□ 供稿/赵冬瑶

1. 地球元素缺失之谜

了解地球上的基本元素从何而来，是探索地球形成和演化的重要环节；而了解地球上为什么有些元素会缺失，也能为该项研究提供重要线索。这些缺失的元素一直困扰着科学家们。近日，由美国亚利桑那州立大学科学家领导的研究为此带来了新的线索，并揭示了我们星球形成场景中的一个重要片段。

此次的研究集中在中等挥发性元素，简称MVE。MVE，比如铜和锌等元素，在行星化学中起着至关重要的作用，通常伴随着水、碳和氮等生命所必需的元素出现。了解MVE的起源，可以给地球为何成为一个宜居世界的研究提供重要线索。科学家们已经发现，类似于地球和火星这样的岩质行星，所含有的MVE比原始陨石（即球粒陨石）要少得多，这引发了有关行星形成的基本问题，即岩质行星在演化中发生了什么，会导致它们缺少这些元素？

到目前为止，科学家们对MVE缺失的解释主要有两种，一种是因为它们在早期太阳系中从未完全凝聚，另一种是在行星分化或碰撞的过程中存在丢失。但是具体原因仍然不甚明朗。由于铁陨石很可能是最早星子的核心残留物，在此研究中，团队利用岩浆铁陨石，重建了最早的内太阳系星子和外太阳系星子中的MVE含量。他们发现，这些星子表现出类似球粒陨石中的MVE含量。这个结果提供了明确的证据，表明“第一代”内太阳系的行星中也富含MVE，它们尽管经历了分化，但仍保留了MVE。这也说明MVE的缺失不是由于不完全凝聚造成的。研究人员最终得出结论，认为行星演化过程中的碰撞是导致MVE缺失的主要原因。

此次的研究描述了这样一个故事：地球和火星并非一开始就缺乏MVE，相反它们可能更富含这些与生命相关的元素；之后由于地球和火星经历了不断的剧烈碰撞，在长期历史演化过程中一直不断地失去MVE，最终导致了现在观测到的MVE缺失。此次研究使科学家们对行星演化有了更多的了解。相关学术文章刊登在2025年2月5日的《科学进展》杂志上。

2. 火星地震导致了火星二分结构

火星具有一个太阳系中其他天体所没有的显著特点，即它南北半球的二分结构（Martian dichotomy）。科学家们发现，火星的南半球和北半球在地貌、地形、地质结构等方面存在着显著差异，而在太阳系的其他天体上，并没有这种情况出现。火星二分结构自发现以来一直困扰着科学家们。是什么造成了这种巨大的差异？它来源于外部因素还是内部因素，科学家们对此产生了分歧。由中科院科学家带领的团队于2024年12月27日在《地球物理研究通信》上发表了最新的研究结果，指出造成火星二分结构的原因，可能更多来源于内部因素，也就是由火星地震造成的。

20世纪70年代，通过研究海盗号火星探测器拍摄的图像，科学家们发现了火星南北半球在高程和陨击坑密度上的明显差异，首次确认了火星的二分结构。此后，科学家们发现了火星更多的二分结构特点。具体来说，火星南半球布满了陨击坑，并存在有冻结的火山熔岩流痕迹；相比之下，北半球的地表光滑平坦，几乎没有可见的痕迹。科学家们还了解到，火星南半球的高程比北半球可以高出约56千米；而火星南半球的地壳也比北半球明显更厚，差异可以达到约20千米。此外，南半球的岩石被磁化了，而北半球的岩石则没有。

火星二分结构的起源一直是行星科学中一个长期的未解之谜，至今仍存在很大争议。科学家们提出了两种主要假设。一是内源说。火星地幔中存在上升的较热物质和下沉的较冷物质。该假说认为，冷热物质的热转移差异导致了火星的二分结构。二是外源说，即二分结构的原因来自宇宙空间：一个月球大小的天体或几个较小天体导致的灾难性撞击，可能重塑了火星的表面。

