黑洞起源之谜

黑洞起源之谜

在广阔的宇宙中,最大的黑洞也是由黑洞“种子”产生的。它们通过气体、尘埃、以及吞噬其他物体吸取营养,大小和质量逐渐增加,从而成为主导星系的中心,例如我们的银河系中心的黑洞。然而,至今还没有人找到这些刚刚“萌芽”的黑洞。 有理论认为,超大质量黑洞(质量相当于数十万到数十亿太阳质量)是由我们从未见过的较小黑洞组成的。这个难以捉摸的群体,称为“中等质量黑洞”,有一百至十万太阳质量。迄今为止发现的数百个黑洞中,有很多相对较小的黑洞,但没有一个属于中等质量范围。 科学家们正与NASA强大的太空望远镜以及其他天文观测站合作,追踪满足这些描述的遥远天体。他们已经找到了数十个候选目标,正在努力确认它们是否是黑洞。即使确认了这些天体的黑洞身份,同时这也开辟了一个全新的谜团:中等质量的黑洞是如何形成的? “为什么这个问题令人着迷?为什么人们花这么多时间来寻找这些中等质量黑洞?因为它们揭示了早期宇宙中发生的事件:初期的黑洞质量是多少?形成机制是什么?”加州理工学院(位于加利福尼亚州帕萨迪纳市)物理学教授、NASA NuSTAR任务(Nuclear Spectroscopic Telescope Array,核光谱望远镜阵列)的首席研究员Fiona Harrison说。 初步了解黑洞 黑洞是宇宙中密度极大的天体。当物质掉入黑洞,它们没有出路,甚至光也无法逃出来。黑洞“吃”掉的东西越多,它的质量和大小就越大。 黑洞的类型: 1-100太阳质量 = 恒星质量黑洞 100-100000太阳质量 = 中等质量黑洞 100000-数十亿太阳质量 = 超大质量黑洞 最小的黑洞称为恒星质量黑洞,是在恒星末期以超新星爆炸结束它们的一生时形成的。而超大质量黑洞是大型星系的中心锚点,我们银河系中的太阳和所有其他恒星都绕着名为射手座A*的黑洞运行,其质量约为410万太阳质量。最近被事件视界望远镜(ETH)捕捉到的M87有65亿太阳质量,这是首次观测到黑洞及其事件视界弯曲光所构成的“阴影”。 超大质量黑洞周围往往有吸积盘(accretion disks),由温度极高的高能粒子组成,它们靠近事件视界时会发光。如果黑洞吞掉的物质足够多,吸积盘内侧会很明亮,这种星系中心的结构被称为“活跃星系核”(active galactic nuclei,AGN)。 产生黑洞所需的物质密度令人难以置信。举个例子,要形成50倍太阳质量的黑洞,需要将相当于50个太阳的质量放进直径300公里的球中。对于M87中心的黑洞,这相当于把65亿个太阳压缩到比冥王星轨道略大的球。无论是哪种情况,所需密度都极大,所有物质必须塌缩成一个奇点(singularity,密度无限大)。 黑洞起源之谜的关键在于其生长速度的物理限制:一定数量的物质会被事件视界附近的高能辐射所推出去。因此,在三千万年间,一个低质量的黑洞可能只能质量翻倍。 来自史密森尼天体物理天文台(Smithsonian Astrophysical Observatory,位于马萨诸塞州坎布里奇)和莫斯科州立大学的天体物理学家Igor Chilingarian说,“如果一个黑洞从50个太阳质量开始,根本就不可能在10亿年内长到10亿个太阳质量。但是,据我们所知,宇宙形成后不到10亿年就存在超大质量黑洞。” 这张概念图描绘了一个最原始的超大质量黑洞(中央黑点)在年轻的星系中心。 Credits: NASA/JPL-Caltech [rml_read_more] 中等质量黑洞的形成 在早期的宇宙,中等质量黑洞的“种子”可能是由巨大气体云的坍塌或超新星爆炸形成的。在宇宙中爆炸的第一批恒星具有纯氢氦构成的外层和更重元素组成的内核;而对于现代的恒星,它们外层含有更多重元素,在爆炸后会通过恒星风(stellar winds)损失更多质量。所以,与现代恒星相比,第一批恒星爆炸可以形成质量更大的黑洞。 “如果在宇宙初期会形成很多100太阳质量的黑洞,它们中的一部分与其他黑洞合并。这样的话,当时会形成各种质量不一的黑洞,有一些会存在至今,” NASA戈达德太空飞行中心的天体物理学家Tod Strohmayer解释说,“那么,它们在哪儿?” 美国国家科学基金会的激光干涉仪引力波天文台(LIGO,由加州理工学院和麻省理工学院合作)提供了可能存在中等质量黑洞的线索。LIGO探测器与欧洲意大利的Virgo结合,通过引力波引发现了许多黑洞的合并。 2016年,LIGO宣布了百年来最重要的科学发现之一:第一次探测到引力波。位于路易斯安那州利文斯顿和华盛顿州汉福德的探测器接收到黑洞合并的信号,这两个黑洞分别有29倍和36倍太阳质量。尽管从严格意义上讲这些并不属于中等质量黑洞,但这足够引起了科学家们的注意。 可能所有中等质量黑洞已经合并成更大的黑洞?又或许我们的技术还不能精准地定位它们? 超亮天体HLX-1(如图所示)位于星系ESO 243-49,可能是科学家发现的一个中等质量黑洞。 Credits: NASA; ESA; and S. Farrell, Sydney Institute for Astronomy, University of Sydney 寻找中等质量黑洞 寻找黑洞是个非常棘手的难题,因为它们本身不发光。但是科学家可以使用精密的望远镜和其他仪器寻找特定的指示信号。比如,由于物质流入黑洞不是恒定的,物质的消耗或结块会导致周围环境发光发生某些变化。在较小的黑洞中,这种变化更容易被发现。 最有可能的中等质量黑洞候选者是HLX-1(Hyper-Luminous X-ray source),约有20000倍太阳质量,能量输出比类似太阳的恒星高得多。它由澳大利亚天文学家Sean Farrell于2009年发现,可能曾经是一个矮星系的中心,后来被较大的星系ESO 243-49吞噬。 Harrison说,“它发出X射线的波段以及它所表现的性质都非常像黑洞。很多人,包括我的小组,都在寻找看起来像HLX-1的天体,但是到目前为止,并没有发现。但是搜寻仍在继续。” 比HLX亮度低的超亮天体称为ULX(Ultraluminous X-ray source),它们通常不是黑洞而是脉冲星(pulsars)。脉冲星是密度非常大的恒星残留物,会发出周期性的脉冲信号,看起来像灯塔一样。 这张图像由欧洲南方天文台的甚大望远镜(Very Large Telescope)拍摄,显示了星系NGC1313的中心区域。这是ULX NCG1313X-1的所在地,天文学家现已确定其为中等质量黑洞候选者。NGC1313跨度有50000光年,距离银河系约1400万光年。 Credits: ESO 下一步计划 矮星系是一个值得继续深入考究的系统,因为从理论上讲,较小的恒星系统所容纳黑洞的质量要比像银河系这种大星系低得多。出于同样的原因,科学家们还在搜索球状星团(globular clusters),它们是星系周围聚集成球状的恒星。 “中型黑洞猎人”正急切地等待NASA韦伯太空望远镜的发射,它将追溯到宇宙第一个星系。韦伯将帮助天文学家弄清楚,银河系和其中心的黑洞哪一个先形成。结合X射线观测,韦伯的红外数据对于识别一些最古老的黑洞候选者非常重要。 俄罗斯航天局Roscosmos于今年7月发射了Spectrum X-Gamma,该航天器携带了马歇尔太空飞行中心参与开发制造的仪器,将扫描X射线天空。LIGO-Virgo合作产生的引力波信息也将有助于对黑洞的搜索,欧洲航天局计划的激光干涉空间天线(LISA)任务也将提供帮助。 参考: https://www.nasa.gov/feature/black-hole-seeds-missing-in-cosmic-garden/

飓风猎人:飞入5级飓风的中心,为什么还能完好无损?

