□ 供稿/赵冬瑶

1. 火星摆动或许能验证原初黑洞的存在

在一项最新研究中，麻省理工学院的物理学家提出，如果宇宙中的大部分暗物质是由原初黑洞组成，那么它们应该至少每十年，会有一次穿越我们太阳系的机会。研究人员预测，像这样的穿越会使火星轨道发生摆动，其相应的变化是当今技术可以探测到的。未来的实际探测可以帮助验证，原初黑洞是宇宙暗物质的主要来源这一观点。研究结果于2024年9月17日发表在《物理学评论D辑》。

科学家们目前普遍认同宇宙中总物质的约85%为暗物质。暗物质由什么构成一直是尚未得到解答的疑问。目前，科学家们越来越多地转向20世纪70年代首次提出的想法：暗物质可能根本不是粒子，而是以原初黑洞的形式存在。

原初黑洞被认为是在宇宙大爆炸后第一时间形成的。研究表明，在宇宙暴涨之前，宇宙中物质密度的随机起伏，会导致一些团块变得足够致密，从而形成原初黑洞。之后，它们随着宇宙的暴涨分布到宇宙空间中。原初黑洞的质量可能与一颗典型小行星的质量相近，至少比太阳轻100亿倍。其大小却仅比氢原子大不了多少。存活至今的原初黑洞很可能构成了宇宙中大部分乃至全部的暗物质。此次研究的团队提出了一种探测原初黑洞的方法，可能可以帮助解决暗物质到底是什么的争论。

研究人员的研究始于一个问题：如果一个原初黑洞从一个人旁边经过会发生什么？研究人员计算发现，如果一个原初黑洞在距离人体1米的范围内飞驰而过，其作用力会在1秒内将人体推出6米。这意味着原初黑洞经过质量更大的天体时，会导致天体的轻微晃动。研究人员被激起了进一步的思考：如果原初黑洞穿越太阳系，那么它对太阳系中的天体会产生怎样的影响？这些影响能否在有生之年被我们探测到？

研究人员首先估算了原初黑洞穿越太阳系的概率。根据给定空间中的暗物质质量和原初黑洞的质量，原初黑洞可能每十年穿越一次内太阳系。研究人员继而利用了一个较简单的内太阳系模型，对原初黑洞以不同角度穿越产生的影响进行了模拟。该模型对内太阳系中二十几个天体进行了仔细建模，并考虑了其中所有行星和一些最大卫星之间的引力相互作用。

研究人员发现，很难从地球或月球的数据中确定这些穿越的影响，但是火星似乎提供了更显著的结果。模拟表明，如果一个原初黑洞从距离火星几亿千米的范围内经过，它将会引发火星的“摆动”，即火星轨道的轻微偏移，程度将达到约1米。相比于火星距离地球的1.4亿英里，这个摆动非常微小。然而，现在测量火星和地球之间距离的精度已经可以达到10厘米，这种摆动完全可以被高精度仪器探测到。研究团队希望未来能在实际观测中，有机会探测到明显而清晰的信号。

2. 精准的日食界限图得以成功绘制

来自美国航天局的科学家近日发表了他们的相关研究，所展示的过程和方法，能够计算和绘制极其精准的日食界限图，并可以非常准确地预测月球本影在地球上的路径。科学家和日食爱好者们再也不用担心错过即将发生的日食了。这项研究结果发表在2024年9月19日的《天文学报》上。

当月球运行到太阳和地球中间时，地球上的人们就有机会看到日食。日食可以分为日环食、日偏食和日全食，等等。日全食最为壮观，是日食爱好者们追逐的对象。此外，由于太阳光被完全遮挡，科学家们可以借此机会研究许多天文、物理方面的课题，比如对日冕的研究、检验广义相对论等。日全食对于公众和科学家来说都是千载难逢的机会，不容错过。然而，只有在月球本影中的人们才能看到日全食。因此，准确描绘月球本影的形状、准确预测月球本影在地球表面上的轨迹，对追逐、观看日全食的人们非常重要。

