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              2019年天文领域大事件回顾(2)
              发布时间:2020-01-04

              3、全球多个亚毫米射电望远镜临时构成的EHT获得首张黑洞照片

              理论研究认为,当一个天体的引力大到连自己发出的光都无法逃脱时,这个天体就不可以被任何接收电磁波的仪器看到,它就成为黑洞。尽管米歇尔与拉普拉斯早已根据牛顿力学的计算提出这个概念,但只有爱因斯坦的相对论可以正确描述黑洞的性质。

              对黑洞的探测,一直是间接探测。过去几年来,世界上的8个射电望远镜同时对准银河系中心与M87中心,接收它们发出的电磁波,这个临时构成的射电望远镜阵列被命名为事件视界望远镜,缩写为EHT。这8个望远镜都是接受那些波长比1毫米还短一些的波,即亚毫米波。这么多望远镜同时观测同一个目标,等价于一个地球那么大的望远镜,分辨率大大提高,因此足以分辨出目标黑洞周围的细节。共有200多位来自世界各地的天文学家参与了这个项目,其中12位来自中国大陆。

              2019年4月10日,EHT公布了它们拍摄到的黑洞照片,轰动了世界。黑洞不是不发光吗?怎么可以拍出照片?事实上,黑洞自身确实无法发出任何电磁波,这些望远镜接收的是它们周围的炽热物质发出的电磁波。因此,拍摄的是一个发光区域所围绕的一个黑暗区域--黑洞。

              图:事件视界望远镜(EHT)获得的黑洞与黑洞周围发热物质的照片。图中颜色并非真实颜色,因为射电辐射是无色的,为了可视化,用颜色来代表射电辐射(ETH)

              这就如在雪地里拍摄闭着眼睛的黑猫,黑猫不发光,也不反射光。但雪会反射光。拍出的照片,就是一团黑色被白雪围绕,我们依然可以说我么拍摄到了黑猫。被周围发光物质包围的黑洞,就像雪地里的黑猫。

              霍金曾经说,寻找黑洞就像在煤矿里寻找黑猫。现在,EHT小组在雪地里找到了黑猫。眼见为实。我们终于看到了宇宙中的黑洞。

              4、中国国家航天局嫦娥4号在月球背面软着陆

              2019年1月3日,中国国家航天局的嫦娥4号在月球背面的冯·卡门撞击坑软着陆。大约12小时候,嫦娥4号放出“玉兔2号”月球车。

              图:嫦娥4号(中国航天局)

              由于月球的遮挡,月球背面的陆地上无法接收信号,为了建立通信,中国航天局先于2018年5月发射了“鹊桥号”卫星,作为中继卫星。鹊桥号位于月球背面上空,距离月球6.5万公里,与月球、地球成一直线,围绕着地月系统的“外拉格朗日点”运动。

              由于月球比地球小得多,位于月球背面上方足够远的地方的附近区域可以接收到地球发射的信号。在鹊桥中继星的协助下,嫦娥4号最终在月球背面成功软着陆。

              担任月球表面巡查任务的是玉兔二号。它长1.5米,宽约1米,高约1.1米(好大的兔子!),下方六个轮子,旁边两个可折叠太阳能电池板,顶部为通讯天线,身上4台相机。它作息很有规律,太阳照到时工作,太阳没照到时睡眠。

              图:刚从嫦娥4号登陆器上释放到月球表面的玉兔2号月球车。

              中国科学院的国家天文台、上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室与地球化学研究所的科研人员利用嫦娥4号的光谱仪得到的光谱,断言月球表面的低钙辉石和橄榄石矿物可能起源于月球的幔层,相关成果于2019年5月15日发表于《自然》。

              至今为止,嫦娥4号与玉兔2号在月球上已经快度过一周年,功能依然正常。这个成就获得国际上的普遍赞誉。2019年11月25日,英国皇家航空学会将2019年度团队金奖颁发给嫦娥4号团队,这是该协会成立153年来首次将此奖颁发给中国团队。

              5、日本航天局隼鸟2号在小行星“龙宫”上采集岩土

              地球上挖掘机技术哪家强,这个问题我不用说大家也知道。但如果问小行星上挖掘机技术哪家强,估计大部分人答不上来。答案是:日本的隼鸟2号。在小行星上挖掘泥土的第一步是要先让挖掘机降落到小行星上面,而这恰恰是非常难的,因为小行星的直径远小于地球直径,对探测器的引力也就非常弱,要想精准投放挖掘机,是很难的。

              早在2003年,日本日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)就发射了隼鸟2号的前辈隼鸟号。隼鸟号历经磨难,于2005年成功降落在小行星25143上。为了致敬日本火箭之父糸川英夫(Itokawa,糸,同“丝”),这颗小行星后来被命名为“糸川”。隼鸟号下方就是一根采样杆,采样杆戳到小行星表面,就算登陆成功了。因为采样杆内部的子弹无法发射出来,隼鸟号只是取到了“糸川”上几克飞溅的尘土,然后于2010年返回地球,取样成功。

              2014年12月3日,JAXA发射隼鸟2号。经过近4年的飞行,隼鸟2号到达小行星“龙宫”(Ryugu)附近。“龙宫”的直径只有大约0.9千米,相比之下,地球直径是1万多千米,前者不到后者的万分之一。当然,当年隼鸟号登陆的“糸川”直径更小,只有大约535米,而且还是弯曲的香蕉形。

              图:隼鸟2号拍下的“龙宫”的外形(JAXA)

              2018年10月3日,隼鸟2号向“龙宫”的表面投放了一台“小行星地表探测车”(MASCOT),2019年2月22日,隼鸟2号登陆“龙宫”(Ryugu),采样杆接触到“龙宫”表面后立即发射出直径8毫米、质量5克、速度300米每秒的钽子弹,被击碎的表面岩土碎片飞溅到采样杆内部,被成功收集,然后隼鸟2号立即升空。整个过程只持续几秒。

              图:隼鸟2号的艺术想象图(Go Miyazaki)

              为了采集到更深层的岩土,隼鸟2号于2019年4月5日朝“龙宫”表面发射14千克的炸弹,炸弹在半空引爆,9.5千克炸药爆炸后将炸弹底部2千克的铜板加速并使其变形为几乎圆球形,使后者成为每秒2千米速度的高速弹丸,撞击龙宫表面,“龙宫”地下岩土因此喷溅出来,形成十几米直径的人造陨石坑。

              2019年7月11日,隼鸟2号第二次登陆采集被炸翻出来的岩土,采集了这些深层岩土,并于次日升空。2019年11月13日携带着采集的岩土样本,起飞返回地球,预计于2020年12月回到地球,降落于澳大利亚沙漠地带。

              2019年是隼鸟2号大放异彩的年份,比起饱经磨难的隼鸟号,隼鸟2号的旅程是非常顺利的,仅在第一次登陆前有些小麻烦,但很快被处理。隼鸟2号是第一个取出小行星地表下方岩土的探测器,也是第一个在小行星上多次着陆并采集岩土的小行星。研究隼鸟2号采集到的岩土,将有力推动人类对小行星乃至于太阳系的形成与演化的理解。


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