飓风猎人:飞入5级飓风的中心,为什么还能完好无损?

2019年8月29日,飓风猎人正准备展开针对飓风“多里安”的侦察任务。 图片来源:美国国家海洋和大气管理局(NOAA) 气象侦察机“青蛙克米特”(Kermit)和“猪小姐皮吉”(Miss Piggy)划过飓风的眼壁(eyewall),“受到狂风骤雨以及猛烈的上升气流和下降气流的连续冲击”,双双进入到风暴平静的中心位置,即它的风眼(eye)。这两架四引擎涡轮螺旋桨飞机的乘客,是来自国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administr,NOAA)的飓风狩猎科学家(hurricane hunting scientist),在飓风的风眼处,“青蛙克米特”和“猪小姐皮吉”开始了它们的工作。 这两架洛克希德WP-3D型号猎户座飞机(Lockheed WP-3D Orion aircraft)的名字,来自深受人们喜爱的著名布偶,这两只布偶则是美国综艺节目《大青蛙布偶秀》(The Muppet Show)中的明星。虽然NOAA并没有真正解释这样命名的原因,但毫无疑问,对于高空飞行的飞机而言,“青蛙克米特”和“猪小姐皮吉”是一种充满爱意的称号;“特别装配”的气象站则是飓风预报的关键所在。 国家海洋和大气管理局飓风猎人(Hurricane Hunter)“探测每一次风向和压力的变化,在持续时间长达8到10小时的任务中,一次又一次地重复着艰苦疲乏的探测经历。” 它们和他们都是英雄,真正的英雄。 在过去的几天之中,机组人员飞入了飓风“多里安”(Hurricane Dorian)的内部,目睹了见所未见的热带气旋内部强度,团队负责人的原话是:“前所未有(Unprecedented)。” 飓风猎人的研究基地设立在佛罗里达州莱克兰市,实际上早在1961年,科学家就开始搭乘飞机进入风暴之中,直接对飓风进行大气研究,但直到1970年NOAA的创建,相关的研究计划才真正开始实施,经过了近半个世纪的发展,才有了如今较为成熟的研究计划。 [rml_read_more] 在过去几天,飓风猎人的主要使命就是研究飓风“多里安”,他们所研究的数据、照片和视频既引人入胜又令人恐惧。 关于飓风猎人,以下是你需要知道的5个事实: 1、NOAA飓风猎人团队负责人表示,他们在飓风“多里安”的风眼处看到的景象,是前所未见的 飓风“多里安”风眼中的景象。 图片来源:伊恩•西尔斯(Ian Sears)/NOAA飓风猎人脸书(@The NOAA Hurricane Hunters)2019年9月1日 飓风猎人飞机飞行到风眼之中时,科学家发现了此前从未见过的景象。 “飓风猎人飞机上,装配着测量海洋表面微波辐射的仪器,能够进一步得到飓风的风速,”负责人理查德•亨宁(Richard Henning)在有线电视采访中解释说。 “从今天早晨开始,我们的飞机测得的风速数值就异常之高,以至于飓风中心一度怀疑数据的真实性。”亨宁正在说这句话的时候,一条185MPH(185迈,约297.7千米每小时)的风速数据刚刚出炉,NOAA的机组人员和国家气象预报员全都震惊了。 “这样的数据格外少见。”亨宁说飓风猎人科学家当时直接扔下手中的测量仪器,只为确认读数无误,然后惊呼“真是前所未见。” 2、飓风猎人的机组人员飞进“多里安”的风眼之中,拍下了他们“多里安之旅”中惊为天人的照片和视频 “多里安”之眼。 图片来源:加勒特•布莱克(Garrett Black)推特(@GBlack22wx)2019年9月1 日 在飞机穿越飓风时,飓风猎人科学家部署了GPS“下投式测风探空仪”(drop wind sondes),在它被下投落向大海时,这种仪器能连续地传回测得的压力、湿度、温度以及风向和风速,让科学家得以详细地了解风暴的结构和强度。与此同时,飓风猎人飞机的多普勒雷达系统和较低的机身雷达系统可以对风暴进行纵向和横向的扫描,让科学家和气象预报员能实时观测飓风的情况。 相关的工作原理如下: 飓风猎人收集到的相关数据有非常多的作用,其中之一就是NOAA借此开发了阶梯频率微波辐射计(Stepped Frequency Microwave Radiometers),可用于测量飓风和热带风暴中的海表风速和降雨率,这两个指标是致命风暴浪涌(surge)判断的关键,而浪涌则是飓风相关的主要死因。 2019年8月30日,NOAA的“青蛙克米特”飞向飓风“多里安”的眼壁。 图片来源:罗伯特•米切尔(Robert Mitchell)/ NOAA飓风猎人脸书(@The NOAA Hurricane Hunters)2019年9月1日 但是抛开气象研究,对于非专业的人来说,飓风猎人最重要的任务就是侦察:确定风暴的中心位置、测出风眼附近的中心压力和表面风速。美国空军(U.S. Air Force)预备役(Force Reserve)第53天期侦查中队(53rd Weather Reconnaissance Squadron)同样也对侦察任务进行了支持。NOAA表示,对于脆弱的大西洋和墨西哥湾沿岸而言,研究和侦察飞行两方面的信息,都能直接帮助保障当地居民和游客的安全。 3. 飓风猎人的头号常见问题:“为什么NOAA的猎人飞机不会被飓风撕得四分五裂呢?” “多里安”内部的NOAA飓风猎人。 图片来源:NOAA 在NOAA的飓风猎人网页上,有一个常见问题解答板块,但其中只有一个问题,那就是:“为什么NOAA的猎人飞机不会被飓风撕得四分五裂呢?” NOAA的回复是:“在飞行过程中,飞机一般不会受到强风的破坏。在冬天的时候,大型客机也常常在风速超过150英里/小时(约240千米/小时)的‘喷流’中飞越美国。能够对飞机造成摧毁或导致其失去控制的,其实是剪切力,或在水平方向或垂直方向上风向的突然转变。这就是为什么NOAA的飓风猎人飞机不会去飞越龙卷风(译者注:剪切力是龙卷风形成的必要条件之一)。基于这一原理,NOAA的飞行员和机组人员能经常(当然也不是想啥时候飞就啥时候飞)在高风速环境中执行飞行任务,而不必担心被强风撕得四分五裂。” 回到密西西比州凯斯勒空军基地(Keesler Air Force Base)后,飓风猎人发布了几张“多里安”的图片。 图片来源:飓风猎人推特(@53rdWRS)2019年9月1 日 “与此同时,他们一直在监测恶劣天气和剪切力的‘热门活动’,因此一旦风力或剪切力过于强劲,他们一般也能用雷达识别出来。” 4. 飓风猎人最初的使命其实是在“风暴之怒”计划(“StormFury” Program)中“修正”飓风 飓风猎人:属于美国空军第53天气侦查中队的C-130型号飞机尾部。 图片来源:NOAA 在一开始,飓风猎人其实是1961年研究飞行设备(Research Flight Facility,RFF)计划的一部分,该计划被称为“风暴之怒”(Stormfury),是一系列包括“早期修正飓风尝试”在内的大气研究计划,美国的气象学家和美国国防部(Department of Defense)一同“研究与飓风相关的信息,以便能够确定,通过动态人工造云(cloud seeding)能否降低飓风的强度,从而达到正向的修正结果。” NOAA的数据表明,在整个20世纪60年代和70年代初期,研究飞行设备计划进行了数不胜数的大气研究项目,涉及的飞机运营地从迈阿密国际机场拓展到了全球范围:从北极到印度、西非都有飞机参与。 1975年,研究飞行设备计划与环境研究实验室(Environmental Research Laboratories)进行了合并,也有更多新飞机参与了这项全面展开的计划。在90年代初期,NOAA的飞机位于佛罗里达州坦帕市的麦克迪尔空军基地(MacDill Air Force Base),但相关的研究计划已经遍布美国和世界各地,“在开阔的海洋、山脉、沿海湿地和北极冰层之上”。 总体而言,NOAA的使命是“描述和预测地球环境的变化,并以一种明智的方式保护和管理美国的沿海和海洋资源。努力工作且非常专业的NOAA飞机则直接支持这一使命,为科学家提供独特的平台,以精确地观察、测量并绘制我们的海洋和大气动态。” 而飓风猎人则是它们之中最为著名的飞机团队之一。 5.  因此,对于飓风猎人的出现,你可以感谢理查德•米尔豪斯•尼克松(Richard Milhous Nixon),他于1970年创建了NOAA 理查德•米尔豪斯•尼克松总统于1970年7月提议建立国家海洋和大气管理局,三个月后,NOAA就诞生了。尼克松当时所说的目标是:“将美国的科学努力统一在一个机构之下。” 成立以来,NOAA一直为其他联邦机构、私营部门研究和美国公众提供科学和技术服务,并负责预测海洋、大气和海洋生物资源的变化。 参考来源: [1] https://heavy.com/news/2019/09/dorian-hurricane-hunters