传统的日食界限图是基于19世纪的计算方法绘制的。这种方法依赖于两个重要的假设，即每个观看日食的人都处于海平面这个高度上，并且月球是一个完美的重心位于中心的光滑对称球体。当然，这两个假设都过于粗糙。实际上，人们生活在海平面以下和以上的不同海拔高度；月球也由于长期受到小行星撞击而表面坑坑洼洼，并不光滑。尤其是月球边缘的山脉和山谷，它们是日全食时接触太阳光的最边缘部分，直接影响着投射到地球表面的月球本影的形状。这就是为什么月球的本影实际上不是光滑的椭圆形，而是令人惊奇的多边形。忽略地球和月球边缘的地形，会导致日食界限图预测的月球本影轨迹出现误差，量级达到千米级；全食时间和接触时间则会出现秒量级的误差。对于记录日食的摄影师和科学家来说，这些误差正变得越来越无法容忍。

此次研究的科学家不但使用了地球的高程图，还利用了美国航天局月球勘测轨道飞行器收集的最新的月球边缘山脉和山谷数据。基于准确的地球和月球边缘地形，科学家对日食界限图进行了非常准确地计算和预测，并对结果进行了可视化展示：真实的、随时间变化的月球本影形状和轨迹。此次研究利用了计算机强大的计算和渲染能力，对日食界限图进行了全新的绘制，这是200年前的手工计算方法所无法完成的。

3. 月球背面月壤首次被研究

近期，由中科院国家天文台李春来研究员、嫦娥六号任务总设计师胡浩、中国空间技术研究院杨孟飞院士领导的研究团队，发表了首篇关于嫦娥六号带回的月球背面月壤的研究论文，并刊登于2024年9月16日的《国家科学评论》。

嫦娥六号是中国探月工程的第六个探测器，承担着继嫦娥五号之后的第二次月球采样返回任务。此次任务首次实现了人类从月球背面采集月壤样品并将其带回地球的壮举，是探索月球的重要里程碑。2024年5月3日，嫦娥六号探测器被发射升空，6月2日于月球背面的南极-艾特肯盆地成功着陆，6月4日携带月球背面样品返回地球。此次带回的月壤样品重1935.3克，为月球研究提供了前所未有的机会，是非常珍贵的研究材料，具有重要意义。

研究团队分析了月球背面这批样品的物理、岩石学、矿物学和地球化学性质。研究人员发现，与嫦娥五号从月球正面取回的月壤相比，背面月壤的密度较低。它们的结构更松散，孔隙率更高，在月球表面的“自然”状态下会更加蓬松。样品中含有多种岩石碎片，包括本地月海玄武岩、角砾岩、粘结岩、玻璃和淡色岩。其中，玄武岩占总量的30%-40%。矿物学分析显示，样品主要由斜长石、辉石和不规则玻璃组成，分别占32.6%、29.7%和29.4%。样品的橄榄石含量极低。此外，样品中还检测到了3.6%的斜方辉石。地球化学性质的分析揭示，嫦娥六号的月壤样品富含Al 2 O 3 和CaO，而FeO含量较低，这与样品岩石学和矿物学的特征一致。此外，样品中的钾、铀、钍等示踪元素含量显著低于月球正面样品的含量，表现出了巨大差异。

这些都表明月球背面的月壤是“本地”玄武岩物质和“外来”非玄武岩物质的混合物。本地月海玄武岩记录了月球背面的火山历史；非玄武岩物质则可能来源于撞击事件（如小行星撞击），撞击的喷出物从撞击区域向周围喷出。

对于月球背面样品的研究还将继续深入。它们有助于加深对月球几个关键方面的理解，包括月球的早期演化、月球正面和背面的火山活动的变化、内太阳系的撞击历史、月球地壳和地幔的成分和结构等。仅根据月球正面的月壤，科学家无法了解到月球的全貌，而来自月球背面的月壤大大填补了空白。来自整个月球表面的样品将使科学家对月球的起源和演化有更清晰、全面的理解，有望推动新概念和新理论的提出。

4. 地球可能也曾拥有环结构

土星环是太阳系中最著名、最壮观的结构之一。最近，来自澳大利亚蒙纳士大学的科学家们提出，大约4.66亿年前，地球可能也曾拥有过类似的环结构。当时，地球可能捕获并摧毁了一颗路过的小行星，环结构形成并可能持续了数千万年。这个环还可能导致了全球变冷，甚至导致了地球在过去5亿年中最冷的时期。2024年9月12日的《地球与行星科学通信》发表了此次研究的相关结果。

