美国宇航局科学家证实木卫二上存在水蒸气

美国宇航局科学家证实木卫二上存在水蒸气

ByNASA中文

左边是1979年3月2日由旅行者1号飞船从290万公里(180万英里)外拍摄的木卫二。下一幅是1979年7月9日旅行者2号飞船近距离接触木卫二时拍摄的彩色图像。右边是木卫二的图像，是由伽利略号飞船在20世纪90年代末拍摄的。 来源：NASA/JPL 40年前，旅行者号宇宙飞船拍摄了木卫二的第一张特写照片，木卫二是木星的79颗卫星之一。这些发现的带褐色的裂缝切割了木卫二表面的冰层，这让木卫二看起来像一个布满血管的眼球。自那以后的几十年里，前往外太阳系的任务已经积累了足够多的关于木卫二的额外信息，使它成为美国国家航空航天局(NASA)搜寻生命的高优先目标。 这颗卫星之所以如此诱人，是因为它可能拥有生命所需的所有要素。科学家有证据表明，其中一种成分——液态水——存在于冰冷的地表之下，有时可能会以巨大的间歇泉形式喷发到太空中。但是没有人能够通过直接测量水分子本身来确认这些羽状物中是否存在水。现在，一个由美国国家航空航天局(NASA)位于马里兰州绿带的戈达德太空飞行中心(Goddard Space Flight Center)领导的国际研究小组首次在木卫二表面探测到了水蒸气。研究小组通过位于夏威夷的世界上最大的望远镜之一在木卫二观测水蒸气。 确认木卫二上空存在水蒸气有助于科学家更好地了解卫星的内部运作。例如，它有助于支持科学家们确信的一个观点，即在卫星几英里厚的冰层下，有一个可能是地球两倍大的液态水海洋。一些科学家怀疑，这些羽状流的另一个水源可能是木卫二表面下不远的浅层融化的水冰。也有可能是木星的强辐射场正在从木卫二的冰壳中剥离水粒子，尽管最近的研究反对这种机制作为观测到的水的来源。 基本的化学元素(碳、氢、氧、氮、磷、硫)和能源是生命的三种必需元素中的两种，它们遍布太阳系。但是第三个——液态水——在地球之外有点难找到，”领导水探测调查的NASA行星科学家卢卡斯·帕格尼尼说。“虽然科学家们还没有直接探测到液态水，但我们已经发现了下一个最好的东西:水蒸气形式的水。” 帕格尼尼和他的团队11月18日在《自然天文学》杂志上发表报告说，他们发现木卫二释放出的水(每秒5202磅，或2,360公斤)在几分钟内就能填满一个奥运会标准大小的游泳池。此外，科学家们还发现，这种水出现的频率并不高，至少其数量足以从地球上探测到。帕格尼尼说:“对我来说,这个工作有趣的不仅仅是上面的第一个直接检测水欧罗巴,也缺乏的限制范围内我们的检测方法。” 帕格尼尼尼:“对我来说，这项工作的有趣之处在于，它不仅是首次直接探测到木卫二上方的水，而且在我们的探测方法范围内也没有直接探测到。” 事实上，帕格尼尼的团队在2016年至2017年的17个夜晚的观测中，仅探测到一次微弱但清晰的水汽信号。在夏威夷休眠的莫纳克亚火山上，W. M. Keck天文台上，科学家们观测到了木卫二的水分子。(与地球的卫星一样，木卫二也受重力作用而与它的主行星锁定在一起，所以前半球总是朝着轨道的方向，而后半球总是朝着相反的方向。) 他们在凯克天文台使用了一个光谱仪，通过它们发射或吸收的红外光来测量行星大气的化学成分。诸如水之类的分子在与太阳辐射相互作用时会发出特定频率的红外光。 水分子与太阳辐射相互作用时发出特定频率的红外光。 来源:Michael Lentz/NASA Goddard 越来越多水的证据 关于最近的水汽探测，在木卫二上有许多诱人的发现。第一个来自NASA的伽利略号宇宙飞船，它在1995年到2003年期间测量了木星在木卫二附近的磁场扰动。这些测量结果向科学家们表明，在木卫二的冰层下，可能是一片含盐的海洋，导电液体造成了磁干扰。当研究人员在2018年更仔细地分析这些磁场扰动时，他们发现了可能存在羽流的证据。 同时，科学家在2013年宣布，他们已经使用美国宇航局的哈勃太空望远镜检测了木卫二大气中呈羽状结构的氢（H）和氧（O）的化学元素-水的成分（H2O）。 几年后，其他科学家利用哈勃望远镜捕捉到了可能羽状流爆发的更多证据，当时他们捕捉了当木卫二经过木星前时轮廓上出现的手指状投影的照片。 洛伦兹·罗斯说：“这是首次在木卫二上直接鉴定出水蒸气，这是对我们最初发现的原子种类的重要证明，它突显了这个冰冷世界上大型羽状物的稀疏性。” 他是来自斯德哥尔摩KTH皇家理工学院的天文学家和物理学家，他领导了2013年的哈勃研究，也是最近这项研究的合著者。 罗斯的研究，以及之前木卫二的其他发现，只测量了地表上的水成分。问题是在其他星球探测水蒸气是一项挑战。现有的宇宙飞船探测它的能力有限，科学家们使用地面望远镜在深空寻找水，必须考虑到地球大气中水的扭曲作用。为了最小化这种影响，帕格尼尼的团队使用复杂的数学和计算机模型来模拟地球的大气条件，这样他们就可以根据凯克光谱仪传回的数据来区分地球大气中的水和木卫二的水。 “我们进行了认真的安全检查，以除去地面观测中的可能污染物。” 帕格尼尼团队的戈达德行星科学家阿维·曼德尔（Avi Mandell）说，“但是，最终，我们必须更接近木卫二才能了解实际情况。” 科学家们很快就能接近木卫二，以解决他们关于这个可能适合居住的星球的内部和外部运行机制的悬而未决的问题。即将到来的木卫二快速帆船(Europa Clipper)任务预计将于本世纪20年代中期发射，它将为半个世纪以来的科学发现画上圆满的句号。 当它到达木卫二时，Clipper轨道飞行器将对木卫二的表面、内部深处、稀薄的大气、地下海洋以及可能更小的活动喷口进行详细的调查。Clipper将尝试拍摄任何羽状物的图像，并用它的质谱仪对在大气中发现的分子进行采样。它还将寻找富有成果的地点，未来的木卫二登陆器可以从中收集样本。这些努力将进一步揭开木卫二的秘密及其生命潜力。 帕格尼尼团队中的其他戈达德研究人员包括杰罗尼莫·维拉纽瓦、迈克尔·穆马和特里·赫福德。西南研究所的库尔特·雷瑟福也参与了这项研究。 来源：NASA Goddard 来源： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/nasa-scientists-confirm-water-vapor-on-europa

