【編者按】
2017年，科學家們探測到了來自雙子星併合的引力波，引力波探測設備LIGO的創始人也獲得了諾貝爾物理學獎。「卡西尼」號在完成了20年的使命後，莊重地告別我們，墜入火星。中國的「悟空衛星」完成了暗物質的探測，而Fast的500米單口徑的射電望遠鏡還在測試階段，就觀測到了許多脈衝星，但遺憾的是，「Fast之父」南仁東也在這一年離世……隨著這些熱點科學新聞事件的發生，天文學變得不再那麼「高冷」和遙遠，越來越多地進入到公眾的視野。在近日由《知識分子》、上海科技館、中國細胞生物學會聯合舉辦的一場科學傳播討論會上，國內數家科學媒體平臺向公眾分享了過去一年科學領域發生的重要事件。上海天文臺的左文文博士回顧了2017年天文領域的十大重要事件。不同於生物醫藥、人工智慧等熱門領域，天文學顯得比較孤單，但過去一年，它取得了諸多進展。是什麼讓科學家們對浩瀚的星空有著孜孜探索的動力？大概是人類在龐大的未知面前，始終懷有謙卑、好奇和熱情。
以下是左文文的演講內容：
大家下午好，我會帶大家一起來回顧一下2017年最受公眾關注的十大天文事件。
一、雙劍合璧，開啟多信使天文學時代
2017年，刷遍我們手機的當屬引力波。2017年引力波領域獲得了很多進展，比如這一年多次探測到了引力波事件，其中有一個也是唯一一個是來自雙中子星併合的引力波事件。這一次事件之後開啟了很多的第一次，比如說我們不僅看到了引力波，也看到了引力波的電磁波對應體，算是開啟了天文學當中的多信使觀測時代。
也許你們現在在問，什麼是電磁波，什麼是引力波？電磁波其實就是光，但是這個光並不只是我們常規理解的可見光，還有X射線、伽馬射線等，我們的手機信號、電視信號，這些都是電磁波。在我們看來，都叫做「光」。
引力波不同於電磁波，是彎曲時空的波動。一百年前，愛因斯坦就告訴我們，假如我們把四維時空比擬成一個二維的彈簧床，如果你在床上放一個物體，這個物體就會使彈簧床發生凹陷，對不對？那麼如果我使這個物體運動發生了改變，突然加速了，或者我使這個物體突然變重了、變輕了，會怎麼樣呢？這個凹陷程度會發生變化，然後這個凹陷的床面會使得它臨近的床面也發生變化。就像是這種變化往外傳播了。更形象的一個比喻，就好像是你扔了一個石塊，水面發生了擾動，擾動持續往外傳播。因此我們把引力波稱作是「時空的漣漪」。
空間彎曲的示意圖 圖片來源：網絡
當我們知道了引力波和電磁波之後，你可以想像一下，引力波的探測，可以讓我們知道，在那個地方最核心、最源頭發生了什麼，是雙黑洞併合，還是雙中子星併合？
電磁波的加入，則讓我們知道，後續發生了什麼故事。從這一次的雙子星併合事件來看，曾經天文學家知道，天上出現了短伽馬射線暴，就是伽馬射線突然變得很亮，然後慢慢變弱。天文學家知道有一種星，叫做千新星，亮度是新星的千倍以上。可是我們不知道，這些事是可以串在一塊的。這次事件，電磁波和引力波幾乎同時的探測，讓我們知道了原來整個故事的圖景是這樣的。雙中子星併合了，然後有短時標伽馬射線暴，然後我們能看到千新星的輻射。並且我們能解釋，宇宙當中那麼多比鐵還重的金屬是怎麼來的？這些本來是支離破碎的片斷，因為這個事件，我們可以串起來了。當然，這個串不是突然的，是我們在以前事件的積累上，發生的一次質變。
而且在這次的探測當中，中國的設備非常給力，南極光學望遠鏡和慧眼空間望遠鏡，也都在電磁波探測上做出了貢獻。它是觀測的一種新方式，也是未來天文學發展的一個新方向。
二、諾貝爾物理學獎花落LIGO創始人
電磁波可以跟引力波一塊來做，因為引力波探測現在變得越來越有可能，而且有了更多的設備。有兩個探測器非常重要，一種叫做LIGO，一種叫做VIRGO。
