2020年即將過去。無論人類經歷了多少痛苦、撕裂，或是欣喜、幸福，這365天對宇宙來說依然只是最微小的一瞬間。時間可以量化，而人生不能量化；空間可以量化，而存在不能量化；結構可以量化，而感受不能量化……在確定性中，不確定性又是我們所有快樂和悲傷的源泉......
2020年，全球疫情蔓延，不少天文臺都曾短暫關閉。即便如此，科研一線的天文學家們仍然與宇宙爭分奪秒取得了一些令人欣慰的進展。在此，我們選取了2020年十大天文事件，與大家分享。
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嫦娥五號成功發射並採樣返回
2020年即將結束之時，北京時間12月17日凌晨1時59分，嫦娥五號返回器在內蒙古四子王旗著陸場安全著陸，這標誌著探月工程嫦娥五號任務取得圓滿成功。歷經16年，中國探月工程之前設定的「繞、落、回」三步走任務終於圓滿完成。這也是繼蘇聯利用月球24號在1976年將月球表面樣本送回地球之後，人類終於再次獲得了來自月球的珍貴樣品，而這一次等待了44年。
12月17日1時59分，探月工程嫦娥五號返回器在內蒙古四子王旗預定區域成功著陸，標誌著我國首次地外天體採樣返回任務圓滿完成。來源／中國探月
此次嫦娥五號著陸點選擇在月球正面風暴洋東北角的玄武巖區域，根據中國科學院國家天文臺研究員、探月工程三期副總設計師李春來在國務院新聞辦舉行的新聞發布會上的解釋，俄羅斯和美國的九個採樣點，都在月球緯度30度的範圍，嫦娥五號的採樣點選擇了43度的風暴洋東北角的玄武巖區域，是全新的採樣區域和全新的樣品研究。此次最終返回採樣1731克。所有樣品已經於2020年12月19日由國家航天局轉交給國家天文臺保存解封，這裡建有國內首個月球樣品實驗室。通過對這些全新區域、全新樣品的研究，將加深我們對於月球表面的風化作用、火山作用和區域地質背景、區域地質演化方面等方面的理解。
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多國成功發射火星探測器
火星一直是人類特別嚮往的一顆行星。在時隔26個月之後，終於又在七、八月份再一次迎來了火星發射的窗口。儘管疫情肆虐，阿聯、中國和美國還是分別發射了自己的火星探測器。
天問一號火星探測器飛抵火星（想像圖）
北京時間2020年7月20日5時58分，希望號火星探測器在日本種子島宇宙中心發射升空的，將於2021年2月9日抵達火星附近。這是阿聯史上首次，也是阿拉伯世界首次的太空探索。就在希望號發射3天後，中國於2020年7月23日12時41分由長徵五號遙四運載火箭從海南文昌航天發射場，發射了自主研發的「天問一號」火星探測器，將探測器成功送入預定軌道。自發射到12月14日，天問一號運行狀態良好，飛行裡程已經達到3.6億公裡，距離地球超過1億公裡，距離火星約1200萬千米。天問一號計劃在2021年2月到達火星，5月擇機實施降軌，軟著陸火星表面。同樣，美國也利用這個火星發射窗口，於北京時間7月30日的晚上7點50分，在佛羅裡達州卡納維拉爾角空軍基地發射了毅力號火星探測器，預計於2021年2月18日到達火星。
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太陽內部CNO循環被直接驗證
11月，英國《自然》雜誌發表的文章，科研人員利用位於義大利的格蘭薩索國家地下實驗室（LNGS）中的太陽中微子探測器（Borexino），首次直接測定了CNO循環中所產生的中微子流量。此次探測實驗的主要難點在於如何確定過剩信號：每100噸目標每天只有幾個高於背景的計數，這歸因於CNO中微子的相互作用。
Borexino探測器內部（左）與太陽的拼接圖。利用位於義大利地下實驗室的Borexino探測器，科學家首次直接探測到太陽內部碳-氮-氧（CNO）循環產生的中微子流量。來源／Borexino Collaboration/Maxim Gromov
在過去五年中，探測器熱穩定方面的進展使科研人員開發出一種新的方法來減少探測體的汙染率，從而能夠首次作出這個測量。這一結果為利用CNO中微子直接精確測量太陽金屬豐度奠定了基礎。這個發現將太陽中CNO聚變的相對貢獻率限定在1%左右，而非之前的7%。當然，在大質量恆星中，這還是主要的能量產生過程。這項工作為宇宙中大質量恆星將氫轉化為氦的主要機制提供了直接的實驗證據。
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黑洞研究獲諾獎 中等質量黑洞首發現
