跡。

　　北京大學(xué)教授,、中國科學(xué)院國家天文臺研究員李柯伽研究團隊,，在12小時的觀測時間里，利用FAST探測到了快速射電暴爆發(fā)源FRB 180301的15次暴發(fā),，每次暴發(fā)的強度曲線各不相同,。這是國際上首次發(fā)現(xiàn)該爆發(fā)源的輻射具有非常豐富的偏振特征。FAST觀測到的偏振變化多樣性明確說明：宇宙中快速射電暴的爆發(fā)源可能來自致密天體磁層中的物理過程,。

　　“類似于地球,，磁星也會形成磁層。我們這次的觀測結(jié)果是快速射電暴來源于磁層的一個最直接證據(jù),。”李柯伽說,。

　　此外,，包括北京師范大學(xué)林琳博士、北京大學(xué)張春風(fēng)博士,、中國科學(xué)院國家天文臺王培博士在內(nèi)的聯(lián)合研究團隊,，利用FAST對銀河系磁星軟伽馬重復(fù)暴源SGR 1935+2145進行多波段聯(lián)合觀測。觀測結(jié)果表明,，快速射電暴與軟伽馬射線重復(fù)暴發(fā)具有較弱的相關(guān)性,，磁星暴發(fā)產(chǎn)生快速射電暴必須依賴于極其特殊的物理條件。

　　金星大氣首現(xiàn)磷化氫

　　9月14日,，《自然·天文學(xué)》雜志發(fā)表文章稱,，包括英國卡迪夫大學(xué)科學(xué)家簡·格里弗斯在內(nèi)的研究團隊，于2017年和2019年,，分別利用麥克斯韋望遠鏡(JCMT)和阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡(ALMA),，在金星上探測到只屬于磷化氫的光譜特征，并估算出了金星云層中的磷化氫豐度,。

　　這是科學(xué)家首次在金星大氣中探測到磷化氫,。研究人員認為，探測到磷化氫尚無法作為微生物生命存在的有力證據(jù),，但可以表明金星上可能發(fā)生著未知的地質(zhì)或化學(xué)過程,。

　　環(huán)境惡劣的金星，因為磷化氫的蛛絲馬跡,，讓人看到生命的希望,，但好消息沒有持續(xù)多久,，便遭遇質(zhì)疑。

　　10月26日,，一項發(fā)表在《自然·天文學(xué)》雜志上的最新研究指出,，此前被認為是磷化氫的光譜數(shù)據(jù)，實際上非常接近二氧化硫,，后者在金星大氣中很常見,。

　　另一項由荷蘭萊頓大學(xué)主導(dǎo)的研究顯示，ALMA獲得的光譜數(shù)據(jù)可以用磷氣體以外的化合物來解釋,。據(jù)此,，他們得出結(jié)論：在金星大氣層中“沒有檢測到具有統(tǒng)計學(xué)意義的磷化氫”。

　　不過金星上的生命“希望”并未就此終結(jié),。格里弗斯團隊重新檢驗最初數(shù)據(jù)后,，再次發(fā)布結(jié)論稱，ALMA的數(shù)據(jù)顯示了一種光譜特征,，這種特征只能用磷化氫化合物來解釋,，根據(jù)最新數(shù)據(jù)，磷化氫的含量只有最初發(fā)布結(jié)果的1/7,。

　　金星大氣層中是否真的存在磷化氫,？磷化氫究竟來自何處？它們是否帶有生命的印記,？這些都值得我們期待,。

　　GECAM引力波探測器升空

　　12月10日4時14分，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心,，長征十號運載火箭搭載“引力波暴高能電磁對應(yīng)體全天監(jiān)測器”(GECAM)成功發(fā)射并將其送入預(yù)定軌道,。

　　該衛(wèi)星載荷總師李新喬介紹，GECAM將是幾年之內(nèi)在軌運行的伽馬暴探測靈敏度最高的天文衛(wèi)星,，也是對磁星暴發(fā),、快速射電暴、地球伽馬閃等暴發(fā)事件綜合探測能力最強的衛(wèi)星,。它將對引力波伽馬暴,、快速射電暴高能輻射、特殊伽馬暴和磁星暴發(fā)等高能天體暴發(fā)現(xiàn)象進行全天監(jiān)測,，研究中子星,、黑洞等致密天體及其并合過程。此外,，GECAM還將探測太陽耀斑,、地球伽馬閃和地球電子束等空間高能輻射現(xiàn)象，為進一步揭示其物理機制提供科學(xué)觀測數(shù)據(jù),。

　　引力波伽馬暴是GECAM最重要的科學(xué)探測目標,。對于引力波的探測,，地面設(shè)備的空間定位精度不高。因此,，科學(xué)家需要一臺能夠以較高精度及時給出引力波暴發(fā)方位的衛(wèi)星——GECAM應(yīng)運而生,。

　　李新喬介紹：“GECAM可以對和引力波伽馬暴幾乎同時發(fā)生的同源伽馬暴的能譜和光變，進行連續(xù)高精度觀測,，同時可以給出精度較高的引力波事件的方位信息,，把地面引力波探測設(shè)備定位的幾十到上百平方度范圍縮小。這將有助于空間及地面其他波段的觀測設(shè)備更好地確定其對應(yīng)天體源,，并開展后續(xù)觀測,。”