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NASA的洞察号火星着陆器于2月12日在火星表面设置热量探测器，该探测器正式的名称是“热流和物理特性探测仪”（HP3）。 版权：NASA/JPL-Caltech/DLR NASA 的洞察号火星着陆器（Mars InSight lander）拥有一个特别的探测器，可以钻入到火星表面以下16英尺（5米）的深度，并对火星内部的热量进行测量。在2月28日周四那天，一根16英寸（40厘米）长的探测器将自己捶入了火星的表土里，它是洞察号热流和物理特性探测仪（Heat and Physical Properties Package，HP3）的一部分，但在它从外壳中伸出四分之三的长度后，就停止继续钻入火星地表；3月2日进行了第二次锤击之后，也不再有任何动静。数据显示，这根被称为“鼹鼠”（mole）的探测器正处于15度角的倾斜状态。 [rml_read_more] 科学家怀疑“鼹鼠”撞到了一块岩石或是砾石。由于洞察号周围的火星地表并没有什么石块，所以研究团队一开始认为着陆探测器所在的地表下方石块也会相对较少。即便如此，科学家还是对“鼹鼠”做过特别的设计，让它能将小石块推开，或者绕开石块蜿蜒向下。“鼹鼠”由 德国航空航天中心（German Aerospace Center，DLR）为洞察号设计提供，在洞察号发射之前，已经反复对它进行过这样的测试。 “研究团队决定暂时停止‘鼹鼠’的锤击，以便更细致周详地分析现在的情况，制定出应对这一难题的策略。” HP3 的首席研究员、来自DLR的蒂尔曼•施波恩（Tilman Spohn）在一篇博文中这样写道，他还提到研究团队希望在进一步锤击之前暂缓两周的时间。 数据显示，“鼹鼠”探测器自身仍在按照预期继续工作：在加热到18华氏度（约零下7.8摄氏度）之后，它对这一热量在火星土壤中的消散速度进行了测量。这种热量消散的特性被称为导热性（thermal conductivity）， “鼹鼠”背后有一条用来拴住它的系绳，而导热性则有助于校准嵌在这条系绳里的传感器。一旦“鼹鼠”足够深入火星土壤，系绳中的传感器就能测量来自火星内部的行星热量，一种由放射性物质衰变以及火星最初形成时残留的能量所产生的自然热量。 研究团队在3月5日~3月10日进行进一步的加热测试，以测量火星表土的导热性。研究人员还将利用洞察号面板上的辐射计测量火星表面的温度变化。火星的卫星火卫一（Phobos）将于本周多次在火星和太阳之间掠过，就像一朵云遮住阳光，造成的火星日食会让洞察号周围的火星表面变暗变冷。 火星埃律西昂平原上的日落，由洞察号拍摄于第101个火星日。 版权：NASA/JPL-Caltech/DLR 参考： [1]https://www.nasa.gov/feature/jpl/mars-insight-landers-mole-pauses-digging [2]https://www.dlr.de/blogs/en/desktopdefault.aspx/tabid-5893/9577_read-1090/

地球磁层会像鼓一样“轰隆作响”  版权：E. Masongsong/UCLA, M. Archer/QMUL, H. Hietala/UTU 美国的各个大学关于一个问题争论了很久：到底谁拥有世界上最大的鼓？有望摘得这一桂冠的巨鼓包括“普渡大学大低音鼓”（Purdue Big Bass Drum）和“大贝莎”（Big Bertha）。“大贝莎”鼓这个有趣的名字来源于一战时期德国著名的榴弹炮，可惜这面大鼓的结局比较悲惨，它在二战时的曼哈顿计划中被放射性物质污染了。 然而对美国人来说不幸的是，吉尼斯世界纪录认为，将这一头的真正拥有者应该是韩国的传统长鼓：“CheonGo”鼓，这面巨鼓直径5.5米，高约6米，重量超过7吨。但是，最近发表于《自然-通讯》（Nature Communications）上的一项研究，能让所有竞争上述的对手黯然失色，因为世界上真正的巨鼓之王，其实比我们的地球还要大上几十倍，而它存在于太空中。 [rml_read_more] 你可能觉得我在胡说八道，但实际上，包围地球的磁场，也就是地球磁层（magnetosphere），就是一种复杂的巨型乐器，它能让太阳风粒子发生偏转，从而保护我们免受这种高能粒子的侵害。其实早在五十多年前我们就已经知道，磁性较弱的声波会在地球磁层中不停反弹、共振，产生一个个鲜明独立的音符，和风与弦乐器相互作用的发声方式如出一辙。只是这样产生的声音的频率比人耳能辨识的下限还要低数万倍，所以磁层内的这件鼓式“乐器”一直都存在，但直到最近我们才发现它。 鼓这种乐器的关键在于它的表面，专业一点来说就是它的膜，因为鼓是一种膜鸣乐器（membranophone）。当敲击鼓的膜时，产生的振动涟漪在表面传播开来，碰到固定的边缘再反射回来，两种波相遇就会产生“驻波”（standing wave）：鼓膜上一些特定的点保持静止，而其他的点则上下振动。这种特殊的驻波模式以及相关的波动频率完全由鼓表面的形状所决定。事实上，“通过听音能否判定鼓的形状”这个问题，从上世纪六十年代起就引起了数学家的兴趣，如今仍悬而未决。 地球磁层的外部边界面被称为磁层顶（magnetopause），性质非常接近弹性膜，随着太阳风的强度不同，磁层顶会膨胀或收缩，从而产生表面波，在磁层顶上传播开来。科学家比较常关注的是这些波如何从磁层侧面向下传播，但实际上它们也应该会向磁极传播。 物理学家往往会将复杂的问题极大地简化，以便看到问题的本质。在45年前，这种方法曾帮助理论学家率先证明：这些表面波确实可能会反射回来，让磁层像鼓一样振动。但如果移除掉一些简化因素之后， “鼓膜理论 ”是否就会无法成立了呢？我们现在还无从得知。 此外，如果要证明这个理论，卫星数据中似乎也难以找到令人信服的观测证据。不同于天文学，空间物理学所处理的问题通常都是看不见摸不着的，没办法只通过到处拍照来作研究，我们还得发射卫星然后进行测量；但是这又意味着，我们只能了解有卫星的位置所发生的情况，难就难在卫星能否在正确的时间达到正确的位置，并找到我们需要的东西。 在过去的数年中，伦敦玛丽女王大学（Queen Mary University of London）的马丁•阿彻（Martin Archer）和同事进一步发展了磁性鼓理论，希望能在数据中搜寻到可验证的特征。研究人员其实可以为这些振荡提供严格的证据，只是这意味着至少需要在磁层顶附近有4颗排成一行的卫星。 幸运的是，NASA的热辐射成像系统（THEMIS）不只有4颗卫星，而是有5颗卫星给研究人员使用，接下来需要做的就是找准时机，也就是“鼓槌击鼓”的那一刻，然后测出“鼓面”会如何反应、如何发声。所谓的“击鼓”，实际上是一股高速粒子猛烈冲击磁层顶，一旦发生了，那么一切就会变得明朗。研究人员还重现过鼓声实际听起来的样子（见视频）。 这项研究真实地展现了科学的狡猾之处：听上去相对简单的东西，却花了我们整整45年的时间来证明。发现探索之旅仍是前路漫漫，接下来研究人员希望找到这种鼓式震动在地球甚至其他星球发生的频率，以及它们对太空环境的影响：还有很多工作需要完成。 这一切终将帮助我们解开磁层的节奏律动之谜。 参考： [1]https://theconversation.com/weve-discovered-the-worlds-largest-drum-and-its-in-space-111465 [2]https://www.nature.com/articles/s41467-018-08134-5

时间从左边到右边，声音的频率变化从下往上，频率范围从30赫兹到1G赫兹。 这是一张星系团，名为RXC J0142.9+4438，位于仙女座，距离我们大约40亿光年，2018年8月13日由哈勃空间望远镜拍摄，音频来自NASA Video。 [rml_read_more] NASA将一张哈勃深空图像进行了可听化处理

