1.“天外來客”
每時每刻
地球總是在迎接不計其數外太空“訪客”
它們有的與大氣中的分子作用
有的直接穿過我們的身體
有的被地底深處的探測器捕捉
有的輕微地擠壓和拉伸地球
......
但在眾多的不同訪客中
今年有兩個是特殊的
因為它們並非不請自來
而是我們“請”來的
第一個來自龍宮
這個龍宮並不是海底宮殿
而是一顆在外太空執行的岩石小行星
12月6日
日本航天局的隼鳥2號的回收艙
著陸在澳洲南部沙漠地區
成功地從龍宮帶回了5.4克的樣本
第二個訪客則來自“廣寒宮”
11月24日，嫦娥五號發射前往月球
12月1日，嫦娥五號在月球的呂姆克山脈附近著陸
12月17日，返回器在內蒙古四子王旗預定區域著陸
帶回的月球樣本重達1731克
這些樣本彌足珍貴
它們就像是“時間膠囊”
隱藏著大量關於過去的資訊
對它們的研究能夠幫助科學家揭開
有關太陽系的種種神秘面紗
2.地球的衛星
現在，讓我們離開地球
前往地球的衛星
我們的第一個目的地
——還是月球
除了從月球上帶回了樣本
今年平流層紅外天文臺（SOFIA）
在月球的克拉維烏斯環形山中發現了水分子的證據
與月球上的其他區域相比
這一古老的撞擊坑接收到了非常多的陽光照射
這表明水可能分佈在整個月球表面
而並不僅限於寒冷、陰暗的地方
我們的第二個目的地是
2020 CD3
這也是一顆環繞地球執行的衛星
只不過與月球相比
它相當的迷你
其直徑僅約為1.2米
計算表明
這顆衛星至少已經圍繞地球運行了兩年半多
但直到它非常接近地球時才被發現
目前，它已經脫離了地球
回到了繞行太陽的軌道中
但未來它也可能再次回到地球的懷抱
3.金星有生命嗎？
我們的下一站
是距離太陽又近了一步的金星
這顆星球常被稱為地球的孿生兄弟
其大小、質量和岩石組成都與地球相似
但與地球的宜居環境相比
金星的環境相當嚴酷
其表面溫度可高達470℃
大氣壓強是地球海平面的90倍
今年9月
一則來自金星的訊息讓許多人振奮
天文學家宣佈在金星的大氣中
探測到了磷化氫
是生活在無氧環境中的微生物
因此磷化氫也被認為是一個潛在的生命標記
但這一結果也引發了很大的爭議
到了11月
在重新分析最初的資料後
磷化氫的含量雖有下調，但仍然在那
我們尚且無法完全確定磷化氫是否存在
也無法確定如果存在它們又是從何而來
後續的研究將幫助我們回答這些問題
4.前往紅色星球
5
4
3
2
1
發射！
今年的7月
是一個激動人心的月份
20日，阿聯酋希望號率先發射
23日，我國天問一號在海南文昌啟航
30日，美國毅力號也踏上了征程
它們都有著同一個目的地：火星
希望號將繞行火星並追蹤火星的大氣變化
毅力號將在傑澤羅隕石坑鑽孔並收集岩石樣本
天問一號是我國的首次火星任務
它將對火星的大氣層、內部結構和表面環境
進行全方位的探測
包括尋找是否存在水和生命的跡象
這三臺火星探測器
將於明年上半年抵達目的地
5.從小行星貝努取樣
除了從龍宮帶回樣本之外
今年還有一顆小行星值得關注
那就是小行星貝努
在歷經數億千米的旅途之後
於2016年發射出發的冥王號
終於在今年10月份抵達
並與貝努進行了短暫的接觸
冥王號是NASA的第一個小行星取樣任務
它的目標是收集小行星表面的灰塵和岩石
計劃於2023年返回地球
如果能夠成功地帶回樣本
將提供更多關於早期太陽系如何形成
以及生命如何開始的資訊
它還將幫助科學家更好地瞭解
未來可能影響地球的小行星
6.探測到CNO迴圈的證據
我們在開頭就提到過
造訪地球的隱形訪客
其中之一便是來自太陽的中微子
這些中微子幾乎不與物質相互作用
會直接穿過地球
為了捕捉它們
科學家在義大利中部的亞平寧山脈的地下深處
建造了Borexino實驗
它包含有300噸液體有機閃爍體
研究人員想要檢測的是
當太陽中微子與閃爍體中的電子作用時產生的光
在恆星的一生中
其大部分時間都是透過將氫聚變為氦來獲取能量的
這種聚變反應可透過兩個過程進行
一種是所謂的質子-質子鏈
另一種是碳氮氧迴圈（CNO迴圈）
這次
Borexino實驗的研究人員
探測到了CNO迴圈產生的太陽中微子
這是首個直接證明了在太陽中存在CNO迴圈的證據
為詳盡理解太陽的結構
大質量恆星的形成
以及測量太陽的金屬丰度鋪平了道路
7.發現距黑洞最近的噴流
現在，讓我們衝出太陽系
前往距離地球約1萬光年的
MAXI J1820+070
這其實是一個雙星系統
包含了一個質量約為太陽8倍的黑洞
以及一個質量為太陽一半的伴星
黑洞強大的引力會吸引伴星的物質
並在黑洞周圍形成溫度非常高的吸積盤
而且還會產生運動速度接近光速的噴流
熾熱的吸積盤和噴流會輻射出強烈的X射線
在X射線亮度中經常會觀測到準週期振盪（QPO）
這是指X射線強度會以一定頻率閃爍的現象
在對這一系統進行觀測後
