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银河系中心黑洞的磁场

2015年12月4日出版的科学杂志《Science》刊登了哈佛-史密松天体物理中心迈克尔.约翰逊等人的研究论文，撰写该论文的科学家们首次测量了银河系中心黑洞视界附近的磁场。之前，天文学家已经推断银河系中心黑洞具有磁场，并以此为基础对黑洞性质进行研究，但是，天文学家从未探测到黑洞的磁场。如今这一开天辟地的探测成果，使得之前有关银河系中心黑洞的研究有了坚实的观测基础。

银河系中心位于人马座，因此，银河系中心的黑洞被称为“人马座A*”，它的质量约400万太阳质量。超大质量黑洞就像一台宇宙发动机，将落向它的物质能量转化为强烈的电磁辐射能，这种强烈的辐射远远超过周围恒星的总辐射。如果黑洞旋转的话，它还会产生延长数千光年的物质喷流。天文学家认为，为星系中心黑洞发动机提供动力的就是它的磁场。

银河系中心黑洞的视界直径约1287万千米，比水星的轨道半径还小。它位于25，000光年的远处，它的视角仅仅10微角秒，由于引力使光线弯曲，它的实际视角约50微角秒。由位于不同地点的多个射电望远镜组成的视界望远镜（Event Horizon Telescope）具有很高的分辨本领，可以分辨15微角秒的信号特征，因此，它能够测量银河系中心黑洞的磁场。（供稿：夏寒）

银河系中心黑洞的磁场（美术概念图），黑洞周围是物质吸积盘，蓝色曲线表示磁场。Credit：M.Weiss/CfA

黑洞吞噬恒星的美术概念图，Credit：NASA/Goddard Space Flight Center/Swift

天文学家首次观测到黑洞吞噬恒星

由美国约翰•霍普金斯大学（Johns Hopkins University）的天文学家领导的研究小组观测到黑洞吞噬恒星的天文事件。这次事件中的黑洞在超大质量黑洞中算是较小的，仅有约100万倍太阳质量。被吞噬的恒星大小类似太阳，当这颗恒星偏离它的固有轨道，滑落进这颗超大质量黑洞的势力范围后，被黑洞无情地吞噬掉。在这一过程中，黑洞附近出现了一个喷射物质亮斑，亮斑中物质的运动速度接近光速。幸运的是，天文学家观测到了这一事件的整个过程。

黑洞这种天体具有非常大的质量和密度，因此它可产生不可抗拒的引力，黑洞的组成物质甚至光都不能摆脱它的引力而逃脱，导致黑洞不能被观测到，这使得黑洞所在区域好似宇宙空间中的一块空洞。天文学家预言，当有大量物质（气体或恒星）被黑洞的强大引力吸引而落入黑洞时，会有等离子体喷流从黑洞边缘喷出，这次黑洞吞噬恒星的事件，证实了这一理论预言。

之前，天文学家观测到的黑洞喷流都是在黑洞吞噬大量物质的过程之后。最早观测这次被吞噬恒星的是美国俄亥俄州立大学的天文学家，2014年12月他们在夏威夷使用光学望远镜进行观测。后来，美国约翰•霍普金斯大学的范•费尔岑（Van Velzen）联合多个研究机构的天文学家对此进行了多波段观测。他们的研究成果发表在《Science》上。（供稿：夏寒）

冥王星的高分辨率照片

2015年7月14日，新视野号探测器从冥王星旁边飞过，对其进行了仔细的观测。现在新视野号正在源源不断地将观测数据传回地球。最近，新视野号传回了它距离冥王星最近时拍摄的冥王星表面局部区域的图片。这些图片的分辨率比之前传回的整个冥王星的图片高六倍，具有每个像素相当于大约77～85米的分辨能力，可以区分冥王星表面相当于一座大楼大小的地形特征。

