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迄今为止,天文学家已经在银河系内发现超过4500颗系外行星了。这些行星最大的质量是木星的好几倍,最小的体积和月球差不多大。至于更小的系外行星,不是不存在,而是小到让我们难以发现。
发现系外行星都如此困难,就更不用说发现系外卫星了。但是在太阳系内,卫星的数量要远远多于行星的数量。仅仅木星这一颗行星,就有79颗卫星,更别提有些小行星也有卫星的情况了。我们有理由相信,银河系内其他恒星系统中卫星的数量也比行星多得多。
最近,天文学家发现了一颗系外卫星,这颗卫星的体积,甚至比地球还要大……
这已经是天文学家第二次疑似发现系外卫星了,在2017年的时候,哥伦比亚大学David Kipping博士所带领的团队就曾经报告疑似发现了一颗系外卫星。值得一提的是,这一次取得重大发现的,还是他的团队。在最近的《自然-天文学》杂志上,他们介绍了自己的最新成果。
这颗卫星位于5500光年外,它的宿主行星是Kepler 1708b。这颗行星本身就非常巨大,质量可能达到了木星的4倍。它的卫星也非常惊人,这颗被命名为Kepler 1708b-i的卫星,半径达到了地球的2.6倍。也就是说,太阳系八大行星中,有四颗都比它小!
要知道,太阳系内最大的卫星木卫三半径也只有2631公里,只有地球的40%左右,也就是Kepler 1708b-i的1/10!
而且,太阳系内比地球大的行星中半径最小的就是海王星,也有地球的4倍左右,是一颗气体行星。这中间的差距太大,以至于天文学家无法判断一颗行星到底要有多大的半径就可以成为气体行星。或许像Kepler 1708b-i这样达到地球2.6倍的情况下,就足以成为气体星球了。如果真的是这样,这将会是一颗气体卫星!
那么,天文学家是如何发现这颗卫星的呢?
其实,发现系外卫星的手段,无外乎是从发现系外行星的手段中选取。这一次研究人员用到的,就是我们经常介绍的方法——凌日法。
连它的宿主行星Kepler 1708b本身,也是利用这个方法被发现的。当它运行到宿主恒星和地球之间的时候,天文学家的望远镜就会捕捉到明显的恒星亮度的下降,并且这种下降的频率非常稳定,意味着有一颗行星稳定地进行着公转。
在Kepler 1708b导致宿主恒星亮度略微下降之后的一段时间内,Kipping博士等人又发现了恒星亮度的另一次亮度下降,只不过比行星导致的变化要小一些。
得到这样的信号,并不一定就意味着发现了系外卫星。和其他许多天文发现一样,研究人员首先要排除可能的干扰因素。根据Kipping博士的说法,他们把可能导致干扰的因素都排查了一遍,发现这个信号始终存在,这意味着它的确是某种宇宙天体导致的结果。
随后再根据凌日的效果,研究人员才推测,他们发现的就是一颗系外卫星。它和宿主行星的距离相当于行星半径的12倍,这和木星系中木卫二的半长轴与木星半径的关系相似。
即便如此,对于如此巨大的系外卫星,他们仍然表示非常不可思议。所以他们推测,Kepler 1708b-i原本可能就是一颗行星,再一次近距离接触Kepler 1708b的时候被后者的强大引力所吸引,从此变成了一颗卫星。
这样的情况发生的概率的确很低,但是考虑到理论上银河系内存在着海量的系外卫星,多小概率的事件都是有可能发生的。而且,鉴于目前的观测能力,天文学家发现的系外卫星就只有这两颗,根据Kipping博士的说法:在所有的观测之中最先被探测到的,通常都是最奇葩的那部分。
的确如此,上一次他的团队发现的系外卫星,也是一个奇葩。那颗卫星名叫Kepler 1625b-i,同样非常巨大。其宿主行星的质量是木星的10倍,它本身的质量也和海王星差不多大,二者的距离大约是300万公里。针对这种像海王星一样大的系外卫星,Kipping博士还专门起了个名字——类海王卫星(Nept-moon)。
对于天文学家来说,目前能够发现的系外卫星只能是最巨大的那部分,因为我们的观测能力还相当有限,它们又是最容易被发现的。