Credits: Illustration:Springel et al. (2005); Spectrum: NASA/CXC/CfA/Kovács et al. 为了找寻一种听起来不太像会消失的东西，天文学家已经花费了好几十年的时间，这种东西你大概不能想象，那就是宇宙中三分之一的“正常“物质。NASA 钱德拉 X 射线天文台 [ Chandra X-ray Observatory，NASA 于 1999 年发射的一颗X射线天文卫星，用于观测天体的 X 射线辐射，是一种空基望远镜（space-based telescope），以下简称“钱德拉” ] 或许能帮助我们解决这一难题，定位到这些遁形远世的大量消失之物。 [rml_read_more] 借助相互独立且得到公认已久的多次探测数据，科学家已经能准确地计算出大爆炸（Big Bang）发生后的一瞬间，宇宙到底有多少正常物质了（即氢、氦和其他元素的总量）。在宇宙产生最初的几分钟到大约十亿年间，绝大部分正常物质都逐渐变成了星际尘埃、气体，或是像恒星和行星这一类可以利用望远镜在如今的宇宙中被观测到。 但问题是，当天文学家们把当今宇宙中所有的正常物质相加时，大概有三分之一的物质凭空消失了。 [ 这里所说的物质与暗物质（dark matter）可不是一种物质，暗物质的神秘面纱仍未能被揭开。] 其中一个猜想就是，那些消失的物质会聚在一起，形成了一束束温度较低（温介质）和较高（热介质）的巨型丝状气体，充盈在星系之间，温度较低的丝状气体不高于 10 万开尔文（约 9.97 万摄氏度），温度较高的则超过 10 万开尔文。这些丝状气体被天文学家们称为“星系际温热介质”（warm-hot intergalactic medium, WHIM），它们对可见光光学望远镜不可见，但天文学家已经在紫外光中观测到了一些温介质。 现在，基于钱德拉和其他望远镜的观测数据，研究人员利用新的方法瞥见了 WHIM 的一角：他们找到了热介质的线索，前所未有并且有据可循。 “如果找到了这三分之一消失的物质，我们就能解决天体物理学最大的谜团之一，”欧尔绍尧•科瓦奇（Orsolya Kovacs）说，“恒星、行星甚至我们人类都是由这些物质构成的，而宇宙究竟将它那么多的正常物质藏在了哪里呢？”科瓦奇现就职于马萨诸塞州剑桥的哈佛史密松天体物理中心（Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics，CfA）。 天文学家利用钱德拉来探究分布在通往一个类星体（quasar）路径上的温介质，类星体是一种亮度极高的天体，能以 X 射线的形式发射出巨大的能量，其中心是快速增长的超大质量黑洞。这个类星体位于距离地球 35 亿光年的地方，如果 WHIM 的热介质成分与这些丝状气体有关，那么来自类星体的一些 X 射线就会被热介质吸收。因此天文学家在钱德拉探测到的类星体X射线中寻找热介质的迹象。 这种方法有一个比较棘手的地方，那就是相比于来自类星体的 X 射线总量，WHIM 吸收的X 射线信号会弱一些。当在不同波长下搜索整个 X 射线光谱时，WHIM 这种微弱的实际吸收很难和背景噪声区分开来。 通过将搜索集中在 X 射线光谱的某些部分，科瓦奇和她的团队克服了上面的这个问题，减少了误报的可能性。为了实现这种集中搜索，她们首先定位了到达这个类星体路径周围的一些特定星系，这些星系与地球间的距离和它们与紫外线数据中探测到的温介质区域的距离相同。利用这项技术，她们鉴定出了 17 种可能存在于类星体和地球之间的丝状气体，并测得了它们与地球间的距离。 由于宇宙在膨胀过程中向外延伸的速度超越了光速，光子在通过扩张的空间时会被延展，因此这些丝状物质对 X 射线的所有吸收波长都会变大，即产生宇宙学红移（cosmological redshift）。红移的量取决于我们到丝状物质的已知距离，因此研究小组也就知道应该在光谱中的哪些位置来寻找 WHIM 吸收的 X 射线了。 “原则上，我们的技术类似于在非洲广阔的平原上如何去有效地搜寻动物，”来自CfA的论文共同作者阿科什•波格丹（Akos Bogdan）说，“我们知道动物需要喝水，所以优先在水坑周围找找是有道理的。” 在缩小搜索范围的同时，研究人员还必须克服 X 射线的吸收比较模糊这一问题，为了解决这个问题，她们将鉴定出的 17 处丝状物质的光谱叠加在一起，将实际上 5.5 天的观测结果转化成了意义上相当于 100 天的数据，从而增强了X 射线的吸收信号。