天文新聞

橡樹嶺國家實驗室獲得用於驅動太空船的鈈-238樣本

五十克的鈈-238放射性同位素樣本
美國近三十年來已經停止生產鈈(Plutonium,台灣譯作鈽)-238放射性同位素,最近美國能源部橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)的研究人員成功獲得了五十克的鈈-238。這為美國再次生產鈈-238打開了序幕,它可以給太空船,太空探測器提供熱量和電力來源。現今美國太空總署只有35公斤鈈-238,其中只有一半仍然符合放射性同位素熱電機的操作要求。得到美國太空總署的資助,橡樹嶺國家實驗室現時每年可以生產三百至四百克的鈈-238,稍後提升自動化生産工序至每年生產1.5公斤的鈈-238,爲美國太空總署未來的遠程太空探測器提供足夠的能源。

【圖、文:林景明節譯自橡樹嶺國家實驗室網頁】

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1940年,格倫·西奧多·西博格(Glenn T. Seaborg)和埃德溫·麥美倫(Edwin M. McMillan)首度在柏克萊加州大學實驗室,以氘撞擊鈾-238而合成鈈元素。麥克米倫將這個新元素取名為Pluto(冥王星)。鈈-238的半衰期為八十八年,並放出α粒子。它是放射性同位素熱電機的熱量來源,常用於驅動太空船。

【補充資料:維基百科】

https://www.youtube.com/watch?v=9YmkxGdp-b0

俄羅斯航天局否認前日發射的通訊衛星脫軌

AMU1快車通訊衛星在發射場等待發射升空
俄羅斯航天局(ROSCOSMOS)前日(12月25日)在哈薩克境內的拜科努爾發射場(Baikonur Cosmodrome),用質子-M運載火箭,發射一顆「AMU1快車」通訊衛星。衛星在香港時間5時30分從拜科努爾發射場發射升空,14時43分與助推器分離,進入預定軌道。有消息指衛星未能正常進入軌道,但航天局否認傳聞。

這顆通訊衛星是俄羅斯國家衛星營運商擁有,提供包括電視轉播、寬頻上網等多媒體通訊服務。衛星設計預壽命十五年。除俄羅斯的歐洲部分外,衛星還能向歐洲客戶和非洲撒哈拉以南地區的客戶提供服務。

【圖、文:節譯自俄羅斯互聯網新聞報導】

中國科學家利用快速射電暴對愛因斯坦弱等效原理進行最精確檢驗

三個FRB 觀測對後牛頓參數γ差值的限制結果
中國科學院紫金山天文台高能時域天文團組吳雪峰首席研究員和魏俊傑助理研究員、北京師範大學高鶴副教授與美國賓夕法尼亞州立大學彼得·梅薩羅斯(Peter Mészáros)教授利用快速射電暴不同頻率光子到達地球的時間差,精確驗證了愛因斯坦廣義相對論中的弱等效原理假設。

愛因斯坦等效原理預言,無靜止質量(如光子)或靜止質量可以忽略(如極端相對論運動的中微子)的中性粒子在引力場中傳播,穿越的時間和沒有引力場情況是不同的。這種效應也被稱之為重力時間延遲效應(Shapiro delay)(即有、無引力場兩種情況的穿越時間之差),通常在脈衝雙星中較容易觀測到。對於宇宙學起源的暫現源,不同粒子(如光子與中微子)或不同能量的相同粒子在到達地球之前,必將受到銀河系引力場的影響,導致產生相應的重力時間延遲效應。此外,愛因斯坦弱等效原理預言任何非帶電檢驗粒子在真空中的運動軌跡是相同的,任何符合愛因斯坦弱等效原理的引力理論(包括廣義相對論)框架下,不同檢驗粒子(非帶電)都會對應相同的後牛頓參數,如γ(γ反映了單位質量引起的空間彎曲)。愛因斯坦等效原理可以通過對比宇宙學暫現源同時釋放的不同能量光子在通過同一個引力場所用的時間差來檢驗,即比較不同能量光子在銀河系引力場中傳播對應的後牛頓參數γ 值的差別是否為零。

