□ 供稿/赵冬瑶

1. 在主小行星带发现最小小行星

2024年12月9日的《自然》杂志刊登了一项最新的研究结果，由美国麻省理工学院的天文学家领导的一个国际团队，首次在小行星主带探测到十米级大小的小行星，这是迄今为止在主带中发现的最小的小行星。

小行星主带是火星和木星之间的一片碎石场，有可能有数十亿颗小行星在其间运行，这里距离地球约2～5亿千米。有很多近地小行星都来自小行星主带，而其中有些会最终撞向地球。小行星撞击会给地球上的生命带来威胁。虽然大型小行星撞击会造成全球性灾难，比如直径约为10千米的小行星撞击导致了恐龙灭绝，但它们造访地球的概率很低，每1亿到5亿年才会发生一次。做为对比，10米级的小行星的数量要多得多，它们会更频繁地造访地球，大约每隔几年就会撞击地球一次。这些10～100米大小的小行星更容易从小行星主带逃离，向内迁移成为近地小行星。

目前，当近地小行星距离地球非常近时，天文学家已经能够将探测的量级缩小到直径约10米。但对于提前防御小行星来说，这还远远不够。如果这些小行星在主带时就可以被发现，那它们的轨道就可以被更精确地跟踪，这对防御小行星撞击至关重要。此前，天文学家在主带能够发现和追踪的最小小行星直径约为1千米。此次的研究将探测极限提高到了十米级。

研究团队是在寻找和研究系外行星时，激发出挖掘主带小型小行星的想法的。在对系外行星的观测图像进行分析时，天文学家必须去除掉其中的“噪音”，比如分布在望远镜和目标天体之间的小行星。去除噪音的一种方法是拍摄同一片天空的多张图像，然后将它们叠加起来。这个方法的基本思路是，遥远的系外行星或其主星，应该保持在图像中的同一位置，而像小行星这样较近的天体则会在图像中有明显的移动。这反而成为了发现小行星的可能方法。

由于主带小行星在红外波段更加明亮，研究人员因此利用了韦布空间望远镜的观测数据进行分析。团队仔细研究了韦布对于TRAPPIST-1拍摄的10000张图像，寻找前景中可能是主带小型小行星的微弱光斑。TRAPPIST-1是一颗距离地球约40光年的恒星，天文学家对其周围的行星一直很感兴趣。研究人员对大量的这些图像进行了处理。最终，他们发现了138颗新的小行星，并且它们的直径都在几十米以内，是迄今为止探测到的最小的主带小行星。这些小行星可能与千米级小行星的碰撞有关。

2. 木卫一没有熔岩海洋

近日，科学家宣布了有关太阳系行星科学的重要新闻。与此前科学家们一直认为的不同，最新的观测数据表明，木卫一表面之下并没有一层的分布于整个星球范围的熔岩海洋。2024年12月12日的《自然》杂志发表了相关研究结果。

1979年，当美国航天局的两艘“旅行者号”探测器到访木星时，科学家们惊讶地发现，木卫一是太阳系中火山活动最活跃的地方，它拥有数百座活火山。如此活跃的程度让科学家们猜测，由于木卫一在一个椭圆轨道上围绕木星运动，木星作用在木卫一上的引力变化会引起潮汐形变，因此潮汐加热可能足以导致木卫一内部融化，在表面之下形成一个熔岩海洋，并分布于整个星球的范围，为火山活动不断提供燃料。但这一理论一直存在争议。

测量木卫一潮汐形变的程度将有助于验证地下熔岩海洋理论是否合理。美国航天局于2011年发射了“朱诺号”任务，并在2016年成功进入木星轨道。“朱诺号”旨在对木星及其部分卫星进行近距离观测研究。探测器在2023年12月和2024年2月，两次近距离飞掠木卫一并收集了诸多数据；当时“朱诺号”距离木卫一表面仅有1500千米，通过这些数据得到了此次的最新结果。