哈勃太空望远镜发现了一个奇怪的螺旋

哈勃太空望远镜发现了一个奇怪的螺旋

ByNASA中文

The universe is simply so vast that it can be difficult to maintain a sense of scale. Many galaxies we see through telescopes such as the NASA/ESA Hubble Space Telescope, the source of this beautiful image, look relatively similar: spiraling arms, a glowing center, and a mixture of bright specks of star formation and dark ripples of cosmic dust weaving throughout. This galaxy, a spiral galaxy named NGC 772, is no exception. It actually has much in common with our home galaxy, the Milky Way. Each boasts a few satellite galaxies, small galaxies that closely orbit and are gravitationally bound to their parent galaxies. One of NGC 772’s spiral arms has been distorted and disrupted by one of these satellites (NGC 770 — not visible…

NASA探测到迄今为止最明亮的X射线爆发

NASA探测到迄今为止最明亮的X射线爆发

ByNASA中文

这幅插图描述了I型X射线爆发。这种类型的X射线爆发首先吹散氢层，氢层膨胀并最终消散。之后，不断增强的辐射积聚到一定点后会吹散氦层，氦层会超过膨胀的氢层。爆发过程中发射出的一些X射线从吸积盘上散射开来。然后火球迅速冷却，氦又重新回到脉冲星表面。 版权：NASA戈达德太空飞行中心/Chris Smith ，大学空间研究联合会（USRA） 美国东部时间8月20日晚10点04分左右，美国国家航空航天局（NASA）在国际空间站的中子星内部成分探测望远镜（Neutron star Interior Composition Explorer，NICER）探测到X射线的突然激增。这次X射线爆发是由脉冲星表面的大规模热核爆炸引起。脉冲星是很久以前超新星爆炸形成的恒星残骸。 这次X射线爆发是NICER探测到迄今为止最明亮的一次，爆发来自一个名为SAX J1808.4-3658的天体，简称J1808。关于这次爆发的观测结果揭示了许多从未在单次爆发中同时出现过的现象。此外，火球在逐渐减弱过程中重新短暂变亮了一下，天文学家们尚未找到能够解释这一现象的原因。 NASA戈达德太空飞行中心和马里兰大学帕克分校的天体物理学，首席研究员彼得•布尔特（Peter Bult）表示：“这次爆发非常突出。我们发现亮度经历了两个步骤的变化，我们认为这是由脉冲星表面不同层的喷射所导致，其他特征将帮助我们解读这些事件中所包含的物理学奥秘。” 天文学家们将这次爆发归类为I型X射线爆炸（Type I X-ray burst），它在20秒内释放了相当于太阳在近10天内所释放的能量。NICER在本次创纪录的喷射过程中所捕获到的细节将有助于天文学家们更好地理解驱动本次爆发以及其他暴态脉冲星热核爆炸的物理过程。 [rml_read_more] NASA的NICER所观测到的迄今为止最明亮的X射线爆发是由一颗名为J1808的脉冲星的热核爆炸所导致。这次X射线爆发发生于2019年8月20日，在20秒内释放了相当于太阳在近10天内所释放的能量。