2017 年是不是天文学的丰收年？天文学界都发生了哪些大事件？

卡西尼号、FAST、引力波、暗物质……2017 年的天文学界似乎有很多新闻啊，可以够得上说「硕果累累」吗？ 生的伟大，死的光荣——致敬卡西尼号土星探测器 刘博洋：FAST 首次发现脉冲星，对 FAST 和中国天文学界有什么意义？ 如何理解 LIGO 探测到的来自双中子星合并的引力波事件 GW170817？ 如何解读 11 月 30 日紫金山天文台公布的暗物质粒子探测卫星「悟空」重大成果？

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2017十大天文大事件年终总盘点

　　——今年的考点全在这了
　　

　　出品：科普中国
制作：中国科学院国家天文台 刘博洋
监制：中国科学院计算机网络信息中心 @中国科普博览
　　

　　2017，又是惊心动魄的一年，令人回味的一年。在这一年中，关注天文的同学们可以说是高潮迭起、目不暇接，每天被国内外大大小小的新闻狂轰乱炸、乱花迷眼。那今年天文学界到底都发生了哪些大事呢？咱们一起来回顾一下那些激动人心的时刻：
　　

第10名  塔比星出现新的光变

　　塔比星学名 KIC 8462852，是开普勒空间望远镜拍到的一颗约12等的天鹅座暗星。2015年有几名天文学家最先发现它的异常：它在2011年到2013年间，出现了最高达20%多的光变，而且光变曲线相当无规律，与常见的变星似乎迥然不同。这引起了天文学家高度的兴趣，在随后的研究中，这颗星显示出更多让人难以理解的特征，尤其是查阅历史数据表明，它从上世纪至今在经历持续的亮度变暗——这在一颗稳定的主序星上是不应该发生的。除了大量稀奇古怪的天体物理模型，有人提出极为大胆也非常抓人眼球的假说：这可能是地外智慧文明正在建设的大型星周太阳能发电装置——也即所谓的戴森球。这一假说虽然并未被证实，但这种可能性的存在无疑极大的刺激了人们对它的好奇心。今年5月，它出现了新一轮的光变，再次引起人们的注意；期间有人提出其光变由巨大的行星环系及与巨行星相距60°相位角的两个特洛伊族小行星群共同导致，看上去是相当有希望的一个模型，但该模型也仍未被证实。
2017年5-10月塔比星的光变曲线（来源见图上文字）塔比星光变的巨环-特洛伊小行星群模型示意图（Ballesteros等人2017）　　

第9名 人工智能帮助发现新的多成员系外行星系统

　　以发现系外行星为主要使命的开普勒空间望远镜升空以来，已经给我们献上了一次又一次惊喜：它发现了所谓的“第二地球”开普勒452b，它累计发现了2000多颗系外行星和超过5000个系外行星候选体，雄霸系外行星发现榜鳌头。但科学家在试图更加深入挖掘开普勒望远镜积累的数据时，遇到一个两难的境地：对比较亮的恒星发生的比较明显的光变，他们可以比较有信心的识别出这样的光变特征；但对那些比较暗的恒星发生的不太明显的光变，在判断其是不是由系外行星遮掩造成的时候，错误率就会显著的增加了。似乎想要控制错误率，就不得不放弃一部分较暗的目标星。谷歌的人工智能专家站了出来：他们帮助天文学家使用人工智能算法，加强在灵敏度极限附近判定系外行星掩食特征的准确率，成功找到了更多系外行星或其候选体，其中就包括开普勒90系统——这个系外行星系统中已经发现了8颗行星，在数量上已经与我们的太阳系持平，成为已知拥有最多行星的系外行星系统。
开普勒90系统与太阳系行星大小对比（示意图，距离不成比例，恒星大小也不成比例，前者行星表面纹理为想象。图片来源：NASA/Ames Research Center/Wendy Stenzel）开普勒90系统与太阳系行星轨道大小对比，右侧从内向外依次为水星、金星、地球轨道。（图片来源：NASA/Ames Research Center/Wendy Stenzel）第8名 慧眼卫星成功发射

　　中国一直渴望拥有一颗自己的天文卫星，而许多年来被寄予最大希望的，始终是硬X射线调制望远镜（HXMT）。中科院李惕碚院士1992年建立使用直接解调进行X射线成像的方法，比传统方法有巨大的成本及性能优势。此后20余年，他一直在为推动发射一颗使用这种方法进行X射线天文观测研究的卫星而奔走。这一梦想终于在2017年6月15日得偿所愿：被以我国女物理学家何泽慧之名命名为“慧眼”卫星的HXMT，在酒泉卫星发射中心腾空而起、顺利入轨，并很快开始回传数据，状态良好。比起最初设想的只观测“硬”（高能）X射线，实际升空的慧眼卫星还加装了观测中低能量X射线的观测设备，成为一台综合性的X射线天文卫星。它能够对黑洞、中子星等高能天体及伽马暴等高能天体事件进行观测。而且就在它升空不久的今年8月，它就参与了对一次重要的引力波事件的后续跟进观测（详见后文），体现出强大的威力。它让中国天文学家又多了一个能用自有的先进天文观测仪器取得世界一流科学成果的宝贵机会。
慧眼卫星发射升空（图片来源：新华社）慧眼卫星发射前，团队摆出HXMT的造型（摄影：南勇）　　