最近一類持續時標為毫秒量級的射電爆發事件:快速射電暴(fast radio bursts) ,引起了天文界的廣泛關注。雖然目前關於快速射電暴的物理起源尚不清楚,但是它們絕大多數爆發於高銀緯處,而且它們的色散量要遠遠超過銀河系星際介質的貢獻,因此一般認為它們是河外起源甚至是宇宙學起源。另一方面,快速射電暴的光變曲線一般呈現簡單的單脈衝特徵,人們很容易得到不同射電頻率光子的觀測時間延遲。吳雪峰研究員等人由此提出河外或宇宙學起源的快速射電暴可以被用來精確檢驗愛因斯坦等效原理。該工作利用一個快速射電暴FRB 110220 和兩個可能的快速射電暴與伽瑪暴成協事件(FRB/GRB 101011A 和FRB/GRB 100704A) 為例,計算發現以不同頻率的射電光子為檢驗粒子時,後牛頓參數γ 的差值上限被限製到10^-8量級。這一結果是迄今為止的最好限制結果,比之前相關限制至少要提高了1至2個量級,並且把對愛因斯坦等效原理的檢驗擴展到了射電波段,從而進一步證明了愛因斯坦等效原理假設的正確性。

【圖、文:節錄自中國科學院紫金山天文台網頁;新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在12月23日出版的《物理評論快報》

俄羅斯新火箭可能命名為加加林號

俄羅斯太空船在發射場預備發射的照片
俄羅斯RSC能源公司與俄羅斯航天局和聯合火箭與航天公司在2015年8月擧辦為俄羅斯新設計的火箭命名比賽。投票12月23日結束,共收到35,105張有效票,其中有三分之一共10,389票投給「加加林」Gagarin,4,866票投給「矢量」vector,3,604票給「聯盟」Federation。

最終命名會在2016年1月15日公佈,得獎者可以明年初到拜科努爾發射場(Baikonur Cosmodrome)參觀聯盟號載人太空船發射升空的過程。

【圖、文:節錄自互聯網新聞報導】

黎明號傳回迄今最靠近穀神星所拍攝的影像

Gerber  Catena 隕石坑鏈
美國太空總署黎明號(Dawn)太空船目前正在它最低、最靠近穀神星(Ceres)的軌道上,黎明號會維持在這個軌道上至此番任務結束為止。上圖是它在此軌道運行時傳回的影像之一,可見到穀神星南半球上佈滿坑洞與破裂結構的地表細節。影像拍攝時間為今年12月10日,當時曙光號距離穀神星地表約385公里,影像解析度約為每像素相當於35公尺。

這些影像中讓科學家最震撼的是名為Gerber Catena的隕石坑鏈(Catena在拉丁文中是「鏈」之意),就位在大型隕石坑Urvara的西側(Urvara是「富饒之地」的意思)。大一點的行星天體表面上常見槽谷(trough)地形,這種地形通常是地殼收縮或撞擊的壓力所造成,或是地殼上有大型山脈的負重也是成因之一,例如火星上的奧林帕斯山的負重造成了水手號峽谷就是典型的例子。在整個穀神星表面均可發現破裂結構(fracturing),顯示:穀神星直徑約950公里,雖然比行星天體小,但其上也有前述幾項地質過程發生。穀神星上許多槽谷和溝渠(groove)可能是被撞擊而形成;但有些呈現構造性,反應出是因內部壓力使地殼破裂的結果。黎明號科學家保羅·申克(Paul Schenk)表示:目前並不清楚這些地形為何這麼明顯,但很可能與穀神星複雜的地殼結構有關。

【圖、文:節錄自台北天文館之網路天文館網頁】

中國暗物質衛星成功獲取首批科學探測數據

控制中心屏幕上顯示的接收到的第一批科學數據
中國暗物質粒子探測衛星「悟空」在升空後第七天,成功獲取首批科學數據並下傳至中國科學院國家空間科學中心空間科學任務大廳。接收到的數據顯示,暗物質衛星的四大科學載荷:塑閃陣列探測器、矽陣列探測器、BGO量能器、中子探測器探測到的高能電子和伽馬射線計數與此前地面預測計數率一致,顯示暗物質衛星的有效載荷已開始正常工作。暗物質衛星有效載荷還要經歷兩個月的在軌測試和標定,之後正式交付紫金山天文台負責的科學應用系統,進入在軌運行階段,開始為期兩年的巡天觀測和一年的定向觀測。

【圖、文:節錄自中央政府門戶網站網頁】

紫金山天文台在星系形成與演化研究方面取得重要成果

二十個NIHAO模擬星系的圖像
紫金山天文台康熙研究員,博士生王亮所在的中徳馬普青年夥伴小組和德國馬普天文所安德烈·馬素(Andrea Maccio)率領的團組在星系形成的流體數值模擬研究方面取得重要成果。

