Category Archives: 天文新聞

宇宙學家繪製暗物質動力學新地圖

星系分佈轉換為物質流與速度詳圖
一組由來自英國,法國,德國的宇宙學家組成的國際團隊,利用先進電腦模擬技術,首次將星系分佈轉換為物質流與速度的詳盡地圖。

英國樸茨茅斯大學(University of Portsmouth)宇宙與重力研究所的弗洛朗·勒克萊爾(Florent Leclercq)博士指出,暗物質是一種尚未知的物質,科學家相信宇宙的質量總和超過八成,因為它不會發射或反應它的分佈和演化是不可直接觀察到的,必須被推斷出來。

研究人員使用了從2000年至2008年期間從斯隆數字天空調查(Sloan Digital Sky Survey)獲得的傳統調查數據,這是對宇宙的一項主要立體調查。該調查有超過九十萬個星系的五分之一的天空和光譜的深色多色圖像。新的黑暗物質地圖覆蓋了北方天空,距離達到了六億秒差距,這相當於回顧了大約二十億年。研究人員利用了一套相位空間分析工具,建立在2015年的研究基礎上,重建了附近宇宙的初始狀態。

【圖、文:林景明節譯自英國樸茨茅斯大學新聞公佈】研究全文刊登在已經出版的《宇宙學與天體粒子物理學學報》

研究指出月球內部可能含有大量的水分

月球上古代火山沉積物中
人類曾經認為是乾燥的月球,內部可能含有大量的水。美國布朗大學(Brown University)研究人員借助衛星數據,分析月球上古代火山沉積物後得出的最新結論。硏究指出,月球表面數量眾多的火山沉積物裡,含有異常高含量的水,這進一步顯示,月幔中可能也水分含量驚人。

人們曾一度認為月球內部沒有水。直到2008年,科學家分析了上世紀六七十年代太陽神探月任務從月球帶回的火山玻璃珠,才第一次找到了月球內部有水的證據。玻璃珠由月球火山噴發的岩漿迅速冷卻後形成,形如鵝卵石。科學家後來又找到了月球內部含水的更多證據,但一直不清楚是月球內部大部分區域有水,還是只有一些異常的小區域含有豐富的水分。

為此,布朗大學的拉爾夫·米利肯(Ralph Milliken)等人分析了印度月船一號探測器上月球礦物測繪儀的測量數據,結果在月球表面幾乎每一處火山沉積物裡都發現了水存在的證據,包括太陽神任務中採集火山玻璃珠的那些地點。

研究人員說,這些含有豐富的水分的沉積物遍布月球表面,說明在太陽神任務所獲樣本中發現水分並非偶然,可推測出月幔不只是一小部分區域含有豐富的水分。不過,月球內部水的確切來源仍是個謎。他們指出,這項發現對未來探索月球意義重大,有可能為在月球上如何獲得水提出了一個新的替代方案。

【圖:布朗大學;文:節錄自國家航天局網頁;新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在已經出版的英國《自然·地球科學》雜誌

美國太空總署測試太空中回收水的新方法

美國太空人操作毛細管吸附劑設施
許多在地面上很容易完成的任務,到了太空中就變得很困難,例如:回收水。美國太空總署正在國際太空站上測試一種新系統,希望藉助蒸發與毛細管作用兩個簡單過程在太空中可靠地回收水分。當前國際太空站的生命支持系統需借助昂貴的特殊設備分離液體與氣體,其中有許多涉及旋轉或運動的部件,任何一個部件受損都可能導致水污染或者系統失靈。

最新研究使用的系統由不同尺寸的小型立體打印結構組裝而成,目標是帶來可靠性較高的水回收方法,以便在發生電力故障或其他機械系統故障時保證太空人有足夠的用水。

這項研究分為兩個部分,一個是水分的蒸發。按照項目研究者的話說,如果能在太空控制蒸發,那麼你能做各種各樣的事,包括回收尿液裡的水分。所測試的結構能組裝成各種各樣的幾何形狀並註滿水,地面人員將分析水在這些裝置裡隨時間推移而蒸發的情況,以獲得水在微重力下蒸發的量化數據。

