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- 【案例】揭秘最古老恒星的“光谱之王”LAMOST，未来如何进阶？｜重器风华【开栏语】习近平总书记在广东视察时强调，实现高水平科技自立自强，是中国式现代化建设的关键。科技创新对当今中国而言，不仅是发展问题，也是生存问题。然而，推动重大科技创新的利器，要不来，买不来，讨不来。工欲善其事，必先利其器。发展建设国之重器，对推动我国经济科技高质量发展、保障国家安全意义十分重大。中国智慧何以打造国之重器？即日起，南方+客户端推出《重器风华》系列主题报道，立足尖端科研、重大基建、健康保障等领域，探访一系列大国重器建设现场，对话参与建设的当事人、亲历者，解码大国重器的“硬核秘籍”。敬请垂注！日前，中国科学院国家天文台研究员赵刚团队观测到了一颗古老的特殊恒星，首次证实了第一代恒星的质量可以达到260倍太阳质量，对恒星考古意义非凡。这一发现的“幕后功臣”，便是专注于光谱观测的郭守敬望远镜（LAMOST）。LAMOST，为“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜”的英文简称，是中国天文学家自主研制的大视场兼大口径的新型光学望远镜。LAMOST发布光谱数和恒星参数星表数量已连续十年稳居世界第一，它通过亮眼的观测成绩，久居世界“光谱之王”的位置。
十年巡天，遍览星河。回顾LAMOST观星历程，它取得了哪些重要成就？推动了哪些重要的天文发现？已取得丰硕成果的它，未来又将走向何方？南方+记者专访LAMOST运行和发展中心常务副主任、中国科学院国家天文台研究员赵永恒带来独家解读，并邀请了中国科学院国家天文台副研究员邢千帆分享其依托LAMOST数据发现的最新成果。
01最新研究：LAMOST揭秘宇宙最古老恒星遗迹近日，一篇发布在《自然》上的研究为天文学家恒星“考古”带来了新进展。中国科学院国家天文台研究员赵刚团队在银河系晕的一颗特殊恒星中，发现了260倍太阳质量的第一代超大质量恒星演化后坍缩形成的“对不稳定超新星”（PISN）存在的化学证据。这项研究的发现离不开LAMOST获得的海量光谱数据。光谱如何与恒星研究产生联系？光谱就像物体的名片，它可以告诉我们物体的组成成分。比如，通过分析太阳光，我们可以知道太阳由哪些元素组成。根据光谱来鉴别物质并确定它的化学组成，这种方法叫做光谱分析。当光谱分析应用于天文学，结合LAMOST获取的恒星光谱，便可以帮助科学家探索恒星的元素组成和元素丰度。该论文第一作者邢千帆提到，上世纪六十年代，“第一代恒星质量可以达到太阳质量的数百倍”的理论猜想已被提出，但人们一直未能从观测上发现相关证据。这是因为第一代恒星的寿命太“短”， 直接观测到第一代恒星的难度极大，直到今天，天文学家仍未在观测上真正看到过第一代恒星。“早在130多亿年前，绝大部分第一代恒星就以剧烈的超新星爆发的形式结束了一生。”邢千帆说。超新星爆发，即某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸。此过程将会反应产生新的金属元素，这些释放的金属元素被第二代恒星继承并保留了下来。“在LAMOST获得的500万条光谱数据中，我们挑选了5000多颗镁元素含量异常低的恒星。之后通过与日本昴星团望远镜开展联合观测，研究团队基于高分辨率光谱数据，从这些恒星中找到了这颗特殊的恒星，并确认了其中钠、锰、钴等十几种元素的含量。”邢千帆说，“这颗恒星的种种化学基因特征与PISN理论计算结果高度吻合。因此，天文学家认为这是一颗保留了PISN化学遗迹的贫金属星，为一直以来未能露面的第一代超大质量恒星及其演化形成的PISN提供了清晰的观测证据。”邢千帆表示，它是现在能够直接观测到的最古老的恒星，数量极其稀少。得益于LAMOST极高的光谱获取效率，天文学家对银河系开展了人口普查式的巡天，获取了大量的恒星光谱数据，增加了光谱样本覆盖到特殊恒星的概率，让天文学家有幸能够找到这颗罕见的恒星。只有对恒星的观测覆盖面足够广，才能更全面地了解银河系历史。邢千帆表示，有些恒星在银河系边缘，覆盖到这些恒星难度比较高。“这时，就需要LAMOST的普查本领，帮助我们发现更多边缘的恒星。”02十年回顾：斩获千万量级光谱，为银河系“画像”上述研究发现，仅是LAMOST相关研究成果的冰山一角。LAMOST兢兢业业地观测着银河系中的星星，不断刷新着光谱数据的世界纪录，天文学家借此为银河系“画像”，让我们有机会一窥银河系的更多秘密。