此次基于洞察号火星探测器所搭载火震计的数据，研究团队通过分析火星地震的相关信息，讨论内源说对于形成火星二分结构的可能。科学家们此前在火星的北半球发现过地震。研究团队首先希望在南半球也发现地震的发生，从而可以进行对比。确定地震的位置尤其关键。在地球上，我们可以使用数百甚至数千个地震计的数据，通过三角测量来确定地震发生的位置。但在火星上，只有来自洞察号一个设备的数据。研究团队通过测量火星地震时不同种类的振动（称为P波和S波）到达洞察号的时间差异，确定了地震的距离和方向。他们发现了在火星南半球发生的一组新的地震。之后，研究人员对比了南北半球地震中的S波损失能量的速度，发现S波在南半球高地会更快地损失能量。对此最有可能的解释是，南半球高地下面的岩石比北半球的温度更高。

研究人员认为，火星可能经历了这样一个过程：火星曾经像地球一样有移动的板块，当这些板块停止移动时，会促使火星内部熔岩中形成对流模式；由于火星壳层的初始不均匀性，南半球内部的对流会更加剧烈，从而温度更高，最终导致了二分结构。此次的研究结果支持了二分结构来源于内部因素的观点。

3. 热木星并不孤独

2025年1月15日发表于《天文学和天体物理学》杂志上的最新研究表明，我们对于行星系统的形成还有许多不了解的地方。天文学家此前认为，如果恒星的行星系统拥有热木星，那么热木星通常是孤独的，附近不会有其他行星存在。然而，由日内瓦大学的天文学家领导的团队，在恒星WASP-132周围发现了意想不到行星系统，该系统由含有热木星的三颗行星构成，并打破了天文学家此前对于热木星演化的认识。

热木星是质量与木星相似的气态巨行星，轨道非常接近其主星，所处距离比水星到太阳的距离还要小得多。天文学家指出，热木星很难在它们被观测到的地方形成，因为恒星附近没有足够的气体和尘埃。这些巨行星应该形成于远离恒星的地方，之后随着行星系统的演化向内迁移到现在的位置。此前的观测还表明，热木星在恒星周围是孤立的，它的附近没有其他行星。这种情况也可以用向内迁徙的理论解释，即巨行星在向内迁移的过程中，会吸积或弹射其路径上的其他行星，使它们不能稳定地存在于热木星周围。但此次的研究挑战了这一理论。

WASP-132是一颗K型恒星，质量大约是太阳的0.8倍，距离地球约403光年。2016年，它的一颗行星候选体WASP-132b最终被确认为一颗行星。WASP-132b的大小是木星的0.9倍，每7.1天绕其主星运转一周。之后，凌星系外行星巡天卫星（TESS）继续对WASP-132进行观测。天文学家于2022年证实了在WASP-132b内侧还存在着一颗行星，大小是地球的1.85倍，轨道周期为1天左右。

此次的研究发现，WASP-132的行星系统还不止如此。研究团队最新确认了一颗距离主星2.7AU、周期约为5年的巨行星的存在。研究人员还利用多种光谱数据计算了这三颗行星的质量，从内到外分别为：6倍地球质量、0.43倍木星质量、至少5.16倍木星质量。结合测量得到的密度、成分等信息，研究人员确认这三颗行星分别为超级地球、热木星和超级木星。

WASP-132这种特殊的行星系统结构，是天文学家第一次观测到，它表明热木星在行星系统中并非总是孤独的。这也暗示了此前热木星向内迁移的标准假设，对于WASP-132b来说并不成立，因为这会使另外两颗行星的轨道不稳定。WASP-132b的向内迁移过程必须有所不同。研究人员认为，该颗热木星的迁移应该是由动力学“冷”的更稳定的机制所驱使，因此才保护了它的邻居，保留住了现有的系统结构。WASP-132展示了行星系统的多样性和复杂性，促使天文学家未来进行更为深入的研究。

4. “天关”卫星探测到全新的宇宙高能爆发

“天关”卫星，也被称为“爱因斯坦探针”，是由中科院主导研制的一颗X射线空间科学卫星，于2024年1月成功发射升空。近期，有两项最新的研究工作都利用了“天关”卫星出色的观测数据，发现了可能是全新的宇宙高能事件，并揭示出有关宇宙高能爆发的更多信息。