第7名 美国大日食

　　发生于当地时间8月21日的美国大日食顾名思义，是一次只在美国本土能够观赏到的日全食。这次日全食的全食阶段最长可达2分40秒，只是如此并不算稀奇，但由于全食带横贯美国本土东西海岸，可供选择的日全食观测点极多，美国境内公路交通又极其发达，使得本次日全食覆盖人数之广与国际影响力之巨，近所罕见。一大批中国天文爱好者也远渡重洋，赶赴美国踏上逐日之旅。日全食，这一在全球范围内几乎每年都会发生的天象，并不只以青天黑日的景观洞彻人心，也往往因为每个人独特的追食经历而留下可以吹一辈子的故事。让笔者记忆尤新的，是我和队友在洛杉矶国际机场一个好似乡镇长途车站的候机大厅贻误飞机之后，彻夜驱车1500公里，赶赴预定日全食观测地的冒险经历。而那张著名的全食太阳与攀岩者的合照、那张黑日下忘情的拥吻照、那张登上每日一图的太阳闪光光谱……则通过一个个独特的个人记忆，激起世界范围内的共鸣。
史密斯岩上的日全食（摄影：Michael Shainblum）全食之吻（摄影：关景元）日全食闪光光谱（摄影：秦雨静）　　

第6名 世界各大望远镜项目发生积极进展

　　目前世界各国共提出三个主要的30米级望远镜计划：欧洲甚大望远镜（E-ELT）、三十米望远镜（TMT）和巨型麦哲伦望远镜（GMT）。今年的第一个重大好消息来自于E-ELT：5月26日，这架未来世界最大望远镜宣布在智利北部的阿塔卡马沙漠破土动工；如果一切顺利，它将在2024年投入运行。下一个好消息更加令人鼓舞：因为夏威夷原住民团体的抗议，一度无法按计划继续其建设 的TMT，也终于在11月得到夏威夷州有关部门的最终许可，可以按原计划建设在夏威夷大岛的莫纳克亚峰——北半球绝无仅有的最佳光学天文台址。下一则关于中国的消息稍显纠结：中国天文学界希望能够推动的12米口径“大型光学-红外望远镜”计划，一度深陷于学界内关于其光学设计与台址选择的争论中，直至临近年底才传出消息，两个难题均已在一番折冲之后，艰难地取得进展，开始露出继续推进的曙光。最后一个令人欣慰的消息来自前世界最大射电望远镜阿雷西博：经历飓风侵袭之后，一度接近被终止运行的它艰难地取得了美国国家自然基金委下一个五年的财政支持——尽管从800万美元锐减至200万美元，但也终究不是“死刑，立即执行”。
三十米望远镜建成后效果图（图片来源：tmt.org）阿雷西博望远镜（摄影：Jeff Hitchcock/Flickr，遵循CC BY 2.0协议)　　

第5名 悟空暗物质卫星取得重大发现

　　2015年12月发射的“悟空”暗物质卫星就是抢在“慧眼”前面成为中国第一个天文卫星的那位，它的主要任务是以当今世界最精确的能量分辨率对高能粒子能量分布进行测量，以发现暗物质的蛛丝马迹。在悟空卫星之前，国际上同类任务包括费米伽马射线空间望远镜，以及由华裔诺贝尔奖得主丁肇中主持、安装在国际空间站上的阿尔法磁谱仪等。我们一般用“电子伏特”（eV）作为单位描述粒子能量，在万亿电子伏特（TeV）这个能量上，悟空卫星的能力分辨率达到1.4%，比同类探测器好两倍以上。今年11月，中科院发布了悟空上天接近两年来的成绩单：它采集了150万颗高能电子宇宙射线，相当精确的绘制了这些高能电子的能量分布曲线（“能谱”），其中有两个有意思的点：一则是它精确测定了能谱在1TeV附近的一个“拐折”，这可以帮助天文学家区分高能电子是来自于天体物理过程还是暗物质湮灭；二则是它发现在1.4TeV处似乎有一个小的突起——一般这种“谱线”是由特定粒子湮灭产生的，如果这个突起在未来被进一步确认，有可能就是人类终于“找到”的暗物质粒子的信号了。
红色数据点为悟空卫星测得的高能电子能谱，注意1000GeV处有一拐折、约1400GeV处有一个点高高在上。（图片来源：悟空合作组织）　　

