□ 供稿/赵冬瑶

1. 早期木星可能拥有更强的磁场

木星的形成和早期演化与太阳系的演化紧密交织在一起，木星这个“建筑师”在塑造太阳系的大尺度结构方面发挥了关键作用，有助于天文学家更广泛地理解太阳系是如何发展成现今的模样。然而，木星形成的细节和年表仍然难以捉摸，这主要是由于行星吸积模型固有的不确定性所导致的，也突出了利用其他方法对木星演化历史进行独立约束的必要性。近期，两名美国天文学家利用木星卫星，对木星的早期性质进行了研究，为木星的早期演化提供了更多的线索。研究结果于2025年5月20日发表在《自然天文学》杂志上。

研究人员将目光锁定在太阳系第一批固体天体形成仅仅380万年后。这是一个关键时刻，当时环绕太阳的原太阳星云正在消散，标志着行星形成的结束，太阳系的基本结构已经成型。为了揭示年轻木星的性质，研究人员在很大程度上绕过了现有行星形成模型的假设，例如气体的不透明度、年轻行星吸积原始气体的速率等。相反，他们将重点放在了木星两颗鲜为人知的卫星上——木卫五和木卫十四。

这两颗卫星的轨道非常靠近木星，比木卫一的轨道还要靠内，而后者是伽利略卫星中最小、距离木星最近的一颗。重要的是，木卫五和木卫十四的轨道略微倾斜，而天文学家怀疑这些倾斜的轨道自太阳系早期以来就一直没有改变。通过分析这些细微的轨道倾斜、测量卫星的轨道动力学和行星的角动量，研究人员逆向推算出了木星的原始大小。计算结果表明，年轻木星的半径几乎是现在的2～2.5倍，体积足以容纳超过2000个地球。相比之下，木星现在的体积只相当于1321个地球。此外，研究人员还确定，年轻木星拥有的磁场强度大约是现在的50倍。早在木星成为我们今天所见到的巨行星之前，它的体积更大，磁场也更强。

此次的研究结果与巨行星的核心吸积理论相吻合，为现有的行星形成理论在太阳系演化的关键时刻增添了关键细节。天文学家的最终目标之一是了解人类来自何方，而确定行星形成的早期阶段对于解开这个谜团至关重要。此次研究让天文学家进一步理解了木星乃至整个太阳系是如何形成的。

2. 证实最冷的系外行星

最近，由美国密歇根大学天文学家领导的团队，对一颗颇受关注的系外行星的性质进行了进一步的测量，证实了它是迄今为止观测到的最冷的系外行星。这颗行星的特别之处还在于，它近距离围绕着一颗死亡恒星在运行。这些都使天文学家对行星在恒星生命最后阶段的演化有了更多的认识。研究的相关学术论文发表于2025年4月30日的《天体物理学报通信》杂志。

这颗木星大小的系外行星名为WD 1856+534 b，于2020年被发现，它围绕着一颗距离地球81光年的恒星运行，轨道周期为1.4天。特别的是，它的主星是一颗死亡恒星，也就是白矮星WD 1856+534。这也是已知的第一颗围绕白矮星运行的凌星系外行星。最初，天文学家不确定WD 1856+534 b是一颗行星还是一颗褐矮星，因为从斯皮策空间望远镜（现已退役）获得的关于它温度的数据有限。然而，韦布空间望远镜的新数据提供了更灵敏的测量数据，使天文学家能够直接探测到这颗行星的热辐射，并测量其质量和温度。

韦布中红外仪器的数据显示出，这颗白矮星在中红外波段的辐射存在过剩。模拟表明，这个过剩辐射可能来自于一颗气态巨行星，大小与木星相似，并运行在其周围的紧致轨道上。观测数据还表明，这颗气态巨行星的质量约为木星质量的6倍，而此前估计的质量约为木星的13.8倍。WD 1856+534 b这颗超级木星的平均温度极低，只有-87°C；在迄今为止能直接观测到光的系外行星里，这是最冷的一颗。之前的纪录保持者Epsilon Indi A b的温度约为-2°C。这些性质都使研究人员确定，WD 1856+534 b是一颗行星，而不是褐矮星。