即便如此,在发现了疑似的系外卫星信号时,天文学家也要非常严谨地排除其他干扰因素。根据华盛顿大学的Eric Agol的说法:“这或许仅仅是数据出现了一个小波动,也可能是来自于恒星或者仪器本身产生的噪音。”
其实天文学家发现的疑似系外卫星已经很多次了,不过最终基本都被确认是观测误差导致的。就连2017年发现的Kepler 1625b-i,也一直存在着比较大的争议。至于这一次发现的Kepler 1708b-i,究竟有着怎样的身份,即便发现它的团队非常有信心,但其他天文学家认为必须要进一步确认才可以。
不论是已经垂垂老矣的哈勃太空望远镜,还是刚刚升空的詹姆斯·韦布太空望远镜,都具有验证这颗系外卫星是否真实存在的能力。不过,它们的观测时间都被排得很满,恐怕抽不出时间来。
而且,对Kepler 1708b-i的观测也有严格的时间限制,因为Kepler 1708b绕宿主恒星公转的周期大约是2年,所以我们每2年才能获得一次观测它的机会。这也要求Kepler 1708b-i在宿主行星下一次凌日的时候,它自己也恰好处在Kepler 1708和地球之间,并且没有被Kepler 1708b所遮挡。
总之,这颗卫星究竟是否真实存在,仍然很难盖棺定论,除非人类有更加先进的探测方法。我们都知道银河系内一定有数不胜数的系外卫星,但却不知道该怎么寻找它们。
在探索宇宙的过程中,人类取得了哪些科技成就?请列举三项。
20世纪60年代天文学的一系列发现和所取得的进展中,有4项被认为特别重要,它们是:星际分子,类星体,微波背景辐射和脉冲星。它们被誉为是60年代中的四大天文发现。这四大发现都是通过射电天文手段和方法获得的。其中的两项,即微波背景辐射和脉冲星,发现者后来都获得了诺贝尔物理学奖金。
1、星际分子:20世纪30年代,首先发现了第一种星际分子,接着又发现了两种。1963年,美国科学家发现星际羟基分子(OH),此后,陆续发现大量星际有机分子。到80年代末,已发现了80多种,而且许多都是很复杂的有机分子,少数分子是地球上很难找到的或者根本找不到的。星际分子的发现有助于人类对星云特性的深入了解,可以帮助揭开生命起源的奥秘。
2、类星体:第一颗类星体3C48是荷兰科学家施米时在1960年发现的。第二颗类星体3C273是在1963年发现的,这两个天体在外貌上看起来都像是颗恒星,从红移值比星系都大看来,它们根本不可能是恒星。这种类似恒星而又不是恒星的天体就被称为“类星体”。
除了类星和巨大红移之外,类星体的又一主要特征是发射出的能量特别大。从60年代初到80年代初,总共发现了1500颗类星体。1982年,中国天文工作者何香涛创造性地改进了认证类星体的方法,一下就发现了500颗新类星体。
3、1964年,美国贝尔电话实验室的彭齐亚斯和威尔逊为了检验一台巨型天线的低澡声性能,而把天线对准了没有明显天体的天区进行测量。他们发现,无论把天线指向何方,总能收到一定的噪声。后来发现噪声信号来自外部空间。科学家对这种微波辐射进行了比较分析。所谓辐射,就是电磁波,也就是光子气体。进一步的精确测量显示,这种辐射的温度相当于绝对温度3K的黑体辐射。由于这种辐射充满整个天球,形成了整个宇宙背景的辐射,所以称为3K宇宙微波背景辐射。它说明宇宙在200亿年前的大爆炸中,从高温致密态下脱胎出来。大爆炸的效应使得宇宙在不断膨胀,其密度不断变小,温度也逐渐下降。
4、1967年,当时只有24岁的英国剑桥大学女研究生贝尔,和导师休伊什在狐狸座内发现了第一颗脉冲星。
它是20世纪30年代就预言的中子星。所谓中子星,主要是由一种叫作中子的基本粒子组成超密恒星,它的直径只有10千米左右,自转特别快,周期性地发出脉冲。
除此之外,脉冲星还具有许多独特的性质:(1)自转特别快,已发现的脉冲星周期都在0.002-4.3秒间,而且非常稳定;(2)密度特别大,1立方厘米可达1亿吨以上;(3)温度特别高,表面温度可达1000万摄氏度,相当于太阳中心温度的2/3,而其中心温度竟高达60亿摄氏度;(4)压力特别高,中心压力可达10000亿亿亿个大气压;(5)辐射特别强,是太阳的百万倍;(6)磁场特别强。到80年代末,已发现四五百颗脉冲星。
中国的四大天文发现有哪些?