NASA的Photoshop用得有多6?

NASA的Photoshop用得有多6?

我们常见到NASA发布的太空图片是这样的 还有这样 这样的 但是它们的原型,却只是黑白图片。 这中间发生了什么呢?下面这个视频会给你答案 不想看视频,看看下面的图文解释吧! 我们人眼能看到的只是电磁波谱中,短短的一部分,从红光到紫光,这一段就是“可见光谱”。 我们能看到这些颜色,是因为眼球中的视锥细胞,能接受它们的刺激。 眼球中有3种视锥细胞,分别对短、中、长波敏感,大致对应可见光谱上的红绿蓝三色。 其他的颜色就是这三种颜色的组合,这就是黑白照片的着色原则。 接下来举个例子 这张照片是1911年拍摄的,是最初一批彩色摄影之一。它由3张完全相同的照片组合,分别只允许红光、绿光、蓝光通过。 我们看红光和蓝光的就很明显,他的蓝色长袍在右边的照片中更亮,因为蓝光滤镜允许更多的光通过了。 给它们上色再组合,就得到了彩色的图片。 接下来看看太空的图片。 哈勃太空望远镜已经工作29年了,它传回的每张照片原始件都是黑白的,都要通过后期上色。 比如这张土星的照片,将光分离成长、中、短波,根据它们在可见光谱中的位置,给3张照片上色,合成出来就是真实的颜色了。 下面这张木星的也是,多看几次不同颜色组合形成新颜色的过程,相信你能很快了解这个原理。 接下来看看更复杂的,哈勃望远镜还能记录单个元素的,非常窄的光带,因此可以用颜色来追踪它们的分布。 最著名的例子就是这张“创世之柱”,但这不是真实色彩图像,更像是一张“地图”。 氢和硫在红光可见,氧气在蓝光可见,把它们着色再合成,就会得到下面这张图象。 对视觉分析来说不是很有用,因此科学家们就根据它们的顺序重新分配颜色,氧有最高频率,被指定为蓝色,硫低于氧但高于氢,便以绿色代表。 给它们重新上色之后,得到的图像就是像下面这样的了。 哈勃望远镜还能记录,近红外和紫外波段,创世之柱的红外图像看起来就非常不同。 尘埃和气体云层挡住了可见光,但是较长波长的可以通过,就显示出了星团。 根据不同频率分配不同颜色,就能创造出不同用途的图像。 就像微博用户@Alexis_Quin 说的,“总结起来就是为了让人眼这个只能观察从红到紫波段的废更直观的了解和分析各种宇宙天体而成立的一个三原色着色标准体系。P图也不能瞎P”。 色彩不仅让我们感受到宇宙的绮丽,还揭示出宇宙中无形的部分。