早在2017年諾貝爾獎頒發之前，大家就在猜測，今年的諾貝爾物理學獎會屬於引力波。果不其然，真的就是被LIGO的三位創始人獲得。最左邊這位科學家是提出了探測引力波的原理，即利用雷射幹涉。中間這位相當於是LIGO的PI，組織管理整個大項目。最後一位，喜歡天文的人可能都知道，他是電影《星際穿越》的科學顧問，他在科學上做出了很多的貢獻。這三位可以說是LIGO的創始人。還有一位不幸在2017年去世了，否則也是獲獎者之一。
2017年諾貝爾物理學獎的獲獎人 圖片來源：網絡
我認為這是今年非常值得銘記的一件事情，是因為它有著一種我們內心很美好的願望，就是我們希望一個團隊很努力，最後獲得了成果，希望它獲得應有的表彰。
它為什麼獲得了諾貝爾獎，這個事件可以被稱為十大事件之一呢？因為引力波很重要，它可以讓我們知道那個劇烈事件的核心在哪裡，發生了什麼？宇宙大爆炸以後是什麼樣子的，可能發生了什麼？
另外一點它如此重要，是因為它很「難」，能夠做到很了不起。有多難呢？由於引力波的信號很弱，即使是最強的天體物理引力波波源發出的引力波強度，到達地球時也只有約千億分之一。什麼意思呢？這個強度的引力波在日地距離上所產生的空間尺度變化僅為氫原子大小。大家腦補一下，太陽到我們的距離，光要走8分鐘，也就是1.5億公裡，這麼長的距離，只發生一個原子大小的變化，LIGO要探測到。
這裡展示了他們的設備，是兩個探測器，每個探測器是一個L型，每個臂長是4000米。大家把4000米乘以一個千億分之一，尺度是多少？也就是說，這麼長的臂長，要發生比原子還小很多的變化。而這麼小的變化還掩藏著很多的噪聲點，比如火車開過去，哪裡發生了地震，都會對探測產生影響。變化幅度這麼小，而且要排除這麼多噪聲幹擾，是多麼難的事情！這件事情LIGO做到了，所以他們獲得了諾貝爾獎。對於LIGO創始人，不光是獲了諾貝爾獎，復旦中植科學獎也頒給了他們。
未來還有更多的探測器，比如中國會有三個——太極計劃、天琴計劃和阿里實驗計劃。這三個計劃不同於LIGO，是探測不同頻率的引力波。
三、看見黑洞
六次確切的引力波事件中，五次源於雙黑洞併合。可以說，引力波的探測又一次給出了黑洞存在的證據。
然而，對黑洞的探測還遠遠不夠。黑洞是一個引力特別強的天體存在的區域，它的引力很強，以至於光子都沒有辦法出來。要知道我們看到事物，是因為有光子進入到我們的眼睛。如果光子都出不來，我們不就看不到它了嗎？所以我們稱它為黑洞。
但是黑洞並不黑，如果周圍有物質，黑洞會吃這些物質。這些物質的引力能會轉化為光和熱，從而也能被看到。我們現在對黑洞的研究，有時候是通過一些間接的方法。
以前我們是從更大尺度上間接地了解這些，比如黑洞吃完東西後發光發熱，噴出的物質大尺度上是什麼樣子。如果能設法從靠近噴流產生的源頭、黑洞的嘴巴區域收集到信息，將會更給力。怎麼辦呢？天文學家們給出了一個嘗試，拍攝黑洞視界，更直接地看見黑洞。
視界是什麼？任何質量的物體，都對應有一個臨界半徑，如果物體被壓縮成球體，其半徑小於這個臨界半徑後就會發生重力坍縮。這也就意味著，其實你也可以被壓成黑洞，前提是有辦法把你壓縮到很小很小，小到幾乎看不見。如果讓地球變成一個黑洞，就要把地球縮小到10億倍，壓到18毫米，相當於1分錢的直徑那麼大。
一旦形成黑洞，就會在周圍形成一個界面，這個界面被稱作視界面（event horizon），尺寸比剛才說的臨界半徑要大點。天文學家們理論上模擬出，如果黑洞後面有一個平面光源，光子會受到黑洞的強引力場的影響，出現這樣的情形：
這個是視界面，視邊界內側的亮度明顯更弱，相比之下，看起來就像一個圓形的陰影，外面包圍著一個明亮的光環。故此得名黑洞的「暗影」（black hole shadow）。
通過拍攝黑洞視界，將可以驗證廣義相對論，幫助理解黑洞是如何吃東西的以及黑洞噴流的產生和方向。