在十多年前，银河系只有较少的天体获得过光谱数据。LAMOST在设计时的技术创新——4000根光纤并行可控的快速定位技术，使LAMOST成为全世界光谱获取率最高的望远镜。它可以同时观测几千个天体，在科学上开创了大规模光谱巡天的先河。LAMOST在完成为期一年的先导巡天后，于2012年9月28日正式开启了第一期五年巡天，一步步走上了“光谱之王”的位置。巡天第七年，LAMOST获取光谱数据量达到约1125万，成为世界上第一个获取光谱数突破千万量级的光谱巡天项目，这对LAMOST巡天而言是具有划时代意义的里程碑事件。2023年3月31日，中国科学院国家天文台发布了LAMOST自先导巡天至2022年6月观测获取的光谱数据共2229万条，其中，中、低分辨率光谱均突破千万。LAMOST成为世界上首个发布光谱数突破两千万的巡天项目。LAMOST创造了多个世界纪录，其发布的光谱数和恒星参数星表数量，迄今已连续十年稳居国际第一。“天文是一个观测学科，只有看得足够多，才能找到里边各种好玩的、奇怪的事物。”赵永恒说。LAMOST两千万量级的光谱数据对于绘制银河系“画像”意义重大。借助LAMOST，天文学家不断获得新的发现，刷新着人类对银河系的认知。如何找到银河系中的 “星际移民”？依托LAMOST的数据，天文学家揭开了银河系内重元素（金、铕、铀等）超量恒星的“身世”之谜，为基于化学DNA识别银河系中的“星际移民”提供了新的线索。银河系“小时候”是什么样子？它是如何“长大”的？天文学家利用LAMOST的光谱数据和欧空局盖亚卫星（Gaia）观测到的恒星位置、距离和运动数据，获取了银河系迄今最为精确的25万恒星的年龄信息，从时间轴上清晰还原了银河系幼年和青少年时期的成长史，刷新了人们对银河系早期形成历史的认知。银河系家园有多大？天文学家借助LAMOST数据两次刷新了银盘的大小，发现人类居住的家园银河系比之前认识的大了一倍。银河系晕长啥样？LAMOST大样本的光谱数据给出了答案——银晕是个内扁外圆的“胖子”。除了为银河系“画像”，LAMOST也帮助天文学家搜寻着茫茫星海中那一抹特殊星光。如上文中提到的，目前观测到的最古老的、保留了PISN化学遗迹的贫金属星；还有，天文学家通过LAMOST的观测数据发现了一颗当时人类已知锂元素丰度最高的恒星，被称为“宇宙最大的充电宝”。偶尔，LAMOST也会极力远望，看向宇宙深处。它发现了4.2万余颗类星体，并估算出其中心黑洞的质量，对河外星系的研究同样作了重要贡献……03来日可期：LAMOST有望创造上亿量级光谱纪录回首过往，LAMOST记录和见证了我国第一个天文类重大科技基础设施的发展历程。在LAMOST成绩斐然之时，再次回顾它的成长经历，对今后规划大科学装置有着重要意义。“2009年，LAMOST通过国家验收，此后便进入了精密调试和科学试观测。试观测就是用来判断它的科学目标是否合理。”赵永恒说，“在2011年，LAMOST开始了为期一年左右的先导巡天，此时，我们一直在和科学家们讨论，这台望远镜的观测时间该如何分配。最终决定将立项时的核心科学目标进行调整，研究银河系结构和演化被调整为第一核心科学目标。”因为在当时，世界上还未有过大规模银河系巡天，若是专注于银河系巡天，LAMOST有望在该领做出最出色的观测成果。“这并非意味着其他观测任务不再进行，但是观测的时间分配和侧重点发生了变化。”赵永恒说。从1996年项目启动到2011年先导巡天，十五年间，天文科学研究一直发生着变化。进入21世纪以来，银河系研究掀起了全球性高潮，在此机遇下，LAMOST银河系巡天的数据价值日益凸显。自LAMOST方案设计初期便参与其中的赵永恒评价，验收后的十年，这座巍峨的LAMOST走过调试的艰辛，跨越测试的难关，蹚出了一条从无到有的巡天之路。