请点击视频查看科学家们对这一巨大爆发的发生是怎么认为的。 版权：NASA戈达德太空飞行中心 脉冲星是中子星的一种，是大质量恒星耗尽燃料在自身重量下坍缩并爆炸后所遗留下来的致密内核。脉冲星可以快速旋转，其两个磁极各有一个辐射波束。当脉冲星旋时，辐射束周期性地扫过我们的视线范围，形成有规律的高能辐射脉冲。 J1808位于约11000光年之外的人马座，每秒旋转401圈，是一个双星系统中的一员，其伴星是一颗褐矮星（大于巨行星，但又因质量太小不足以成为恒星）。一股稳定的氢气流从伴星流向中子星，并积聚在一个被称为吸积盘（accretion disk）的巨大存储结构中。 吸积盘中的气体不轻易向内移动。但是每隔几年，像J1808这样的脉冲星周围的吸积盘就会变得非常密集，以至于大量的气体被电离或失去电子。这使得光线更难穿过吸积盘。吸积盘内的能量开始了加热和电离的失控过程，从而捕获了更多能量。盘内气体变得越来越难以流动，并开始向内盘旋，最终落到脉冲星上。 氢气像雨点一样落在脉冲星表面，形成了一个越来越热、越来越深的全球“海洋”。在这一层底部，温度和压力不断升高直到发生将氢融合为氦的核融合反应，这一反应过程中伴随能量产生 – 这也是在太阳核心部分发生的过程。 戈达德戈达德太空飞行中心的NICER副首席研究员，同时也是论文共同作者的Zaven Arzoumanian表示：“氦气稳定下来形成了单独的氦层。当氦层达到几米深，条件将允许氦原子核融合成碳原子。然后氦会爆发释放出穿过整个脉冲星表面的热核火球。” 天文学家采用了一个名为爱丁顿极限（Eddington limit）的概念。这个概念是以英国天体物理学家阿瑟•爱丁顿爵士（Sir Arthur Eddington）而命名的，用来描述恒星在膨胀前的辐射强度上限值。该上限值很大程度上取决于发射源的上层物质组成。 论文共同作者，麻省理工学院物理学教授迪普托•查克拉巴蒂（Deepto Chakrabarty）表示：“我们的研究以一种新的方式诠释了这个存在已久的概念。我们显然看到了同一X射线爆发中两种不同成分的爱丁顿极限。这是追踪这次爆发事件背后核燃烧反应的一个非常强大而直接的方式。” 当爆发开始时，NICER的数据显示其X射线亮度先稳定了近一秒，然后再次以较慢的速度升高。研究人员将这种“停滞”（stall）解释为爆炸产生的能量积聚到足以将脉冲星的氢层吹入太空的那一瞬间。 火球继续持续了两秒后达到顶峰，吹散了更大的氦层。氦层的膨胀速度更快，在消散之前就超过了氢层，然后减速停止再回到脉冲星表面。在这一阶段之后，脉冲星短暂地变亮了约20%，研究团队尚未弄清其中的缘由。 在J1808最近一轮的活动中，NICER探测到了另一次相对微弱的X射线爆发，这次爆发中没有表现出在8月20日的爆发事件中所观察到的关键特征。 除了检测不同层的膨胀，NICER对爆发的观测还揭示了吸积盘的X射线反射，并记录了“爆发振荡”（burst oscillations）的闪烁现象 – X射线信号在脉冲星的自旋频率上下波动，但信号的发射位置与通常X射线辐射波束的位置不同。 关于描述这一发现的论文已经发表在《天体物理学杂志通讯》（ Astrophysical Journal Letters）上，可以戳阅此处进一步了解。 NICER是NASA探索者计划中的一项天体物理任务，该计划利用太阳物理学和天体物理学领域内的创新、简化和高效的管理方法，为世界级的科学研究提供频繁的飞行机会。NASA太空技术任务理事会对该任务的SEXTANT（Station Explorer for X-Ray Timing and Navigation Technology）组成部分提供支持。SEXTANT部分对基于脉冲的航天器导航进行演示。 来源： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/nasas-nicer-catches-record-setting-x-ray-burst

