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“祝融号”着陆火星,地球的“好邻居”还有哪些秘密?

5月15日,天问一号携带的探测车“祝融号”在火星着落,实现“绕、着、巡”目标的第二步,即将开始第三步巡视探测工作。中国成为继苏联和美国之后,世界上第三个在火星着陆探测器的国家,并成为第二个部署火星车的国家。

探索宇宙,可能是人类最浪漫的梦想。经过人类的不断努力与科技手段的进步,探索宇宙早已跨过了纸上谈兵的阶段,我们真正地可以用肉眼看到遥远彼方传回的珍贵影像。水星、金星、火星,这些类地行星不再神秘,木星、土星、天王星、海王星,这些巨行星也逐渐被人类所认识。人类何以目睹一个星系120亿年前的过去与探测发生在13亿年前的黑洞碰撞?

本周凤凰大视野《2021太空漫游》,我们前往浩瀚太空,探索太阳系的行星,以及宇宙最远最深处的秘密!

类地“邻居” :水、金、火

46亿年前,太阳系只是一个古老的巨大云团,它由恒星尘埃颗粒和气体组成。后来在这中心形成了一个密集的气体球。在这个球的中心,高温高压使得氢原子发生核聚变,释放出了巨大能量,直到今天,这就是太阳。

太阳辐射驱散了内太阳系中的轻质气体,这里慢慢形成了四颗固态的岩质行星,除了我们熟知的地球,还有水星,金星和火星。

金星是天空中最亮的行星,也是太阳系中距离地球最近的行星,与地球最近时仅相隔3800万公里。17世纪,伽利略观测金星的相位,证实了哥白尼的日心说。虽然我们对太阳系的了解不断加深,但金星的不透明云顶,一直把人类的好奇心“拒之门外”。

1962年8月27日,美国的“水手2号”启程前往金星。经历过四个月的飞行,它成功捕捉到金星的“真容”,让我们有机会了解金星的本来面貌:覆盖金星的是个几乎完全由二氧化碳组成的厚云层,硫酸雨伴随着狂风落下,但却无法到达地面,因为金星地表温度太高了。

虽然金星与地球大小类似,但因为不断积累的吸热气体,这里的温室效应已经失控。厚厚的云层阻碍了热量散发,反过来又加剧蒸发,产生更多的云。1970年12月15日,“金星7号”首次从金星表面传回测量数据:金星的表面温度为475摄氏度。科学家们推断,金星的大气压是地球海平面气压的91倍。

水星是太阳系中最小的行星,也是距离太阳最近的行星。与金星的高温不同,水星上“冰火交替”,白天时可超过400摄氏度,晚上会降至零下200摄氏度。1973年11月3日发射的 "水手10号 "担任了揭开水星神秘面纱的重任。

在接近水星时,“水手10号”传回照片——水星上面布满了巨大的陨石。2011年“信使号”在历时6年,飞行79亿公里后,终于进入水星轨道。这下我们才可以看到整个水星,尤其是它的极地地区,那里的陨石坑区域几十亿年来一直处于阴影之中。

水星地表图像还证实了水星正在缩小的理论:随着它的内部不断冷却,最初形成时产生的热量消散,地表开始内拉,从而导致水星不断缩小。

火星是距离太阳最远的类地行星,它只有地球的一半大小。天文观测并没有满足人类对它的好奇心,20世纪60年代“水手4号”第一个登上火星,拍摄到21张完整图像和1张部分图像。人们最关注的是火星上有水么?这些水能够孕育生命吗?

2004年1月,“勇气号”探测车降落在一个陨石坑里,种种迹象表明,这里曾经存在过生命之源——水。它发现了富含铁和镁的岩石,这只有在火星温暖湿润时候才能形成。后来探测器还检测到了甲烷的痕迹,这被天体物理学家称为生物特征。这可能是因为地质原因,也有可能是寻找外星生命的重要线索。

去年7月23日12时41分,“天问一号”火星探测器升空,开启了它前往火星的征程。5月15日,天问一号着陆器带着“祝融号”火星巡视车成功降落火星表面。祝融号将在火星表面开始为期90天的火星探测任务。

巨型“邻居”:木、土、天王、海王

5月17日上午10点,中国科学院公布了一项重大成果:人类首次捕获到了1400万亿电子伏特(1.4PeV)的伽马光子踪迹!相比之下,人类在地球上建造的最大加速器只能将粒子加速到0.01PeV。这是人类迄今观测到的最高能量光子,有助于进一步解开宇宙中的奥秘。这条“讯息”是由位于四川稻城的国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站”捕获的, 这次探测是基于已经建成的二分之一规模的探测装置完成的。

除了四颗类地行星,在距离太阳足够远的地方,大量存在着氢、氦以及由水和甲烷形成的冰。这里诞生了四颗巨行星:木星、土星、天王星和海王星。更广阔的世界正在召唤着人类前去探索。

木星是最大的气态行星,它的质量是太阳系其他行星质量总和的2.5倍。木星是在太阳系形成早期碰撞形成的。它不断“吞噬”附近的小行星和彗星,质量越来越大。最终,当它冷却下来,就有了固态的核心与周围大量的气体。

当“旅行者1号”靠近木星时,发现了一个极其复杂的星球,它有着与地球类似的天气模式。探测器还发现,木星也像土星一样有行星环,这是人类之前从未观测到的。

木星有四个大型卫星,这对人类历史有重要的意义,因为当初伽利略发现了绕木星运动的卫星,推翻了地心说,颠覆了我们对太阳系的旧有看法。

土星是太阳系中的第二大行星。当伽利略通过望远镜看到土星的时,他非常困惑,这行星看起来怎么像是“长了耳朵”?

