天文新聞

原始月球曾短暫擁有熾熱金屬大氣層

月亮表面上的高低地形右側可能保存月球大氣的早期記錄。
月球是冷冰冰的,大氣層稀薄到相當於沒有。但美國宇航局科學家模擬發現,四十多億年前月球剛誕生時,曾短暫擁有熾熱的大氣層,其中富含金屬元素。

目前科學界一般認為,月球誕生於太陽系形成早期,地球當時與一顆火星大小的原始行星發生碰撞,飛濺的碎片凝聚形成了月球。英國《新科學家》雜誌最近報導說,美國宇航局戈達德航天中心的科學家以此為基礎,模擬了月球剛剛形成時的情形。

初生月球的表面覆蓋著熔岩海洋,其表層受到三個來源的熱量影響:早期的太陽,剛剛經歷過撞擊、熱輻射很強的地球,以及熔岩海洋自身。模型顯示,這些因素會使月球表面產生熾熱的大氣,大部分集中在面朝地球的那一面,主要成分是氣態的鈉和二氧化矽。

研究人員說,月球大氣層起初可能覆蓋了三分之二的月球表面,溫度超過攝氏一千七百度。正對地球的地點壓強可能達到上萬帕斯卡,大約相當於現今地球海平面氣壓的十分之一。離該地點越遠,壓強越低。巨大的氣壓差產生強勁的風,從正對地球的地點刮向背對地球的一面,速度最高可超過音速,在熔岩海洋上掀起波浪,並將大量物質和能量轉移到月球背面。

這個原始大氣層非常短命,可能只維持了一千年左右。隨著月球逐漸遠離地球,表面溫度越來越低,熔岩海洋的表層逐漸凝固形成硬殼,大氣也越來越稀薄。大氣成分有的凝固沉積下來,有的逃逸到宇宙空間。

【圖:互聯網;文:節錄自國家航天局網頁;新聞訊息由林景明提供】

激光干涉太空天線開路者號實驗遠超預期

正在測試的激光干涉太空天線開路者號衛星
激光干涉太空天線開路者號(Laser Interferometer Space Antenna Pathfinder,簡稱 LISA Pathfinder)是歐洲太空總署的太空探測器,於2015年12月3日發射升空。任務是對於演化激光干涉太空天線所需的科技進行檢驗。演化激光干涉太空天線是歐洲太空總署計劃於2034年射入太空的一座重力波天文台。

7月1日,衛星完成了其技術測試任務,以探索在靜止的空太中測量重力波。去年,該衛星的表現已經超出預期。而此次成功讓歐洲太空總署批准給予全面感知宇宙重大事件的項目優先權,這些事件難以在地球上發現。

激光干涉太空天線開路者由三個置於邊長為數百萬公里的三角形的三個頂點上的探測器組成,以便使其對更長的重力波較為敏感,例如由更大的黑洞碰撞產生的波紋。

最終的重力波天文台將試圖通過這三個LISA探測器在自由落體運動中漂移時對激光的反彈,發現空間的拉伸和壓縮現象。因為這些物體將受到其他所有外部力量的保護,按理論只有重力波能擾亂它們自由落體的同步性,而這個干擾將會影響激光頻率。

LISA開路者號的目標是展示這樣的變化能在失重狀態下測量,精度可達一皮米(picometre)。高精度推進器將調整LISA開路者號的路線,以便探測器內部的兩個實驗立方體能自由下落,而不受外部軌道運行的干擾。

2016年2月,LISA開路者號也宣佈取得勝利。它雖然沒有發現重力波,卻表示能探測到為1皮米的百分之一的微小運動,探測器的性能被提升到另一個量級。

到今年6月初,LISA開路者號幾乎用完了所有推進器燃料,而地面指揮中心使用剩餘染料將其推離現有軌道,並進入最終的太陽軌道。 7月1日,LISA開路者號停止收集數據,7月18日,它將永久休眠。

【圖:歐洲太空總署;文:節錄自科學網頁;新聞訊息由林景明提供】

長征五號遙二火箭飛行出現異常發射任務失敗

電視新聞畫面截圖
今日黃昏19時23分,搭載實踐十八號衞星的長征五號遙二運載火箭,在海南文昌航天發射場發射升空,大約40分鐘後,火箭飛行出現異常,失去聯絡,發射失敗。官方未有指出失敗原因,表示將會組織專家對故障原因進行調查分析。