另一個研究部分是使用一系列類似瀑布的結構,借助吸附劑除去水中的二氧化碳。在這個過程中,毛細管的獨特表面形狀產生的表面張力發揮類似重力的作用,驅動水在缺少重力的太空環境中落下。

美國太空總署指出,複雜問題的最佳解決方案有時也是最簡單的解決方案。最新研究將有益於設計輕量級、更可靠的生命支持系統,從而應用在未來探索火星等深空任務中。此外,研究成果也可能幫助在地面設計更有效的水分蒸發、回收與淨化系統。

【圖:美國太空總署;文:節錄自科學網頁;新聞訊息由林景明提供】

中國在青海設立首個火星模擬基地

青海省海西州大柴旦紅崖地區
中國在青海省海西州大柴旦紅崖地區設立首個火星模擬基地,這個地區在地貌、地質、物質成分、化學過程方面都和火星類似,可以作為模擬的火星試驗場。基地對火星基礎科學研究、火星探測工程和未來火星生活模擬訓練具有重要價值。

火星在地貌、地質和物質成分方面都有一些特殊的特徵。例如:地貌為荒漠,沒有植被覆蓋,地質上有河流、湖泊乾涸的沉積物,物質成分方面有大量硫酸鹽、高氯酸鹽等水流乾涸後的遺留物等。而該基地在上述三個層面有類似於火星的特徵,這也是選擇成為火星模擬基地的原因。

中國科學院國家天文台研究員鄭永春表示,類似的火星模擬基地是開展火星科學基礎研究,進行火星與地球對比研究的天然實驗室。 例如:通過採集鹽類,在地面實驗室重現火星鹽類的形成過程,在溫度較低、大氣密度是地球0.6%的火星氣候條件下發生了什麼樣的化學過程,進而推測當時的氣候環境。鄭永春舉例說明,通過這樣的類比研究,可以反過來分析火星上是否有過大規模流水、曾經的海水鹽度是多少、當時火星溫度如何等信息,因而對火星研究十分有價值。

但鄭永春也強調,模擬基地與火星的地質地貌條件只是在某些方面相似,並不是完全相似。因而,在通過相關研究對火星的情況進行考察的同時,也可以實現對火星和地球的對比實驗研究,這也是科學家比較感興趣的話題。火星模擬基地還可進行火星探測器的工程驗證、火星探測科學儀器的地面標定,對火星探測的工程研製亦有重要意義。

這個火星基地的主要作用是為2020年的中國火星登陸器提供測試場所。中國科學院國家天文台研究員苟利軍指出,就好比之前在月球車登陸月球之前,我們也需要進行月壤模擬,這個基地就是類似的目的。苟利軍錶表示,最簡單的就是解決火星車在這樣的地形中如何運動,還有如何解決降落的問題,這些都需要模擬。 要選擇地形和火星有些相似的地方,這樣才具有實際的實驗效果。同時,基地還可以作為未來火星生活模擬訓練場所,為太空人和未來火星移民訓練提供支持。

【圖:互聯網;文:節錄自科學網頁;新聞訊息由林景明提供】

火星地質特徵之謎可以用小行星撞擊學說解釋

太空船拍攝的火星照片
四十多億年前,一顆巨大的小行星撞上火星,把火星北半球撞飛了一大塊,飛濺的碎片逐漸凝結成兩顆衛星。一項最新研究說,這一場景可以很好地解釋火星一些地質特徵。

火星南北半球差異顯著:北半球地勢較低,相對光滑平坦;南半球地勢較高,崎嶇不平。科學家曾對此提出不同假說,包括小行星撞擊、火星板塊運動、遠古海洋影響等。此外,火星的物質成分與地球有明顯差異;其兩顆衛星的形狀和成分也比較特別。這些火星地質特徵之謎一直令人類困惑。

