□ 供稿/赵冬瑶

1. 意想不到的小行星导致恐龙灭绝

到底是何种天体导致了恐龙灭绝，几十年来科学家们一直在就此进行着激烈的争论。一项新的研究揭示了一些有关撞击体起源的重要信息，表明在6600万年前，撞击地球表面而造成距今最近的大规模物种灭绝的罪魁祸首，是在木星轨道之外形成的碳质小行星，这个结果非常令人意外。在2024年8月15日的《科学》杂志上，刊登了相关的研究结果。

奇克苏鲁布陨星坑是一个位于墨西哥尤卡坦半岛的撞击坑，其名取自于坑中心附近的城市奇克苏鲁布。撞击坑的中心位于近海，整体略呈椭圆形，直径约为200千米，深度约为20千米，是地球上第二大的陨石撞击结构。科学家估计奇克苏鲁布陨星坑的年代约为6600万年前，当时正是白垩纪与古近纪的交接时期。基于其形成的年代与规模，奇克苏鲁布陨星坑的源头，也就是小行星撞击地球事件，这通常被认为是引发白垩纪-古近纪灭绝事件的主要原因。白垩纪-古近纪灭绝事件是地球历史上第五次，也是最近的一次大规模物种灭绝事件，在此期间，非鸟恐龙等大部分恐龙遭遇了集体灭绝，而鸟类与哺乳类生物则存活下来，演化成为新生代的优势动物。

科学家们对造成奇克苏鲁布陨星坑的小行星一直充满好奇，认为它可能来源于内太阳系。然而，对于这颗小行星的准确来源，科学家们仍不是特别清楚，因为他们还需要有更清晰的化学证据，并且未遭受过地球自身物质的污染。此次研究利用了一项新技术，在面对奇克苏鲁布陨星坑撞击时期地质层的沉积物样本时，可以特别针对其中钌元素的同位素进行分析测定。之所以选择钌元素，是因为它在地球上极为罕见，而在小行星中并不少见。并且不同类型的小行星拥有不同的钌同位素组成，这可用于区分两大类小行星：形成于外太阳系的碳质小行星，以及来自内太阳系的硅酸盐小行星。因此，测定钌的同位素可以追溯撞击小行星的成分和来源。

研究人员分析研究后发现，奇克苏鲁布陨星坑中钌同位素的特征与碳质陨石中的一致，表明其起源于外太阳系，即木星之外的区域；这也是目前地球上唯一已知的外太阳系小行星撞击点。这个结论颇为令人意外，因为目前发现的陨石基本都来自硅酸盐小行星。例如，研究人员收集了来自另外5次小行星撞击的沉积物样本，它们均发生在3600万年至4.7亿年前；而造成这5次撞击的小行星特征，与来自内太阳系的硅酸盐小行星更一致。此次的研究结果也反驳了撞击天体是彗星的观点，因为奇克苏鲁布陨星坑中沉积物的成分与彗星大不相同。

如果之前的大规模物种灭绝事件与碳质小行星撞击有关，那么如果将来有碳质小行星出现在穿越地球的轨道上时，我们就必须非常小心，因为这可能是我们目睹的最后一颗小行星。

2. DART揭示了更多双小行星系统的性质

在2022年9月，双小行星重定向测试（DART）任务对超小行星Dimorphos进行了撞击；后者位于一个双小行星系统中，并围绕着小行星Didymos运动。此次撞击旨在测试一种针对近地天体的撞击防御方法，任务非常成功，改变了Dimorphos的轨道。在任务过程中，DART也收集了大量有关该双小行星系统的图像资料。近期，一批来自不同国家的天文学家对DART的回传图像进行了仔细研究，了解到了有关Didymos和Dimorphos的更多性质，发现了有关该双小行星系统形成和演化的新信息。相关研究的五篇文章发表于2024年7月30日的《自然通信》上。