如何保护宇航员在月球上不受太空辐射

如何保护宇航员在月球上不受太空辐射

Credits: NASA 1972年8月,正如NASA科学家Ian Richardson所记得的那样,是炎炎夏日。他在英格兰萨里长大,田地是干燥的棕色,人们试图呆在室内:远离太阳,开着电视。但那个月的几天,他的电视画面一直断断续续。“不要调整设置,”他回忆起BBC的声明,“高温不会造成干扰,是因为太阳黑子(sunspots)。” 当年8月4日至7日破坏电视信号的太阳黑子同时也导致了巨大的太阳耀斑(solar flares),即来自太阳的强大能量爆发。在阿波罗16号和17号任务期间,月球探测器险些遇到太阳爆发。如果当时在轨道上或在月球表面,它们可能会经历由爆发引起的强烈辐射。今天,阿波罗时代的耀斑提醒人们,注意辐射对太空中技术和宇航员的威胁,了解并预测太阳爆发对太空探索的安全至关重要。 自1972年太阳风暴以来已有近50年的时间,NASA拥有的数据、技术、资源得到了改善,从而推动了空间天气预报和宇航员保护的发展,这是NASA Artemis计划(将宇航员送回月球)的关键。 太空辐射是宇航员安全登月的关键因素。NASA正在探索各种方法和技术以缓和太空旅行期间不同类型的辐射。 Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/Joy Ng 太空不是空的 如今,Richardson已是NASA戈达德太空飞行中心(位于马里兰州格林贝尔特)的科学家,他的研究方向正是太阳爆发产生的高能粒子。 除了耀斑之外,含有数十亿吨太阳物质的巨大的云偶尔会从太阳表面爆炸,称之为日冕物质抛射(coronal mass ejection)。越来越多的科学家认为,日冕物质抛射在驱动太阳最强大的辐射(太阳高能粒子,SEPs)中起主导作用。 太阳高能粒子几乎都是质子,运动速度很高,有些能在不到一个小时内到达1.5亿公里外的地球。“当一艘船高速驶过水面时,你可以看到船前方的波浪,”Richardson说,“同理,在快速日冕物质抛射前的冲击波加速了它们之前的粒子。” [rml_read_more] 辐射(Radiation)是电磁波(electromagnetic waves)或粒子(particles)携带的能量。太阳高能粒子存在危害,因为它们可以穿透皮肤,释放的能量会在途中弄碎细胞和DNA。这种损害会增加生命后期癌症的风险,极端情况下会在短期内引起急性放射病。 地球上的我们可以免受这种伤害:磁层(magnetosphere)可以偏转大多数太阳粒子,大气层可以减弱所有通过的粒子。国际空间站的轨道也在地球保护范围内,而且船体本身也有助于保护机组人员免受辐射。 蓝色表示的是地球的磁泡,称为磁层。磁层可以自然防御太空辐射,使大部分带电的太阳粒子偏离地球。 Credits: Andøya Space Center/Trond Abrahamsen 但是,地球磁层外的探险者依然面对强烈的太空辐射。“无论是在轨道、运输途中、还是行星表面,都存在着辐射的危险,”NASA人类太空飞行计划的戈达德工程师Ruthan Lewis说,“从防御技术到封闭性保护,我们在宇航员所处的每个环境中都在考虑这个问题。” 太空救生员 在休斯顿的约翰逊航天中心,一个充满电脑屏幕和闪烁灯光的房间里,科学家们每天轮班工作,为太空站宇航员监测太空天气状况,他们被称为太空环境官员(space environment officers)。这些科学家是太空的救生员:他们要时刻注意空间辐射的涨落。 每天, 约翰逊空间辐射分析小组的科学家要检查国家海洋和大气管理局空间天气预报中心的空间天气预报。他们负责警告任务控制小组潜在的太阳活动。如果太阳高能粒子活跃并且空间站恰好在地球磁层的保护外,他们可能会建议推迟需要离开安全站点的活动。无论宇航员在哪儿,团队都会密切关注他们处于的太空环境。 约翰逊的科学家Kerry Lee 表示,“我们的策略是利用任何可用的质量。”机组人员和辐射之间的质量越大,危险粒子在到达机组人员之前就越有可能把能量用光。在月球上,宇航员可以利用附近的天然屏蔽材料,比如将月球土壤或风化土堆积在他们的避难所上。但是在航天器设计方面,依靠这种保护会很昂贵,因为更多的质量需要更多的燃料才能发射。 约翰逊团队正致力于开发无需添加更多材料的屏蔽方法。“我们不太可能专门带屏蔽辐射的质量上飞船,”Lee说,“我们带的每件物品必须是多用途的。” 他们为猎户座飞船上的宇航员设计了一个计划,可以通过已有的物品建立一个临时避难所,包括存储单元、食物和水。如果发生与阿波罗时代一样强大的太阳爆发,飞船上的工作人员可以安然无恙。 猎户座飞船副卫生和医疗技术负责人Jessica Vos(前)和宇航员Anne McClain(后)在航天器中中展示辐射防护计划。在太阳高能粒子活动期间,船员将使用积载袋(stowage bags)来建立一个防辐射棚。 Credits: NASA NASA的其他团队也在为应对辐射挑战研究解决方案,比如开发背心和设备以增加质量,还有可以偏转辐射的带电平面。 太阳高能粒子 为保护宇航员,科学家需要知道太阳粒子风暴什么时候发生。但粒子难以预测,我们并未完全了解太阳湍流爆发的本质。 “理想情况下,你可以观察太阳上的一个活跃区域,看它是如何演变的,并试着预测它何时爆发,”Richardson解释道,“但问题是,即使你可以预测耀斑和日冕物质抛射,实际上只有一小部分太阳活动会产生对宇航员有害的粒子。” 而且,就算我们知道太阳高能粒子何时爆发,因为受磁场影响,我们也很难预测它们的去向。磁场线是带电粒子的高速公路,但随着太阳旋转,磁场线呈螺旋状。场线中的扭结会迫使一些粒子“下高速”,所以它们可能在太阳系的任何一个角落。 “要达到地球上的天气预报的精确度,我们还有很长的路要走,”戈达德社区协调建模中心(CCMC)的科学家Yari Collado-Vega说道,“我们还需要更多关于太阳的数据集。” 1972年8月7日,加州的大熊湖太阳天文台(Big Bear Solar Observatory)捕捉到了太阳耀斑。这个特殊的耀斑因形状被称为“海马耀斑(seahorse flare)”,引发了一场强烈的太阳高能粒子事件。 Credits: NASA 预测太阳高能粒子的模型还处于开发的早期阶段。科学家利用更轻、更快、更早到达的电子来预测随后更重、更加危险的质子洪流。 科学家们靠NASA太阳物理学(heliophysics)任务来推进他们的太空天气预报模型。飞行器处于太阳和地球之间不同的位置,有利于相关研究。NASA的派克太阳探测器(Parker Solar Probe)于2018年发射,离太阳非常近,将在太阳高能粒子诞生的地方跟踪它们,有助于了解太阳爆发是如何加速粒子的。 时机也是一个因素:太阳经历11年的高低活动周期。在太阳活动最频繁的时期,大量太阳黑子以及高磁张力区域已经蓄势待发。相反,在不活跃的时候,几乎没有太阳黑子,爆发也很少见。 在科学家们不断改进他们模型的同时,NASA的太阳物理航天器能够为宇航员提供“警报解除”的信号。如果太阳上没有活跃的太阳黑子,他们可以确信不会发生太阳风暴。 隔壁星系的辐射 第二种空间辐射比太阳高能粒子传播得更远。银河宇宙射线(Galactic cosmic rays),来自银河系其他地方、很久之前爆炸恒星的粒子,不断以接近光速的速度轰击太阳系。如果太阳高能粒子是一场突如其来的倾盆大雨,银河宇宙射线更像是一场持续的细雨,但毛毛雨也会令人讨厌。 宇宙射线往往比最高能的太阳粒子更强大。可以防御太阳高能粒子的太空船无法对付宇宙射线,因此宇宙射线是一个严重的问题。特别是对于长途飞行任务,比如前往火星,单程就需要6至10个月。 太阳高能粒子确实很难预测,但银河宇宙射线却稳定得多。在一秒钟内,大约90个宇宙射线击中一个高尔夫球大小的空间。(对比之下,在太阳高能粒子活动期间,同体积大约有1000多个粒子。)这个速率有助于确定辐射的强弱以及任务持续时间。NASA会追踪每位宇航员的个人剂量,以确保他们不会超出终身所能接受辐射的极限。 宇宙射线由重元素(氢以外的元素)组成,如氦、氧、铁,这些粒子撞击原子时会将其撞开,引发更多粒子,这种情况被称为二次辐射,进一步增加了宇宙射线带来的健康隐患。 宇宙射线的出现也与太阳周期有关。在太阳活动相对平静时,宇宙射线很容易渗入太阳磁场;而在太阳活动高峰,较强的太阳磁泡会阻挡相当一部分宇宙射线。 这张图显示了太阳系以及太阳远远超出太阳系的磁泡(日光层,heliosphere)。明亮的条纹代表宇宙射线。在太阳活动高峰,随着日光层的增强,它会阻挡更多宇宙射线。 Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/Conceptual Image Lab 目的地:先月球,后火星 登月将帮助NASA收集关键数据、开发必要的工具和策略,以便未来可以安全地将人类探险者送往火星。前往火星要需要更久,船员也将面临更多的辐射。此外,不像地球,火星没有磁场来转移辐射。 “我们登上月球的原因之一是为火星做准备,”Lewis说。持续的月球探测将有助于确定我们是否拥有必要的技术,能在长期太空旅行中保护宇航员。“我们做了很多次模拟,现在开始进行实验了。”

如果把火星地震“挪到”地球上,会有怎样的震感?