新传回的这些图片显示了冥王星表面的环形山、山脉和冰川等地形特征。我们给出的这张图片是史波尼克高原和山脉地区的接壤处。可以看出冥王星的大块冰质地壳与被称为“al-ldrisi”的山脉紧密连接，碎块物质中弯弯曲曲的山脊围绕着几座高山，从这些图片，天文学家推断，由大冰块构成的高山是被不断推挤翻滚而转移到它们现在位置的。天文学家相信，通过研究这些高分辨率的图片，人们一定会更深入地认识冥王星这个天体。

预报剧烈太阳活动的利器

由英国贝尔法斯特女王大学（Queen’s University Belfast）的天文学家领导的一支国际研究团队，正在美国夏威夷的茂伊岛（the Islandof Maui)建造未来世界上最大的太阳望远镜，这架造价约3亿美元的DKI太阳望远镜（daniel K Inouye solar telescope)预期2019年建成。利用该望远镜天文学家可以测量太阳大气外层区域的磁场，并由此预报太阳耀斑等剧烈太阳活动的爆发，因此，这将使得太阳活动预报向前迈进一大步，是一项具有里程碑意义的成果。

太阳耀斑是太阳大气中的爆发现象，它可以释放巨大的磁场能量。太阳物理学家认为，仅仅一个强大的耀斑就可能给地球带来约2万亿美元的经济损失，其中包括对人造卫星和输电网的破坏，以及连带的对人类生命和健康的危害。

建设中的DKI太阳望远镜（daniel K Inouye solar telescope)，Credit：Brett Simison

通过DKI太阳望远镜，天文学家可以更快速地测量太阳大气中的磁场变化，这种磁场变化往往导致太阳耀斑的爆发，并进而产生具有破坏作用的空间天气事件。因此，这架太阳望远镜会使天文学家找出太阳耀斑爆发的前兆。

由女王大学天体物理研究中心戴维•杰斯（David Jess）博士带领的这支研究团队包括来自欧洲、美国和亚太地区等国家的天文学家。未来，在预报太阳活动的过程中，科学家除了利用DKI太阳望远镜的数据外，还利用美国国家航空航天局的空间望远镜“太阳动力学天文台（SDO）”等设备的观测数据。（供稿：夏寒）

我国天文学家发现黑洞高速喷射物质的新模式

2015年11月26日，国际科学期刊《自然》公布了一项中国科学家的重大科学发现。国家天文台刘继峰研究员带领团队首次从超软X射线源发现相对论性高速喷流，它打破了天文学界以往的认知，揭示了黑洞吸积和喷流形成的新方式。《自然》杂志认为此项工作是2015年度本领域内最重要的五大发现之一。

黑洞在吞噬物质的过程中有时也会产生向外的喷流。黑洞如何吞噬物质及喷流如何形成是天体物理学中的重大前沿问题。刘继峰领导的团队利用世界上最大的光学望远镜——西班牙的GTC（Gran Telescopio Canarias）十米望远镜和美国的凯克（Keck）十米望远镜，对千万光年之外的旋涡星系M81中的极亮超软X射线源进行了光谱监测研究，首次发现其光谱中具有高度蓝移的氢元素发射线，揭示了该系统中存在速度达到0.2倍光速的相对论性重子喷流。

这项研究为理解黑洞吸积与喷流形成打开了一面新的窗口。此前天文学家普遍认为黑洞吞噬物质后不能产生超软X射线谱态，且只有在X射线低硬谱态或甚高谱态下才会产生相对论性喷流。“在超软X射线源中发现相对论性喷流出乎所有人的意料，这改写了我们对超软X射线源的本质和喷流形成的认知。”美国科学院院士、英国皇家学会院士、哈佛大学终身教授拉梅什•纳拉扬（Ramesh Narayan）评论说。（供稿：夏寒）

旋涡星系M81中的极亮超软X射线源位置。彩图由美国的Hubble空间望远镜、GALEX紫外望远镜、Spitzer红外望远镜、Chandra X射线望远镜的图像合成。来自：国家天文台网站