飞掠期间，研究人员监测了“朱诺号”射电信号的频率变化，探测多普勒频移，从而可以非常精确地计算出“朱诺号”速度的变化。这种方法非常灵敏，可以测量小到每秒20或30微米的速度变化。由于“朱诺号”的速度变化是由木卫一的引力场所引发的，因此“朱诺号”在每次飞掠木卫一期间，研究人员都可以精确绘制木卫一的引力场。通过比较两次飞掠的结果，他们能够分析出，当木卫一处于轨道的不同位置时，即与木星的距离不同时，木卫一受到木星引潮力影响的变形程度。如果木卫一表面之下没有全局范围的熔岩层，那它的形变就不会太明显；如果有，形变就会更大，就像一个水球。观测数据表明，木卫一的形变相对较小，这不支持其表面下大范围熔岩海洋的存在。相反，木卫一上的火山可能与地球上的火山一样，是由大量较小的局部熔岩室提供燃料。不同之处在于，木卫一上的熔岩室数量可能会非常之多。研究结果也暗示了木卫一地幔的大部分可能是固体。

此次的结果还表明，即使受到很强的引潮力而产生剧烈的潮汐加热，也不能保证在卫星或行星上形成大范围的熔岩海洋。这会对天文学家理解其他卫星或系外行星的内部结构产生影响。

3. 揭示木星上的磁龙卷风

木星的大红斑被大众所熟知，几个世纪以来它一直是该行星的固定特征。实际上，木星上还存在着和大红斑相似大小的卵形斑点，它们出现在木星的南极和北极区域。近期，由美国加州大学伯克利分校领导的一个国际科学家团队，对这些巨大斑点进行了更加深入的分析，发现这些特征会快速的形成和消失，这可能会帮助揭示行星磁层和大气层之间的联系。研究论文于2024年11月26日发表于《自然天文学》杂志。

哈勃空间望远镜于20世纪90年代末，首次在木星的南北极地区发现了这些巨大的卵形斑点。它们仅在紫外波段可见，并且与周围区域相比，会吸收更多的紫外辐射，因此在图像中，它们看起来很暗。随后，于2000年飞掠木星的卡西尼号土星探测器在北极区域也发现了深色的卵形斑点。但它们从何而来并没有引起科学家的重视。

此次的研究人员仔细查看了哈勃于1994年至2022年期间拍摄的26张木星全景图片。他们发现，卵形斑点在南极区域出现的概率为48%～53%，而在北极区域出现的概率则低很多，只是在南极出现概率的1/6～1/4。此外，卵形斑点通常在一个月内形成，并在几周以后消失。

和地球一样，木星的磁场在两极汇聚，而磁场线的这种集中会驱使带电粒子向极地运动，在那里它们与大气分子相碰撞，从而产生极光。在木星上，极光只能在紫外波段被探测到。此次研究确认了木星南北两极出现的紫外卵形斑点是短暂的现象。这暗示了，就像极光一样，卵形斑点的出现应该与木星的磁场有很大关联，并且其形成过程可能深入木星的大气层，比产生极光的过程要深得多。

研究人员分析讨论后推测，木星极强磁场中的磁场线会与木星大气上层的电离层的磁场线发生摩擦，定期引发巨大磁涡旋的形成，并且这些磁涡旋会旋转至木星平流层的深处。研究人员认为，磁涡旋在电离层中旋转速度最快，而到达木星大气每个更深的层时会逐渐减弱，这就像地球上的龙卷风一样，因此研究人员称其为磁龙卷风。此外，观测数据表明，深色卵形斑点区域的雾霾浓度是平均值的20～50倍。研究人员认为，这可能是因为磁龙卷风会搅动木星低层大气中的气溶胶，从而形成一片浓密的旋转雾霾，它们可以吸收紫外线，并在观测图像上呈现为深色的卵形斑点。因此，卵形斑点应该是由涡旋动力学形成的，而不是高层大气中的高能粒子所引发的化学反应。观测也表明，高层大气中的高能粒子出现的时间和位置与卵形斑点的出现无关。