美國科羅拉多大學博爾德分校日前發佈公報說,該校科學家與日本東京工業大學同行合作研究,認為小行星撞擊假說可以一次性解釋這三個問題。

火星隕石成分顯示,火星地幔中鉑、鋨、銥等稀有金屬含量較高。稀有金屬通常存在於固態天體的地核裡,而不是包裹地核的地幔。這意味著,火星可能在形成早期受過撞擊,外來天體留下了過多的金屬元素。

研究人員估算,稀有金屬約佔火星總質量的0.8%。電腦模擬顯示,要在火星上留下這麼多稀有金屬,需要在44.3億年前由一顆直徑一千二百公里的小行星撞擊火星,加上此後一串小規模撞擊。

這顆小行星的撞擊對火星地殼造成了巨大影響,形成了火星南北半球迥異的狀況,也符合北半球地表比南半球年輕的事實。此外,撞擊產生的碎片在繞火星軌道上形成一個環,環中的物質逐漸聚集形成火衛一和火衛二,導致這兩顆衛星由一部分火星物質和一部分外來物質組成,就像人類觀測到的那樣。

【圖:美國太空總署;文:節錄自科學網頁;新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在已經出版的《地球物理通訊》月刊。

哈勃太空望遠鏡拍到起源充滿爭議的火衛一

哈勃太空望遠鏡拍到火衛一移動路徑
哈勃太空望遠鏡依靠其銳利的視覺,在火星軌道上拍攝到火衛一(Phobos),它不僅是太陽系中的小衛星,也是太陽系中目前與其主星距離最近的衛星之一,甚至仍在不斷靠近,最終它將可能因此而隕滅。

火星的兩顆天然衛星都非常小,其中,火衛一相對較大,離火星也更近;而火衛二(Deimos)則是整個太陽系中目前最小的衛星。火衛一儘管很早就被人類發現,但卻是在已經發現約一百年後,才由水手七號首次拍得了一張簡單模糊的照片,而且由於它距離火星表面六千公里掠過,以至於從火星表面的任何角度,都無法在地平線上看到它。

哈勃太空望遠鏡此次觀測的本意是拍攝火星,但在二十二分鐘的時間內,哈勃望遠鏡進行了十三次單獨曝光,讓天文學家們得以製作出延時視頻,顯示出了火衛一的軌道。天文學家表示,因為這顆衛星實在太小,哈勃拍攝的照片中,它看上去就像是顆星星一般。火衛一在7小時39分鐘內就完成了一次公轉,遠快於火星的自轉。也因為運行速度快,它每天有兩次西升東落的過程。

團隊成員表示,火衛一顯然正被火星的引力撕扯,它現在每過一百年就會接近火星1.98米左右。科學家預測,在三千萬到五千萬年之內,它或將會墮落火星球而粉身碎骨,或被撕毀後散落在火星周圍。

火衛一和火衛二的起源目前仍充滿爭議。由於這兩顆衛星的組成材料與小行星相同,且其形狀不規則,因此,一些天體物理學家認為,火星的衛星很可能來自小行星帶。

【圖:美國太空總署;文:節錄自國家航天局網頁;新聞訊息由林景明提供】

雲南天文台利用雙星模型解釋球狀星團中的恆星代溝

雙星相互作用產生的鈉-氧反相與球狀星團觀測樣本對比圖
球狀星團是由數十萬顆到數百萬顆被引力緊密束縛的恆星所組成的恆星集團,因其外形類似球形而得名。它們是我們銀河系中的活化石,能讓我們了解銀河系的遙遠歷史。球狀星團中的恆星一直被認為是屬於同一時代的,從而用來檢驗恆星演化理論,然而哈勃空間望遠鏡給出的觀測結果表明這些恆星之間存在代溝。不僅它們的化學組成存在差異,而且它們在赫羅圖中的分佈也完全不像同一代人。