无论在获取光谱数据量还是高显示度的研究成果方面，它都交上了一份收获颇丰的答卷。过去的答卷如此精彩，LAMOST能否延续辉煌，甚至创造新的奇迹？如今，LAMOST二期正筹划着搬家——跨越2500公里去青海冷湖。1958年，北京天文台第一任台长程茂兰筹划在北京周边兴建天文台，北京周边的兴隆晴夜数多、夜天光背景暗、大气稳定，符合台址要求。因此，上世纪60年代初便在兴隆建观测站。2008年，LAMOST也落户兴隆。无奈随着时间的推移，兴隆站发生了不少变化，影响了天文观测的效果。“一方面由于气候变化，如今兴隆的晴夜数在减少，这意味着可用于天文观测的时间变少了；另一方面，兴隆县城越来越亮，光污染变强，这就导致许多暗的星星看不到了。以上种种因素削弱了LAMOST的科学效能。”赵永恒说。而冷湖拥有大量的晴朗夜空，并进行了暗夜保护，可以称得上是一片“天文沃土”。除此以外，还有一个重要因素，那便是冷湖绝佳的视宁度可到达世界级水平。光学视宁度无疑是天文观测中最受关注的台址参数。视宁度反映了大气的稳定性，通俗来说，视宁度越好（数值低），大气就越稳定，星星眨眼越慢，这时星象就越清晰。“兴隆的视宁度平均2角秒，而冷湖的视宁度在0.75角秒附近，与目前公认的最佳天文台选址夏威夷大岛天文台的水平相当。”赵永恒说。如果搬去冷湖，有望让LAMOST的光纤数量有望破万。赵永恒解释：“冷湖的视宁度优于兴隆两倍多，相当于星象清晰了两倍多。目前，在兴隆的16台光谱仪能放4000光纤，搬过去时可换成1角秒光纤，光纤变细，那么数量就能翻倍到8000。”如此大体量的望远镜，搬家难度高吗？事实上，LAMOST在最初设计时就具备前瞻性，考虑到了未来可能换址的情况。“现在LAMOST的61块1.1米六角形光学镜面都是拼接组合，每年做镀膜时会进行拆装。搬家相当于各部件拆分后换地方组装，难度不算高。”赵永恒说。若是搬迁后，LAMOST光谱仪的数量拓展、望远镜口径提升，LAMOST的巡天效率将进一步提高。最终，巡天规模有望实现从千万条光谱突破至上亿条光谱。“千万级的光谱数据纪录由中国创造，希望未来上亿的光谱数据也由我们创造。”赵永恒展望，“现在，LAMOST处在光谱巡天望远镜的国际第一梯队，大家都是你追我赶的状态。若LAMOST搬迁后的扩建设想得以实现，它将在世界上处于绝对领先优势，可以做到力压群雄。”来源：南方plus编辑：洪韵
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- 【案例】
中国卫星脱轨123天，画面首次公布！有学生参与救援写两万行代码
去年，“DRO-A/B卫星发射异常”的消息引发关注：2024年3月13日20时51分，我国在西昌卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭/远征一号S上面级发射DRO-A/B卫星，运载火箭一二级飞行正常，上面级飞行异常，卫星未准确进入预定轨道。日前，“负伤”卫星画面首次公布：卫星的太阳翼呈近90度弯折，如折断的翅膀，却在深空背景下倔强舒展。↓↓↓
“飞行异常”后，在2024年3月13日至7月15日的123天时间里，一支平均年龄不到34岁的科研团队进行了一场紧急“太空救援”，让卫星最终“丝滑”入轨。甚至几位学生也参与到“太空救援”中：中国科学院大学95后博士研究生孙洋快速算出DRO备份轨道入轨参数；两位95后研究生李霜琳、蒲京辉开发星上自主导航与时间同步程序，写的两万行代码已在太空运行；00后博士研究生尹永辰精确复核每次控制参数……
4月15日，在“地月空间DRO探索研究学术研讨会”上，这场救援背后的故事对外公布。如今，“我们的卫星已发射在轨一年有余，国际首个地月空间三星星座稳定运行200多天。”中国科学院空间应用工程与技术中心研究员张皓介绍说。