另一方面，这些图片也充分展示了新视野号的良好观测本领，自从2015 年7月，它一次次地给天文学家带来惊喜和震撼。本次关于冥王星表面局部区域的高分辨率观测图片，只是覆盖了史波尼克高原附近一条宽80千米的长条形区域。将来会有覆盖更大区域的图片传回。（供稿：夏寒）

新视野号最新传回的冥王星地表的高分辨率照片，Credit：NASA/JHUAPL/SwRI

首次观测到土星磁层的爆发性能量释放

使用卡西尼号航天器的探测数据，科学家首次发现土星磁层中爆发性能量释放的直接证据。兰卡斯特大学（Lancaster University）带领的这个研究团队从观测数据中发现，当土星磁层发生爆发现象时，卡西尼号航天器恰好经过这里，因此，记录下了这一爆发过程。对于土星磁层来说，这是第一次。

卡西尼号航天器是由美国国家航空航天局、欧洲空间局和意大利空间局联合进行的探测项目，主要是对土星及其卫星系统进行探测。土星磁层中爆发性能量释放的机制是磁场重联，科学家已经对磁场重联进行过很多研究，在地球磁层和太阳大气中经常发生磁场重联过程，导致那里发生爆发性事件，例如太阳耀斑。

从前，天文学家观测到，直径约500千米的土星卫星土卫二的南极地区有极羽现象，实际上这是不断向空中喷射水造成的，土卫二每秒大约向空中喷射100千克水。土卫二喷出的水气进入空间，储存在土星的磁层中，天文学家认为，这些水气不可能长期保存在那里，但是，不明白它们如何丢失。观测到土星磁层爆发性事件为这个疑问指出了一个可能的答案。

研究这一现象，有助于理解木星磁层及快速旋转的年轻恒星的磁场。这一研究结果发表在科学期刊《Nature Physics》上。（供稿：夏寒）

土星磁层的美术图，根据卡西尼号探测器获得的数据绘制，Credit：NASA/JPL/JHUAPL

确定太阳耀斑加速粒子的机制

美国哈佛-史密松天体物理中心的研究人员陈彬等人，利用美国科学基金会的央斯基甚大阵射电望远镜的观测数据，发现太阳耀斑爆发过程中产生的高能量带电粒子确实是由激波加速造成的。

太阳耀斑是太阳大气中的剧烈爆发现象，它往往跟日冕物质抛

射密切相关，这些太阳活动事件中，经常产生大量高速带电粒子，给太空中的宇航员、人造卫星和其他航天器带来伤害或损坏。之前，天文学家推测太阳耀斑区域中的激波是加速带电粒子的元凶，它可将带电粒子加速到接近光速，但是一直没有可靠的观测证据。陈彬等人的这项研究则以观测数据支持了之前的理论猜想。

尽管央斯基甚大阵射电望远镜建造于20世纪七十年代，但是2001 至2012年科学家对它进行了改造升级，使得它成为具有现代先进技术的观测设备。除此之外，研究人员还利用了极紫外波段和X射线波段的观测数据。

这项研究的合作者来自多个国家的多个研究机构，包括美国国家射电天文台、美国加州大学伯克利分校、美国新泽西理工学院、瑞士西北应用科学与艺术大学等，他们的研究论文发表在2015年12月4日出版的国际学术期刊《Science》上，论文的第一作者陈彬博士2008年于中国科学院国家天文台获得硕士学位，导师为颜毅华研究员。（供稿：夏寒）

太阳耀斑中的粒子加速，Credit：Alexandra Angelich，NRAO/AUI/NSF

研究发现一半的开普勒地外巨行星候选体并非行星

由波尔图大学天体物理和空间科学研究所亚历山大•桑特尔内领导的一个国际研究小组，对开普勒系外巨行星候选体进行了五年径向速度研究。他们使用了法国普罗旺斯天文台的恒星内部现象及地外行星观测光谱仪进行观测，发现52.3%的开普勒系外行星候选体实际上是食双星，2.3%是褐矮星。