哈勃太空望远镜在天空中发现美杜莎星系并吞者

哈勃太空望远镜在天空中发现美杜莎星系并吞者

ByNASA中文

The galaxy pictured in this Hubble image has an especially evocative name: the Medusa merger. Often referred to by its somewhat drier New General Catalogue designation of NGC 4194, this was not always one entity, but two. An early galaxy consumed a smaller gas-rich system, throwing out streams of stars and dust into space. These streams, seen rising from the top of the merged galaxy, resemble the writhing snakes that Medusa, a monster in ancient Greek mythology, famously had on her head in place of hair, lending the object its intriguing name. The legend of Medusa also held that anyone who saw her face would transform into stone. In this case, you can feast your eyes without fear on the center of the merged galaxy,…

哈勃太空望远镜更近距离地观察了“未死”的邻居

哈勃太空望远镜更近距离地观察了“未死”的邻居

ByNASA中文

Many of the best-loved galaxies in the cosmos are remarkably large, close, massive, bright, or beautiful, often with an unusual or intriguing structure or history. However, it takes all kinds to make a universe — as demonstrated by this Hubble image of Messier 110. Messier 110 may not look like much, but it is a fascinating near neighbor of our home galaxy, and an unusual example of its type. It is a member of the Local Group, a gathering of galaxies comprising the Milky Way and a number of the galaxies closest to it. Specifically, Messier 110 is one of the many satellite galaxies encircling the Andromeda galaxy, the nearest major galaxy to our own, and is classified as a dwarf elliptical galaxy, meaning that…