第4名 卡西尼号完成使命、坠入土星

　　1997年发射的卡西尼探测器是人类历史上最伟大的行星际探测器之一。2004年进入土星轨道后，它奋力工作了13年之久，全方位的为我们描绘了太阳系第二大的气态巨行星土星、它美丽的光环以及它庞大的卫星家族。在卡西尼毕生积累的海量科学发现中，最激动人心的一个意外收获是它发现了土卫二的冰下海洋：2005年一次飞经土卫二时，卡西尼号的磁力计率先感受到那里有一些奇怪的东西，在接下来的回访中，卡西尼号在那里尝到了咸咸的液体——土卫二存留有巨大的冰下海洋，海水正在从冰隙中喷薄而出。海洋是生命的摇篮，如果卡西尼号燃料用尽之后在不受控的情况下意外遭遇了土卫二，它携带的放射性核电池将可能融穿冰层、坠入深海并威胁那里可能存在的生态系统。为避免这样的意外，卡西尼号被安排以一种壮烈的姿态结束其生命：烧毁在土星大气层中。在其生命的最后几个月，卡西尼在名为“壮丽终章”的任务中前所未有的贴近土星内侧环系，在生命的最后一刻还在持续的发回数据。9月15日，它的信号消失时，NASA的控制大厅弥漫着悲伤和感激。
卡西尼飞越土卫二艺术想象图（图片来源：NASA）卡西尼坠毁在土星大气层中艺术想象图（图片来源：NASA）　　

第3名 第一颗太阳系外小天体被发现

　　10月19日，孜孜不倦扫描天空以及早发现不速之客的“泛星巡天”计划发现了一个前所未见的真·不速之客：一个小天体近乎垂直于地球轨道面刺入太阳系、高速擦过地球附近后，绝尘而去。一般太阳系内的小行星或彗星走的是比较“低能”的椭圆轨道或抛物线轨道——在最高能的抛物线轨道情况下，运行到太阳系边界附近时，其速度也将减慢到接近于0。这个不速之客迥然不同：倒推其轨道，即使在太阳引力控制范围边缘，它仍有约26 km/s的高速，这使其轨道呈霸气的双曲线型，且偏心率高达1.2（抛物线轨道为1）。因此它被认为是人类第一次发现的起源于太阳系之外的小天体，闯入内太阳系纯属巧合。接下来的观测揭示这颗被命名为“奥陌陌”（’Oumuamua）的小天体更奇葩的特性：它呈长条形，长宽比接近10:1，这激发起不少人的“星舰遐想”。不过科学界对其本质的讨论仍然主要集中在它到底算是小行星还是彗星：它经过近日点时并没有表现出彗状结构，但有人提出，还不能排除其本为彗星的可能性。
奥陌陌飞经内太阳系轨道示意图（图片来源：NASA/JPL-Caltech）奥陌陌外观艺术想象图（图片来源：欧洲南方天文台/M. Kornmesser)　　

第2名 FAST望远镜：故人与新星

　　2016年9月初光的五百米口径球面射电望远镜（FAST）在今年传出两则重磅消息，一则以喜，一则以忧。先是在9月15日，FAST望远镜之父南仁东老师因肺癌病情恶化驾鹤西归；很快在10月10日，FAST首次宣布发现多颗脉冲星。两相对照，令人唏嘘。媒体很快挖掘出南老诸多往事：他毕业于清华大学无线电系，在吉林的一个无线电小厂做过技术工人，后又师从天文学泰斗王绶琯成了天体物理学家。他懂科学、懂技术、画的一手好画、走遍五湖四海。20多年来，他为了选址踏遍贵州的山坳，为了争取合作和经费跑遍了全国，又带领团队攻克了一个个技术难题、一砖一瓦地把FAST拉扯大。他后被追授“时代楷模”称号，实至名归。就在南老病重之际，FAST望远镜发现了一批脉冲星候选体：尚处在技术调试阶段的FAST，用它没有全开的火力，展现了超大口径带来的超强灵敏度的独有优势。随后这些脉冲星候选体逐一被合作望远镜验证，截至年底已有8颗得到证实。FAST团队还宣布了其雄心勃勃的“多科学目标同时扫描巡天”计划（CRAFTS），利用调试期的望远镜实现对可观测天区内的多个科学目标实现同时巡天，这将为我们带来更多惊喜。
南仁东生前肖像（摄影：张蜀新）FAST首次发现新脉冲星新闻发布海报（图片来源：中国科学院国家天文台）　　