如果把火星地震“挪到”地球上,会有怎样的震感?

这幅艺术概念图对火星地震波进行了模拟:当地震波穿过火星不同的内部壳层时,它会是什么样子。 图片来源:NASA、JPL-加州理工学院、苏黎世联邦理工学院、马丁•范德里埃尔(Martin Van Driel) 在最近的一系列地震发生后,整个南加州的居民都感受到了地动山摇。但是,在我们的太阳系之中,地球并不是唯一会经历地震的星球:月球和火星都会发生地震。50年前,在阿波罗11号(Apollo 11)任务期间,美国航空航天局(NASA)在月球上部署了第一台地震仪;而就在去年年末,NASA的洞察号火星探测器(Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport,InSight)则给火星带去了第一台地震仪,它被称为内部结构地震测量仪(Seismic Experiment for Interior Structure,SEIS)。 4个月前,法国国家空间研究中心(Centre National d’Études Spatiales,CNES)宣布洞察号首次在火星上检测到了微弱的地震信号,明显的“火震”(Marsquake)信号发生在4月6日。SEIS地震仪由CNES提供,洞察号火星任务的“火震”服务(Marsquake Service)由瑞士研究型大学苏黎世联邦理工学院(Eidgenössische Technische Hochschule Zürich,ETH Zurich)主导,负责监测SEIS的数据。 阿波罗11号的宇航员在月球表面部署了第一台地震计的五十年后,NASA的洞察号向地球传回的火星地震实验数据为研究人员提供了非常难得的机会,让他们能将月球和地球上的地震与“火震”进行比较。位于瑞士苏黎世联邦理工学院的“火震”服务(Marsquake Service,MQS)中心负责监测火星上的日常地震活动,大约每天两次,就会有由10名地震学家组成的国际团队对火星的地震数据进行表征和分析。 地震波穿过的材料不同,地震的表象和震感就会不同。穿过地球内部的地震波能持续十多秒到几分钟的时间,而在月球上,地震可以持续一个多小时甚至更长的时间。地震波的信号范围与探测距离以及地质结构密切相关,在一个新的视频中,利用阿波罗时代在月球上留下的地震仪所记载的数据、SEIS在火星上监测到的首批地震的头两次,以及在我们的地球上记录到的地震数据,苏黎世联邦理工学院的科学家将地震波的不同表现进行了可视化证明。 在地震模拟器,也就是“摇动室”(shake room)中,科学家运行了来自不同星球世界的这些数据,他们可以亲身体验到这些地震的不同之处。火星上的微震(tremor)平静而遥远,SEIS上的地震计非常灵敏,能够迅速感知到这些微弱的信号,但它们却很难被人体感受到,为了让震感与同样放大后的“月震”(moonquake)以及未经放大的地震处于相似的人体感受程度,研究人员不得不将“火震”信号放大了1000万倍。 “我们目前正在观察火星上的两波地震,”西蒙•施特勒尔(Simon Stähler)博士说道,“第一波地震是一场高频事件,比我们想象中的更像‘月震’。第二波地震的频率则要低得多,我们认为这可能是距离不同的原因:较低频率的地震可能发生在离地震计更远的地方。与地球上地震的持续时间相比,这两次火星地震的持续时间都更长。” [rml_read_more] 约翰•克林顿、西蒙•施特勒尔、马丁•范德里埃尔(Martin Van Driel)和马伦•伯泽(Maren Böse)在地震模拟器中展示了“火震”与地震和“月震”的不同之处。 视频来源:苏黎世联邦理工学院 如果比较地球和月球的表面,你可能会惊讶地发现:地球的地壳比月球的地壳更为均匀。因为几十亿年以来,不计其数的陨石撞击破坏了月球壳层,而月球上没有任何演化过程能将岩石“烧结”成一个整体;相比之下,地球上的火山活动、地热升温、板块构造,以及水和风的侵蚀会将岩石碎片融合在一起,共同形成一个相对完整的层状地壳,这些过程能让陨石撞击的痕迹迅速消失。 “异质的月球外壳会散射地震波,就像人们在崎岖的山地地形中大声呼唤时可能会听到回声一样,”苏黎世联邦理工学院MQS中心的负责人约翰•克林顿(John Clinton)博士解释说。相比之下,地球的地壳和地幔对地震波来说如同透明,就像广阔无阻的空间之于声波。地球上的地震传感器能够干净利索地“听到”地震信号;但在月球上,地震探测仪会检测到多余的“回声”信号,它们会使“月震”信号失真,甚至很难确定信号的起始位置。 虽然地震研究在火星上仍然处于起步阶段,但是“火震”的形态似乎就介于“月震”和地震之间。研究人员已然探测到了火星上的第一个地震信号,但随后的“火震”信号伴随着比他们预期中更多的回波信号。火星上地震信号的持续时间可以达到大约10到20分钟;科学家还不清楚火星地壳的裂缝部分是否就像月球上的一样,只有几千米的深度,又或者比月球上的更浅。 关于洞察者号 洞察者号火星探测器由喷气推进实验室 (Jet Propulsion Laboratory,JPL)为NASA的科学任务理事会(Science Mission Directorate)负责管理。洞察者号是NASA发现计划(Discovery Program)的一部分,由NASA位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心(Marshall Space Flight Center)负责管理。洞察者号探测器由位于丹佛的洛克希德•马丁太空公司(Lockheed Martin Space)制造,包括探测器的巡航段(cruise stage)和着陆器(lander),该公司还为飞行任务提供了支持。 包括法国国家空间中心(CNES)和德国航空航天中心(Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt,DLR)在内的许多欧洲合作伙伴正在为洞察者号火星任务提供支持。CNES向NASA提供了内部结构地震测量仪(SEIS),主要研究人员来自巴黎地球物理学院(Institut de Physique du Globe de Paris,IPGP)。对SEIS的重大贡献来自IPGP、德国马克斯普朗克太阳系研究所(Max Planck Institute for Solar System Research,MPS)、瑞士联邦理工学院(Swiss Federal Institute of Technology,即苏黎世联邦理工学院,ETH Zurich)、伦敦帝国理工学院(Imperial College London),以及英国牛津大学(Oxford University)和JPL。DLR提供了热流和物理特性探测仪(Heat Flow and Physical Properties Package,HP3),波兰科学院(Polish Academy of Sciences)的空间研究中心(Space Research Center,CBK)和波兰的Astronika公司则为此作出了重要的贡献。温度和风力传感器由西班牙天体生物学中心(Centro de Astrobiología,CAB)提供。 参考: [1]https://www.nasa.gov/feature/jpl/what-does-a-marsquake-look-like [2] https://phys.org/news/2019-07-marsquakes.html

火星车如何在火星上安全驾驶?

火星车如何在火星上安全驾驶?