球狀星團中的恆星代溝嚴重阻礙了人們對球狀星團形成和演化的認識,因此,如何解釋這一代溝已經成為眾多國際研究團隊的重要研究課題。人們曾猜測這些恆星也許是屬於不同時代的兩代人,而這兩代人可能是誕生於同一星團的兩次恆星形成過程,或誕生於不同的星團中,然後這兩個星團再走到一起。但人們在非常年輕的星團中沒有觀測到產生兩代恆星的誕生過程,而理論計算給出兩個星團走到一起並完全混合的可能性也非常小。因此,如何解釋球狀星團中恆星之間的代溝就成為一直困擾著研究人員的一大難題。

雲南天文台韓占文研究團組提出球狀星團中恆星之間的代溝可能是因為雙星相互作用造成的。恆星在誕生的時候,有的是成雙成對(即雙星),而有的恆星則是單個的。雖然它們都是屬於同一時代的恆星,但成雙成對的恆星會相互影響,經歷並合或物質轉移之類的物理過程,成為質量更大、旋轉更快的恆星,從而表現出與單個的恆星不同的氣質,例如不同的亮度、溫度和表面化學豐度,特別是球狀星團中的恆星鈉-氧(Na-O )豐度反相關。這就造成了球狀星團中同一代恆星之間存在代溝。

【圖、文:節錄自中國科學院雲南天文台網頁;新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在已經出版的《天體物理學報》期刊

來自十一光年外紅矮星奇特訊號之謎解決

地球同步軌道衛星的位置
波多黎各大學阿雷西博(University of Puerto Rico at Arecibo)分校的天文學家發現一些非常特殊的訊號,從一顆距離地球10.89光年紅矮星發出。

這些神秘的訊號在互聯網上熱烈討論,有人認為,這顆編號羅斯(Ross)128的紅矮星上,可能發現外星生命。儘管天文學家已經努力嘗試向公眾辟謠,但是仍然有人向這方面猜測。

通過召集世界專家參與追尋,加利福尼亞大學的伯克利搜尋地外智慧生物研究中心(SETI Berkeley Research Center)得出結論,天文學家檢測到奇怪的訊號,是來自一顆遙遠的地球同步軌道衛星的干擾。

【圖:互聯網;文:節譯自物理學機構網頁】

新研發的視力增強望遠鏡將顛覆傳統業餘天文觀測工作

視力增強望遠鏡
美國搜尋地外智慧生物(Search for ExtraTerrestrial Intelligence,簡稱 SETI)研究所和法國企業Unistellar昨日宣佈合作,將一台新設計的望遠鏡商業化,為業餘天文學家提供無與倫比的宇宙視野,並提供直接為尖端科學貢獻的機會。

Unistellar的新視力增強望遠鏡(eVscope)利用視力增強影成像技術,現在提供了三種從未在競爭激烈的大眾天文望遠鏡儀器市場中出現過的獨特功能。這些功能包括:

(一)望遠鏡通過積聚光線並將影像投影到望遠鏡的目鏡之中,令到非常微弱的天體都能夠在望遠鏡中顯現非常清晰,細緻的影像。視力增強技術模擬更大的反射望遠鏡的聚光能力,從而為業餘天文學家對於一些以前無法觀看到的深空天體提供前所未有的視野。

(二)利用導航衛星的功能,望遠鏡可以自動偵測天空視場(Autonomous Field Detection,簡稱 AFD)使到視力増強望遠鏡能夠精確鎖定目標天體,而無需複雜的尋星、對準和追蹤程序或者採用昂貴的赤道儀。由於AFD智能指向跟蹤,無論新手到資深的天文學家可以花更多的時間觀測,並且由始至終都知道他們在看什麼。得益於輕易獲取數千萬個天體的坐標數據庫,該系統還能夠提供幾乎任何天體給用戶觀賞和觀測。