4. 河外恒星的首张放大图像

近期，天文学家首次成功拍摄到了另一个星系中一颗恒星的放大照片，并展示出恒星及其周围的细节。这表明天文学家观测恒星的技术达到了新的高度。相关研究文章发表在2024年11月21日的《天文学和天体物理学》杂志上。

这颗恒星名为WOH G64，位于大麦哲伦云中，距离地球约16万光年。天文学家早就知道这颗恒星的存在，它是一颗红超巨星，比我们的太阳大2000倍，有着“巨兽恒星”的绰号。WOH G64处于恒星的垂死阶段，是同类恒星中最极端的恒星之一，很可能即将成为超新星，为天文学家提供了一个难得的机会来实时见证一颗恒星的终结。

研究团队长期以来一直对WOH G64很感兴趣，在过去十年中一直保持着对它的观测。研究人员发现，这颗恒星在过去十年中经历了显著变化，变得越来越暗了。而此次WOH G64前所未有的清晰图像揭示了其更多有趣的特征，令天文学家非常兴奋。图像清楚地显示，一个蛋形茧紧紧围绕着这颗恒星。这个蛋形茧被认为是围绕在WOH G64周围的气体，应该和垂死恒星的物质抛射有关。研究人员综合分析后，对恒星接近生命最后时刻的情形更加清晰了：类似WOH G64这样的红超巨星的“垂死挣扎”，会不断抛出外层的恒星物质，这个过程可能持续数千年；由于恒星物质一层层地被剥离，WOH G64变得越来越暗，而脱离的恒星物质会在WOH G64周围形成一个蛋形外壳。

此外，WOH G64的最新图像显示其蛋形茧被拉伸了。研究人员感到非常惊讶，因为这不同于他们根据之前的观测数据所预测的茧的形状。研究人员认为，最新的茧形状可能揭示了更准确的恒星物质抛射过程；或者也可能是在在WOH G64附近存在一颗尚未被发现的伴星，由后者引力影响导致的结果。

为恒星拍摄放大细节图像并不容易。即使在银河系内，天文学家目前也只为25颗恒星拍摄了放大照片。此次为河外星系中的恒星拍摄放大照片，得益于甚大望远镜干涉仪的第二代仪器之一GRAVITY的开发应用。GRAVITY是一种干涉仪，它可以将所有4台甚大望远镜的光线结合起来，得到极高灵敏度的图像，使天文学家能够捕捉到暗弱天体的微小细节。与之前使用的成像仪器相比，GRAVITY的灵敏度和准确度都有了质的飞跃。

虽然WOH G64的第一张放大图像非常酷，但之后它可能不会有太多这样的图像。这是因为，随着这颗庞然大物继续抛射恒星物质，它会变得越来越暗，使它的成像越来越难。

5. 太阳超级耀斑爆发周期可能更短

毫无疑问，太阳是一颗“有脾气”的恒星，2024年异常强烈的太阳耀斑和太阳风暴就证明了这一点。那我们的太阳会变得更加暴躁吗？天文学家正在试图研究，太阳是否会产生超级耀斑，以及发生的频率是多少。利用宇宙中的类太阳恒星，一个国际天文学家团队得到了有趣但有点可怕的研究结果，表明类太阳恒星的超级耀斑大约每100年发生一次，这个频率比此前天文学家认为的要高得多。研究论文发表于2024年12月12日的《科学》杂志。

太阳耀斑是一种强烈的能量爆发，通常伴随着喷出大量的等离子体，称为日冕物质抛射。当大量来自日冕物质抛射的高能粒子撞击地球时，会对地球产生严重影响。对于近现代，通信系统和电力基础设施尤其会被影响。然而，就类太阳恒星而言，耀斑只是普通的爆发。一种更剧烈的现象是“超级耀斑”，它的威力可以达到太阳耀斑的数万倍。太阳发生过超级耀斑吗？它在未来会对人类产生威胁吗？有很多有趣的问题需要回答。