利用这项技术，她们检测到了氧气，而这些氧气的特征表明它处于温度约为100万开尔文的气体中。 由这些氧气的观测数据外推到全套的化学元素，再由所观测的区域外推到局部宇宙，研究人员声称她们可以解释迄今所有消失的正常物质；至少在现在这种特殊的情况下，消失的物质也就一直藏身于 WHIM 之中。 “能够找到其中一些消失的正常物质让我们激动不已，”同样来自CfA的论文共同作者兰德尔•史密斯（Randall Smith）说，“在未来，我们可以将同样的方法应用到其他类星体数据中，让这个一直以来困扰我们的不解之谜最终能被攻破。” 一篇涵盖了这些研究结果的论文于 2019 年 2 月 13 日发表在《天体物理》（The Astrophysical Journal）上，可以在线查阅。 NASA 科学任务理事会的钱德拉项目由位于阿拉巴马州亨茨维尔的 NASA 马歇尔空间中心（Marshall Space Flight Center）负责管理，由位于马萨诸塞州剑桥的史密松天体物理台（Smithsonian Astrophysical Observatory）控制操作。 参考 [1]:https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/where-is-the-universe-hiding-its-missing-mass.html [2]:https://arxiv.org/abs/1812.04625

新发现的这颗小卫星被天文学家称为“不该存在的卫星”。 2013 年的时候，行星科学家用 NASA 的哈勃空间望远镜（ Hubble Space Telescope）发现了一颗围绕海王星（Neptune）的神秘卫星，但直到多年之后的今天，他们才终于想出了一个说法来解释这颗小卫星的存在。 这个名为“海马”（Hippocamp）的小卫星与海王星另一个更大的卫星异常接近，这颗大卫星就是我们熟知的海卫八（Proteus）。通常情况下，像海卫八这样的卫星会对自己的运行轨道进行“清理”，利用引力的作用将较小的卫星扫到一边或是直接吞并。 那么，为什么海马这颗小卫星却会存在呢？海马很可能是数十亿年前较大的卫星与彗星碰撞后留下的碎片，这颗极小的卫星直径只有 20 英里（约 34 公里），是海卫八（直径约 418 公里）质量的千分之一。 [rml_read_more] 哈勃空间望远镜在 2013 年发现的小卫星“海马”的艺术假想图。海马的直径只有 34 公里，位于图片右上方，就像一弯小小的新月，它实际上可能是它的邻居——体积更大的海卫八的碎片。这还是第一次发现较小的卫星可能由较大的卫星与彗星碰撞产生。 版权：NASA, ESA and J. Olmsted (STScI) “我们首先意识到的是，海卫八非常靠近海王星，在这颗海王星最大的卫星邻近之处发现一颗这么小的卫星是出乎意料之外的，” 加利福尼亚山景城地外文明探索研究所（SETI Institute）的马克•肖沃尔特（Mark Showalter）说，“由于较大的卫星会缓慢地向远离行星的方向移动，所以在遥远的过去，海卫八曾经位于海马现在的位置。” 海马是海卫八与彗星碰撞后掉下来的碎片，天文学家的这一解释得到了 1989 年旅行者 2号（Voyager 2）传回的图片印证，图片显示海卫八上有一个巨大的撞击坑，大到几乎能让海卫八裂成碎片。“在 1989 年，我们认为那个巨坑应该就是一个火山口，” 肖沃尔特说，“但是在哈勃望远镜的帮助下，现在我们知道了原来是有一小块儿海卫八掉落在了后面，也就是我们现在所知道的海马。” 这两个卫星的轨道如今相距了 7500 英里（约 12070 公里）之远。 海王星的卫星系统“发展史”实在有些暴力和曲折：数十亿年前，海王星从柯伊伯带（Kuiper Belt，海王星轨道外天体密集的中空圆盘状区域，充满了冰冻状态和岩石构成的天体）捕获了大型卫星海卫一（Triton）；海卫一的引力破坏了海王星原来的卫星系统，并进入了一个相对稳定的圆形轨道中，而破碎的卫星碎片则重新合并形成了海王星的第二代卫星系统；然而，来自彗星的轰炸让第二代卫星被继续破坏，导致了可能被视作第三代卫星海马的诞生。 “根据对彗星庞大数量的估计，比较明确的是太阳系外的其他卫星也曾多次受到彗星的撞击和破坏，然后又重新聚集，如此循环往复，” 这项新研究的共同作者杰克•利绍尔（Jack Lissauer）表示，“海卫八和海马这对卫星给我们提供了一个有些戏剧性的例证，即卫星有时会被彗星撞成几块。” 利绍尔来自加利福尼亚硅谷的 NASA 艾姆斯研究中心（Ames Research Center）。 Hippocamp 一词源自希腊神话中的马头鱼尾兽，海马（seahorse）的学名是Hippocampus（同时也是人脑记忆相关的重要区域“海马体”的名称）。国际天文学联合会（International Astronomical Union）要求以希腊和罗马神话中海底世界的生物来命名海王星的卫星。 本研究中的天文学家团队由 M. Showalter（加利福尼亚州山景城地外文明探索研究所）、I.de Pater [加利福尼亚大学伯克利分校（(University of California, Berkeley）]、J.Lissauer（美国加利福尼亚硅谷 NASA 艾姆斯研究中心）和 R. French（加利福尼亚州山景城地外文明探索研究所）组成。 该论文于 2 月 21 日刊登在科学期刊《自然》（Nature）杂志上。 参考 https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/tiny-neptune-moon-spotted-by-hubble-may-have-broken-from-larger-moon

在太阳的强磁场区上，科学家们发现了一种“蝌蚪”喷流，这些可不是地球上找妈妈的那些小蝌蚪，而是完全由等离子体（plasma）构成的喷流，正式的名字叫拟似激波（pseudo-shocks）。等离子体这种导电材料由带电粒子构成，占据了可观测宇宙（observable universe）的99％之多。这一发现为天体物理学中最长久的谜团之一提供了新的线索。 这张来自IRIS的图像显示了从太阳中射出的蝌蚪状喷流，其中包含了拟似激波。 版权：Abhishek Srivastava IIT (BHU)/Joy Ng, NASA’s Goddard Space Flight Center 150年以来，科学家们一直都在试图弄清楚为什么太阳的高层大气，也就是日冕（corona） 的温度比太阳表面高出了200多倍（译者注：太阳表面温度约5000℃，距离表面1600公里处的色球层温度缓慢上升至7000多℃；而再往上400公里，到达大气最外层日冕，温度像卯足了劲儿地上升，直到百万多度）。日冕这一太阳大气的最外层延伸数百万公里，不知何故温度骤升，并不断释放高能带电粒子，这些超音速粒子最终会辐射喷涌到整个太阳系中。 [rml_read_more] 当这些高能粒子抵达地球时，它们可能会对卫星和宇航员带来伤害，对无线电通信造成损害，在极强的等离子体喷射事件中甚至还会对电网形成干扰。如果能了解日冕的温度是如何变得如此之高的，就有助于我们理解造成这些伤害和干扰背后的基本物理因素。 近年来，科学家们一直在争论日冕加热问题（coronal heating problem）的两种可能解释：纳耀斑（nanoflare）模型和电磁波加热机制。纳耀斑理论提出了类似炸弹的一种爆炸，在爆炸时将能量释放到太阳大气中，纳耀斑与太阳耀斑（solar flare）类似，只是规模要远小于太阳耀斑，而纳耀斑模型则预测：在磁场线爆炸性地重新连接时，纳耀斑现象就会发生，释放出一束高温带电粒子流。另一种理论认为，一定频率的电磁波可能会将带电粒子推入色球层和日冕，从而实现加热，就像海浪推动加速冲浪者驶向海岸一样，其中最重要的加热电磁波之一被称为阿尔芬波（Alfvén wave）。科学家现在认为日冕加热的原因可能包括了以上两种理论，甚至还有其他类似的机制参与，而不是由某一种单独的机制引起的。 新发现的拟似激波或许会让这场辩论形成三足鼎立的局面，与前两种理论不同的是，拟似激波可能在特定的时间里为日冕贡献热量，这个特定的时间就是太阳活动较强的时候，例如在太阳能量达到最大值时。