时针拨回2024年3月13日，北京航天飞行控制中心，张皓与数十名科技人员注视着屏幕，翘首以盼一个历史性时刻——中国人将首次开启地月空间远距离逆行轨道（Distant Retrograde Orbit，简称DRO）的深度探索。地月相距38万公里，其间，有着无数条轨道，其中一条名为DRO的特殊轨道，被航天科学家和工程师们视为“地月空间中的天然良港”，一大特性在于这条轨道稳如磐石，航天器无需频繁调整即可驻留数百年。这条距离地球31万至45万公里的特殊轨道，是连接地球、月球、深空的“十字路口”，是人类尚未开发利用的新疆域，也是支持载人深空探索的新起点。
没人料到，这次寄望星辰的远征，竟以一场惊心动魄的“太空救援”拉开序幕。“绝望轨道”2024年3月13日20时51分，西昌卫星发射中心，搭载DRO-A/B双星组合体的长征二号丙运载火箭/远征一号S上面级发射升空。数千里外的北京航天城，来自中国科学院空间应用工程与技术中心、中国科学院微小卫星创新研究院、北京航天飞行控制中心等单位的科技人员，早早来到飞控大厅，准备“接棒”飞向深空的卫星。约21时，上面级与火箭成功分离，第一次点火完成后，进行长达约90分钟的滑行阶段。“没人想到之后会发生意外。”中国科学院空间应用工程与技术中心研究员王文彬回忆道。意外来临前，一切如常。大厅里键盘敲击声与电话铃声交织如常。厅外走廊的交流谈笑如常。有科技人员甚至讨论起“远征上面级”型号中的“S”的含义。时钟即将指向23时，星箭分离时刻将至。外出人员陆续返回，飞控大厅却陷入异样的寂静。大屏幕上，代表轨道远地点高度的参数曲线突然剧烈波动：远地点高度本该稳定增长至29.2万公里，却在15万公里处如过山车般起伏。张皓起初并未在意，首次参与发射任务的他，侧头询问身旁经验丰富的北京航天飞行控制中心人员：是不是测控链路受到了干扰？对方面色凝重。屏幕上的轨道参数依旧疯狂跳动。此起彼伏的电话铃声已织成一张焦虑的网。几乎所有人都意识到：上面级飞行异常了。不久后，双星组合体飞出测控区。但此时的地面，并未如期收到卫星分离的遥测信号。“卫星下落不明，生死未卜。”张皓说。约40分钟后，测控系统捕获到闪烁的卫星信号。“它还活着！”中国科学院微小卫星创新研究院研究员张军说。确切的消息传来——DRO-A/B双星组合体被“甩”入远地点仅13.4万公里的“绝望轨道”——远低于预先设计的29.2万公里。“就像眼看着风筝断线，手里却还攥着最后的希望。”张军说。
“折翼苍鹰”问题接踵而至。地面测控数据显示，重达581公斤的双星组合体以每秒超过200度的速度疯狂翻滚。“这相当于每1.8秒‘翻一次跟头’，离心力足以将太阳翼像纸片般撕碎。”中国科学院微小卫星创新研究院研究员白涛解释，“常规大卫星每秒转几十度就可能散架。”眼前最重要且紧急的问题，就是让卫星“稳”下来。2024年3月14日0时前后，来自地面的“救援”开始了。77岁的工程顾问、中国科学院院士顾逸东，工程总师林宝军、工程副总指挥王强，在西昌紧急连线北京的工程总指挥高铭、工程副总师李绪志，会同卫星系统、载荷系统和测控系统，成立应急飞控小组。他们的每一个决策，都关乎卫星的命运。很快，小组给出应急处置措施：通过紧急上注指令、修改参数阈值等操作，交替使用双星组合体的发动机喷气消除旋转。飞控团队用“每条指令发三遍”的土办法，试图让卫星“停转”。“当时的发令单像雪片一样飞来。”飞控主管调度温旭峰事后回忆道。转机出现在14日凌晨3时前后。“DRO-B卫星姿控发动机成功点火。”中国科学院微小卫星创新研究院研究员李笑月报告。20分钟后，双星组合体成功“消旋”。地月大救援的第一关，过了。“太阳翼异常！”新危机显现。地面站遥测数据显示：DRO-A卫星的太阳翼无法锁定，DRO-B卫星的太阳翼则完全“脱臼”。太阳翼是卫星的动力源，其异常会导致电力告急，卫星随时可能因能源耗尽沦为太空垃圾。“庆幸的是，太阳翼发电正常。”张军说。飞控团队紧急开展了一系列操作：注入姿态控制指令，通过反复调整对日姿态、平衡蓄电池充放电……最终让“受伤”的太阳翼“追光充电”。“就像折翼的苍鹰，用喙与利爪钩住岩缝向上攀登。”中国科学院微小卫星创新研究院副研究员冷佳醒这样形容卫星的坚韧。“引力赛跑”第二关惊险渡过，但真正的考验才刚刚开始。轨道远地点高度不足预期一半，燃料余量又捉襟见肘。如何将卫星从“绝望轨道”拽回正轨？