在火星车“上路”之前,工程师会整晚发送计算机命令,告诉它第二天要去哪里。根据地形的复杂程度,他们可以发送一系列特定命令,例如:“向前行驶5米;然后右转90度。”火星车的轮子就会一直滚动直到行进了5米,然后右转到指定的位置。 《火星一分钟》系列延伸阅读 一:火星真的是红色的吗? 二:好奇号登陆火星有多难? 三:如何前往火星? 四:如何登陆火星?极其小心! 五:火星真的炽热如火吗?

如何在太空中建设GPS系统?你需要精度高出50倍的深空原子钟

如何在太空中建设GPS系统?你需要精度高出50倍的深空原子钟

深空原子钟的漫画图像,这是NASA测试的一项新技术,它将改变人类在太阳系中导航的方式。这个精确的“计时器”定于6月下旬搭载SpaceX公司的猎鹰重型火箭,从佛罗里达州发射升空。 版权:NASA / JPL-Caltech 美国航空航天局(NASA)的导航研究员正在努力规划一个蓝图,让航天器可以自主而安全地飞向月球和火星等目的地。 现阶段,导航员只能在地球上计算航天器的位置,然后将位置数据通过双向中继系统(two-way relay system)发送到太空之中,以此来告诉航天器应该去哪里,而双向中继系统可能需要几分钟到几小时的时间来传送方向。这种导航方法意味着,无论太空探索任务在太阳系中行进至何处,我们的航天器仍然像一只被拴在地球上的风筝,等待来自地球的行进指令。 在未来,对人类登陆另一个星球的任务来说,这种限制是一个明显的掣肘。如果航天器上的宇航员无法即时控制前进的位置和方向,他们如何能够顺利地从地球远航呢?当通信延迟影响到他们调整进入星球大气轨道的速度时,他们又如何能够准确地降落在另一个星球上? NASA的深空原子钟(Deep Space Atomic Clock)设备只有一台烤面包机那么大,它将为我们解决这些问题。这是第一款体积小、类似全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的仪器,在航天器上飞行时稳定性足够强。这次的技术演示能让航天器知道自己的位置,而无需依赖来自地球的数据。6月下旬,SpaceX的猎鹰重型火箭(Falcon Heavy rocket)会将深空原子钟发射到地球轨道上,并在该轨道上待满一年的时间,测试它是否能够帮助航天器在太空中进行定位。 如果深空原子钟在太空中试验的这一年进展顺利,那么它就能为未来的单向导航打好基础。利用单向导航,宇航员可以通过一种类似GPS的系统在月球表面上进行导航,也可以安全地自主执行任务,前往火星以及更远的太空位置。 “每一个探索深空的航天器都由地球上的导航员引导。通过启用机载自主导航,或自动驾驶航天器,深空原子钟将改变这一状况。”副首席研究员吉尔•舒伯特(Jill Seubert)说道。 深空之中并不存在GPS 其实,太空中的原子钟并不是什么新鲜事物,我们所用的每个内置GPS的设备,例如智能手机,都是通过环绕地球的多颗卫星上的原子钟来确定位置的。已知位置的卫星从太空向地球发送信号,接收器通过测量信号到达GPS的时间长短来三角测量我们的具体位置。 深空原子钟是NASA JPL的一项新技术,或许能会改变飞船和探测器在太空中的导航方式。6月下旬,美国太空探索技术公司SpaceX猎鹰重型火箭将发射轨道试验床卫星(Orbital Test Bed satellite),对于地球之外其他世界里的自动驾驶航天器和类似GPS的导航系统,这种后续的技术演示可能是关键组成部分。 版权:通用原子能电磁系统公司 [rml_read_more] 但是现阶段,飞到地球轨道之外的航天器则没有GPS给它们在太空中导航。对于行驶在太空中的航天器来说,GPS卫星上原子钟的精确度远远不够,无法发送正确的方向指令,即使信号只滞后或者消失了不到一秒的时间,也可能意味着离登陆一颗行星差了好几公里。 因此,现在采用的方法就是让导航员用地球上的巨型天线向航天器发送信号,然后信号由航天器反弹回到地球。地面上精确度极高的时钟可以测量信号进行双向旅程所需的时间,告诉导航员飞船距离地球有多远、飞行速度有多快。只有这样,导航员才能进一步向航天器发送指示,告诉它接下来该怎么走。 “这与回声的概念如出一辙,” 舒伯特说,“如果我站在一座山前,大声喊叫,回声传回我耳边的时间越长,就意味着这座山越远。” 双向导航(two-way navigation)意味着:无论太空探索任务行进到多远的地方,它都必须等待携带命令的信号翻山越岭传回航天器,跨越行星之间难以想象的巨大距离。这样的过程听起来并不陌生,这还的多谢好奇号(Curiosity)这样的火星登陆任务,世界曾等待了长达14分钟的任务控制,让好奇号火星车向地球发出它安全登陆火星的信息。14分钟的延迟是一个平均等待时间:根据地球和火星在各自轨道上的位置不同,单向信号可能需要4到20分钟用于在行星之间传播。 这种导航方式让航天器在深空中的行进缓慢而费力,它让NASA深空网络(Deep Space Network,DSN)的巨型天线繁忙不堪,仿佛通话高峰时的电话线路。在这种信号交换中,一架以每小时数万英里的速度飞行的航天器在“知道”它的位置时,可能已经处于一个完全不同的地方。 更好的太空导航方式 如果有一个足够小又足够精确的原子钟,能够为航天器提供准确的导航指示,那这种双向系统的需求就会不复存在。未来的导航员将可以直接从地球发送信号到航天器,就像在地球轨道上的导航卫星一样,航天器上的深空原子钟将测量来自地球的信号到达它所需的时间,然后,航天器就可以计算自己的位置和轨迹,自己给自己指示方向。 深空原子钟的首席研究员托德•埃利(Todd Ely)表示:“太空船如果能拥有一个原子钟,我们就可以实现‘船载’无线电导航,当与光学导航(optical navigation)结合使用时,就能为宇航员提供更准确、更安全的导航方式。” 这种单向导航系统适用于火星和更远的宇宙探索目的地。通过向空间广播一个信号,DSN的巨型天线将能够一次性与多个任务进行通信,这项新技术也能够提高地球上GPS的准确性。具有深空原子钟的多个航天器可以围绕火星运行,创建出一个类似GPS的网络,为火星上的探测车和人类提供方向指示。 “深空原子钟将有助于导航,这种帮助不局限于地球,在其他星球上也是如此。不妨可以想象成我们在其他星球上也有GPS一样。”领导研发离子钟(ion clock)的埃里克•伯特(Eric Burt)说道。 伯特和喷气推进实验室 (Jet Propulsion Laboratory,JPL)的时钟物理学家同事罗伯特•朱尔克(Robert Tjoelker)和约翰•普雷斯塔基(John Prestage)创造了一种汞离子钟,它在太空中的稳定性与地球上冰箱大小的原子钟一样。在实验室测试中,深空原子钟被证明比GPS时钟要精确50倍,也就是每1000万年才会出现1秒钟的偏差。 深空原子钟在太空中的技术演示至关重要,将决定它是否能在轨道上保持稳定。如果它能表现良好的稳定性,那么最早在21世纪30年代深空原子钟就可以开始执行任务。作为自动驾驶航天器的第一步,有朝一日深空原子钟或许能将人类运送到太空中其他的世界。 深空原子钟位于科罗拉多州恩格尔伍德,装载于通用美国通用原子能电磁系统公司(General Atomics Electromagnetic Systems)提供的航天器上,由NASA太空技术任务理事会(Space Technology Mission Directorate)的技术示范任务计划(Technology Demonstration Missions program)和NASA人类探索和作战任务理事会(Human Exploration and Operations Mission Directorate)的空间通信和导航计划(Space Communications and Navigations program)赞助,由JPL管理该项目。 关于NASA深空原子钟你需要知道的五件事:https://www.nasa.gov/feature/jpl/five-things-to-know-about-nasas-deep-space-atomic-clock 了解SpaceX猎鹰重型火箭(Falcon Heavy)发射中的其他NASA任务(包括深空原子钟),请见:https://www.nasa.gov/spacex 参考: https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7427 https://www.space.com/falcon-heavy-nasa-testing-clean-fuel-stp2.html