天文学家无法在数千年或数亿年内一直观测太阳，但是，他们可以在短时间内监测大量类太阳恒星的行为。比如，超级耀斑在短时间内释放的能量会超过10 27 焦耳，在观测数据中会表现为短暂而明显的亮度峰值。记录它们将有助于天文学家估计类太阳恒星发生超级耀斑的频率。

在此次的研究中，团队人员分析了2009年至2013年间开普勒望远镜观测到的56450颗恒星的数据。研究的关键是需要仔细选择恒星样本，即要挑选出那些类太阳恒星。研究人员最终只选用了表面温度和亮度与太阳相似的恒星。研究人员还排除了许多超级耀斑的误差源，例如宇宙辐射、经过的小行星或彗星等。最终，研究人员确认了可以归为类太阳恒星超级耀斑的可靠样本。具体来说，他们在56450颗恒星中的2527颗类太阳恒星上，发现了2889次超级耀斑。考虑到使用的开普勒数据相当于约22万年的恒星活动时间间隔，这意味着，一颗类太阳恒星平均大约每百年会产生一次超级耀斑。

如果类太阳恒星样本代表了太阳的行为，那么太阳产生超级耀斑的频率就要高得多。研究人员希望未来可以确定产生超级耀斑的必要条件，并了解超级耀斑对地球的潜在影响。

6. 最详细的引力波地图被公布

参与狐獴射电望远镜（MeerKAT）观测的一个国际天文学家团队，于最近公布了他们最新绘制的宇宙引力波地图；这是迄今为止最详细的引力波图，为解开宇宙演化的一些重大谜团带来关键线索。研究相关的三篇论文发表在2024年12月3日的《皇家天文学会月刊》上。

19世纪末，科学家首次提出了引力波的概念。到了1916年，爱因斯坦基于广义相对论，提出引力波是时空中的涟漪。目前，天文学家越来越重视对引力波背景的研究。引力波背景是遍布宇宙的引力波随机背景，信号可能本质上是随机的，例如来自早期宇宙中的随机过程，或者可能是由大量弱独立且未被解析的引力波源（如超大质量双黑洞）的非相干叠加产生的。探测引力波背景可以让天文学家听到来自早期宇宙事件的回声，揭示超大质量黑洞和宇宙是如何随着时间的推移而演变的。探测引力波背景所得到的信息是其他任何方法都无法获得的。

目前，引力波背景的探测主要是通过脉冲星计时阵列。脉冲星，即快速旋转的中子星，拥有异常稳定的脉冲间隔，是非常精确的天然时钟。脉冲星计时阵列是在星系尺度（比如银河系）内监测一组组成阵列的脉冲星，记录它们的脉冲到达地球的间隔时间的相关信息。简单来说，引力波经过时会引起脉冲星与地球之间距离的微小变化，脉冲抵达地球的间隔时间因此也会改变，通过监测这种时间上的变化就可以探测到引力波。

此次研究的团队利用了位于南非的MeerKAT进行了脉冲星计时阵列的观测。MeerKAT是一个由64个天线组成的射电望远镜阵，于2018年投入使用，是目前世界上最灵敏、最先进的射电望远镜阵之一。

此次公布的研究结果是基于团队在4.5年内得到的观测数据，不但进一步证明了宇宙中弥漫着“嗡嗡作响”的引力波背景，并且探测到的引力波信号比之前其他团队的结果都更强。这暗示了一个比天文学家预期的更加动态和活跃的宇宙。此外，此次最新的引力波地图还揭示了一个有趣的异常现象——信号中有一个意外的热点。这表明引力波背景可能存在方向偏差，分布是各向异性的。天文学家此前通常认为引力波背景在宇宙中的分布是各向同性的。此次发现的热点，可能意味着存在一个独特的引力波源，比如质量是太阳数十亿倍的超大质量双黑洞的族群。研究团队将继续完善引力波地图，继续探索超大质量黑洞的起源，了解星系的形成，甚至推断宇宙早期历史中的重大事件。

（责任编辑　卢瑜） OgRncmh+jIWRka4ovBxKild2RBnhdG8dV4doUePq5aqPV7mF5IQmpuDzthmMLH24