2024年3月14日凌晨，张皓、白涛和飞控团队在机房热烈讨论，面对满屏的预设程序，手写公式、敲击代码，开始一场与引力的赛跑。40小时不眠不休，轨道重构方案诞生：卫星需在120小时内完成首次轨道机动，否则将永远失去进入DRO的机会。张皓形容那段时间“肾上腺素狂飙”，困意被高压驱散。基于飞控团队的计算结果，工程总体做出决策：双星不分离，交替利用双星燃料抬升轨道高度，全力保障双星组合体飞抵DRO。3月18日12时42分，第一次应急处置轨道控制启动。张皓清晰地记得这个时间。他们要将双星组合体高度抬高到24万公里。控制指令上注后，卫星发动机点火持续了惊心动魄的1200秒。这是罕见的长时间太空点火，也是决定卫星救援成败的“生死时刻”。“若推力方向因质心偏移产生干扰力矩，卫星将可能再次失控。”张皓说。千钧一发的时刻，往往比想象中更安静。几排弧形控制台前，技术人员眼中布满血丝。有人无意识地啃着指甲，有人反复擦拭眼镜——所有人都在等待一个答案：“折翼苍鹰”能否再次展翅高飞？张皓真切体会到心脏狂跳的窒息感。当DRO-A/B双星组合体在大屏幕的演示动画中向上“攀爬”时，他的静息心率从每分钟60多次飙至每分钟120多次。“我当时甚至听不到大厅里的声音。”张皓站在飞控大厅后排，死死盯着屏幕。当屏幕显示点火时间达1200秒，温旭峰宣布“轨道控制圆满成功”，大厅爆发出久违的掌声。这是张皓在此次任务中第一次听到掌声。他转头对同事许高杰挤出一句：“打100分！”两人短暂拥抱，眼角微湿。几天后，他们进行了第二次近地点轨道机动补救控制，双星组合体被抬高到38万公里，越过“死亡线”。“太空桌球”这场持续120多天的“太空救援”，在2024年7月15日迎来终章。当“负伤”的双星组合体滑入预定轨道，张皓瞥见有人抹眼角。传统上需要火箭直推38万公里的任务，被拆解为4次绕地、3次飞临月球的“接力赛”。飞控团队经历了5次关键轨道机动，以及无数次“心跳过山车”。“我们就像在玩一场高难度的‘太空桌球’。”中国科学院空间应用工程与技术中心副研究员毛新愿说，团队必须精准计算每次机动的“击球点”，利用月球引力的“弹弓效应”将卫星推向正确方向。这意味着，团队必须在几个小时之内完成数万次轨道计算，同时考虑太阳、地球、月球引力的复杂影响，甚至手动调整参数，拼尽全力处理极端情况。“稍有偏差便会前功尽弃。”张皓说。最终，团队以传统方案1/5的燃料消耗，完成这场跨越约850万公里的绝地反击。这个距离相当于在地月之间走了11个来回。8月28日，DRO-A/B双星组合体成功分离，双星互相拍照。王文彬屏息注视着传回的珍贵图像，这是他第一次真切看到这对“负伤”卫星的样子：DRO-A卫星的太阳翼呈近90度弯折，DRO-B卫星的太阳翼如折断的翅膀，却在深空背景下倔强舒展。
“双星能源平衡，平台及载荷工作正常。”飞控大厅内响起一阵欢呼！“地月灯塔”DRO是理论上的完美轨道，但这需要实际飞行验证。2024年，中国人尝试在此长期驻留，才首次验证了这一理论的“极致潜力”。2024年8月30日，DRO-A、DRO-B两颗卫星和此前已发射成功的DRO-L卫星——三颗卫星两两之间成功构建K频段微波星间测量通信链路，首次验证了地月空间尺度三星互联互通的组网通信。至此，全球首个基于DRO的地月空间三星星座成功实现在轨部署。
“以前总说‘星辰大海’，现在我们真的在搭建通往深空的港口。”王文彬说，“三星组网构成的‘地月灯塔’，未来可为月球基地导航授时，甚至为火星探测铺就信息高速公路。”这场地月大救援不仅挽回了价值数亿元的卫星，还验证了多项“全球首次”：航天器DRO低能耗入轨、117万公里超远距离星间通信、天基测定轨新体制……为科研人员点赞！
来源：人民日报
编辑：张家乐
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当两颗中子星碰撞时会发生什么？黄金是怎么来的？