1、开普勒望远镜
开普勒太空望远镜以生活在16世纪至17世纪的德国著名天文学家约翰内斯·开普勒的名字命名,是世界首个专门用于探测太阳系外类地行星的航天器。它绕太阳飞行,运行轨道和地球轨道基本重合,一个周期约为372天。
自2009年3月从卡纳维拉尔角空军基地升空以来,开普勒望远镜已经发现了1000余颗类地行星和3000余颗行星候选者。据报道,在发现的行星中,有12颗有较大可能存在生命。
2、新视野号
2015年的7月14日美国“新视野”号火星探测器从52亿公里外传回信号,确认它飞掠冥王星,成为首个探测这颗遥远矮行星的人类探测器。
这次会面揭开了冥王星的真面目。“新视野”号传回的照片显示,这颗褐色星球上有一个巨大的桃心形明亮区域,宽度可达2000公里。
3、“阿波罗”系列宇宙飞船
阿波罗计划是世界航天史上具有划时代意义的一项成就。阿波罗计划始于1961年5月,至1972年12月第6次登月成功结束,历时约11年,耗资255亿美元。
1969年7月21日,美国的“阿波罗11号”宇宙飞船载着三名宇航员成功登上月球,美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗在踏上月球表面这一历史时刻时,曾道出了一句被后人奉为经典的话——这只是我一个人的一小步,但却是整个人类的一大步。
4、哈勃望远镜:传递太空影像
1990年,哈勃望远镜在美国肯尼迪航天中心由“发现者”号航天飞机成功发射。哈勃空间望远镜的位置在地球的大气层之上,因此影像不会受到大气湍流的扰动,视相度绝佳又没有大气散射造成的背景光,还能观测会被臭氧层吸收的紫外线,是天文史上最重要的仪器之一。
5、火星车
2004年,姊妹火星车“勇气”号和“机遇”号首次空降火星表面,执行在这颗神秘的红色星球上进行地质考察的任务。他们承载着一个重要的使命——寻找火星上存在生命的证据。
新京报网——人类宇宙探索,哪些成就应载入史册?