【圖、文:綜合自互聯網新聞報導;新聞訊息由林景明提供】

明年質量基本單位將重新定義美國公佈普朗克常數最精確測量結果

用來量度普朗克常數的瓦特天平
美國國家標準技術研究所(National Institute of Standards and Technology,簡稱 NIST)公佈,研究人員斯蒂芬·史蘭明格(Stephan Schlamminger)團隊公佈測得的普朗克常數(Planck constant )是至今為止最精確數值,並趕在國際度量衡委員會(CIPM)規定今年7月1日的最後期限之前,向《度量學》期刊提交了這一重要結果。 CIPM計劃在2018年11月召開大會,對質量單位千克進行重新定義,改用普朗克常數測量值為基準。

在國際單位制的七個基本單位中,只有質量單位千克用實際物體定義,其他單位都是以自然常數定義。定義千克的實物,是一塊用90%鉑和10%銥打造的標準砝碼,即存放在法國國際標準局保險箱內的國際千克原器(IPK)。但這種實物基準容易受環境影響,法國的IPK過去一百多年來增重了五十微克,導致與質量有關的測量出現偏差,已經不能滿足現代高精尖科技發展的需求。

國際度量衡委員會因此決定,將在2018年改用普朗克常數為基準,重新定義質量單位,從而將所有基本單位都改用自然界基本常數來定義。按規定,在今年7月1日之前,必須有4家機構向國際科技數據委員會(CODATA)提交普朗克常數測量值,且其中一種的測量精確度要達到2×10^-8,另三種的測量精確度要達到5×10^-8。

而這次,美國技術標準局利用瓦特天平測量儀,將普朗克常數的測量精度從去年的3.4×10^-8提高到1.3×10^-8,來自加拿大國家研究院的另一個瓦特天平的測量結果以及另兩個以其他方法進行測量的結果,精確度都符合國際度量衡委員會的要求。

【圖:美國國家標準技術研究所;文:節錄自科學網頁;新聞訊息由林景明提供】

《星球大戰》作者及故事中的塔圖因行星獲得小行星命名

《星球大戰》天行者家族的故鄉塔圖因行星
對於廣大星戰迷來說,如果有以星戰角色命名的小行星,一定是非常振奮的。根據6月30日國際小行星中心發佈的第105284號《小行星通告》,第278141號小行星命名為 Tatooine 塔圖因。

塔圖因是《星球大戰》的世界觀中天行者家族的故鄉行星。它設定為一顆巨大的沙漠行星,屬於星系外環(Outer Rim)的阿卡尼斯區域(Arkanis Sector),是一顆圍繞著一個雙星系統運動的行星。

此外,第16740號小行星命名為 Kipthorne,基普·索恩(Kip Stephen Thorne,1940年6月1日- )是《星球大戰》作者,他是一位美國理論物理學家,主要貢獻是在引力物理和天體物理學領域。索恩和英國物理學家斯蒂芬·霍金,以及美國天文學家、科普作家、科幻小說作家根卡爾·薩根(Karl Sagan)保持了長期的好友和同事關係。2009年以前一直擔任加州理工學院費曼理論物理學教授,是當今世界上研究在天體物理學領域的廣義相對論理論與實驗的領導者之一。

【圖:互聯網;文:林景明節譯自國際小行星中心第105281號《小行星通告》】

中國國家天文台研究發現月球探測活動支持低頻重力波探測

兩個互相環繞的重物產生重力波時空漣漪
中國科學院國家天文台月球與深空探測研究部平勁松研究員聯合召集和參與的一項地月高精度微波測距測速技術研究顯,借助嫦娥月球探測中繼通訊導航衛星,或者藉助月球登陸器與地月平動點L4、L5 位置的導航衛星,在實現對地月定位導航授時的同時,有機會通過超高精度的衛星間距離和速度的連續測量,支持對低頻重力波的探測。