当两颗中子星碰撞时会发生什么？中子星是超新星爆炸后留下的超高密度遗迹，几乎完全由中子组成。它们的质量约为太阳的1.4到2倍，但直径被压缩至约20公里。当两颗这样的恒星相撞时，它们会合并并引发爆炸。这种强烈的爆炸被称为千新星。这次合并释放出巨大的能量，以及金和铂等重元素。这些碰撞形成了宇宙中的大部分黄金，包括我们在地球上使用的黄金。这种事件产生的光通常非常明亮，以至于在很远的地方都能看到。你以为黄金是地球"亲生"的？其实它是宇宙"混血儿"！咱们地球自己根本炼不出黄金，全靠天外来客送货上门。宇宙中有个黄金制造厂叫"中子星"，当两颗中子星像跳探戈似的撞在一起，瞬间爆发的能量比太阳亮100亿倍！这时候它们像疯狂摇奶茶一样，把原子核摇散重组，质子中子噼里啪啦黏成金原子。这种"黄金雨"在宇宙飘了46亿年，直到地球诞生时，才搭着陨石顺风车来安家。想象一下，当年砸死恐龙的小行星，其实也是黄金快递员！咱们现在挖的金矿，都是当年陨石带来的"星际包裹"。最有趣的是，你手上的金戒指里，可能藏着某颗超新星爆炸时的残骸——毕竟黄金在宇宙旅行了上百亿年，才变成你首饰盒里的宝贝呢！
来源：每日宇宙探索指南（公众号）
原网址链接：https://mp.weixin.qq.com/s/rLfje5dKS3byU965ebwfgQ
编辑：张家乐
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为什么北极星是“夜空导航员”？6万年后天狼星要接班？
为什么北极星是“夜空导航员”？6万年后天狼星要接班？你有没有想过，为什么古人能在没有GPS的夜晚找到方向？答案藏在北极星身上——这颗看似普通的星星，其实是地球自转轴的“忠实粉丝”，永远钉在正北方，堪称宇宙级指南针。一、北极星：地球自转轴的“钉子户”想象地球是个疯狂转陀螺，但它的自转轴始终微微指向北极星方向。虽然地球像喝醉的陀螺会轻微晃动（每2.6万年换个“北极星”），但北极星（勾陈一）目前稳稳卡在这个位置，误差不到1度。这就像用图钉把纸固定在旋转的圆盘边缘，无论圆盘怎么转，图钉位置始终不变。二、古代人的“星空导航术”1. 北斗七星当量角器：找到勺子状的北斗七星，把勺口两颗星连线向外延伸5倍距离，就能锁定北极星。就像用筷子比划出箭头，直指北方。2. 航海界的“暗夜灯塔”：19世纪美国黑奴逃亡时，靠北极星辨别方向；郑和下西洋的宝船，也靠它校准航向。现代登山包里，仍有驴友备着六分仪——万一手机没电，抬头就能认星。三、南极星的“空缺之谜”北半球有北极星坐镇，南半球却长期没有同等亮度的南极星。最接近的南极座σ星只有5.4等（肉眼勉强可见），而北极星是2等星（相当明亮）。就像北方有明亮的灯塔，南方只有盏昏暗的路灯。四、天狼星：6万年后的“新晋顶流”现在夜空中最亮的恒星天狼星（-1.46等），正以每秒1.2万公里的速度靠近地球轨道。6万年后，地球自转轴将轻微摆动，天狼星会取代北极星成为新的“指北针”。这就像班级里的学霸轮换当班长，虽然现在北极星是尖子生，但未来天狼星会靠实力上位。五、给现代人的冷知识手机导航也靠星星：卫星导航系统（如北斗）通过接收多颗卫星信号定位，原理和古人认星异曲同工。北极星会变暗：它其实是个三合星系统，主星亮度是太阳2000倍，但距离地球434光年，看起来只是二等星。南半球怎么办：那里的水手靠南十字座+南极座σ星组合导航，相当于用两根筷子指方向。
来源：每日宇宙探索指南（公众号）
编辑：张家乐
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- 【案例】BBC1995年曾邀请霍金等专家预测30年后的世界，这些预言在2025年成真了吗？
这对虚构的2025年情侣以及该男子的“VR 头戴装置”出现在BBC的《明日世界》节目中。Article information· Author,格雷厄姆·弗雷泽（Graham Fraser）· Role,BBC科技记者·2025年1月1日·1995年，BBC节目《明日世界》（Tomorrow's World）尝试预测30年后，也就是2025年的世界会是什么样子。这档如今已经停播的节目邀请了当时最著名的科学家之一——史蒂芬·霍金教授（Prof Stephen Hawking），他预测：“到2025年，我们可以预期会有巨大的变化。” 节目团队也表示赞同，提出了一系列可能改变世界的发明，比如全息手术和太空垃圾凝胶。现在，让我们借助一些专家，以及30年的后见之明，看看《明日世界》成功预测了多少当今世界的发展。2005年的“网络空间暴动”