研究团队对全球21个陨击坑进行了最新的分析。这些陨击坑被认为都是由4.88亿至4.43亿年前的小行星撞击所造成的。地球历史上的这个时期被称为奥陶纪。在此期间，地球经历了小行星撞击的急剧增加。研究人员利用地球板块移动演化的计算机模型，绘制出了这些陨击坑首次形成时的位置。结果表明，所有21个陨击坑都形成在当时距赤道纬度30度以内的大陆上，没有一个位于更靠近两极的地方。

正常情况下，撞击地球的小行星可以随机地撞击地球的任何纬度。研究人员还计算了当时地球表面陆地适合保留陨击坑的概率，赤道附近的陆地只有大约30%适合保留陨击坑，而这个概率在高纬度地区达到了70%。因此，如果小行星撞击是随机的，那么这21个陨击坑应该更多的出现在当时的高纬度地区。此外，研究人员计算表明，如果这21个陨击坑是由不相关的随机小行星撞击造成的，要实现它们的撞击点都集中在赤道附近的概率约为2500万分之一。

因此，研究人员认为更好的解释为，4亿多年前，一颗大型小行星在与地球近距离接触时解体，碎片形成了环结构围绕在地球赤道上方，宽度可能约为12.5千米。在此后的几千万年里，这颗小行星的碎片像雨点一样不断坠落到赤道附近的区域。科学家发现地球这一时期的石灰岩沉积层中含有大量的陨石碎片，并且还存在发生多次海啸的迹象，这些都表明了陨石撞击的激增。此外，这些碎片受到的太空辐射比现如今坠落到地球的陨石少得多，说明当时的这些碎片存在于太空中的时间相对短暂，并很快坠向了地球。这些都可以用环结构假设来解释，将它们关联到一起。

如果地球赤道周围确实有一个环，那么这个环将对我们星球的气候产生重大影响：环结构会在地球表面部分区域投下阴影，从而导致全球变冷。科学家已经了解，地球在4.65亿年前发生过急剧变冷，从而进入了赫南特冰期，这是过去5亿年中地球最冷的时期。研究人员推测，环结构可能是气候急剧变化的原因。未来，研究人员将在陨击坑中寻找小行星颗粒的共同特征，来进一步验证环结构这一假设。

5. 发现最紧密的三合星系统

2024年10月2日，《天文物理学报》发表了一项最新研究结果，专业天文学家和天文爱好者通力合作，共同发现了一个破纪录的三合星系统。这个系统是迄今为止发现的最紧密的三合星系统，可以轻松地被置于太阳和水星之间。

该系统被命名为TIC 290061484，包含每1.8天相互绕转一周的内双星，以及每24.5天围绕它们运转一周的第三颗恒星。系统位于天鹅座，距离我们不到5000光年，有着迄今为止最为紧密的系统轨道。之前最紧密的三合星系统纪录保持者是1956年发现的λ Tauri，位于金牛座，其第三颗恒星围绕其内双星的轨道周期为33.02天。

TIC 290061484是通过凌星系外行星巡天卫星（TESS）的观测数据被发现的。当双星或多星系统的轨道平面的角度合适时，在观测者看来，它们相互绕转时会从彼此的前方穿过，发生掩食。天文学家可以通过光度曲线的变化来寻找和确定双星或多星系统。

团队中的天文学家利用机器学习，从TESS的大量测光数据中，首先筛选出具有掩食特征的光变曲线。之后，团队中的公民科学家对数据进行进一步筛选，从中找出特别有趣的系统。团队成员发现，这个系统的内双星会发生主食和次食，光度曲线还表现出一个显著的更长周期的光度下降，且轮廓呈现出明显的不对称，这暗示了第三颗恒星的存在。动力学模型进行模拟后，为该三合星系统的轨道和物理参数都提供了答案。