說到黑洞，這是一個令人著迷的話題，也是最近幾年在大眾視野裡很有存在感的一個天文前沿課題。到目前為止，天文學家通過觀測已經確認幾乎每一個星系的中心都存在著至少一個超大質量黑洞。在黑洞的眾多研究者中，彭羅斯、根策爾和蓋茲以其在黑洞存在理論和銀河系中心黑洞質量測量方面做出的先驅性的貢獻，在2020年被授予諾貝爾物理學獎。
恆星的墓地。這張圖展示了多種恆星演化的歸宿，其中最為顯著的是引力波事件GW190521，這個黑洞併合事件後產生的黑洞，是迄今為止用引力波探測技術找到的最大質量的恆星量級黑洞。圖中藍色、紫色圓點分別為引力波探測和電磁波觀測的黑洞，橙色和黃色圓點分別是引力波探測和電磁波觀測的中子星。版權／LIGO-Virgo
引力波，作為一個非常有效的探測黑洞的窗口，自從被打開後，短短幾年之內，就有四十多對恆星量級的雙黑洞系統被發現。就在2020年9月，美國引力波雷射幹涉天文臺的LIGO合作組織發布了2019年5月21日探測到的一例事例（被命名為GW190521），這是在第三次運行中所探測到的。兩個質量分別為85和66倍太陽質量的黑洞合併成一個質量為142倍太陽質量的黑洞（根據不同的擬合方法，這個最終質量會有小的差別），其餘的9倍太陽質量的能量以引力波的形式釋放出來，正是因為能量如此之多，即使這對黑洞位於距離我們170億光年，也被地球上的引力波探測器探測到了。這是首次探測到中等質量的黑洞，而這次發現也是對超大質量黑洞形成途徑的一個間接支持。
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小行星採樣成功並返回
小行星通常被認為是太陽系形成時的時間膠囊，自從其誕生之時起，就沒有發生過變化。所以通過研究小行星，可以了解太陽系形成之初的性質，有助於理解地球水的來源以及生命起源問題。在經歷了6年的太空飛行之後，日本的隼鳥2號終於在2020年12月5日在地球附近和回收艙分離，載有小行星龍宮（Ryugu）樣品的回收艙在北京時間12月6日2時左右降落在了澳大利亞南部沙漠地帶。此次任務預定採集樣品質量是0.1克，然而最終返回的樣本最終達到了5.4克以上，遠超預期。
隼鳥2號小行星採樣想像圖。2019年2月，隼鳥2號進行了首次著陸、首次採樣。2019年4月，向龍宮表面釋放了一個撞擊彈，產生了一個10米大小的撞擊坑，並在2019年7月11日進行了表層之下的樣本採集。版權／JAXA
另外值得一提的還有冥王號（OSIRIS-Rex），是NASA發射的一個小行星探測器，目的是前往近地小行星貝努，並將少量樣本帶回地球進行研究。探測器在2016年9月8日發射升空，這是美國發射的第一個從小行星樣品採集並返回地球的任務。目前探測器將開始為2021年3月從貝努返回地球而做準備，到時將會是貝努小行星下一次距離地球最近的時間（即返回窗口）。返回艙計劃於2023年9月24日在美國猶他州的西部沙漠中著陸。
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阿雷西博坍塌退役 中國天眼順利驗收
1974年11月16日，一束包含有1679位數據的無線電信號通過一個305米口徑的望遠鏡發射向M13星團。這個望遠鏡就是赫赫有名、在科學界做出過無數貢獻、位于波多黎各的阿雷西博射電望遠鏡，它所發射的信號也被稱為阿雷西博信號。阿雷西博望遠鏡於1963年建成，在科學上作出了重大科學貢獻。就在這位功勳卓越的射電巨人準備度過57歲生日之前，兩個連接中間饋源艙的纜繩先後突然斷裂，導致觀測鏡面受損。12月1日，因為其它繩索也接連斷裂，整個重達900噸的饋源艙平臺從空中墜落，重重地摔在了中間的大鍋上，碎片一地。阿雷西博以這樣悲壯的方式結束了自己波瀾壯闊的一生。
阿雷西博望遠鏡於1963年建成，在其運行的57年間，曾經在科學上作出了重大科學貢獻。版權／Arecibo Observatory
所幸的是，幾年前的2016年9月25日，中國在貴州建成了世界上單口徑最大的500米球面射電望遠鏡，簡稱FAST，它的綜合性能達到了阿雷西博望遠鏡的10倍。經過幾年調試，FAST於2020年1月11日通過了國家驗收，正式投入運行。在試運行和正式運行的4年多的時間裡，FAST已經發現了一批脈衝星，還在幫助解決快速射電暴的產生機制方面做出了獨有貢獻，這項成果也入選了2020年英國《自然》雜誌的10大科學進展。
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新智彗星偶然出現 ATLAS大彗星碎裂
新智彗星的官方名稱為C/2020 F3（NEOWISE），是一個長周期的彗星，軌道近似接近於一個拋物線軌道，於2020年3月27日被美國的WISE衛星的NEOWISE項目所發現。發現之時，它是一個18等的天體；到7月中旬一段時間之內，彗星在整個晚上可見，甚為壯觀，吸引了無數愛好者的拍攝和專業人士進行研究。