天文方面的专家来---宇宙大爆炸
我国古代天文学成就斐然。在古代,有以太阳和三辰定季节规律的发现、交食规律的发现、五星运动规律的发现、岁差和潮汐现象的发现等重大发现。
近现代我国在恒星和行星的发现、小行星和彗星的发现、致密星发现以及星系方面的发现等方面都取得了令人瞩目的成绩。
:宇宙是由一个致密炽热的奇点于150亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。1929年,美国天文学家哈勃提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律,并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。 宇宙并非永恒存在而是从虚无创生的思想在西方文化中可以说是根深蒂固。虽然希腊哲学家曾经考虑过永恒宇宙的可能性,但是,所有西方主要的宗教一直坚持认为宇宙是上帝在过去某个特定时刻创造的。 象历史学家一样,宇宙学家意识到开启未来的钥匙在于过去。 早在1929年,埃德温·哈勃作出了一个具有里程碑意义的发现,即不管你往哪个方向看,远处的星系正急速地远离我们而去。换言之,宇宙正在不断膨胀。这意味着,在早先星体相互之间更加靠近。事实上,似乎在大约100亿至200亿年之前的某一时刻,它们刚好在同一地方,所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻,当时宇宙无限紧密。 1950年前后,伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。这个创生宇宙的大爆炸不是习见于地球上发生在一个确定的点,然后向四周的空气传播开去的那种爆炸,而是一种在各处同时发生,从一开时就充满整个空间的那种爆炸,爆炸中每一个粒子都离开其它每一个粒子飞奔。事实上应该理解为空间的急剧膨胀。"整个空间"可以指的是整个无限的宇宙,或者指的是一个就象球面一样能弯曲地回到原来位置的有限宇宙。 根据大爆炸宇宙论,甚早期的宇宙是一大片由微观粒子构成的均匀气体,温度极高,密度极大,且以很大的速率膨胀着。这些气体在热平衡下有均匀的温度。这统一的温度是当时宇宙状态的重要标志,因而称宇宙温度。气体的绝热膨胀将使温度降低,使得原子核、原子乃至恒星系统得以相继出现。 从1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来,通过几十年的努力,宇宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史: 大爆炸开始时 150-200亿年前,极小体积,极高密度,极高温度。 大爆炸后10-43秒 宇宙从量子背景出现。 大爆炸后10-35秒 同一场分解为强力、电弱力和引力。 大爆炸后10-5秒 10万亿度,质子和中子形成。 大爆炸后0.01秒 1000亿度,光子、电子、中微子为主,质子中子仅占10亿分之一,热平衡态,体系急剧膨胀,温度和密度不断下降。 大爆炸后0.1秒后 300亿度,中子质子比从1.0下降到0.61。 大爆炸后1秒后 100亿度,中微子向外逃逸,正负电子湮没反应出现,核力尚不足束缚中子和质子。 大爆炸后13.8秒后 30亿度,氘、氦类稳定原子核(化学元素)形成。 大爆炸后35分钟后 3亿度,核过程停止,尚不能形成中性原子。 大爆炸后30万年后 3000度,化学结合作用使中性原子形成,宇宙主要成分为气态物质,并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块,直至恒星和恒星系统。 大爆炸理论模型得到若干重要观测事实的支持: (1)星系距离越远退行速度越大 大爆炸理论的科学性令人不得不信服。最直接的证据来自对遥远星系光线特征的研究。20年代,天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)研究了维斯托·斯里弗(Vesto Slipher)所作的观测。他注意到,远星系的颜色比近星系的要稍红些。哈勃仔细测量了这种红化,并作了一张图。