除了发现其轨道非常紧密外，TIC 290061484中的三颗恒星的质量分别为太阳的6.85、6.11和7.90倍，半径都接近对应质量的主序星，有效温度在21000～23700开尔文的范围内。系统中的三颗恒星基本处于同一轨道平面，所以该系统非常稳定；如果恒星的轨道平面都不相同，它们相互间的引力就会扰乱轨道，使系统变得不稳定。然而，这种稳定不会永远保持下去。大约2000万年后，随着恒星的老化，TIC 290061484中的三颗恒星会相互并合，经历超新星爆炸，最终留下一颗中子星。值得注意的是，动力学模型还指出，该系统实际上可能为一个四合星系统。第四颗恒星距离更为遥远，轨道周期约为3200天，质量与其他三颗恒星相当。

TIC 290061484被发现令人兴奋，因为致密三合星系统很少被发现，而实际上与目前观测到的数据相比，前者可能是宇宙中更为常见的景象。天文学家希望利用未来更先进的望远镜找到更多的致密三合星系统，甚至致密的六合星系统，以便更多更深入地了解恒星演化。

6. 有史以来最大的喷流被发现

最近，由荷兰莱顿大学天文学家领导的团队发现了有史以来最大的双向喷流。这个双向喷流整体绵延了2300万光年，相当于银河系直径的260多倍，其来源星系在这巨大的喷流中心只是一个小点。研究人员认为，这种巨型喷流会对早期宇宙的演化产生巨大的影响，甚至比之前预想的程度要大得多。研究结果发表于2024年9月18日的《自然》杂志。

该巨型喷流被命名为“Porphyrion”，来自于希腊神话中的巨人之首。研究团队利用LOFAR低频阵发现了此次最大的喷流。LOFAR是由分布在欧洲7个国家的射电望远镜组成的网络。它具有大视场和高灵敏度的特点，非常适合寻找和研究遥远宇宙中的延展结构。

天文学家使用了多种方法寻找隐藏在LOFAR巡天数据中的大型喷流。他们不仅通过肉眼检查射电图像，还通过机器学习寻找大型喷流的迹象，并且通过公民科学家进行复核。在射电波段发现Porphyrion后，研究团队利用大型米波射电望远镜和暗能量光谱仪的数据，确定了在喷流中心是一个比银河系重10倍的大质量星系。之后，利用凯克望远镜，研究人员确定了Porphyrion距离地球约75亿光年，当时的宇宙年龄为大约63亿年。Porphyrion每秒输出的总能量相当于太阳的百万兆倍。

天文学家普遍认同喷流是由星系中心的超大质量黑洞所产生的。令研究团队惊讶的是，观测数据表明，产生Porphyrion的超大质量黑洞实际上并不处于喷流模式，反而处于辐射模式。辐射模式在早期和遥远的宇宙中更为常见，黑洞剧烈吸积物质后，多通过强大的粒子风释放能量；喷流模式在后期和近邻宇宙中更为常见，黑洞以喷流的形式释放能量。天文学家此前从没有观测到过辐射模式的超大质量黑洞可以产生如此巨大的喷流。

此外，研究人员认为，产生Porphyrion这样如此巨型且笔直的喷流，需要在超大质量黑洞周围发生不寻常的长寿和稳定的吸积事件。许多过程都会使喷流产生弯曲，如路径上高密度云团等障碍物、黑洞自转方向的变化等。相比之下，Porphyrion似乎没有受到干扰地在宇宙中笔直前进了大约10亿年，这令研究人员费解。Porphyrion处于宇宙只有现在年龄约一半的时期，那时宇宙密度更大，复杂的环境是喷流保持笔直的大敌。然而，要使喷流保持10亿年的稳定能量，中心黑洞需要稳定的物质供应。这意味着黑洞周围的环境需要充满了物质。这产生了一个悖论，因为高密度的复杂环境是不利于喷流保持笔直的。研究人员将对Porphyrion进行更多的研究。

Porphyrion不仅仅是宇宙中的奇观，也是塑造宇宙环境、物质循环不可或缺的一部分。由于Porphyrion存在于宇宙早期，它覆盖了宇宙空间的更大部分，会对更广阔的环境和物质产生影响，这可能对宇宙、星系的演化历史具有重要意义。

（责任编辑　卢瑜） B/2Sz38ZXSTPVx+Kc/quz9EIvouCbS7CHqylHEIoPyADCToUjeOZvwJdXzMLwEl+