□ 供稿/赵冬瑶

1. 地球将短暂拥有第二颗卫星

近期，两位来自西班牙的行星动力学专家发现，一颗小行星正在接近地球。不过它不会撞向地球，反而地球将会短暂地将其捕获，作为自己的第二颗卫星。与陪伴地球约40亿年的月球不同，这颗“迷你卫星”将围绕地球仅仅两个月，之后离开。2024年9月的《Research Notes of the AAS》杂志刊登了此次的研究发现。

这颗小行星被命名为2024 PT ₅ ，于2024年8月7日由ATLAS系统所使用的位于南非的望远镜所发现；ATLAS系统的全称是“小行星撞击地球最终警报系统”。研究人员计算后表明，这颗小行星宽为10米左右，正在以较近的距离和较低的速度接近地球，其后会被地球捕获，成为临时的“迷你卫星”。具体来说，2024 PT ₅ 将于9月29日正式进入地球轨道，在之后的53天内环绕地球运行，并于11月25日离开。2024 PT ₅ 将陪伴地球大约两个月的时间，但它不会围绕地球运行一整圈。

根据2024 PT ₅ 的路径，研究人员认为它可能来源于阿朱那（Arjunas）小行星带。阿朱那小行星带是一条次级小行星带，其中天体的轨道特性与地球非常相似，倾角小，偏心率低，轨道周期接近一年，与太阳的平均距离约为1.5亿千米。阿朱那小行星属于近地天体，当其中的一些小行星以大约450万千米的近距离和大约每小时3540千米的低速接近地球时，他们的地心能量就可能变为负值，会被地球捕获，并因此成为地球的“迷你卫星”。而在它们最终离开地球之前，会在地球周围的部分或完整椭圆轨道中运行。

“迷你卫星”有两种类型。一种是长时间事件：在捕获期间，小行星围绕地球完成了一圈或多圈公转，陪伴地球的时间会持续一年或多年。长时间事件比较少见，地球大约每十年或二十年可能会经历一次。另外一种是短时间事件：在捕获期间，小行星没有绕地球完成一圈完整的公转，陪伴可能只持续几天、几周或几个月。这种短时间事件相对频繁，每十年会发生几次。

“迷你卫星”最终会离开地球，它们被抛射出去的原因，是由于受到太阳引力的扰动。一旦2024 PT ₅ 完成了其作为“迷你卫星”的任务，它将返回以太阳为中心的轨道，并继续成为阿朱那小行星带的一部分。

在2024 PT ₅ 围绕地球运行期间，如果想要观测到它，需要口径至少76厘米以上的天文望远镜，并且配备CCD或CMOS探测器。对于业余望远镜和双筒望远镜来说，2024 PT ₅ 太小、也太暗了。

2. 地球静电场首次被证实

六十多年前，科学家们提出了地球双极场存在的猜想。双极场被认为是一个静电场，处于电离层之上，覆盖了整个地球。最近，在理论预言了半个多世纪之后，由美国科学家领导的团队终于发现和证实了双极场的存在。对地球来说，双极场和引力、磁场一样的基本和重要。此次的研究发现刊登于2024年8月28日的《自然》杂志。

上世纪60年代末，一些航天器在飞越地球两极时，探测到了电离层中的带电粒子流逃逸到太空中。这种从两极逃逸的带电粒子流是低温的超音速氢离子（H+）流，被称为极风。当时的科学家们已经知道，太阳光会导致大气中的粒子被加热而逃逸到太空中，就像“开水上的蒸汽”。然而，探测到的极风并没有显示出被加热的迹象。一定有某种东西驱使了这些粒子离开电离层逃逸到太空。据此，科学家们理论预言了一个静电场的存在，即双极场。这个场是看不见的，而且非常微弱，对它的探测超出了当时的技术极限。

从2016年开始，研究团队就开始研发可以测量双极场的传感器。2022年5月，他们发射了一枚配备有传感器的亚轨道火箭开展了实际探测。研究团队选择了位于挪威斯瓦尔巴群岛的火箭发射场。这里距离北极仅几百英里，是地球上最北的发射场，也是唯一一个火箭发射后可以穿越极风的发射场。发射后，火箭在250千米到768千米的高度范围内收集了数据。数据表明，它记录到了一个0.55伏特的电势下降。这几乎微不足道，强度只相当于手表电池。但是，这正揭示了科学家们一直在寻找的双极场的存在。