太阳活动周期约为11年，其间最活跃时太阳能量达到最大，太阳黑子（sunspot）、太阳耀斑和日冕物质抛射（coronal mass ejection）会增加。 “太阳蝌蚪”的发现其实带有一些运气成分，最近在分析NASA过渡区成像摄谱仪（Interface Region Imaging Spectrograph，IRIS）的数据时，科学家注意到太阳黑子（太阳表面上温度相对较低且磁场活跃的区域）中出现了独特的细长喷流，并向上4800公里贯穿至内冕（inner corona）。这些喷流头大身细，就像拖着小尾巴的蝌蚪努力向太阳大气外层游动一般。 “当时我们正在寻找电磁波和等离子体喷流，但出乎意料的是，我们注意到了这些动态的拟似激波，看起来更像是断开的等离子体喷流，而非真正的激波（shock），但同时又具有很高的能量，完全可以作为太阳辐射损失的解释。”印度瓦拉纳西理工学院（Indian Institute of Technology in Varanasi，IIT-BHU）的科学家阿布舍克•斯里瓦斯塔瓦（Abhishek Srivastava）说，他同时也是发表在《自然•天文学》（Nature Astronomy）最新相关论文的主要作者。 利用计算机建模对拟似激波的事件进行模拟，他们确定这些拟似激波可以携带足够的能量和等离子体来加热内冕。 计算机模拟显示了拟似激波是如何从太阳喷射出来，并与下方的等离子体（绿色）断开连接的。 版权：Abhishek Srivastava IIT (BHU)/Joy Ng, NASA’s Goddard Space Flight Center 科学家认为拟似激波是由磁重联（magnetic reconnection）爆发产生的。磁重联是一种爆炸性的磁力线缠绕，经常发生在太阳黑子区域以及它的周围。目前为止，科学家只在太阳黑子的边缘处观察到了拟似激波，但它们应该也会在其他高度磁化的区域出现。 虚线白框中显示的是蝌蚪状的拟似激波从太阳表面上高度磁化区域中射出。 版权：Abhishek Srivastava IIT (BHU)/Joy Ng, NASA’s Goddard Space Flight Center IRIS对太阳的观测已有二十年之久了，在过去的五年中，IRIS则一直追踪着地球周围10000多个轨道上的太阳。NASA对太阳的关注不止于一个航空任务和观测设备，各个方面的探究都在紧锣密鼓地进行着，希望能合力解决日冕加热问题，以及有关太阳尚未解决的其他谜团。 “从一开始，IRIS科学研究的重点就是将太阳大气观测的高分辨率结果与揭示基本物理过程的数值模拟相结合，”巴尔特•德蓬蒂厄（Bart De Pontieu）说，他是位于加利福利亚帕洛阿尔托的洛克希德•马丁太阳和天体物理实验室（Lockheed Martin Solar & Astrophysics Laboratory）的研究科学家，“这篇论文很好地说明了这种协调方法的优势，IRIS科学能够为推动太阳大气的动力因素带来新的物理理解。” NASA聚焦太阳物理学的探究里，最新成员帕克太阳探测器（Parker Solar Probe）在2018年8月正式发射，它或许能够为日冕加热之谜带来一些新的线索。帕克太阳探测器将会穿越太阳日冕，追踪能量和热量在太阳高层大气的移动，探索加速太阳风（solar wind）和太阳高能粒子的机制，对远超拟似激波发生区域的大气层现象进行观测，希望能找到支持前面提到的两种加热理论的证据，与IRIS正在进行的研究互相补充。 “我们可以将这种新的日冕加热理论与帕克太阳探测器将要进行的探究结果进行比较，” 帕克太阳探测器的副项目科学家阿莱达•希金森（Aleida Higginson）说，“两者一起或许能提供更全面的日冕加热图片。” 希金森在马里兰州劳雷尔的约翰•霍普金斯大学（Johns Hopkins University）应用物理实验室工作。 参考： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/solar-tadpole-like-jets-seen-with-nasa-s-iris-add-new-clue-to-age-old-mystery