哈勃望远镜拍摄到恒星生命的最后阶段

哈勃望远镜拍摄到恒星生命的最后阶段

ByNASA中文

This image from the NASA/ESA Hubble Space Telescope shows NGC 5307, a planetary nebula that lies about 10,000 light-years from Earth. It can be seen in the constellation Centaurus (the Centaur), which can be seen primarily in the southern hemisphere. A planetary nebula is the final stage of a Sun-like star. As such, planetary nebulas allow us a glimpse into the future of our own solar system. A star like our Sun will, at the end of its life, transform into a red giant. Stars are sustained by the nuclear fusion that occurs in their core, which creates energy. The nuclear fusion processes constantly try to rip the star apart. Only the gravity of the star prevents this from happening. At the end of the…

哈勃太空望远镜拍摄到了动态垂死的恒星

哈勃太空望远镜拍摄到了动态垂死的恒星

ByNASA中文

This atmospheric image taken with the NASA/ESA Hubble Space Telescope shows a dark, gloomy scene in the constellation of Gemini (the Twins). The subject of this image confused astronomers when it was first studied — rather than being classified as a single object, it was instead recorded as two objects, owing to its symmetrical lobed structure (known as NGC 2371 and NGC 2372, though sometimes referred to together as NGC 2371/2). These two lobes are visible to the lower left and upper right of the frame, and together form something known as a planetary nebula. Despite the name, such nebulas have nothing to do with planets; NGC 2371/2 formed when a Sun-like star reached the end of its life and blasted off its outer layers,…

哈勃太空望远镜拍摄的恒星气体发光的照片

哈勃太空望远镜拍摄的恒星气体发光的照片

ByNASA中文

Although it looks more like an entity seen through a microscope than a telescope, this rounded object, named NGC 2022, is certainly not algae or tiny, blobby jellyfish. Instead, it is a vast orb of gas in space, cast off by an aging star. The star is visible in the orb’s center, shining through the gases it formerly held onto for most of its stellar life. When stars like the Sun grow advanced in age, they expand and glow red. These so-called red giants then begin to lose their outer layers of material into space. More than half of such a star’s mass can be shed in this manner, forming a shell of surrounding gas. At the same time, the star’s core shrinks and grows…

哈勃太空望远镜拍摄到了两个正在相互作用的星系

哈勃太空望远镜拍摄到了两个正在相互作用的星系

ByNASA中文

The pair of strange, luminescent creatures at play in this image are actually galaxies — realms of millions upon millions of stars. This galactic duo is known as UGC 2369. The galaxies are interacting, meaning that their mutual gravitational attraction is pulling them closer and closer together and distorting their shapes in the process. A tenuous bridge of gas, dust and stars can be seen connecting the two galaxies, created when they pulled material out into space across the diminishing divide between them. Interaction with others is a common event in the history of most galaxies. For larger galaxies like the Milky Way, the majority of these interactions involve significantly smaller so-called dwarf galaxies. But every few billion years, a more momentous event can occur….

哈勃太空望远镜拍下了一个由粒子组成的星系大杂烩

哈勃太空望远镜拍下了一个由粒子组成的星系大杂烩

ByNASA中文

Every now and then, the NASA/ESA Hubble Space Telescope glimpses a common object — say, a spiral galaxy — in an interesting or unusual way. A sharply angled perspective, such as the one shown in this Hubble image, can make it seem as if we, the viewers, are craning our necks to see over a barrier into the galaxy’s bright center. In the case of NGC 3169, this barrier is the thick dust embedded within the galaxy’s spiral arms. Cosmic dust comprises a potpourri of particles, including water ice, hydrocarbons, silicates and other solid material. It has many origins and sources, from the leftovers of star and planet formation to molecules modified over millions of years by interactions with starlight. NGC 3169 is located about…