中國慧眼在9月釋出了最新的觀測結果
在高於200keV以上的能段
發現了黑洞雙星系統的低頻QPO
是迄今為止發現的能量最高的低頻QPO現象
這一次
慧眼衛星的觀測將噴流的源頭
定位到距離黑洞百公里處的區域
是迄今為止觀測到的
距離黑洞最近的相對論噴流
8.銀河系內的快速射電暴
離開雙星系統
我們前往另一個緻密天體
SGR 1935+2154
這是銀河系中的一顆磁陀星
一顆高度磁化的年輕的中子星
距離地球約3萬光年
今年4月
天文學家透過空間望遠鏡
先是看到了這顆磁陀星的多次X射線和γ射線爆發
之後地面望遠鏡又探測到了FRB
FRB，即快速射電暴
是僅持續幾毫秒的射電波的明亮爆發
自2007年被發現以來
天文學家就迫切的想要知道
究竟是什麼產生了FRB
它是射電天文學最大的謎題
過去
已探測到的FRB均來自遙遠的深空
遠在銀河系之外
直到今年11月
三篇發表自《自然》的論文
目前科學家無法確認
是否所有的FRB都與磁陀星有關
但可以確認的是
磁陀星可以產生FRB
9.繪製銀河系地圖
恆星的軌跡。| 圖片來源：ESA/Gaia/DPAC; CC BY-SA 3.0 IGO. Acknowledgement: A. Brown, S. Jordan, T. Roegiers, X. Luri, E. Masana, T. Prusti and A. Moitinho
無論是太陽
還是磁陀星
或是黑洞
都只是銀河系中的一員
銀河系所包含的天體數量極其驚人
今年12月
蓋亞衛星釋出了新一波的資料
使研究人員可以更詳盡地繪製銀河系地圖
新發布的資料包括了超過18億個天體的
位置、距離和運動的詳細資訊
基於新資料
研究人員還模擬了
在未來40萬年中
位於太陽系326光年範圍內的
4萬顆恆星的運動路徑
10. 發現中等質量黑洞
我們接下來要前往的地方
是非常遙遠的深空
距地球約170億光年
那裡曾發生了一場災難性的事件
事件的主角是兩個黑洞
一個質量為太陽的66倍
另一個質量為太陽的85倍
它們相互旋進並最終併合在一起
形成一個142倍太陽質量的黑洞
併合過程中會釋放出巨大的能量
以引力波的形式擴散到宇宙中去
最終被地球上的LIGO和Virgo引力波探測到捕捉到
這次的事件有兩個特殊之處
一是根據黑洞的常規形成機制來看
質量在65到135個太陽質量之間的黑洞是一個禁區
85倍太陽質量的黑洞應該無法形成才對
二是最終探測到的併合的黑洞質量
屬於中等質量黑洞
這是首次直接觀測到的中等質量黑洞
未來
當更多的類似事件被探測到時
將幫助科學家更好地理解黑洞
11. 測量宇宙中的重子密度
現在
讓我們回到宇宙誕生的最初時刻
在大爆炸後大約一秒鐘
宇宙就像是一鍋滾燙的粒子湯
其中包括了大量的中子和質子
隨著宇宙的膨脹和冷卻
中子和質子在一系列的反應中
會結合形成輕元素的原子核
這個過程被稱為大爆炸核合成
在一項新的研究中
研究人員測量了其中一個核反應的速率
在這個反應中
一個質子與氘結合形成一個氦-3和一個光子
這次的實驗是在地底下超過一千米的地方進行的
以阻擋宇宙射線的干擾
新的測量是迄今為止最精確的結果
這一結果增強了物理學家對大爆炸核合成的理解
使得他們可以更精確地測量宇宙中普通物質的含量
根據新得出的資料
研究人員計算出由質子和中子組成的重子物質
佔今天宇宙總密度的4%
12. Sigma-8爭議
為了確定宇宙中物質的聚集程度，研究人員透過帕拉納爾天文臺的KiDS資料，分析了數千萬個星系的分佈。圖中黃色表示宇宙中密度較大的區域，粉色表示密度較低的區域。| 圖片來源：B. GIBLIN, K. KUIJKEN KIDS TEAM (SKY SURVEY); Y. BELETSKY/ESO
過去幾年
宇宙學中最大的爭議便是
宇宙究竟膨脹的有多快？
這一爭議源自於兩個同樣精確的測量
卻給出了不一致的結果
然而一波未平一波又起
今年
天文學家在分析了3100萬個星系後
發現宇宙比理論預測的更加均勻
換句話說
宇宙中的星系和其他物質
並沒有像預期中的那樣聚集在一起
更確切地說
這一爭議被稱為Sigma-8爭議
這一引數反映了宇宙中物質的密度
以及物質聚集的程度
但兩種完全不同的方法卻給出了不一致的值
這或許是因為在計算中隱藏著統計誤差
又或許是因為宇宙學模型出了問題
要更好地理解這一差異
或許還需要以更高的精度來對資料進行全面評估
以此來確定宇宙的物質密度
火箭：NASA/JPL-Caltech
蓋亞衛星：ESA/ATG MEDIALAB; ESO/S. BRUNIER
中等質量黑洞：N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno, SXS
Sigma-8爭議：ESO/T. Preibisch