研究人员首先查看了Didymos的表面地貌，发现Didymos的高纬度地区地表粗糙，分布着10-160米长的大石块和一些陨击坑，而低纬度地区的地表变得更光滑，大岩石和陨击坑较少，但在赤道处呈现出山脊的地形。研究人员继而查看了超小行星Dimorphos的表面地貌，发现其上布满了岩石，而岩石尺寸的范围更广，大小不一。此外，Dimorphos的表面几乎没有陨击坑，但其上拥有几处裂缝或断层。基于这些特征，研究人员断定Didymos和Dimorphos是在不同时间形成的。他们推断，Didymos很有可能发生了一次大规模质量脱落事件，物质从赤道附近被抛出，然后在引力作用下再次聚集起来从而形成了Dimorphos。这也支持了这一结论，也就是在双小行星系统中，超小小行星是由较大小行星脱落物质所形成的。研究人员还根据Didymos和Dimorphos上的陨击坑数量，测量了它们的年龄。他们估计Didymos有1250万年的历史，而Dimorphos的年龄约为30万年。

对于Didymos，研究人员观察了其地表的巨石轨迹，发现它的表面由非常松散的物质组成，能够承受的重量比地球上的干沙或月球上的月壤低至少1000倍。对于Dimorphos，研究人员发现其表面的岩石在约10万年的时间内发生了一种称为“热疲劳”的过程，在此过程中，由于温度变化而导致岩石变脆弱并出现了裂纹。虽然10万年对人类来说是一段相当漫长的时间，但从地质学的角度来看，这只算得上是短暂的一瞬。也就是说，Dimorphos经历的热疲劳过程非常迅速。这是第一次在由硅酸盐和镍铁物质组成的岩石小行星上，发现快速热疲劳现象。

此次这些最新的发现和结论对Didymos和Dimorphos进行了更全面的描绘，并增加了对此类双小行星系统形成和演化的理解。

3. 在火星深处发现了足以覆盖其表面的液态水

来自美国的地球物理学家和行星学家组成的研究团队，对“洞察号”火星探测器的数据进行分析研究后发现，火星地壳深处拥有足以覆盖火星表面的液态水，这是科学家们此前并未预料到的结果。研究论文于2024年8月12日发表在《美国国家科学院院刊》上。

“洞察号”是用于研究火星内部结构的固定着陆探测器，发射于2018年5月，于同年11月在火星的埃律西昂平原地区着陆，任务持续了约4年时间。“洞察号”配备了一台地震计，这是第一个被带到火星的地震计，任务期间探测记录了1319次火星地震。为了探究火星的内部结构，此次的研究团队对“洞察号”记录到火星地震的不同速度进行了分析，即分析地震在火星内部的回响，并且尝试了建立多种数学模型，来描述火星地壳和地幔中不同类型岩石性质，并重现这些观测数据。这与地震学家在地球上识别地下含水层的方法相似。结果令人震惊，因为数据显示，许多地震波都穿过了充满液态水的岩石层。

了解火星的水循环对于了解其气候、表面和内部的演变至关重要，而一个恰当的研究起点，是确定火星的水在哪里，以及有多少水。火星表面曾有过大量液态水，包括海洋、湖泊和河流，但这些液态水在大约30亿年前就消失了，只留下干涸的湖床和河道。对于火星上现存的水，有些以冰的形态被封在极冠中，有些以永冻层的形式存在于中纬度地区。而其余的那些水，科学家们此前认为它们可能已经流失了。具体来说，火星大气中的水蒸气应该已经被太阳的紫外辐射分解，而火星的引力太弱并且没有磁场保护，被分解出的氢会被太阳风带入到太空中。同时，被分解出的氧会氧化火星的表面岩石，从而形成我们今天看到的呈铁锈红色的星球。然而，此次的研究表明，火星上的剩余水并不是都以这种无可挽回的方式流失了；还有些渗入了地壳，储存在了火星火成岩中的裂缝和孔隙中。

此次的结果还表明，这些液态水足以覆盖整个火星，但是位置很深。数据显示，这些水存在于火星地表以下11.5～20千米的深度，而5千米深度以上的地壳中就已经完全没有液态水。因此，尽管此次研究提供了迄今为止火星存在液态水的最佳证据，但人类即使登上火星也很难提取它们。在地球上，人们有史以来挖出的最深的洞，是位于俄罗斯的科拉超深钻孔。工程师花了20年时间向下钻探，试图到达地幔，但不得不在12.2千米的深处停了下来，因为那里180摄氏度的温度对于钻头来说过高了。因此想要在火星上完成同等的钻探，可能在短期内无法完成。但即使暂时无法获取这些液态水，科学家们也可以通过它们更多地了解火星的历史，甚至可以期待这颗红色星球上存在生命的可能性。