这一次,我们将去往月球,并留在那里

这一次,我们将去往月球,并留在那里

“总统唐纳德•特朗普(Donald Trump)已经对美国航空航天局(NASA)提出了要求,让我们加快重返月球的计划,并在2024年之前再次将人类送上月球表面。我们将采用革新的技术和系统,来探索月球表面更多的位置,甚至是此前不敢想象的地方。这一次飞往月球,我们将会在那里驻足,然后利用我们在月球上学到和了解到的信息,来进行下一次巨大的飞跃,那就是将宇航员送往火星。” ——NASA局长吉姆•布里登斯坦(Jim Bridenstine) NASA的科学、技术和人类探索活动,深入到我们在地球上生活的方方面面,我们希望将我们的存在延伸到宇宙最远的角落。在进行这些研究和探索的过程中,我们将维持美国在太空领域的领导地位。 灵感:来自几辈人代代相传的灵感 NASA的阿波罗计划(Apollo Program)以一种令人惊叹的方式,展示了美国的意志力以及经济、政治和技术实力,这一惊世骇俗的壮举激励了好几代年轻人。它燃起了美国人革命意识的熊熊火焰,不仅在科学和技术上有了空前的发展,也引发了我们对探索和发现的崇高热情。 正如在50年前阿波罗激励了一代人一样,NASA今天也在继续激发着科学和探索的壮举。如果能结合我们的国际和商业合作伙伴的能力和资源,将我们带到月球和火星,我们将向世界各地的人们展示目标统一的力量。而这样的合作,将成为一个无与伦比的鼓舞,展示人类在实现共同利益下的共同目标时,同心协力可以做出的壮举。 科学:任务越多,科学越广 月球是一个科学的宝库,在阿波罗计划期间被带回地球的样品极大地改变了我们对太阳系的看法。然而,我们现在所知道的还只是月球知识的皮毛。我们相信,月球的南北两极拥有数百万吨的水冰,而冰就代表着能量,代表着燃料,代表着科学。人类探索的太空越远,运用当地的资源制造所需的材料和物品就越发重要。我们明白,探索月球能带给人类的远不止是关于我们地球的故事,甚至能超越我们的太阳。还有很多信息等待我们去探索去了解,我们可以通过持续性的载人登月和机器探测来获取这些宝贵的信息。 探索:为全人类而探索 于我们人类而言,探索是与生俱来的,我们对遥远、适宜人类居住的世界探寻深深地印记在我们的DNA中,无论是下至地球海洋深处,还是上至广阔的宇宙远方。这对我们物种的延续也至关重要,人类的存在不能只依赖地球。 对月球的探索和对火星的探索需要交织并行。我们的月球到火星探测方法是可持续的,相关技术和器材室可重复使用的。在接下来的十年中,我们将建立一个开放式的勘探架构,其中包含尽可能多的可以复制到火星任务中的功能。月球是火星的试验平台,它为我们提供了一个展示新技术的机会,这些技术或许有助于在地球上建立自我维持的人类基地。 经济:太空深处新的商业市场 下一次革命将发生在太空:一个以采矿、旅游和科学研究为基础的太空经济,它将让我们的后辈更加强大和自主。我们如今对革命性、美国制造技术的投资,给未来的创新和太空经济注入了源源不断的活力。 我们将前往月球并长期驻扎 距离我们上次踏足月球,已经过去了不止45年的时间,我们的总统重申了:国家对向地球之外扩展人类领域相当重视。1号太空政策指令(Space Policy Directive-1)为NASA提供了更明确的方向,能够更有效地结合起政府、商业和国际伙伴的努力,让我们在地球之外也能永久驻足,进一步产生新的科学和经济市场以及机遇。 • 我们以一种可重复使用的架构快速、可持续地前往月球。 • 我们将与商业和国际合作伙伴一起,进行更快的探索和更多的合作。 • 我们将带来新的知识和机会。 • 我们将利用月球的资源进行更多更深入的探索。 • 我们将证明现有的技术也能把我们带到火星及其他星球。 阿尔忒弥斯(Artemis)是什么? 在希腊神话中,阿尔忒弥斯是阿波罗的孪生姐姐,也是美丽的月亮女神。现在,她是我们登月之路上NASA月球任务的化身,即在2024年之前让宇航员重回月球表面,包括第一位女性宇航员以及下一位男性宇航员。当他们登陆月球之时,我们美国宇航员将踏上人类未及之处:月球南极。 NASA将与美国的商业公司和国际伙伴合作,将人类探索的边界推向月球。按照阿尔忒弥斯的计划,NASA将能在2028年之前实现持续性的载人登月,揭露新的科学发现、展示新的技术进步,并为私营公司建立月球经济奠定基础。 我们的目标是将人类送往火星,阿尔忒弥斯则是下一个探索时代开启的第一步。 猎户座飞船(ORION SPACECRAFT) NASA正在建造一艘太空飞船,载着宇航员驶入深空,开启一个全新的太空探索时代。 猎户座飞船将把我们带向前所未及的远方,并在月球轨道上完成与“门户”(Gateway)的对接。猎户座飞船最多可搭载四名机组人员,特地为宇航员在离家数十万英里的地方长期旅行而设计,也就是他们需要好几天的时间才能返回地球,而不是短短的几个小时。 长距离和长时间的飞行,需要猎户座飞船拥有在远离地球时也能可靠操作的系统,在紧急情况下能够维持宇航员的生命所需,并且在满足以上需求的同时质量足够小,保证火箭可以顺利将其发射。 一系列颇具挑战的任务 NASA将在佛罗里达州肯尼迪航天中心(Kennedy Space Center)的现代化太空港上发射猎户座飞船,利用的是NASA强大的火箭系统:太空发射系统(Space Launch System)。在被称为“1号探索任务”(Exploration Mission-1,EM-1)的第一个综合任务中,一个不载人的猎户座飞船将在距离月球数千英里的位置进行科学探索,为期大约三个星期。载有机组人员的一系列具有挑战性的任务将会紧随其后,其中包括在对“门户”进行操作任务之前在月球周围进行试飞。 NASA的太空发射系统(Space Launch System,SLS)是一种强大而先进的超重型运载火箭,为人类探索超越地球轨道的新时代而开发。凭借前所未有的动力和能力,SLS将在NASA的猎户座飞船项目中将宇航员送入太空宇,进行深空任务的探索。 设计SLS的目的,是为了安全地将人类送入深空之中,并支持各种复杂的探索任务。它还将为有效载荷开辟一片新的天地,包括对火星、土星和木星等行星进行机器科学探索任务。 • 提供比其他所有火箭都更大的有效载荷质量、体积容量和能源动力,以加速空间探索任务的进行。 • SLS是唯一能够在一次任务中将猎户座飞船、宇航员以及大型货物送上月球的火箭。 • SLS拥有来自美国各地的1000多家公司以及每一个NASA研究中心的支持。 “门户” NASA及其合作伙伴正在设计和开发一个围绕月球轨道的小型宇宙飞船,用于承载宇航员、进行科学和技术的演示,被称为“门户”。“门户”距离地球约250,000英里(约40万公里),能够将人类带到月球的每一个角落,并为深空探测提供新的机会。 可持续探索 要发展可持续的人类探索新时代,高效、经济并可靠的先进技术必不可少。太阳能电力推进完美地占据了这些优势,是“门户”的关键技术。在2022年,发射到太空的第一要素将是动力和推进。通过轨道转移和可重复使用的空间将飞船拖上和拽出月球表面,这种非传统的推进系统将进一步丰富月球探测。 一种全新的方式 从一系列小型的商业交付任务开始,我们将使用新的工具和新的技术演示,在月球表面进行更多科学研究,并在人类重返月球之前充分开发我们最近邻居的资源。 借助一些人类最先进的技术,未来的宇航员将在月球表面停留更长的时间,对月球的探索也将超乎从前的想象,除此之外,我们还将发展可持续的人类登月计划。 • 一类新的电力系统将为未来人类的空间基地提供支持。 • 自动驾驶的月球漫游车和机器人将在月球表面上移动。 • 我们将尽可能使用月球上的材料进行印刷、制造和建设。 月表任务 通过与美国的商业公司合作,并利用“门户”的力量,NASA最近提出设计和开发一种新的、可重复使用的人类登月系统。该系统的要素包括降落着陆、转移交接、添加燃料、离地升空以及表面装配装能力。利用这些要素,NASA计划在未来十年内将宇航员送到月球表面。 依据国家空间委员会(National Space Council)的建议,总统唐纳德•特朗普和副总统迈克•彭斯(Mike Pence)要求NASA加速月球探测计划,并在2024年将美国宇航员重新送上月球,进而在月球表面和周围实现人类的持续存在。NASA将把这一建议纳入与美国商业公司计划的人类登月研究中。 文中所有图片版权:NASA 参考: https://www.nasa.gov/specials/moon2mars/