2025年1月23日发表于《自然天文学》杂志的论文，阐述了由中科院国家天文台领导的团队，对“天关”卫星探测到的爆发源EP240315a所进行的分析和讨论。2024年3月15日，“天关”卫星探测到了一个软X射线爆发，持续了17多分钟，被命名为EP240315a。这是一次快速X射线暂现事件。利用双子北望远镜和甚大望远镜的后续观测数据，研究人员确定了这次爆发来自于约125亿光年之外，当时的宇宙年龄仅为现在宇宙年龄的10%，是一次发生在宇宙早期的爆发事件。EP240315a是天文学家首次在如此早期的宇宙中探测到持续时间如此长的软X射线爆发，也证实了“天关”卫星探测早期宇宙的能力。

之后，研究团队利用位于澳大利亚的射电望远镜阵对EP240315a进行了三个月的后续观测，发现这次爆发的能量输出与典型的伽马射线暴（GRB）一致，并且找到了对应的GRB：GRB 240315C。这表明快速X射线暂现事件可能与GRB成协。研究团队因此找到了一种新方法，即使没有探测到GRB，利用“天关”卫星高性能的观测，也可以通过X射线爆发探索宇宙早期中的GRB事件。

此外，研究人员发现EP240315a是一次特殊的爆发。对于GRB，X射线辐射通常会比伽马射线辐射早几十秒出现。然而，EP240315a比GRB 240315C早了至少约六分钟（372秒），此前从未观测到如此长的延迟。此次事件说明天文学家对GRB的理解并不是想象的那样全面，它可能在向我们展示一些非常新的特质，已有的GRB模型可能必须要重新考虑。

2025年1月27日刊登于《天体物理学报通信》的学术文章，对于“天关”卫星探测到的另外一次爆发，阐述了所进行的后续研究分析。此次的爆发被命名为EP240408a，也十分特殊。“天关”卫星探测到，EP240408a在10秒的时间内爆发了极高的软X射线辐射，之后经过5天暗弱了下去。然而，EP240408a并没有明亮的GRB对应体，光学和射电波段也没有探测到对应体。EP240408a符合几种不同现象的一些条件，但不符合所有条件。

研究团队提出了一个可能的解释，即EP240408a是由一次喷射潮汐瓦解事件造成的。当恒星过于靠近星系中心的超大质量黑洞时，就会发生潮汐瓦解事件（TDE）。黑洞会把恒星撕裂，而恒星物质会形成吸积盘，最终被黑洞吞噬。喷射TDE是其中很罕见的一个类型，可能仅占所有TDE的1%左右，其具体的成因尚不确定。一些研究认为，当超大质量黑洞的自旋方向与恒星物质吸积盘方向存在显著差异时，黑洞通过磁场在数周至数年的时间里使吸积盘与其对齐，TDE就会有一次喷射，这使它们区别于其他99%的TDE。研究团队指出，如果EP240408a不是一次喷射TDE事件，那么它就是一次全新的、此前未知的暂现事件。

5. 首次在安静星系中发现快速射电暴

近期，一项新的研究让快速射电暴（FRB）的来源变得更加扑朔迷离。此前天文学家发现，FRB基本都处于年轻、活跃的产星星系中。然而，此次研究首次在已经没有恒星形成的古老星系中发现了FRB，并且其处于星系的边缘。这个结果使天文学家必须重新思考FRB的起源问题。相关学术文章发表在2025年1月21日的《天体物理学报通信》上。

FRB是宇宙中的一种短暂而强大的射电爆发，持续时间通常只有几毫秒，而产生的能量则比太阳在一整年中释放的能量还要多。目前已经有超过1000例的FRB被探测到。这些FRB的宿主星系都是较年轻的星系，并且FRB通常处于星系中的恒星形成区。主流理论认为，恒星形成区中的年轻大质量恒星，会以核心坍缩超新星的形式结束生命，超新星爆发后形成磁星，而磁星最终产生了FRB。

此次新发现的FRB被命名为FRB 20240209A，被位于加拿大的射电干涉阵CHIME首次探测到。FRB 20240209A实际上是一个重复快速射电暴。从2024年2月的首次爆发到同年7月期间，该源发生了另外21次射电爆发。利用这些爆发数据，研究人员能够精确地限制FRB 20240209A在天空中的位置。

确定位置后，研究人员使用凯克望远镜和双子望远镜对其所处星系进行了观测。出乎所有人意料的是，FRB 20240209A所在的星系并非是一个年轻的产星星系，而是一个距离地球约20亿光年的椭圆星系；它更加安静、年龄也更大，约为113亿年，其中基本没有恒星形成。这个椭圆星系的质量达到了太阳质量的约1100亿倍，是迄今为止质量最大的FRB宿主星系。研究人员还确定了FRB 20240209A处于宿主星系的边缘，距离星系中心约13万光年，这也是迄今为止距离宿主星系中心最远的FRB。