4. 重新定义“行星”

近期，来自美国和加拿大的天文学家提出了一项提案，建议扩大“行星”的官方定义，以更加适应目前蓬勃发展的系外行星研究。包含有“行星”定义新标准的相关文章，已经被《行星科学杂志》接收，将于近期发表。

目前使用的行星官方定义，是由国际天文学联合会在2006年的大会上确定的。此次大会为大众所熟知的一个内容，就是将冥王星从行星的群体中排除。2006年的定义规定，要成为行星，天体必须围绕太阳运行、必须清除其轨道周围的区域、必须具有足够的质量从而其引力可以将自身塑造成近乎球形。此次的研究团队认为，现有的行星定义在一些方面不够普适、并且比较模糊。首先，天文学家目前已经在太阳系外发现了数以千颗的“行星”围绕着它们的主星运行，如果以现有标准，即围绕太阳运行，那么这些系外行星中没有一颗属于“行星”，这显然是一个缺陷。其次，“清除”的标准是什么？木星的轨道会被彗星和小行星穿过，地球也是如此，那么它们是否应该因为没有清除轨道而不被定为行星？最后，以目前的技术，天文学家无法准确测量系外行星的形状，“近乎球形”的标准显得不具有实际应用意义。

为了探究新的行星定义，研究团队利用太阳系中各种天体的性质数据，使用数学算法进行了分析，确定出哪些天体会因为某些性质而呈现出明显的一类。他们发现，太阳系中的所有行星都具有动力学主导性，即一个天体具有足够的引力，通过积累或弹出附近的较小天体来清除其轨道。而太阳系中的其他天体，包括矮行星（如冥王星）和小行星，则都不具有动力学主导性。因此，研究团队认为这一属性可以纳入行星的新定义中。天体的质量决定了其是否具有动力学主导性，因此新定义将标准固定在了最容易测量的行星性质，也就是质量上，从而在某种程度上消除了测量带来的争端。动力学主导性提供了行星质量的下限。当然，行星也不可以质量过大。例如，一些气态巨行星质量可以大到足以发生氘的核聚变反应，它们即变成了被称为“褐矮星”的亚恒星，因此就不是行星了。综合考虑这些条件，研究团队为行星提出了一个新的定义：1、围绕一颗或多颗恒星、褐矮星或恒星残骸运行；2、质量大于10 ²³ 千克；3、质量小于2.5x10 ²⁸ 千克（13个木星质量）。

研究团队已经在2024年8月的国际天文学联合会大会上正式提出了提案。虽然对行星的定义可能还需要几年时间才能正式更改，但研究团队希望他们的工作能够引发更多关于行星定义的讨论。

5. 发现不同寻常的富锂恒星

天文学家发现了一颗红巨星，其异常高的锂元素含量挑战了现有的恒星演化理论。

这颗红巨星被命名为J0524-0336，距离地球约3万光年，位于银河系的银晕中，是研究团队在搜寻银河系中年老恒星的研究中发现的。J0524-0336是一颗已经处于演化晚期的恒星，大小是太阳的约30倍。研究人员通过光谱观测数据研究了其成分和元素含量，发现它是一颗贫金属星，并且拥有异常高的锂元素占比，是太阳现阶段锂元素含量的10万倍。J0524-0336的锂元素含量不但高于其他的同龄恒星，事实上，也高于目前已知的任何年龄的任何恒星。

恒星演化的主流模型认为，恒星内部的核聚变反应是从最轻的氢元素开始的，氢元素燃烧殆尽后氦元素开始进行核聚变反应并产生更重的元素。以此类推，恒星在演化过程中会失去较轻的元素（如氢、氦和锂），而较重的元素（如碳和氧）则会增多。据此，在恒星演化后期，锂元素的含量应该较低。研究团队此次发现的J0524-0336的超高锂元素含量表明，天文学家在恒星演化和元素合成方面仍有许多未知之处。