基于对WD 1856+534 b是行星的确认，此次研究中引人入胜的地方还在于，这颗行星竟然在其主星所谓的“禁区”中幸存了下来。按照现有理论，类太阳恒星在其红巨星阶段可以膨胀到原始大小的100多倍，最后收缩为接近地球大小的致密白矮星。“禁区”这个区域距离白矮星如此之近，以至于恒星在其红巨星阶段膨胀时，“禁区”以内的任何天体都应该被毁灭。此次的研究结果提供了令人信服的证据，行星不仅能够在恒星剧烈死亡后幸存下来，还能进入到如此紧致的轨道上，这是此前天文学家未曾预料到的。这些都将帮助天文学家完善行星的演化模型。

研究团队计划于今年7月利用韦布对WD 1856+534的行星系统进行第二次观测，希望能够发现任何可能受该白矮星引力束缚的其他行星。如果能探测到另一颗行星，或许可以解释WD 1856+534 b是如何迁移到目前的紧致轨道上的。即使没有发现其他行星，后续的观测数据也将帮助天文学家更加深入了解WD 1856+534 b的演化过程。

3. 月球背面的月幔更加干燥

月球内部的水含量，为理解月球的形成和随后的热化学演化提供了重要线索。嫦娥六号任务从月球背面的南极-艾特肯盆地带回了1935.3克样本，为研究月球背面月幔的水含量提供了机会。《自然》杂志于2025年4月9日刊登了研究人员对于嫦娥六号月壤样品的最新研究成果，表明月球背面月幔中的水含量低于正面。此次的结果还支持了月球形成的理论：大约45亿年前，一颗火星大小的原行星撞击了年轻的地球，最终导致了月球的形成。

撞击形成理论表明，月球背面的月幔水含量应该低于正面。因此，天文学家非常想知道，月球背面月幔中的水含量是否与月球的撞击形成理论相符合。启发研究人员开展此次研究的另一个原因，来自于此前对于月球表面钍元素相对丰度的研究结果。

岩浆是由月幔内部的熔体形成的，形成的区域被称为“月幔源”。由于钍和水并不相容，所以这意味着在岩浆的形成过程中，它们会倾向于留在熔体中，而不是融入结晶矿物中。月球表面大型的撞击盆地底部被已经凝固的熔岩覆盖，这些熔岩是从下方月幔中涌出的，因此表征了月幔的化学成分。进而从月球表面钍元素的丰度，可以同时暗示出月幔中的水含量。天文学家已经发现，月球正面风暴洋区域中的钍丰度，高于月球背面的长石高地和南极艾特肯盆地等区域。这意味着月球背面南极-艾特肯盆地下方的月幔也可能含有较低丰度的水。

为了证实这一假设，由中国科学院地球与行星物理重点实验室的科学家们组建了研究团队，对月背南极-艾特肯盆地的月海玄武岩样品中，熔体包裹体和磷灰石中的水含量进行了重点分析。结果表明，月幔源中的水含量，在每克样品中仅含有1～1.5微克。相对的，在阿波罗任务带回的月球正面样本中，月幔源水含量最高可达200微克/每克样品。月球背面月幔中的水含量显著低于月球正面。这种差异表明，月球内部的水分布可能存在半球二分性，这与在月球表面观测到的其他许多不对称特征相呼应，包括地形、火山活动、月表年龄、岩石类型等。

研究人员猜测，月幔水含量的二分性分布可能来源于形成南极-艾特肯盆地的大规模撞击事件，或者是呈现出了月球的长期演化过程。此次的研究为月球起源的撞击形成假说提供了重要的限制。尽管月球背面干燥无比，但它充满着无限的魅力。

4. 拖着巨型尾巴的系外行星

2025年4月22日的《天体物理学报通信》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团队发现了一颗系外行星，它在围绕主星运行时正在迅速被瓦解，从而拥有一条长长的尘埃尾巴。