研究团队估计，双极场始于地球表面以上约250千米处，大气中的原子在此分离成带负电的电子和带正电的氢离子。由于氢离子比电子重1800多倍，地球引力会持续产生向下的拉力。又由于带有相反的电荷，一个静电场就会产生，抵抗引力，试图将氢离子与电子拴在一起。该静电场是双极的，因为它在两个方向上都起作用：氢离子在引力作用下下沉时会将电子往下拉；与此同时，电子在试图逃逸到太空时会将氢离子提升到更高的高度。此时，由于氢离子在双极场中受到向上的拉力比其受到的引力大了10.6倍，这很容易使它们以超音速的极风形式逃逸到太空中。研究人员计算后发现，双极场还影响了极地电离层的结构。相比于没有双极场时，电离层在更高的高度处更致密，这暗示着双极场可能一直在塑造着地球大气。

研究团队预测，其他拥有大气的行星上也应该存在类似的静电场，包括金星和火星。深入研究双极场及相关性质，可以帮助科学家们对行星大气有更多的了解。

3. EHT将拍摄超大质量黑洞的最清晰图像

利用事件视界望远镜（EHT），天文学家已经拍摄到了椭圆星系M87和银河系的超大质量黑洞（M87*和Sgr A*）的图像。但是天文学家并没有止步。EHT合作团队于近期完成了测试观测，在不久的将来，可以得到超大质量黑洞更清晰的图像。具体说来，不仅图像分辨率会提高50%，而且还会得到多色图像。这些都将揭示出超大质量黑洞的更多细节，这是在此之前从未有过的。2024年8月27日《天文学报》上的文章对此进行了介绍。

EHT的工作原理是“甚长基线干涉测量”，简称VLBI。VLBI会利用多台望远镜建立起网络，通过它们对同一天体进行配合观测，并得到比单一望远镜更高质量的观测结果。EHT建立起的网络，等效于一台地球大小口径的射电望远镜。此前，EHT对M87*和Sgr A*的观测都是在1.3毫米波段（230GHz）下进行的。虽然得到了人类历史上第一张超大质量黑洞的直接图像，但黑洞周围的发光结构看起来很模糊，缺失了很多细节。EHT团队希望进一步提高观测的分辨率。此时一般有两种选择：增加望远镜之间的距离，或者以更短的波长（更高的频率）进行观测。由于EHT的等效口径已经与地球大小相当，因此只能通过在更短的波长下观测来提高分辨率，而这正是EHT团队所努力实现的目标。

综合考虑了EHT的情况后，团队计划在870微米波段（345GHz）进行VLBI。这并非易事，此前也从未实现过。其中一个难题是，地球大气中的水蒸气对870微米波段辐射的吸收，要远远大于对1.3毫米波段辐射的吸收，从而大大削弱了870微米波段的黑洞信号。为了使EHT接收到足够多的信号，团队增加了参与观测的望远镜的带宽，并只在符合条件的天气下进行观测。最终，团队实现了在870微米波段的VLBI，分辨率达到了19微角秒，相当于在地球上分辨出月球表面的一个瓶盖。参与此次测试观测的站点包括：阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵（ALMA）、阿塔卡马探路者实验望远镜（APEX）、毫米波射电天文所（IRAM）、北半球扩展毫米波阵列（NOEMA）、亚毫米波阵列（SMA）以及格陵兰望远镜（GLT）。

更高的图像分辨率会更清晰地显示出黑洞周围的发光结构，使天文学家可以更精确地描绘出它的形状和大小，从而可以更准确地估计中心黑洞的性质。此外，EHT此次在短波长观测的突破，也是黑洞图像从“黑白照片”到“彩色照片”的突破。多色图像可以让天文学家得到大量更多的细节，从而更多地了解黑洞周围的热气体和磁场。