研究人员提出了两种假设，来解释J0524-0336锂元素的异常占比问题。一种可能是，这颗恒星可能处于一个从未被观测到的恒星演化阶段。另一种可能是，由于这颗恒星处于演化后期的红巨星阶段，它在膨胀过程中，可能吞噬了一颗围绕其运行的行星，甚至是吸引吞噬了附近的一颗小质量恒星。如果被吞噬的天体富含锂元素，那么它可能就将这种元素带到了J0524-0336的内部。此外，这种吞噬可能发生在相对较近的时间，J0524-0336可能没有足够的时间将锂元素通过核聚变反应变成更重的元素。

为了更加确定何种过程主导了J0524-0336的锂元素含量，研究团队希望后续进行长期的观测来跟踪J0524-0336的化学成分随时间的变化，并在不同的波段进行观测，如红外和射电波段。如果后续发现J0524-0336的恒星盘中堆积了尘埃，或者探测到了从J0524-0336喷出了物质，这显然表明发生了质量损失事件，例如恒星之间或恒星行星之间的相互作用；如果没有观测到这些，那么锂元素的富集可能是由于恒星内部发生的一个尚待发现的过程而造成的，可能恒星在演化过程中进入了一个天文学家未知的新阶段。此次研究的相关文章已经被《天体物理学报》接收，即将发表。

6. 暗物质和普通物质在星系团碰撞中“脱钩”

星系团碰撞是宇宙大爆炸后宇宙中最剧烈的天体活动，不但涉及了普通物质的相互作用，天文学家还可以在碰撞过程中探测暗物质的运动。一个国际天文学家团队最近的研究发现了一次星系团的碰撞，并且探测到了暗物质和普通物质在碰撞中的“脱钩”，这是首次直接测量到暗物质和普通物质速度上的分离。此次的研究结果发表在2024年6月12日的《天体物理学报》上。

星系团是宇宙中最大的结构之一，引力将其内的物质束缚在一起。星系团中一般只有15%的质量是普通重子物质，绝大多数是以热气体的形式存在于星系团内，其余则呈现为星系、恒星和行星等。星系团中剩余的85%的质量则是暗物质。当星系团发生碰撞时，由于星系团内的各个星系之间存在很大空间，因此单个星系本身基本不会受到伤害。但是，星系团内热气体会在碰撞时受到强烈扰动和相互作用，而由于普通重子物质除了引力作用外也会发生电磁相互作用，这会在碰撞过程中减慢热气体的速度。相对的，由于暗物质只有引力作用，与普通物质缺乏其他相互作用，它可以从热气体中穿过而不受太多阻挠。因此，星系团发生碰撞时，暗物质和热气体的速度可能是不同的，从而造成暗物质和热气体的“脱钩”。

此次进入研究团队视野的星系团距离地球50亿光年，名为MACS J0018.5+1626。实际上，研究团队利用加州理工学院亚毫米波天文台，在近二十年的时间内都在观测收集数据，并利用运动学SZ效应的方法测量星系团内热气体的速度。在星系团中星系质量集中区域，研究团队还利用凯克望远镜测量了星系的速度。由于星系集中区域主要由暗物质引力束缚，因此该区域中星系的运动速度可以表征暗物质的运动速度。MACS J0018.5+1626的测量结果展现出了奇特之处，引起了研究人员的注意：其暗物质和热气体似乎在朝相反的方向运动。研究人员认识到这可能是源于星系团的碰撞，暗物质与普通物质分离了。综合了其他观测数据后，研究人员推断，MACS J0018.5+1626的前身星系团是以大约3000千米/秒的相对速度相互靠近发生碰撞，这大致相当于光速的1%。

天文学家此前也曾观测到，星系团碰撞造成的暗物质和普通物质分离，最佳证据之一就是子弹星系团。虽然MACS J0018.5+1626也是星系团碰撞，但它的独特之处在于，它的碰撞方向相对于子弹星系团旋转了大约90度。观测子弹星系团，就像是捕捉到赛车在直道上行驶的快照，而观测MACS J0018.5+1626就像在直道上拿着测速枪测量一辆向我们驶来的汽车的速度。这种角度使天文学家能够直接测量暗物质和普通物质的速度，从而更加深入了解这两种物质是如何相互分离的，也为探寻暗物质的本质提供了更多线索。

（责任编辑　卢瑜） OVOyqFF48xs6AGg36P2U+UK8Gvspsk9DUKySNSunh7gQy8nBACNjdsaKg9wrU69l