这颗行星名为BD+05 4868 A b，位于飞马座，距离地球约140光年，以30.5小时的周期绕其主星运转。通过分析凌星系外行星巡天卫星（TESS）的光变曲线数据，研究人员发现了这颗行星。通过观测主星的光变曲线，是发现系外行星的途径之一。系外行星凌星时，主星的光变曲线会短暂地下降，这种下降会有规律地重复出现，表明像行星这样的致密天体正在周期性地、短暂地从其主星前方经过，并暂时遮挡了来自主星的光线。不过，此次研究团队在其主星BD+05 4868 A上观测到的模式，与典型的凌星模式并不完全相同。

研究人员注意到，虽然该凌星现象每1.27天出现一次，但主星亮度恢复到正常则需要更长时间；并且更意外的是，每次凌星，主星亮度下降的程度都会发生变化。这些都表明可能有一个长长的结构拖在行星身后，导致会更长时间地遮挡着主星的光线，并且这个结构还存在形状变化，所以遮挡的光量也是不尽相同。

研究人员模拟后发现，凌星数据对应着一个长尾彗星形状的结构，而且这个类似“彗尾”的规模巨大，长达900万千米，大约相当于这颗行星整个轨道的一半。鉴于这颗行星距离主星非常近——它与主星的距离大约是水星与太阳距离的1/20；研究人员认为，BD+05 4868 A b的表面温度约为1600摄氏度，很可能被沸腾的岩浆所覆盖，并且表面的岩浆被不断蒸发到星际空间。拟合结果表明，BD+05 4868 A b的质量可能与月球相似，由于引力非常弱，因此它很容易失去大量质量；其质量损失可以达到每10亿年失去10倍地球的质量，而这又会进一步削弱它的引力，从而导致这颗行星失去更多的质量，并最终解体。

研究团队预测，整个行星可能在几百万年后就会完全解体。这是一场史诗般的解体过程，并且正在实时展开。研究团队很幸运，恰好在它迅速消亡的过程中将其捕捉到。在已经发现的6000多颗系外行星中，只有另外3颗正在解体中的行星被确认——每颗行星都留下了一条独特的、类似彗星的尾巴。但BD+05 4868 A b却格外引人注目，因为它的尾巴是这些行星中最长的，意味着它的蒸发过程最具灾难性，将比其他行星消亡得更快。

此外，BD+05 4868 A b的尾巴不太可能像真正的彗尾那样，包含有挥发性气体和冰，因为在如此靠近主星的情况下，这些物质无法长时间存在。然而，从行星表面蒸发的矿物颗粒可以停留足够长的时间，从而呈现出BD+05 4868 A b如此独特的尾巴。

5. 仙女座星系独特的卫星星系分布

仙女座星系（M31）是距离我们银河系最近的大型星系。在没有月亮的夜晚，M31肉眼可见，但使用更强大的天文望远镜就能发现，M31并非像肉眼看起来的那么孤独。M31被众多的卫星星系，也就是矮星系所包围，这些矮星系像蜜蜂围绕蜂巢一样环绕着M31。近期，一个国际天文学家团队利用哈勃空间望远镜的数据，对M31周围的37个矮星系，构建出精确的三维地图，并发现它们呈现出非常独特的分布。这都给星系演化理论带来了新的挑战。

星系及其周围卫星星系的空间分布，为理解宇宙演化和星系演化提供了至关重要的线索。根据标准宇宙学模型，随着时间的推移，小型星系会不断并合形成更大的星系，并合过程中会留下大量暗淡的矮星系，这些矮星系几乎以随机的排列方式，围绕着巨大的主星系运行。

然而，M31周围的矮星系分布，具有令人惊讶且迄今为止无法解释的特性。此前，天文学家已经证实，M31周围的矮星系不是随机分布的，而是被限制在一个平面上。这已经难以用标准宇宙学模型来解释。如今，此次的研究团队在分析数据、测量距离后进一步发现，几乎所有的卫星星系都位于M31面向银河系的一侧。具体来说，除了1个矮星系以外，其他36个矮星系都位于M31指向银河系连线的107度以内，而该区域仅覆盖了M31周围64%的面积。