我們距離黑洞很遠，它幾乎變得不可辨認了，望遠鏡必須做得非常高解析度才能看到。通常望遠鏡做得越大，你能分辨得越清楚。這次天文學家們聯合了南極的、智利的、美國的、法國的等總共八臺望遠鏡，這些不同位置的望遠鏡組合成一個陣列，相當於組成了一個大望遠鏡，稱作「視界面望遠鏡」。它將對銀河系中央的Sgr A*黑洞進行長達5個晚上的亞毫米波段觀測，捕捉黑洞周圍環境的清晰圖像，拍攝黑洞暗影。
這時候望遠鏡有多大，是由相距最遠的兩臺望遠鏡之間的距離來決定的。現在我們幾乎營造了一個口徑跟地球一樣大的望遠鏡，它的解析度就比較足以來看某一些黑洞。
也許你會問我這些望遠鏡到底能看到多清楚？舉一個不太恰當的例子，比如我在上海，我能看到北京的一個人手指衝我搖晃。我們以前探測、計算銀河系中心黑洞質量，精度是這麼高。而現在世界望遠鏡看得比這個還要清楚，非常了不起。
天文望遠鏡就跟生物學上高靈敏度的顯微鏡、電鏡一樣，很難申請。可能幾百人很早提交申請，然後一年就給我幾個小時去看。這次天文學家用了8臺很大口徑的望遠鏡，大家花五個晚上，去看一個事情，這是很了不起的。說明大家對它很重視。
科學家看到的是「重視」，而咱們老百姓看到的是熱鬧。哇！能看到黑洞了！不知道科學家們能看到一個什麼樣的世界？這也是很值得期待的。儘管還沒有結果，但我覺得它值得列入十大之一。
視界望遠鏡 圖片來源：Nature
四、「卡西尼」的輝煌告別
在地下望遠鏡開展如火如荼的合作時，我們不能忘了，天上還有一個很孤獨的身影，那就是「卡西尼」。現在卡西尼已經墜入土星了。
它為什麼要墜入土星呢？因為它總有一天會耗儘自己的燃料。當它耗盡燃料的時候，已經聽不到我們對它的操縱命令了。為了避免它有一天「不聽話」，撞入土衛二、土衛六這些可能有生命的衛星。所以就趁早給它安排：你到土星去看一看，看完之後就到土星大氣裡去吧。卡西尼就是這麼做的，而且到它「死」的那一刻，還給我們發信息。
為什麼這個事情引起了公眾的廣大反響？我今年在微信公眾號上看到的文章，不僅有天文同行、天文愛好者寫的，還有一些來自以前不了解天文的，現在因為卡西尼認識了天文的人。
這是什麼原因呢？我覺得這裡面是一種情懷。二十年過去了，卡西尼就比我小了幾歲，它沒了，很感傷。大家想像一下，卡西尼在外面，是很孤獨的。它獨自在外面轉，被燒到300多次，接收了很多來自地球的指令。儘管它無知無覺，但它做的事情不禁讓我們去擬人地想像。而我們有沒有好好地去利用這二十年呢？有時候某種情懷，會讓我們對天文的進展很感興趣。
卡西尼1997年發射升空，花了七年時間才跑到土星的一個軌道上。2005年它把它的兄弟惠更斯放到了土衛六上，然後它就一個人繼續往前走，看看土衛上有什麼。它革新了我們對土星、土衛的認識，我們曾經以為這上面不會有生命，可是它讓我們看到了土星環的性質，還讓我們知道了土衛上面可能有生命線索。
「卡西尼」被燒到了300多次，執行了250萬次命令，根據它的數據，發表了4000多篇文章。天文學影響因子最高的是發Nature 、Science。
現在卡西尼雖然已經墜入土星，但是它的成果還在繼續。現在如果去上卡西尼的網站，會發現它的work status是「我們正在處理數據」，所以後期我們肯定還會收到來自卡西尼的科研進展。
卡西尼走了之後，還會不會有設備留在土星呢？可能還會有，但是NASA的經費有限，可能有很多的設備要競爭經費了。
五、NASA發現土衛二具備一種能給生命提供能源的化學能
4月14日凌晨，NASA召開新聞發布會，宣布土衛二上發現一種能給生命提供能源的化學能。在發布會上宣布的是針對卡西尼號2015年10月最後一次也是最深入穿行過土衛二時收集資料的分析結果。卡西尼號在飛經土衛二時對從冰火山噴射出的羽狀物進行了採樣，利用自身配備的離子和中性質譜儀，對羽流進行了組成分析，發現了近98%的成分是水蒸汽，約1%的氫氣，其它成分為二氧化碳、甲烷和氨在內的其它分子的混合物。