图像加注文字，该节目预测金融市场“屈服于病毒式恐怖主义”后将会发生骚乱。1995年，万维网（World Wide Web）迅速发展，《明日世界》认为这将为未来带来麻烦。他们预测，到2000年，商业巨头和银行将会控制互联网，建立一个限制他人访问的“超级网”（supernet），但这反过来将引发黑客攻击、病毒甚至暴动。结论：互联网大体上保持开放，未有出现暴动，但毫无疑问，黑客的行为给许多人带来困扰。节目没有预测到的是国家级黑客的作用，比如朝鲜。这在BBC国际频道的播客《拉撒路大劫案》（Lazarus Heist）中有详述。如今，网络安全对政府和公司来说至关重要，而那些对银行存疑的人则推崇比特币等加密货币。去小行星采矿和太空垃圾凝胶节目推测，太空采矿将成为一个有利可图的行业，各公司会在地球附近的小行星上挖掘贵金属。他们还预测，太空垃圾问题将变得严重，令宇航员不再安全。而解决方法则是使用一种巨大的泡沫凝胶来减缓碎片。结论：目前并没有研发出超级泡沫凝胶，而太空垃圾问题确实很严重。虽然太空采矿产业尚未出现，但未来可能会改变。未来学家汤姆·奇斯莱特（Tom Cheesewright）对太空采矿保持乐观态度：“其潜在的财富无法想像，技术也完全在我们的掌控范围内。”超级外科医生与手术机器人
图像加注文字，《明日世界》认为，日后患者将由机器人进行手术，这些机器人由外科医生从远处进行遥控操作。《明日世界》预测，到2004年英国会通过立法，要求所有医院都公布外科医生手术成功率排名。顶级医生因此非常受欢迎、收入颇丰，但又令他们无法亲自为病人施手术。取而代之的是，病人的全息影像被传送给医生，他们则会使用“空间手套”（spacial gloves）进行操作。在病人一端，医生的动作会由一个机器人完美模仿。结论：虽然预测并不完全正确，但机器人如今确实在手术中发挥著作用。带漂浮头像的智能音箱
图像加注文字，这类似于亚马逊旗下的Alexa? 苹果旗下的Siri? 还是Google智能产品? 似乎很难完全对应。节目中描绘了一位“未来人”戴着时髦的VR头戴装置，他的妻子和女儿则出现在类似现代伦敦的场景中。其中一幕，一个女性的漂浮头像从“智能音箱”中出现，提醒这位男子距离他上次去“印度迪士尼”度假已过一年，并鼓励他搭乘仅需40分钟的“班加罗尔班车”再次去度假。结论：超高速旅行依然遥不可及，但全息影像、智能音箱和VR设备越来越普及。手臂微芯片支付
图像加注文字，您对于使用植入手臂的晶片提取资金有何看法？节目还展示了未来银行业的景况。一名女子去银行抱怨没有人工服务，随后用手臂上的芯片扫描，就提取了100“欧元马克”。结论：银行业确实越来越自动化。虽然人体内嵌芯片支付已成为现实，但指纹和面部扫描等技术相较更加普及。主持人们的回忆
图像来源，Getty Images图像加注文字，《园丁世界》的明星主持人蒙提·唐（Monty Don）《园丁世界》的明星主持人蒙提·唐（Monty Don），是当年《明日世界》节目主持人之一。他负责的部分预测基因工程和多层农业设施将促进英国林地恢复，并令包括棕熊在内的动物回归。回顾这段经历，他告诉BBC，这部分内容过于“乌托邦”和“天真”。展望未来30年，他对年轻一代对气候变化的敏感度表示满意，并认为到2055年，人们会自己种植更多食物。他补充：“《明日世界》的本质是围绕人类如何改变和改善世界，但我们学到的是人类往往会让情况变得更糟，特别是在环境方面，所以我们必须与自然合作，而不是试图改变或控制它。”
图像加注文字，蒙提·唐（Monty Don）谈论1995年节目中重新引入棕熊的事。薇薇安·帕里（Vivienne Parry）是节目的另一位主持人，负责医学部分的预测。她深情回忆起拍摄的过程，以及过程中有限的视觉特效。“我必须保持绝对静止。我戴着一副眼镜，上面装有一个小相机。它们透过一大团黑色黏稠的东西黏在我的脸上。”“那天天气非常热，这些黑色的东西开始从我脸上流下来，我无法动弹。化妆的人用一根长手杖把它弄下来。”薇薇安自2013年以来，一直在英格兰基因组学有限公司（Genomics England）工作，她正在进行一项帮助诊断和治疗遗传疾病的研究。她指出，1995年《明日世界》中一些关于基因组定序的预测已经成为现实。图像加注文字，你看得到黑色的斑点吗？在拍摄这一场景时，薇薇安·帕里（Vivienne Parry）和化妆团队必须发挥创意。