該系列模擬名為一百個天體數值模擬研究(Numerical Investigation of a Hundred Astrophysical Objects,簡稱NIHAO,中文發音成為暱稱:你好),研究了上百個中等質量的星系形成過程。模擬採取了暗物質​​+氣體的方式,詳細研究了這批星係從宇宙誕生到今天的形成和演化過程,模型中包括了星系形成的關鍵物理過程:暗物質結構形成、氣體加熱與冷卻、恆星形成、大質量恆星的星風和輻射反饋、超新星爆炸能量反饋、恆星系統演化、金屬分佈等。與國際上其他類似研究比較,NIHAO星系在樣本數目和分辨率都居國際前列。NIHAO星系的形態和其他主要性質與觀測符合得非常好。

該項研究系列科學成果為:1)大質量恆星的能量反饋能有效降低中小質量暗物質暈內的恆星形成效率。2)星系中央的暗物質密度輪廓與恆星物質所佔比率密切相關。3)星系形成過程將暗物質暈內部的形狀變得更對稱。4)暗暈內部的膨脹能夠很好解釋銀河系衛星星系的Too-big-to-Fail問題。

【圖、文:節錄自中國科學院紫金山天文台網頁;新聞訊息由林景明提供】

美國太空總署發佈冥王星表面地質特徵彩色效果

冥王星奇特表面特徵和動態變化的假色合成照片
美國太空總署發佈新視野號在7月14日從距離冥王星108,000公里位置,利用太空船上拉爾夫(Ralph)和線性標準具成像光譜陣列(Linear Etalon Imaging Spectral Array,簡稱 LEISA)儀器掃描表面,由三組紅外線波長範圍(2.28至2.23,1.25至1.30和1.64至1.73微米)轉換成紅、綠、藍假色來合成一張展現冥王星奇特表面特徵和動態變化的地質照片。這張像片的辨率是每像素約7公里。

【圖、文:節譯自美國太空總署網頁】

科學家發現太陽爆發進入太空之前的暫停機制

2014年10月出現的太陽耀斑
太空物理學中最可怕的事件就是太陽爆發,在這個時候,太陽會向太空拋擲數百萬噸等離子氣體,帶來異於平常的輻射。現在來自美國能源部普林斯頓等離子體物理實驗室(rinceton Plasma Physics Laboratory)的研究人員利用磁重聯實驗(Magnetic Reconnection Experiment),產生磁繩(flux rope),存儲顯著的能量,驅動磁繩向外,找尋潛在的磁場。他們發現潛在磁場中的引導場可以暫停爆發,從而避免太陽爆發進入太空。

【圖、文:林景明節譯自普林斯頓大學網頁】研究論文發表於12月24至31日的《自然》期刊

中國科學家在一個天文單位附近觀測到日球層電流片與流界面重合

2007年4月8日觀測到的日球層電流片與流界面重合的事例
日球層電流片是慢太陽風裡的重要結構,而共轉相互作用區裡的流界面是快慢太陽風的分界面。一般來說,在一個天文單位(1 AU)左右,電流片會領先流界面數小時被衛星觀測到。而電流片與流界面重合在一起則表明它們之間的那一部分慢太陽風消失了。之前的研究人員在五個天文單位附近利用低分辨率的衛星數據觀測到了這種重合的現象。然而,在一個天文單位個天文單位附近,電流片與流界面會距離很近,由於數據分辨率過低,並且沒有超熱電子的數據,導致這樣的觀測結果以及對其形成過程的研究可能存在疑問。

中國國家空間科學中心空間天氣學國家重點實驗室劉勇研究員領導的團隊,首次在一個天文單位附近用高分辨率的 日地關係天文台(Solar Terrestrial Relations Observatory,簡稱 STEREO-A 衛星觀測到了電流片與流界面重合的事例。該事例另一個特殊之處在於,電流片和真扇區邊界分離達到六個小時,這表明可能有重聯過程發生。通過源表面附近的觀測和模擬結果,我們確認在盔冕流東側存在一個偽冕流。據此,我們提出了一種電流片和流界面重合的新的可能的機制。這對我們認識慢太陽風的演化,以及慢太陽風的邊界擴展有很重要的意義。

【圖、文:節錄自中國科學院國家空間科學中心網頁】研究全文刊登在已經出版的《美國地球物理學會太空物理》期刊