这些结果令研究团队惊讶又兴奋。天文学家通常预计FRB会起源于星系内部具有活跃恒星形成的区域。而此次的FRB 20240209A处于没有恒星形成的远离宿主星系中心的区域。这引发了疑问：FRB 20240209A是如何产生的？它是否与其他FRB具有不同的形成机制？

此时，不得不提及另一个特殊的FRB——FRB 20200120E，它也处于其宿主星系的边缘。FRB 20200120E的宿主星系虽然是一个巨大的漩涡星系，但其处于星系边缘的一个球状星团中。球状星团则是由年老恒星构成的结构。

研究团队认为，FRB 20240209A和FRB 20200120E可能具有相似的起源，并且与其他FRB有着很大区别。经过讨论，研究人员提出FRB 20240209A很可能也处于一个球状星团中，而球状星团会通过非核心坍缩超新星的过程产生磁星，比如双中子星/白矮星并合、白矮星吸积引发的坍缩或明亮的X射线双星。FRB 20240209A起源于球状星团中的磁星是对观测数据最可能的解释。研究团队会进行后续的观测，以确定FRB 20240209A的位置是否真的存在球状星团。

6. “隐藏”黑洞比想象中的更多

天文学家认为，宇宙中每个大型星系的中心都可能潜伏着一个超大质量黑洞，其总数量可能达到数十亿甚至数万亿个。然而，验证这个数字非常困难。可行的方法是，天文学家可以从较小的超大质量黑洞样本推断出总数量。在实际观测中，X射线是有效寻找超大质量黑洞样本的波段之一。然而，超大质量黑洞并不是都能在X射线波段被观测到。因此，如果可以测量出在X射线波段“隐藏”的超大质量黑洞的比例，将有助于天文学家更好地估计宇宙中超大质量黑洞的总数。《天体物理学报》于2024年12月30日刊登的最新研究结果表明，在X射线波段，大约35%的超大质量黑洞隐藏在宇宙中，他们被厚厚的气体和尘埃所遮挡，难以被观测到。这个比例明显大于之前的结果。

X射线波段的观测在超大质量黑洞研究中非常重要。一方面，这个波段可以直接接收到来自星系中心黑洞吸积盘的辐射，带来黑洞吸积最直接、最清晰的数据，从而可以探究黑洞的物理本质。另一方面，在寻找超大质量黑洞样本时，X射线波段的结果受到其他因素的污染小，可以提供更加干净的黑洞样本。但是，该波段的样本还是存在一定的偏差。

对于超大质量黑洞，在其吸积盘的周围，存在着一个由气体和尘埃组成的结构，大致呈现出甜甜圈的形状。当这个结构中的物质密度过高时，如果恰好其侧面朝向地球，中心黑洞的X射线辐射就会被遮挡，“隐藏”了起来。如果要得到比较完备的超大质量黑洞样本，就需要知道这些“隐藏”者所占的比例，这对于总数量的估计非常重要。

为了得到这个比例，研究团队利用了红外波段选择出的超大质量黑洞样本。这个样本中各向同性地包含了各类超大质量黑洞，包括其甜甜圈结构正向和侧向朝向地球的不同情况。利用核分光望远镜阵的X射线数据，研究人员发现，样本中侧向朝向地球的超大质量黑洞具有很低的X射线辐射，很难探测到它们。这些在X射线波段“隐身”的超大质量黑洞，其所占比例达到了约35%，比此前的研究结果（15%）大幅增加。但根据星系演化模型，这个比例应该更接近50%。

确定“隐藏”黑洞的比例，可以帮助天文学家了解超大质量黑洞的成长过程，比如揭示它们被厚厚的气体和尘埃所包围时的吸积成长过程。此次的结果低于理论模型的预测，天文学家可能需要调整他们对于超大质量黑洞演化的一些关键想法。

（责任编辑　卢瑜） flZqP5GWy68j6Ua247mfdCloM9Qmt/Q9Qc0biDG9DI1g1i3vYEvPwzm0RkCLfnnq