银心黑洞为什么不活跃?

银心黑洞为什么不活跃?

大多数星系中心都有个超大质量黑洞,我们的银河系也不例外。许多其他星系的黑洞都很活跃,在大量物质落入的过程中发出高能辐射,然而银河系的黑洞却相对安静。最新的观测结果,来自NASA同温层红外线天文台SOFIA,正在帮助科学家们了解活跃和安静黑洞之间的差异。 科学家使用了SOFIA的最新仪器高分辨率机载宽带相机(High-resolution Airborne Wideband Camera-Plus, 简称HAWC+)进行观测,结果带来了关于银心强磁场前所未有的信息。 磁场(magnetic fields)是影响带电粒子路径的不可见力,对整个宇宙中物质的运动和演化有重大影响。但由于磁场不能直接成像,它们的作用尚不清楚。HAWC+检测到尘埃粒子(dust grains)发出的偏振远红外线(polarized far-infrared light,人眼看不见),这些粒子垂直于磁场排列。根据SOFIA的结果,天文学家可以绘制出磁场的形状并推断出其强度,有助于可视化这种宇宙基本力(fundamental force)。 流线表示磁场,叠加在银河系巨大黑洞周围尘埃环的彩色图像上。Y形结构表示的是落向黑洞的物质,而黑洞位于Y形两臂相交的位置附近。流线表明磁场紧密地遵循尘埃结构的形状。每个蓝色臂都有自己的场,与环的其余部分(粉色)完全不同。 Credits: Dust and magnetic fields: NASA/SOFIA; Star field image: NASA/Hubble Space Telescope [rml_read_more] “我们真正能够看到磁场和星际物质(interstellar matter)间的相互作用,这是第一个这样的实例之一,”来自NASA艾姆斯研究中心的大学空间研究中心(位于加州硅谷)的天体物理学家、论文合著者Joan Schmelz说道,“HAWC+是个改变格局的技术。” SOFIA之前的观测就有显示,在银心黑洞(称为人马座A*,Sagittarius A*)的轨道上有倾斜的气体和尘埃环。新的HAWC+数据提供了该区域磁场的独特视图,似乎可追溯到10万年以前。SOFIA磁场观测的详细信息在2019年6月的美国天文学会会议上公布,并将提交《天体物理学杂志》。 黑洞的引力主导着银河系的动力学,但磁场的作用一直是个谜。新观测表明,磁场的强度足以约束气体湍流的运动。如果磁场引导气体流入黑洞,黑洞则活跃,因为它正在“吞食”大量气体;如果磁场引导气体流入围绕黑洞的轨道,黑洞将是安静的,而这些“幸存”的气体会成为恒星的原材料。 研究人员将SOFIA像机拍摄的中/远红外图像与新的流线相结合,以显示磁场方向。叠加的图像显示磁场遵循尘埃结构的形状,但也有一些地方的场远离主要的灰尘结构,比如环顶部和底部的端点。 “磁场的螺旋将气体引导到黑洞周围的轨道上,”NASA喷气推进实验室科学家、HAWC+仪器的首席研究员、该研究的主要作者Darren Dowell说,“这可以解释为什么我们的黑洞很安静,而其他黑洞很活跃。” 物质在超大质量黑洞的极端环境中是如何与其相互作用的?为什么银河系中心的黑洞相对微弱,而其他星系中的黑洞却很明亮?新的SOFIA和HAWC+观测将有助于了解并解决这些长期困扰科学家的问题。 原文 https://www.nasa.gov/feature/magnetic-field-may-be-keeping-milky-way-s-black-hole-quiet

火星真的炽热如火吗?

火星真的炽热如火吗?

站在火星上会感觉如何?温暖舒适还是寒冷刺骨?让下面的60秒视频告诉你更多火星温度的那些事。 版权:NASA JPL 火星可能看起来很热,但别被它的颜色欺骗了——火星实际上相当寒冷! 相比地球,火星公转轨道距离太阳要远大约8000万千米。这意味着它得以维持温暖的阳光和热量要少得多。火星也很难锁住它能得到的热量。 在地球上,来自太阳的大部分热量被困于我们的大气层中,大气层就像一层毛毯,让我们的星球保持温暖。但是火星的大气层比地球薄了大约100倍,所以来自太阳的热量很容易就能逃脱。 有多容易?如果你在中午的时候站在火星赤道上,你就会觉得脚在过夏天,而头在过冬天。 晚上的时候情况更糟:太阳下山后,气温能下降到零下三位数!而在寒冷的冬季夜里,气温可能会更低! 因此,如果你打算参观火星,最好带上太空服来保暖——火星真的是一颗非常“高冷”的星球。 《火星一分钟》系列延伸阅读 一:火星真的是红色的吗? 二:好奇号登陆火星有多难? 三:如何前往火星? 四:如何登陆火星?极其小心!