盤點21世紀10年代重大天文學事件:首張黑洞照片發布、引力波被證實...

(圖片：NASA)

21世紀10年代正式結束了，這十年期間發生了哪些重大太空科學事件?

從TESS的崛起，到冥王星的飛掠任務，再到卡西尼任務的戲劇性結束，過去十年發生了許多令人難以置信的科學事件。

2010年：見證了一場宇宙追逐和宇宙射線

深度撞擊號宇宙飛船(Deep Impact spacecraft)無疑是2010年最成功的太空飛行器，在觀測過一顆彗星之後，它還對第二顆彗星進行了追蹤。2005年，在深度撞擊號對坦普爾1號(Tempel 1)彗星進行了造訪之後，NASA意識到這艘太空飛行器仍然有足夠的燃料去造訪另一顆彗星。於是在飛越了29億英裡(46億公裡)之後，它遇到了哈特利2號(Hartley 2)彗星。

令研究人員驚訝的是，這顆花生形狀的彗星實際上非常活躍，它不斷地從表面噴出含有氰化物的氣體。這次額外的飛越任務使得「深度撞擊」太空飛行器成為第一個在一次任務中訪問兩顆彗星的太空飛行器。

太陽活動周期為11年，而一個特別弱的周期在2010年結束。於是在2010年，太陽活動開始變得強烈，伴隨出現一些非常強大的太陽耀斑，並持續到2011年。這些太陽耀斑和爆發可以產生令人眼花繚亂的極光。

科學家們不太確定為什麼太陽似乎偏離了它的典型強度模式，但他們懷疑這個現象類似於地球的厄爾尼諾現象。

2011年：兩個任務成功個進入軌道

經過6年半的旅程之後，美國宇航局在2011年宣布信使號(Messenger)宇宙飛船已經安全進入水星軌道。這項複雜的操作使得信使號成為第一顆繞水星軌道運行的人造衛星。信使號宇宙飛船在軌道上收集了水星地質、組成和稀薄大氣的數據。

除此之外，美國宇航局在2007年發射的黎明號(Dawn)宇宙飛船也到達了火星和木星之間的小行星帶，對小行星帶最大的其中一顆巖石——灶神星(Vesta)進行觀察。這顆小行星是黎明號宇宙飛船的其中一個觀察對象。

從黎明號在2011年的一些初步觀察數據中，科學家們了解到，這塊巨大的太空巖石有著破碎的表面、山脈和深深的隕石坑。這次訪問任務的總體目標是收集灶神星的近全球可見和紅外圖像(near-global visible and infrared images)，以便更多地了解小行星的結構和組成。

2012年：向旅行者1號告別

2012年，1977年發射的旅行者1號最終飛出了太陽的影響範圍，進入了星際空間。在長達數十年的任務中，宇宙飛船發回了令人嘆為觀止的太陽系照片，包括它在1990年拍攝的著名「淡藍點」照片。在超越了先驅者1號宇宙飛船之後，旅行者1號創下了人造物體在太空中飛行的最遠距離。(即使在2019年，這艘宇宙飛船仍然在繼續向地球傳遞其宇宙之旅的數據。)

2013年：地面爆炸和發現

2013年11月28日(美國感恩節)，艾森彗星經過太陽，並發生解體。科學家們原以為這顆彗星的巨大內核會發出耀眼的光芒，因此艾森彗星最初也被稱為「世紀彗星」，但這顆彗星最後也只是逐漸變暗消失。

這些觀測結果證明了探測和預測彗星有多麼困難。經過進一步觀察之後，科學家們得出結論，彗星的核可能比最初估計的要小得多。但儘管如此，這顆彗星的緩慢飛行速度仍然讓科學家們能夠在它消失之前對彗星行為進行更多研究和了解。

出乎意料的是，這一年也有另外一次解體事件。2013年2月，一顆56英尺(17米)寬的流星在俄羅斯車里雅賓斯克市上空930英裡處爆炸。科學家表示，這次爆炸相當於47萬噸TNT的爆炸，造成該地區數百人受傷，多棟建築物受損。科學家們說，這次撞擊可能是自1908年以來最強烈的一次地面流星撞擊了(在1908年，一個40米寬的天體在西伯利亞上空爆炸並夷平2137平方公裡的森林)。

雖然這種撞擊並不是經常發生，但也不是特別罕見，科學家們對此也無能為力。相反，科學家們會繼續致力於識別和防衛可能會造成更大破壞的小行星撞擊。

同樣在2013年，科學家們在地球上發現了宇宙射線的證據。由於這些射線很難被探測到，科學家們轉而觀測這些射線留下的中微子，但中微子本身也是出了名的難以探測，因為它們幾乎從不與物質發生作用，不過在這次觀察宇宙射線的時候，位於南極洲的冰立方天文臺發現了中微子。