观测数据显示出，所有矮星系都以不同的速度和距离在围绕M31运行，再过十亿年，它们的分布会更加分散。因此，表面上看，矮星系目前的排列方式或许可以被视为一种巧合。然而，研究人员利用最新的计算机模拟表明，根据宇宙学标准模型，出现M31卫星星系的这种不对称分布的概率不到0.3%。研究人员必须研究300多个模型，才能找到1个与M31观测结果同样极端不对称的系统。这使得M31成为一个极端的异常值，违背了标准宇宙学的预期。因此，天文学家很难相信这仅仅是一个巧合。

如果宇宙中的某个天体以某种方式出现，肯定是由于某种原因导致了这种情况。然而，对于M31的矮星系分布，目前还没有确凿的证据指向任何特定的解释。研究人员认为，M31周围这些矮星系的分布既然现在可以被观测到，其成因必定是近期发生的。M31的演化历史可能比银河系更加动荡，目前的分布排列可能是20亿到30亿年前，M31与另一个大型星系大规模并合所导致的。未来对于M31周围更暗矮星系的探测，将为M31的演化带来更多线索，并验证M31是否对当前的标准宇宙学模型构成重大挑战。此次的研究结果于2025年4月11日发表在《自然天文学》杂志上。

6. 宇宙将更迅速地消亡

随着宇宙演化的推进，恒星将燃烧殆尽，行星将冰封，黑洞将吞噬光本身。最终，在人类可能永远无法见证的漫长时间尺度上，宇宙将最终逐渐消逝于黑暗之中。你可能会好奇，这一过程需要多长时间、这一切究竟何时终结？近期，来自荷兰的天文学家、物理学家和数学家对此进行了细致的计算，发现宇宙衰减消亡的速度远超之前的结果，宇宙末日可能比科学家们之前预想的要更早的到来。但是不用担心，这个“早”仍然需要10 68 年。此次的研究结果于2025年5月12日发表在《宇宙学与天体粒子物理学学报》上。

此次研究是同一团队在2023年发表的一篇论文的后续研究。在2023年的论文中，研究人员表明，不仅黑洞，中子星、白矮星等其他致密天体，也可以通过类似于霍金辐射的过程“蒸发”而最终消亡。

20世纪70年代，英国理论物理学家斯蒂芬·霍金提出一个理论，黑洞可以通过霍金辐射而逐渐衰减、最终蒸发。该理论表明，在黑洞的事件视界附近会发生一种特殊的过程。通常情况下，“虚粒子对”会不断由量子涨落产生。这些虚粒子对会突然出现又消失，并迅速地相互湮灭。然而，在黑洞的事件视界附近，强大的引力场阻止了这种湮灭。相反，虚粒子对会分离：一个携带负能量的虚粒子会落入黑洞，使黑洞质量减小，而另一个虚粒子则会逃逸到星际空间中。这被称为“霍金辐射”，其后果之一，是黑洞会非常缓慢地衰变成粒子和辐射——在极其漫长的时间尺度上，黑洞会缓慢蒸发，最终消失。霍金辐射与爱因斯坦的相对论相矛盾，后者认为黑洞只能增长。

团队研究后指出，霍金辐射理论上也适用于其他具有引力场的天体，并将此过程从黑洞扩展到了其他具有强引力场的致密天体。此外，他们发现，发射霍金辐射的天体的“蒸发时间”，取决于它们的密度。不同于由事件视界驱动的黑洞蒸发，这种更普遍的衰变形式是由时空本身的曲率所驱动的。

在此次研究中，考虑进霍金辐射后，团队的新计算将重点放在了预测宇宙中最持久的天体——白矮星和中子星——最终何时会消亡。计算发现，中子星的衰变时间至多为10 68 年，和低质量的恒星级黑洞相似。这出乎研究人员的意料，因为黑洞拥有更强的引力场，它们应该蒸发得更快。研究人员推测，由于黑洞没有表面，它们会重新吸收自身的部分辐射，从而抑制衰减。此外，白矮星和超大质量黑洞等拥有更长的消亡时间。

研究团队此前没有考虑霍金辐射时，计算出的致密天体的寿命为10 1100 年。如此看来，宇宙的最终终结比预期的要早得多，但幸运的是，这仍然会是相当漫长的一段时间。

（责任编辑　卢瑜） DPj2Ft0XeE43SgMcKSg8DZEAzgam4oNZmXhC/nRcgfSgBdYfgj99Afau2pakIurv