4. 精妙配合揭示太阳风的秘密

太阳远非是我们在天空中看到的光滑、不变的发光球体。实际上，太阳在不断驱动着带电粒子流（等离子体流）向外运动，被称为太阳风。太阳风可以运动到很远的距离，包裹着我们的太阳系。在太阳风离开太阳之后，科学家们探测到了它的升温，以及高速——速度可以达到每秒500千米，甚至更快。然而，科学家们至今仍不清楚，太阳风是如何获得足够的能量来维持升温和高速运动的。近期，一个太阳物理学家团队于2024年8月29日在《科学》杂志上发表了一篇论文，提供了令人信服的证据，表明充满能量的沿磁场方向传播的等离子波，即阿尔文波，能够将足够的能量注入太阳风，并不断为其提供能源。

科学家们曾预测，阿尔文波会在太阳风的能量传输中发挥重要作用。然而，对于其是否与太阳风直接相互作用，或者它们能否产生足够的能量驱动太阳风，科学家们一直没有观测到实际证据。要回答这些问题，必须在非常靠近太阳的地方对太阳风进行测量。

2018年和2020年，美国航天局和欧洲空间局发射了各自的旗舰任务：帕克太阳探测器和环日轨道器。环日轨道器在距离太阳0.3-1个天文单位的轨道上运行。帕克太阳探测器则距离太阳更近，可以到达距离太阳只有5个太阳直径的地方，这里已经是属于日冕外缘的范围。这两个探测器都携带了可以测量阿尔文波的仪器。难得的机会来自于2022年2月。帕克太阳探测器和环日轨道器正好运行在基本同一直线上，这使科学家们可以在两天内研究同一团太阳风，分析它在两个观测点之间的变化情况。2022年2月，帕克太阳探测器首先探测到一团太阳风从日冕中爆发，记录到的风速为每秒390千米，同时伴随着大量充满能量的阿尔文波。两天后，正在金星轨道之外的环日轨道器捕捉到了同一团太阳风，并记录到了更快的风速—每秒510千米，并且温度也更高，但是阿尔文波几乎消失了。

研究人员确定了等离子体流获得的能量与阿尔文波损失的能量相匹配，这意味着阿尔文波确实向太阳风中注入了足够的能量来加速加热它。研究团队认为，阿尔文波的能量可能来自于磁折返（magnetic switchback）。帕克太阳探测器对于太阳磁场的探测表明，太阳的磁力线会在某些时候出现很大幅度的波动，以至于它们的方向会短暂地反转，这个现象被称为磁折返。科学家们在近太阳的太阳风中都探测到了显著的磁折返。沿着这样的磁力线，以折返形式出现的阿尔文波会蕴含着大量能量，这足以解释观测到的太阳风升温和加速。

5. 木卫三的方向之变：来自小行星的撞击

大约40亿年前，一颗巨大的小行星撞击了木星的卫星——木卫三。日本天文学家最新的研究结果表明，这次撞击威力如此巨大，以至于彻底改变了木卫三的方向。此外，这次猛烈的撞击可能还显著影响了木卫三的地质结构演化。研究结果发表在2024年9月3日的《科学报告》杂志上。

木卫三是太阳系中最大的卫星，直径可以达到约5260千米，比水星还要大。它也是太阳系中唯一拥有磁场的卫星。天文学家认为，在其厚达150千米的冰质地壳下方，再深入大约100千米的位置，可能存在着液态海洋，这里的水量甚至比地球上海洋的总和还要多。这些特征使木卫三成为在太阳系中寻找生命的热门候选天体，天文学家一直对它充满兴趣。与月球被地球潮汐锁定一样，木卫三也被木星潮汐锁定。这意味着它的一面总是朝向木星，另一面背对木星。之前的观测表明，木卫三地质学古老的地壳表面，大部分都存在着沟壑，并且它们不存在于地质学年轻的地壳表面。这些沟壑围绕着一个特定点形成同心圆，范围达到数千千米。20世纪80年代的天文学家认为，这是一次剧烈的小行星撞击的结果，发生在大约40亿年前。然而，天文学家并不确定这次撞击的程度有多大，以及它对木卫三产生了多大的影响。