這些中微子以《芝麻街》(Sesame Street)中人物的名字「伯特」(Bert)和「厄尼」(Ernie)命名，雖然與1987年探測到的一個事件所產生的中微子能量相比，它們產生的能量比要大得多，但仍不足以為科學家提供射線起源的確切信息。天體物理學家得出結論，這些宇宙射線最可能的來源可能是超新星、黑洞或伽馬射線爆發。

2014年：成功著陸彗星和新全家福

2014年，歐洲航天局(ESA)對一顆彗星的表面進行了拜訪，這還是史上第一次，這艘名為「菲萊」(Philae)的太空飛行器在著陸之後進行了簡短的觀察。這是一次具有挑戰性的著陸任務，因為彗星是一個非常遙遠的小目標，而菲萊著陸器為了著陸，不得不從較大的「羅塞塔」飛船上跳下來。

不幸的是，「菲萊」落在了彗星的陰影區域，無法使用太陽能電池板，在電量耗盡之後，著陸器很快進入休眠模式。但在此之前，「菲萊」探測到彗星擁有冰凍表面和碳等有機分子。

同樣在2014年，科學家們首次能夠拍攝宇宙網絡的圖像。雖然星系似乎是我們宇宙的中心，但與太空中的其他物質相比，它們實際上非常小。利用類星體發出的光作為手電筒，科學家們得以更好地觀察這些宇宙塵埃卷鬚。

這一發現非常很吸引人，但它同時也為科學家們追蹤暗物質的方式提供了一個更好的模型，因為人們相信暗物質反映了我們能夠觀察到的普通物質。

2015年：冥王星飛越任務

2015年9月，科學家們證實，在土衛二上觀測到的間歇泉就是土衛二地下存在全球海洋，而不是一個孤立湖泊的證據。在土衛二環繞土星軌道上探測到輕微抖動之後，科學家們確定了這一點。這一發現，以及卡西尼號以前在土衛二上發現的熱液活動，使得土衛二成為未來生命搜尋任務的主要候選天體。

2016年：有了前所未有的發現

2016年對於物理學來說是歷史性的一年。科學家們首次發現了引力波存在的證據。引力波是愛因斯坦提出的理論，指的是物體碰撞時產生的時空褶皺，但以前從未人類被探測到。為了觀察引力波，科學家們使用了一個叫做LIGO的大型雷射幹涉儀(雷射幹涉儀引力波觀測臺)和它在華盛頓和路易斯安那州的兄弟探測器。

2016年，科學家們探測到兩組引力波，它們都是由數百萬年前的黑洞碰撞引起的，隨後一直在宇宙中迴蕩。這些發現在2017年獲得了諾貝爾物理學獎。

在2016年的另一個奇怪的發現中，哈勃太空望遠鏡在木衛二歐羅巴的南極發現了水蒸汽噴泉，高達125英裡(200公裡)。這樣的間歇泉最早是在2012年被發現的，但天文學家認為這那次只是一次偶然的現象。

科學家們早就知道木衛二的表面下有一片冰冷的海洋，但間歇泉噴發的證據意味著探測器有可能可以直接分析木衛二的水，並在其中尋找微生物生命的跡象。NASA的歐羅巴快帆任務(Europa Clipper)將於10年後發射，屆時它將進一步研究這些可能性。

2017年：一些重大的發現和悲傷的告別

對於天文學家來說，2017年8月17日是改變人生的一天。當天，科學家們對兩顆極高密度中子星的碰撞進行了觀察，依靠的正是碰撞產生的引力波和光。這是科學家們第五次觀測引力波，同時也是他們第一次通過其他測量手段觀測到這樣的碰撞事件。

義大利、智利的天文臺和NASA的太空望遠鏡進行了大規模的國際合作，使科學家能夠通過光的觀測來追蹤天空中的引力波信號，並確定碰撞事件的位置。研究小組還證實碰撞產生了金等重元素。

幾天後的8月21日，人們聚集在科學博物館和開放空間，觀看百年一遇的美國日全食。該日全食事件橫跨美國的東海岸到西海岸，日全食帶寬度達 70英裡。

而在離地球更遠的地方，2017年還見證了卡西尼號(Cassini)使命的終結。卡西尼號宇宙飛船於1997年發射，它的任務是繞土星軌道運行，並對土星及其眾多衛星進行觀察。在13年的任務期間中，卡西尼號發現了6顆土星衛星、土衛二上的間歇泉和土衛六上的湖泊，同時還為土星拍攝了眾多美麗的照片。