他发现,这种红化是系统性的,星系离我们越远,它就显得越红。 光的颜色与它的波长有关。在白光光谱中蓝光位于短波端,红光位于长波端。遥远星系的红化意味着它们的光波波长已稍微变长了。在仔细测定许多星系光谱中特征谱线的位置后,哈勃证实了这个效应。他认为,光波变长是由于宇宙正在膨胀的结果。哈勃的这个重大发现奠定了现代宇宙学的基础。 膨胀中宇宙的性质使许多人困惑不解。从地球的角度来看,好像遥远的星系都正飞快地远离我们而去。但是,这并不意味着地球就是宇宙的中心。平均而言,宇宙不同地方的膨胀图像都是相同的。可以说每一点都是中心,又没有一点是中心。我们最好把它想象成星系间的空间在伸长或膨胀,而不是星系在空间中运动。这一点与我们日常生活中见到的源于一点的爆炸不同。 空间可以伸长这一事实看上去似乎离奇古怪,不过这却是1915年爱因斯坦广义相对论发表以来科学家们早就熟知的概念。广义相对论认为,引力实际上是空间(严格地说是时空)弯曲或变形的一种表现。从某种意义上来说空间是有弹性的,可以按某种方式弯曲或伸长,具体情况取决于物质的排列。这个思想已为观测所充分证实。 膨胀空间的基本概念可通过一项简单的模拟来加以理解。想象在一条松紧带上缝有一排纽扣。现在假定从松紧带的两端把它拉长,结果所有的纽扣都彼此远离。不论我们选择从哪个纽扣来看,它邻侧的纽扣似乎都在远离,而且这种膨胀是处处相同的,不存在特殊的中心。当然,我们在画这排纽扣时,它有一个中心纽扣,但这与系统的膨胀方式毫不相干。只要把这条带纽扣的松紧带无限加长,或环成一个圆圈,这个中心便不再存在了。 从任意一个纽扣来看,离它最近的[url纽扣以某种速度退行,再下一个纽扣则以两倍数度退行,依此类推。在你看来,纽扣离得越远,它退行得越快。因此这种膨胀意味着退行速度与距离成正比-这是一个极为重要的关系。借助这个图像,我们现在就可想象出光波是如何在膨胀空间中或星系间传播的。当空间伸长时,光波波长也跟着变长,这就解释了宇宙学红移现象。哈勃发现,红移量与距离成正比,同这个简单的图像模拟结果完全一致。 (2)3K宇宙微波背景辐射(1978年诺贝尔物理奖) 早在四十年代末,大爆炸宇宙论的鼻祖伽莫夫认为,我们的宇宙正沐浴在早期高温宇宙的残余辐射中,其温度约为6K。正如一个火炉虽然不再有火了,还可以冒一点热气。 1964年,美国贝尔电话公司年轻的工程师-彭齐亚斯和威尔逊,在调试他们那巨大的喇叭形天线时,出乎意料地接收到一种无线电干扰噪声,各个方向上信号的强度都一样,而且历时数月而无边化。 难道是仪器本生有毛病吗?或者是栖息在天线上的鸽子引起的?他们把天线拆开重新组装,依然接收到那种无法解释的噪声。这种噪声的波长在微波波段,对应于有效温度为3.5K的黑体辐射出的电磁波(它的谱与达到某种热平衡态的熔炉内的发光情况精确相符,这种辐射就是物理学家说熟知的"黑体辐射")。他们分析后认为,这种噪声肯定不是来自人造卫星,也不可能来自太阳、银河系或某个河外星系射电源,因为在转动天线时,噪声强度始终不变。 后来,经过进一步测量和计算。得出辐射温度是2.7K,一般称之为3K宇宙微波背景辐射。这一发现,使许多从事大爆炸宇宙论研究的科学家们获得了极大的鼓舞。因为彭齐亚斯和威尔逊等人的观测竟与理论预言的温度如此接近,正是对宇宙大爆炸论的一个非常有力的支持!这是继1929年哈勃发现星系谱线红移后的又一个重大的天文发现。 宇宙微波背景辐射的发现,为观测宇宙开辟了一个新领域,也为各种宇宙模型提供了一个新的观测约束,它因此被列为20世纪60年代天文学四大发现之一。彭齐亚斯和威尔逊于1978年获得了诺贝尔物理学奖。瑞典科学院在颁奖决定中指出:这一发现,使我们能够获得很久以前宇宙创生时期所发生的宇宙过程的信息。 (3)宇宙氦丰度 最后还有一个证实炽热高密度宇宙起源理论的证据。只要知道今天热辐射的温度,由热大爆炸理论很容易计算出宇宙诞生后约1秒时各处的温度约为100亿度,这对现有的原子核的合成来说也是太高了。那时物质必定被撕裂成最基本的成分,形成一锅基本粒子汤,诸如质子、中子和电子。但是,随着这锅汤变冷,核反应就可能出现了。
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