第1名 引力波天文学时代降临

　　2015年9月，刚刚完成升级改造的美国激光干涉引力波天文台（LIGO）第一次直接探测到引力波事件，这是划时代的一次发现，2016年初公布后，立即震撼全球。这个板上钉钉会斩获诺贝尔物理学奖的成就，当年由于错过提名时间而没有得奖，但2017年的诺奖终于还是众望所归地花落基普·索恩等三名引力波领域物理学家。在那之后，LIGO又发现了几次引力波事件；今年，升级后的欧洲Virgo也开始与LIGO联合观测，这给出了今年的年度最重磅天文大事件：8月17日，LIGO与Virgo联合观测的第一次双中子星并合引力波事件刚好与费米卫星探测到的一次伽马暴几乎同时发生，这使得事件发生的方向被相当准确地估计出来，进而触发了全球望远镜搜寻引力波事件源具体位置的一场大赛——不少于50台大大小小的地基光学、射电望远镜和数台红外、紫外、X射线天文卫星加入了这场狂欢，最终位于智利的1米口径小望远镜Swope率先在星系NGC 4993中发现了与引力波事件对应的小光点。中国的南极巡天望远镜（AST3）、慧眼X射线卫星也参与了该引力波事件电磁对应体的后续跟踪观测，贡献了来自中国的宝贵数据；清华大学与天仪研究院也在今年宣布将实施“天格计划”，发射由24颗小卫星组成的空间监测网络，开展引力波电磁对应体的观测。引力波观测与传统电磁波观测的完美合作，标志着引力波天文学的伟大时代正式拉开巨幕。
2017年诺贝尔物理学奖得主（图片来源：Nobelprize.org）全球参与GW 170817事件观测的引力波探测器与天文台所在地。（图片来源：Caltech/MIT/LIGOLaboratory）中国南极巡天望远镜（摄影：李正阳）　　

后记：

　　其他几个被笔者淘汰的选项包括，
　　

1、“视界面望远镜”计划对巨型黑洞展开观测

　　“视界面望远镜”是由全球8个射电望远镜组成的巨大阵列，这些望远镜两两之间的“基线长度”最长接近地球直径，从而可以实现与邻近超大质量黑洞视界面大小相当的极高角分辨率的观测。今年4月，该计划对银河系中心以及M 87星系中心的大质量黑洞进行了观测。目前项目团队仍在紧张的处理和分析数据。
　　淘汰理由：结果还没有发布，明年入围有希望。
“视界面望远镜”计划所使用的望远镜在全球的分布（图片来源：Doeleman 2017）　　

2、云南火流星事件

　　10月4日晚间，云南省迪庆州上空发生一起火流星空爆事件，巨大的火球一时间照亮了天边的云层，大量当地居民录制下了事发时的现场画面。事件爆炸当量约为540吨TNT，据估计造成事件的流星体直径在1米左右。事发后众多陨石爱好者赶往云南试图搜寻掉落地面的陨石，但未见有人成功的报道。
　　淘汰理由：陨石至今没找到，科学意义不显著。
1988年至今全球所有主要火流星事件（数据及制图来源：见图上文字）　　

3、朱诺号木星探测器持续发回数据

　　2016年7月进入木星轨道的朱诺号木星探测器，一年多来不断通过其搭载的可见光相机JunoCam从各个角度拍下木星的高清美图。不过这只是一个附带的科普仪器，真正的科学仪器虽然也在源源不断发回数据，也有了一些小发现，但还没有传出足够抓人眼球的大新闻。
　　淘汰理由：木星虽然美如画，尚待科学大新闻。
朱诺号拍摄的木星（图片来源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/ Seán Doran）　　

4、马斯克宣布SpaceX载人登陆火星计划

　　“钢铁侠”伊隆·马斯克在今天抛出很多震撼人心的宏伟构想，包括在2014年就实现载人火星登陆、用巨型火箭一次运送上百人去火星等等。虽然SpaceX在2017年完成了18次成功的发射，但离这些宏伟目标还颇有一段距离。
　　淘汰理由：看起来非常霸气，但还停留在ppt。
BFR巨型火箭示意图（图片来源：SpaceX）　　

5、十年来最强太阳风暴

　　9月6日发生了一次X2.2级和一次X9.3级太阳耀斑爆发——X级是太阳耀斑强度等级中的顶级配置。这是2006年以来最强的太阳耀斑爆发，在接下来的几天中为地球高纬度地区的人们带来了几近奢华的极光盛宴。
　　淘汰理由：极光固然很好看，缺钱缺假奈若何。
某缺假的人在极光极盛期过后在塔斯马尼亚拍摄的极光和银河（摄影：刘博洋）　　

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