合作團隊借助嫦娥三號著陸器的星- 地測量鏈路,獲得了登陸器與地面測站之間的多普勒測量的功率譜密度,成功地給出1mHz 到0.05Hz 頻段內隨機背景引力波能量密度的上限約束,並對利用嫦娥四號衛星進行隨機背景重力波上限約束可行性進行了預期,約束結果會比嫦娥三號衛星好一個量級。

研究團隊還進一步獲得一百秒積分採樣條件下地月三十八萬公里距離的雙向鏈路上每秒2微米的速度測量能力,並證實了隨著測量積分時間加長,速度測量精度按簡單線性比例提高的特性。考慮月球的運動週期的限制,使用這種方法在地月空間尺度上觀測對一千至五十萬秒左右週期的低頻引力波感度最佳。這項技術採用星間鏈路時,可以規避地球轉動、板塊運動、地震、大氣電離層等對測量的影響,對空間低頻重力波探測比星地微波差分鏈路更加具有優勢,為探索空間低頻重力波提供了一個全新的概念思路和技術途徑。

【圖:激光干涉重力波天文台;文:節錄自中國科學院國家天文台網頁;新聞訊息由林景明提供】

天河二號模擬出宇宙暗物質和中微子演化進程

天河二號超級電腦
由北京大學科維理天文與天體物理研究所(Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics)博士後于浩然與北京師範大學天文系教授張同傑等組成的科研團隊,利用天河二號超級電腦完成了三兆顆粒子數的N體數值模擬,顯示宇宙大爆炸一千六百萬年之後至今約一百三十七億年的暗物質和中微子的演化進程。該模擬首次發現了中微子(neutrino)在宇宙結構中的凝聚效應,開闢了一條獨立測量中微子質量的道路。

中微子是自然界中的基本粒子之一。它在宇宙大爆炸約一秒鐘後與其他等離子體物質退耦,形成看不見的宇宙背景。目前的物理實驗和天文觀測都無法精確測量中微子的質量。

大規模宇宙學數值模擬依賴具有強大計算和存儲能力的超級電腦。該N體數值模擬於2015年初在天河二號上完成。其模擬粒子數超過美國Mira超級電腦進行的模擬,創造了新的世界紀錄。該研究成果的第一作者於浩然博士介紹說,N體數值模擬中的粒子數猶如攝像機的像素。粒子數越多,就好比攝像機的分辨率越高,越能清晰地還原宇宙演化歷史,降低中微子泊松噪聲(Poisson noise)的影響。

【圖:互聯網;文:節錄自科學網頁;新聞訊息由林景明提供】

綠堤望遠鏡拍攝無線波段中的獵戶座分子雲

獵戶星座雲氨分子呈現紅色星雲氣體呈藍色
一組天文學家利用位於美國西維珍尼亞州(West Virginia)的綠堤射電望遠鏡(Robert C. Byrd Green Bank Telescope),拍攝了獵戶座分子雲的圖像,這是一個欣欣向榮的恆星苗圃,擁有年輕,明亮的恆星和充滿熾熱的氣體。

綠堤望遠鏡通過檢測沉浸於星際分子雲中的氨分子發出的微弱訊號,得到這個圖像。天文學家研究這些分子雲,追蹤大型恆星形成過程中氣體的運動與溫度變化。

【圖、文:林景明節譯自綠堤望遠鏡新聞公佈】

木星是太陽系最老的行星

木星是太陽系最大和最古老的行星
一項來自美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory)和德國明斯特大學(University of Münsterin)的最新國際研究顯示,木星不單是太陽系最大的行星,也是太陽系最古老的行星。

硏究團隊在分析來自小行星的隕鐵中鎢和鉬的同位素時發現,隕鐵中的物質來自兩個完全不同的星雲,這兩個星雲曾相鄰共存,但在太陽系形成後的一百萬到四百萬年間被分隔開了。研究人員認為,出現這種情況最可能的解釋就是木星的形成,它的出現把當時太陽系中塵埃盤割開一個裂口,從而阻止了兩個星雲間物質的交換。

研究人員表示,由於木星是最大的行星,它的形成對太陽系今天的格局有巨大的影響。例如木星的形成可能阻擋了物質向太陽系內部的運送,這或許可以解釋為什麼太陽系沒有特性與地球相似、質量卻比地球大很多的超級地球。

【圖、文:節錄自互聯網新聞報導;新聞訊息由林景明提供】

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