這個數據是2015年就採集的，但是今年才做出來在社會上發布的。我們以為土衛二是一顆冰態的衛星，結果發現它上面還有水蒸氣，不禁讓我們想像，土衛二下面是不是有個地下海洋？而且這裡面有個很重要的信息，氫氣是怎麼來的？科學家們只好繼續建模。
有時候不管是天文也好還是生物，拿到的數據是比較枯燥無味的，關鍵是你怎麼解讀。科學的解讀，這是科學家們做的事情。他們根據氫氣做了一個跟地球環境類比的模型，設想這個氫氣會不會來自地下海洋？海洋裡面有巖層，巖層和水發生一個水熱反應，產生了氫氣。
如果海底還有微生物，微生物可以利用氫氣和溶於水的二氧化碳，可以生成甲烷。在地球上有一些極端環境的微生物，它以甲烷為食。種種這些都是以我們地球上的生物為參考的，需要天文學家、生物學家將來一起弄。
六、AI助力天文學家們發現第二個太陽系
尋找地外的生命，我們是不會僅僅滿足於在太陽系裡面找的。大家關注科技新聞時，總是會被這樣的標題給吸引：科學家發現了第二個地球、科學家發現了類地行星、科學家發現了第二個太陽系……第一次進去看看，看到的多了，就會想，到底哪一個才是我們真的可以相信的呢？
這裡我挑出一個，裡面有兩個關鍵詞，AI和太陽系。隨著探測技術和數據分析的發展，目前人類已經探測到了3700多顆系外行星，很大程度上要歸功於克卜勒衛星。
克卜勒90行星系統（上圖）與太陽系（下圖）的比較 圖片來源：NASA
天文學家對於比較微弱的信號，為了避免認錯，會放棄這個信號。比如這裡面有5顆行星，我認出4顆，就說這裡是4顆行星。而且人面對這麼多數據，累啊。這次谷歌的工程師就跑過來，當克卜勒的數據分析。他訓練了AI識別幾萬個行星的信號，正確率達到96%，然後將它運用在已知的行星系統。AI就在克卜勒90裡面，除了認證出了科學家們也看到的7顆行星之外，還多看到了一顆。
我相信AI以後真的能幫天文學家做很多事情，因為天文學家經常要面對很多數據挖掘的工作。我看光譜，一天只能看幾十個，如果有AI，幾秒鐘就能幫我搞定。但我可能需要幾個月的時間去訓練它。
七、中國團隊的亮眼表現
悟空獲得精度最高的高能宇宙射線電子能譜
剛才說的土衛二、系外行星都是由普通物質構成的，但是普通物質在宇宙中所佔的比例5%都不到，有95%都是暗物質、暗能量。其中暗物質有20%多。20%多的東西你不知道是什麼，我們對暗物質很感興趣。
這次暗物質的工作還是由中國創造的「悟空衛星」做到的。探測暗物質的方法有上天、下地和對撞，其中「悟空」採用的是上天的方式，通過探測暗物質的湮滅。
大家看不見暗物質，但是暗物質會湮滅、衰變，產生一些你能看到的信號，比如說電子、質子、伽馬光子。「悟空」要做的，是去看一下，宇宙當中的高能電子能譜分布是怎樣的？原來我預測的能量分布是這樣的，現在探測到是那樣的，是不是因為暗物質呢？還有圖譜中忽然有個紅點跑上去了，「悟空」團隊說叫尖峰 結構。這個結構之前沒有預測到，會不會是暗物質信號呢？
答案有可能是來自於暗物質，有可能來自於脈衝星。現在「悟空」正當年，身體很好，可以收集到更多的數據。
八、FAST的喜事和遺憾
說到脈衝星，我們很容易想到Fast的500米單口徑的射電望遠鏡。中國重大科技基礎設施建設項目Fast最近的新聞是，它還在測試階段，就看到了很多脈衝星。
FAST望遠鏡 圖片來源：百度
脈衝星是能周期性發出biu~biu~信號的中子星。脈衝星可以告訴你中子星是什麼，如何發出脈衝信號。但是Fast不僅僅是做與脈衝星相關的工作，世界上已經發現了2000多顆脈衝星，再多發現幾顆又有什麼意義呢？Fast現在的工作剛起步，找脈衝星不是它最主要的目標。它更大的目標是去找宇宙當中能夠表徵大尺度結構——比如星系的外圍的中性氫。
利用脈衝星，Fast還能做一些應用型的工作。因為脈衝星能發出周期性的脈衝，也許在將來更遠的宇宙，它能當成一個像鍾一樣的天體，幫助定時、定距離。