桑特尔内说：“人们认为开普勒地外行星探测的可靠性非常好，应该仅有约10%到20%的发现并非行星。但是我们对开普勒发现的最大的一些系外行星进行广延光谱巡天，显示这一比例远比预想要高，甚至超过50%。”

发现巨型凌星系外行星时，很容易误判。所以需要光谱跟踪观测，以确定凌星行星的本质，分辨其中混合的多恒星系统。12月2日于夏威夷举行庆祝第一颗围绕类似太阳的恒星转动的系外行星发现20周年的第三届极端太阳系会议，研究结果是在此次会议上发布的。（供稿：李珊珊）

老年恒星的“减重秘方”

一些天文学家使用欧洲南方天文台的甚大望远镜，拍摄到了超巨星大犬座VY附近最清晰的图片。这一观测展示了这颗恒星附近尘埃中，超乎想象的大尺寸粒子是如何让恒星在迈向死亡的过程中失去大量物质的。

大犬座VY是一颗红巨星，是我们目前已知的银河系内最大的恒星之一。它的质量大约是太阳质量的30到40倍，亮度是太阳的30多万倍。在迈向死亡的阶段里，恒星不断膨胀。如果将它放置在太阳的位置上，它应该已经将木星的轨道包围进去。

对大犬座VY的最新观测，使用了甚大望远镜上的高光谱偏振对比度系外行星研究仪器（SPHERE）。它可以更清晰地显示出恒星周围的细节。研究发现，恒星周围的尘埃由直径约为0.5微米的尘埃组成。这些尘埃可以有效地散射恒星发出的光，并被辐射压力推动，远离恒星。文章的第一作者，来自“台湾”中央研究院天文和天体物理研究所的彼得•施克陆纳说：“大质量恒星的生命较短，在接近死亡的时候，它们会流失大量质量。过去我们并不清楚这一现象的原因，但是现在，借助SPHERE的数据，我们发现大尺寸的尘埃微粒可以解释这一现象。”（供稿：李珊珊）

甚大望远镜图像，高光谱偏振对比度系外行星研究仪器拍摄的大犬座VY周围景象。

艺术家绘制的褐矮星的概念图。Credit: NASA/JPL-Caltech

位于火星赤道附近的里奇撞击坑，这里的黏土矿物形成于撞击之后。Credit：NASA/JPL/University of Arizona/Brown University

火星黏土等矿物质的形成时间

火星表层物质被水侵蚀，可以形成黏土和其他矿物质，天文学家在火星的许多地点发现了这种情形。一直以来天文学家认为，黏土和矿物质的形成发生在火星的早期地质年代，大约37亿年以前。最近，美国布朗大学的科学家拉尔夫•米利肯（Ralph Milliken）和维维安•孙（Vivian Sun），利用火星勘测轨道飞行器获得的数据，对火星表面多个撞击坑进行了研究，发现许多处黏土等矿物质形成的火星地质年代较晚，距今约20亿年以内。这比原来的看法要晚得多。

在撞击坑的中心往往有一个突起，这是由于被撞区域的物质反弹上升造成的，这里往往有下层物质被弹到表面，这些物质形成于地质年代早期。两位科学家研究了633个火星表面撞击坑，其中265个撞击坑的中心存在水作用形成的黏土和其他矿物。在265个撞击坑中，65%的情形是表面之下物质反弹到表面之上，其余35%则不是。科学家研究认为，后一种情况中，黏土和矿物的形成年龄应当在约20亿年之内。

另外，有些撞击坑的黏土是在撞击作用发生后慢慢形成的，并非早期形成的下层物质反弹到表面；还有些撞击坑本身发生的年代比较晚。这都说明火星表面晚期的黏土形成并不少见。科学家的这一研究结果刊登在国际科学期刊《Journal of Geophysical Research: Planets》上。（供稿：夏寒）

（责任编辑 张长喜）