彗星掃過北方天空，展現出長長的彗尾。淺色的塵埃彗尾呈現寬大的弧形，與之分離的藍色彗尾，是由彗發中物質被太陽風的磁場拖曳出來所形成的離子尾，在陽光作用下發出了螢光。版權／林子軒
而在今年早些時候，大家本來對另外一顆名為ATLAS的大彗星充滿希望。彗星ATLAS的官方名稱是C/2019 Y4，是撞地警報系統（ATLAS）在2019年12月28日發現的，當時預測的軌道周期為6011年。早期的觀測預測表明，它的亮度增加很快，很可能會達到0等。不過很遺憾的是，天文學家發現在3月22日發現，彗星呈現解體跡象，亮度在3月30日達到7等之後就一直降低。四月初，天文學家們發現彗星已經裂成了至少4塊；到20日左右，彗星裂成了25-30塊。5月中旬，即使通過望遠鏡觀察，彗星也變得很彌散，到21號完全看不到了。
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快速射電暴FRB新進展
快速射電暴可以說是繼伽馬射線暴之後另外一類讓天文學家著迷的宇宙現象。在過去幾年，隨著多種新的設備的投入使用，比如500米口徑的中國天眼射電望遠鏡FAST、加拿大氫強度映射實驗（CHIME）望遠鏡等，使得這個領域獲得了爆發式的發展。就在2020年，快速射電暴的產生機制獲得了重大進展。
2016年，天文學家首次確認發現了第一例重複的快速射電暴FRB121102，並首次確認了FRB121102的源頭，它來自於距離地球30億光年之外的一個矮星系外圍的恆星形成區。這個源的首次爆發是在2012年11月2日被阿雷西博望遠鏡記錄到。版權／ Danielle Futselaar
正是這些新的進展，讓我們對於快速射電暴的產生過程有了更為深入的理解。我們也可以看到，基於FAST望遠鏡的大口徑以及高靈敏度，在幫助我們理解這些宇宙謎團的過程中起到了無可替代的作用。有人曾說，對FRB的探索就像是在譜寫一本宇宙偵探小說，如今眾多望遠鏡已經幫助我們確認了一個重要「嫌犯」，讓我們期待2021年的更多觀測數據和精彩發現。
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金星生命爭議
2020年9月14日，英國《自然·天文學》雜誌發表了一篇題為《金星雲層中的磷化氫氣體》的研究文章。文章表明科學家通過望遠鏡發現了金星雲層中含有磷化氫。磷化氫在地球上是與生命有關，而且燃點很低，之前人們常說的的鬼火就是磷化氫的燃燒。所以這種氣體被認為是潛在的生物信號，可能是其它行星和天體上存在生命的證據。文章結果一經公布就引起了不少科學家和大眾的強烈興趣，尤其對於生命探測的科學家們而言，這猶如茫茫黑夜中的一絲亮光，讓他們看到了生命探測的曙光。
藝術家筆下的金星與磷化氫。2020年9月14日，《自然 · 天文學》雜誌發表了《金星雲層中的磷化氫氣體》的研究文章，科學家通過望遠鏡發現了金星雲層中含有磷化氫，這種氣體被認為是潛在的生物信號，可能是其他行星和天體上存在生命的證據。版權／ ESO / M. Kornmesser / L.Calçada 和 NASA / JPL / Caltech
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多波段銀河系圖景
1785年，英國的天文學家威廉·赫歇爾通過計數恆星，繪製出人類第一張銀河系全景圖。2020年12月，歐空局發布了蓋亞的第三次早期數據：基於34個月觀測數據而得到的恆星位置、運動、亮度和顏色等結果。相比較2018年的觀測數據而言，此次發布的恆星數目更多，從之前的16億顆恆星到目前的超過18億顆恆星，而且精度也有所提高，增加了至少1.2倍以上，對於自行速度的測量提高了1.9倍以上，成為人類歷史上最為精細的銀河系恆星地圖。而今年早些時候，6月19日，德國馬普地外所發布了一張有關銀河系的X射線巡天圖，有別於蓋亞衛星的光學波段，這張圖展示了銀河系在X射線高能波段的模樣。
歐洲空間局發布的基於蓋亞的銀河系恆星地圖。版權／ ESA
作者簡介 /
苟利軍，中國科學院國家天文臺研究員，恆星級黑洞研究團組首席科學家，中國科學院大學天文學教授。《中國國家天文》雜誌執行總編，北京天文學會副理事長。2020年被授予「中國航天科普大使」稱號。
郝方甲，《中國國家天文》特邀編輯，曾四次獲得中國新聞獎一等獎。
繼往開來 ~
編輯 / 紫曉 懷塵
中國國家天文
ChineseNationalAstronomy
本文經授權轉載自《中國國家天文臺》微信公眾號
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