后来,荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯通过自己设计的更强大的望远镜才推断出,所谓的“耳朵”其实是行星环。“旅行者号”传回了土星的大量信息,这些行星环有20万公里宽,但平均厚度只有10米。

2004年6月,作为第一个环绕土星运行的探测器,“卡西尼号”通过穿越土星环搜集到了许多前所未有的土星环细节。每秒约有40吨水从土星环中落下,降落到土星表面。探测器还在土星北极发现了一个飓风形状的“大白斑”,科学家推测这是由于这里有一个大规模飓风,这场飓风比地球上的要强大约50倍。

旅行者1号在前往土卫六的途中飞出了太阳系,迷失在太空中,访问天王星、海王星的任务落到了旅行者2号上。在经历的9年的飞行后,它终于到达了距离天王星云顶仅82000公里处。此时它距地球29.7亿公里。

“旅行者2号”发现天王星像是横躺在轨道平面上,它的自转轴倾斜了接近98度。科学家推测,很久以前,一个地球大小的物体可能与天王星发生过碰撞,掀翻了它。这个巨星距离太阳非常远,只能收到百分之一到千分之一的阳光。

天王星还有着独特的表面颜色,这是因为它的大气中有着比其他行星都要高的甲烷浓度。

在距离地球44.2亿公里的太空,旅行者2号观测到了这个过去只存在于数学计算中的海王星。探测器发现海王星有至少四个由冰和岩石组成的环。海王星南半球还出现了大小近似地球的大风暴。海王星表面的风速达到每小时2000公里,是太阳系中最快的。

虽然人类一直像在发射探测器,但直到旅行者2号造访这两颗星球,人类才对这它们有了一些了解。

几颗小小的石头

海王星对我们来说似乎已经足够遥远,但在地球轨道上运行的哈珀空间望远镜,传回了令人震撼的信息。基于哈珀的观测,大多数天文学家相信宇宙包含无数星系,数量很可能高达1000亿个。再一次,人类不再是万物的中心,宇宙的范围比我们所能想象要宽广无数倍。

可能人类只不过住在一个小石头上,而它绕着一个普通的恒星运行,这颗恒星只是2000亿颗恒星中的一颗,它们绕着一个普通的螺旋星系运行,这个星系群中大约有50个这样的星系,而这个星系群可能只是一个超星系团中的数百万分之一……

在服役期间,哈珀望远镜拍摄了一些最为壮观、最具标志性的宇宙图像。从“创生之柱”到有史以来最清晰的仙女座星系,以及天文史上最重要的一张照片,这张照片上显示了近3000个星系。

更震撼的是,哈珀观测到的每个星系其实都处在不同的时间点,我们看到的是它们数百万甚至数十亿年前发出的光。哈珀不仅仅让我们看到了远方的景象,也让我们看到了最遥远的星系120亿年前的样子。

5月20日,“中国天眼”FAST望远镜新发现201颗脉冲星。脉冲星是大质量恒星死亡后的残骸,可以不断发出稳定的脉冲信号。要想走出太阳系甚至银河系,就需依靠多个脉冲星的位置来定位、导航。直径500米的FAST作为世界上最大、最灵敏的单口径射电望远镜,正为全球学者们提供着便利条件!

空间的一些涟漪

光波并不是探索宇宙的唯一方式。根据爱因斯坦的广义相对论,空间本身也会产生涟漪。引力波是由质量在空间中加速引起的。在宇宙中,只有最极端的事件才会产生引力波。但问题是人类如何探测引力波?

2002年,激光干涉引力波天文台,简称LIGO,开始寻找引力波的证据。干涉仪是专门用来探测引力波的仪器。它沿着两臂发射激光,组成“L”的形状。激光会传播到四公里外的镜子上,然后返回。来自外太空的引力波进入探测器时,它会交替地伸展双臂。我们在激光束重组时能从它们的干涉图中看到这一点。

2015年9月,天文台第一次探测到了引力波。科学家探测到了两个黑洞的合并。这两个黑洞围绕彼此运行,最终因为发射引力波失去能量,进入死亡螺旋状态,加速运行,直到相互碰撞。而这次碰撞,发生在13亿年前。

目前,我国的天文卫星“悟空”正在以日行65万公里的速度飞驰在太空轨道上,捕捉着来自宇宙的射线。5月19日,“悟空”号合作组发布了最新观测结果:“悟空”绘制出了迄今最精确的高能氦原子核宇宙射线能谱,并观察到了能谱新结构。这为人类进一步理解宇宙线起源这一世纪谜题提供了重要实验观测数据。

5月30日晚间,天舟二号货运飞船与天和核心舱顺利实现快速交会对接。这辆“货运专列”运货能力达到6.9吨,为核心舱补充可以使用了几个月到半年的物资,其中有具有中国特色的炒菜食物,还有实验设备、试验资料等物资。这将为未来搭载神舟载人飞船来到天和核心舱的航天员们提供充分的保障。

人类在宇宙中的旅途刚刚起步,还有太多谜题等待我们探索。质量相当于200亿到300亿颗太阳的黑洞是如何产生的?既不发光,也不吸收光,但是却能与其他物质通过引力相互作用的暗物质究竟是什么?

本周凤凰大视野《2021太空漫游》,我们前往目前人类对宇宙认知的最遥远边际,探索宇宙终极的奥秘!

编辑:王鼎尧、栗唯

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