但天下無不散之筵席。在環繞土星十多年後，卡西尼號耗盡了燃料，它的任務團隊也決定給卡西尼號任務一個轟轟烈烈的結尾。2017年9月15日，卡西尼號在土星的大氣層中像流星一樣燃燒，正式結束了這一次任務。這一個操作使得附近的衛星免受汙染，並為科學家們提供了對土星前所未有的超近距離觀測。

2017年10月，科學家發現了第一個已知的星際小行星通過我們的太陽系。一組科學家模擬了這顆後來被命名為「Oumuamua」的星際小行星的路徑，並確定了它並不是起源於我們的太陽系。長久以來，科學家們一直認為外星天體可以和我們的太陽系發生接觸，而這次則是人類首次觀測到這樣的星際天體。

2018年：重大任務的興衰

對於航天任務來說，2018年是既振奮又悲傷的一年，振奮是迎來了激動人心的新任務，悲傷是告別了一些備受寵愛的舊任務。

在火星表面待了近15年之後，2018年6月10日，「機遇號」火星探測器終於與地球失去了聯繫，一場席捲全火星的沙塵暴導致「機遇號」探測器進入低功率模式。在此之後的數月，「機遇號」任務團隊一直在捕捉漫遊車可能發出的信號，直到2019年1月底，「機遇號」團隊才確定任務結束。

2004年，「機遇號」和它的孿生探測器「勇氣號」登陸火星，計劃預期壽命為90天，但這兩輛漫遊車都超長服役。勇氣號在火星表面生存了7年，而機遇號則生存了近15年，在火星上總共航行了26.5英裡(42.65公裡)，並一直進行著重要的地質分析。這次任務的結束感動了參與任務的團隊和眾多太空愛好者。

同一年，另一項標誌性的任務——尋找系外行星的太空望遠鏡克卜勒(Kepler)也宣告結束。這項任務在2009年3月發射升空，目的是觀察太陽系外可能隱藏著什麼樣的行星。儘管「克卜勒」在2013年早期遭遇了一次故障，導致望遠鏡結束了最初的任務，但科學家們後來得以重新控制該望遠鏡，並將其轉入第二階段任務，即所謂的K2。

由於沒有足夠的燃料，克卜勒望遠鏡任務在2018年11月結束，在兩次任務期間，克卜勒望遠鏡發現了2682顆系外行星。即便是現在，仍有數百顆候選系外行星有待後續觀測的確認。

經過一系列的時間安排，克卜勒的繼任任務在2018年4月發射升空後已經開始運行。與克卜勒一樣，凌日系外行星勘測衛星(TESS)的設計宗旨就是搜尋系外行星。TESS正在頭兩年的運行中掃描兩個半球的天空，這將持續到2020年夏天。在任務的第一個年末，TESS已經發現了28顆確認系外行星(其中有幾顆似乎還在所謂的宜居帶)和993顆潛在系外行星。

如果運氣好的話，TESS和克卜勒收集的這些系外行星數據將為詹姆斯·韋伯太空望遠鏡提供大量的數據。詹姆斯·韋伯望遠鏡計劃於2021年發射，除了進行其他研究之外，它還將研究系外行星的大氣，以了解更多關於這些潛在宜居星球的信息。

2019年

2019年，科學家們以一次令人難以置信的遠距離飛越任務迎來了新年。當時，新視野號飛過了一個名為2014 MU69的柯伊伯帶天體。現在，這個天體的正式名稱是Arrokoth，它是一個在寒冷黑暗的外太空領域中旋轉的「雙葉煎餅」狀天體。現在，研究小組的科學家們正在試圖確定這艘飛船能否再進行多一次飛越任務。

其他宇宙飛船在今年也進行了令人難以置信的太空巖石拜訪任務。在年初，日本的「隼鳥2號」環繞著一顆名為「龍宮」的小行星飛行;在2019年期間，它收集了幾個小行星樣本，在龍宮表面製造了一個人工隕石坑，然後開始返回地球的旅程，將於明年晚些時候抵達。而NASA的一項類似小行星任務OSIRIS-REx則花了整整一年時間研究它自己的太空巖石——本努(Bennu)小行星，並制定了從它身上收集樣本的戰略。

這一年的4月，一項國際合作還發布了人類有史以來第一張黑洞圖片，捕捉了全世界的想像力。這一個壯舉需要把整個地球變成一個巨大的望遠鏡，即「視界望遠鏡」，並處理大量的數據。研究小組發布的黑洞照片是M87星系中心的黑洞，但與此同時，科學家們也一直在處理銀河系中心黑洞的數據。