此次的研究人员首次注意到，撞击点恰好位于距离木星最远的子午线上。这使他想到了冥王星的相关研究结果：新视野号观测到的冥王星地表特征表明，冥王星经历了小行星撞击事件，并且这导致了冥王星旋转方向的改变。相似的，小行星撞击可能也使木卫三的旋转方向发生了改变。根据这个想法，研究人员利用计算机模拟了木卫三经历的撞击事件。结果表明，当一颗直径为300千米的小行星以60-90度的角度撞击木卫三时，可以最好地重现天文学家观测到的沟壑和撞击点的位置。这颗小行星比撞击地球而导致恐龙灭绝的小行星大20倍，可以形成一个直径在1400-1600千米的撞击坑，其面积达到了木卫三表面积的25%。此外，只有这种规模的撞击才足以破坏木卫三的稳定。撞击使木卫三的质量分布发生了重大变化，从而导致了其在潮汐锁定时自旋方向也发生了变化，最终调整到当前位置。研究人员还认为，这次剧烈的小行星撞击会完全摧毁木卫三的原始表面，加之自旋方向的改变，这些都可能对木卫三的表面和内部演化产生重大影响，比如导致液态海洋的形成。

欧洲空间局于2023年4月发射了冰质木卫探测器（JUICE）。它的任务之一，就是对木卫三进行近距离的绕行观测。届时大量的全新数据，将有助于解答更多有关木卫三的演化问题。

6. 导致宿主星系“饿死”的超大质量黑洞

利用韦布空间望远镜，一个国际天文学家团队最近证实，超大质量黑洞会通过“饿死”宿主星系的方式，来“杀死”后者。相关学术文章发表在2024年9月16日的《自然　天文学》杂志上。

此次的研究结果来自于对一个盘星系的观测，其名为GS-10578。GS-10578距离地球约115亿光年，处于宇宙的年轻时期，距离大爆炸后仅23亿年左右。GS-10578中心拥有一个活动星系核。其宿主星系的质量约为太阳质量的2000亿倍，大小与银河系相当，在所处的宇宙时期属于非常大质量的星系。观测数据表明，GS-10578中的大多数恒星诞生于125亿至115亿年前，目前它基本上已经停止形成新恒星，处于“死亡”状态。“死亡”星系不再产生新恒星的主要原因，是星系中缺少恒星形成所需的原料，也就是致密的冷气体云团。

在宇宙年轻时，大多数星系都在形成大量的新恒星，非常活跃。在这个时期可以观测到类似GS-10578这样如此大质量的“死亡”星系，对于天文学家来说非常难得，因为这意味着阻止恒星形成的任何过程，都可能发生得非常迅速。天文学家一直猜测，星系中心的超大质量黑洞和恒星形成终止之间存在着联系。他们怀疑活跃的超大质量黑洞会将星系中的冷气体快速“清除”，从而终结新恒星的形成，使星系过快过早地被“杀死”。

在韦布望远镜投入使用之前，由于望远镜波段和灵敏度的限制，天文学家很难在观测上证实这种联系。韦布望远镜的性能则可以探测到GS-10578中冷气体的运动，从而帮助天文学家探究黑洞在“杀死”星系中的作用。分析韦布的光谱数据后，研究人员发现了GS-10578中存在着冷气体外流，外流速度高达每秒约1000千米，到达了GS-10578的逃逸速度，这可以使外流摆脱星系的引力。由于GS-10578中心为活动星系核，研究人员认为是超大质量黑洞驱动了冷气体的高速喷出，将它们“推”出了星系。经过更详细的计算，由于外流导致GS-10578失去的质量为每年30-100个太阳质量，而GS-10578的恒星形成率目前只有每年19个太阳质量。这表明从GS-10578流失的冷气体质量远远大于形成新恒星所需的质量。这些结果向研究团队提供了有力的直接观测证据，证明了超大质量黑洞可以有效地切断恒星形成的物质来源，宿主星系正在被“饿死”，并且这个进程可能非常快。

此外，理论模型预测，恒星形成结束时会对星系产生混乱和动荡的剧烈影响，从而破坏星系的形态。但GS-10578中的恒星仍然有序地在星系盘上运动，说明实际情况也并非总是如理论所想。

（责任编辑　卢瑜） v70YSx1qC1KGTj0aLBJYpX1dm3cTJlMAHJujwe/mmj/WJ2BVAagl2wO/gAq2PC2g