(三)聯合觀測模式是搜尋地外智慧生物研究所開發的革命性和令人興奮的功能,它利用望遠鏡的先進成像技術,並允許世界各地的用戶參與聯合觀測活動,對研究人員特別感興趣的天體進行拍攝和收集數據。在聯合觀測模式下,圖像數據將自動發送到搜尋地外智慧生物研究所位於美國矽谷總部的數據庫。然後,國際科學家可以在不同的日期和時間從世界各地數以千計的望遠鏡獲取前所未有的特定天體的圖像數據。這樣反過來可以使到新的發現同時增強我們對我們周圍的宇宙的理解。

Unistellar 總裁洛朗·馬菲斯(Laurent Marfisi)指出,傳統高端的天文望遠鏡是觀察主要行星的絕佳工具,但是對於觀看更遠,更暗的天體而言,它通常令人失望,這些天體基本上對業餘天文學家來說是無法觀測到。 我們新研發的望遠鏡將通過允許人們即時觀測來改變業餘天文學家的局限,至今為止這些只有在書本或網上才能使用的天體圖像天體。我們的一枝114厘米(四吋半)視力増強望遠鏡就可以觀測到比冥王星更暗的天體,它的靈敏度等同一枝一米口徑的大望遠鏡!

這枝望遠鏡已經交給搜尋地外智慧生物研究所測試它的聯合觀測模式功効和開發數據網絡。首度眾籌活動預計在今年秋季推出,屆時天文愛好者可以用不到一千美元(大約港幣7,810元,新台幣30,450元,人民幣6,765元)購買。

【圖:Unistellar、文:節譯自搜尋地外智慧生物研究所網頁】

請按左下角「外部連結」觀看有關介紹影片

https://www.youtube.com/watch?v=_5DllYa97UY

天文學家重現仙后座A超新星殘骸放射性同位素分佈

仙后座A中鈦和鎳的放射性同位素分佈位置
日本理化學研究所(riken institute)的一個國際聯合研究小組利用最新電腦模擬,成功再現了大約三百四十年前爆發的超新星殘骸仙后座A中鈦和鎳的放射性同位素分佈位置。由於這種分佈能直接反映中子星爆炸的情況,有助於解開超新星爆發之謎。

質量超出太陽八倍以上的大質量星誕生之後,經過數百萬年穩定進化,星體中心大部分由鐵形成核。核的質量超過太陽質量倍半後,就會由其自身重力作用發生塌縮,形成半徑約十公里的中子星。誕生初期的中子星密度大於原子核,溫度可達到攝氏五千億度,產生大量質量近乎為零的基本粒子中微子。

引發超新星爆發的物理過程是五十年來的未解之謎。關於爆發機理最有力的一種學說認為,熱中子星內部釋放的中微子的一部分被周圍氣體吸收,氣體被加熱。通過中微子加熱氣體出現激烈運動,就如燒開的水壺蓋子被噴飛一樣,激烈的氣體泡引發了超新星爆發。

此時釋放出的熱物質中,有合成的鈦與鎳的放射性同位素鈦44(質子數22、中子數22)和鎳56(質子數28、中子數28)等重元素,之後鈦44衰變為鈣(質子數20)的穩定同位素,鎳56衰變為鐵(質子數26)的穩定同位素。衰變熱導致超新星持續數年發出耀眼光芒。

中微子加熱煮沸的氣體,其衝擊波呈非球對稱型擴散。迄今為止,已觀測到多數超新星殘骸釋放出的大規模非對稱性衝擊波。

研究小組對鈦44和鎳56等重元素合成進行了計算。結果發現,中子星受到的衝擊越強,鈦44與鎳56的空間分佈的非對稱性越大。這是由於它們是在超新星的最深部位,即中子星近旁產生,因此空間分佈最直接反映爆炸的非對稱性。

【圖:天體物理學報;文:節錄自國家航天局網頁;新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在已經出版的《天體物理學報》