但Fast同時也面臨了一件悲事，「Fast之父」南仁東老師在Fast宣布它的首批測試成果之前，就離開了我們。Fast從1994年，南仁東老師就開始選址，再組織大家去解決技術難題，快出成果了就去世了。Fast將來出更多的成果，團隊建設更大，相信是對他最好的禮物。
九、不約而至的奧陌陌
引力波、黑洞、暗物質、系外行星、卡西尼的告別，幾乎就佔去了八大事件。第九件，讓我們來說說一個可愛的傢伙吧。它讓我們那段時間都樂活了一陣，調侃外星人來了，雪茄飛船來了。它就是奧陌陌。
2017年10月19日，「泛星巡天」計劃發現，太陽系來了一個不速之客：它以每秒26千米左右的速度從天琴座方向，以幾乎垂直於黃道面的角度衝進太陽系，與地球擦肩而過，隨後就離開了。
剛發現它時，它距離地球3千萬千米。大家以為它是顆彗星，結果後續觀測並沒有看到它具有彗星的特徵——彗發，說明它並非由冰塊構成的彗星，而是由巖石構成的小行星。藉助與大望遠鏡，我們能分辨出它是個長條形，長400米，寬40米，顏色偏紅，就像只雪茄，也像外星飛船。
它被認為是人類首次發現的源於太陽系外的小天體。泛星計劃的天文學家們利用夏威夷當地的土語給它命名Oumuamua，意思是「第一位來自遠方的使者」，中文將其譯為可愛的「奧陌陌」。它是小行星還是彗星，仍然還存在爭議。
奧陌陌的藝術想像圖 圖片來源:ESA
一種理論認為，它可能誕生於太陽附近的一個恆星團。奧陌陌可能從某個年輕恆星的原行星盤中形成，於4000萬年前被一顆超級地球彈射出來。至於從哪，如何彈射出來，途中它又經歷了什麼，些許信息可以從人類對奧陌陌的觀測數據中讀取出來。
十、望遠鏡進展多多
這一年，還給未來的進展奠定了一個很好的基礎。望遠鏡是天文學家們的眼。今年，多個望遠鏡傳來了好消息，有些在建設中，有的在籌備中。
2017年6月15日，我國自主研發的硬X射線調製望遠鏡（HXMT，又名「慧眼」）終於發射升空，順利入軌，並很快傳輸回數據。它旨在針對大批高能天體和高能輻射新現象進行研究。8月，它為GW170817的電磁波觀測也做出了貢獻。又多了一個新的觀測利器。
悟空在上面已經詳細說了，這裡就不再贅述。
口徑為12米的「大型光學-紅外望遠鏡」。雖然今年因為究竟要三鏡還是四鏡方案，天文學家們內部發生了爭論，這場爭論在媒體報導下，也引起了大眾的廣泛關注。最終，重新進行了方案評定後，四鏡方案勝出。而這臺望遠鏡也最終確定將在雲南稻城開建。
這是國內方面的不全面概括。而國外呢？
5月26日，口徑為39.3米的E-ELT在智利北部的阿塔卡馬沙漠動工，如果一切順利，將於2024年運行。
由於夏威夷原住民團體的抗議，口徑為30米的TMT的建設被停止。就在最近，它又獲得了建設許可，能夠繼續按照原計劃，在夏威夷建設。
空間方面，美國又加入空間引力波探測器的建設，使得eLISA又重新成為LISA。
哈勃望遠鏡從九十年代勤勤懇懇工作了快三十年，要退休了，下一代是什麼？下一代太空機器——口徑6.5米的韋伯望遠鏡進入A艙的太空模擬測試階段，預計2019年發射。韋伯望遠鏡將關注宇宙最開始的時刻，接收那些大爆炸後2億年所發出的光子。
韋伯望遠鏡的妹妹TESS預計將於2018年初發射升空，研究離地球最近的50萬顆恆星，搜尋它們星光的閃爍，因為這可能表明了它們周圍存在繞轉的行星。
還有很多很多。
最後想跟大家分享的是，當人類在苦苦為生存掙扎的時候，有一些人，甚至每一個人，都會有一隻眼睛好奇地看著外面。不知道是為了什麼。是為了找同伴，找解救，還是為了找到終極問題的答案？也許做天文，做這麼大的望遠鏡很費錢，也不能像修鐵路、研製新藥等給我們帶來實實在在的好處，但是它可以帶來一種更不可思議的利益，就是探索宇宙的奧秘。如果這都不能打動你，還有什麼能讓你心動呢？