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- 【案例】银河系里的这些恒星，正在相互吞噬，然后变得更年轻
围绕银河星中心黑洞旋转的恒星（ESO/L. Calçada/Spaceengine.org）邻居是个老妖精，会吃掉其他人，好让自己永葆青春——结果老妖精被魔法反噬了。撰文 | 冬鸢审校 | 不周和许多星系一样，我们的银河系中心也有一个巨大的黑洞——Sgr A*，其质量为太阳的400多万倍。它巨大的引力让大量的恒星聚集在自己周围，并绕着自己飞速旋转。这些恒星都是这个黑洞潜在的“食物”，或许终有一天会成为它的一部分。
Sgr A*的偏振图像（图片来源：EHT Collaboration, CC BY 4.0）这也使得Sgr A*周围的宇宙空间变得异常拥挤。“距离太阳最近的恒星大约有4光年远，但在Sgr A*附近相同的距离内，有超过一百万颗恒星，”美国西北大学（Northwestern University）的天体物理学博士后研究员萨纳亚·罗斯（Sanaea Rose）说道。不该存在的年轻恒星这里的恒星大多质量很小、很暗且很古老。“黑洞附近的环境并不适合新恒星的形成，”加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）的物理和天文学教授安德烈娅·盖兹（Andrea Chez）说，“黑洞往往会把周围的东西撕成碎片。但恒星形成需要一个温和的环境，让脆弱的气体尘埃云在自身引力的作用下坍缩。”而黑洞的引潮力会阻碍气体聚集，“你很难想象在这样的环境下，恒星该怎样形成。”盖兹补充道。但令天文学家感到困惑的是，他们也在Sgr A*附近观测到了一些很亮的，貌似是新形成的年轻恒星，比如去年发表在《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）上的一项研究，就报告了Sgr A*附近一颗仅有几万岁的“婴儿”恒星——年龄比人类在地球上的历史还短。天文学家将这一现象叫做“年轻悖论”（paradox of youth），即黑洞周围不应该有十分年轻的恒星，但研究者确实观测到了它们。
银河系中心的星团和气体云（图片来源：ESO/S. Gillessen et al.）对此，天文学家提出了各种不同的解释。有研究认为，这些年轻恒星是在距黑洞较远的位置形成的，因为一些偶然因素在短时间内迁移到了黑洞附近；也有研究认为，黑洞附近一些区域的环境可能相对温和，适合新的恒星形成。上文提到的那颗 “婴儿”恒星的发现者就认为，这颗恒星形成于黑洞周围相对温和的环境中，然后迁移到了更靠近黑洞的位置。而关于“年轻悖论”的第三种猜想则比较黑暗：这些所谓的“年轻”恒星其实并不年轻，它们是因为“吞噬”了附近的其它恒星，所以看起来更年轻了。猛烈地击个掌要解释它们为何会“吞噬”其它恒星，又如何变年轻，我们需要先理解这些恒星间紧张的“邻里关系“——黑洞引力让这些扎堆的恒星以每秒成百上千千米的速度运动。在这样的环境里，恒星之间很难不发生摩擦和碰撞。“这就像在高峰时段的地铁站里奔跑，就算你不撞到别人，也经常会和别人擦肩而过。而对于恒星来说，就算是‘擦肩而过’也能导致它们通过引力发生相互作用，”罗斯说道。为了探究摩擦和碰撞对这些恒星的影响， 罗斯和同事使用新模型追踪了1000颗模拟恒星绕Sgr A*运行的旅程。她们发现，在距黑洞0.1秒差距（1秒差距约等于3.26光年）的范围内，任何和我们的太阳质量差不多的恒星，在其生命旅程里都会经历至少一次碰撞。当恒星非常靠近黑洞时（0.01秒差距范围内），它们的运行速度能达到每秒上千千米，此时恒星间的碰撞和摩擦十分频繁和剧烈。迎头相撞的两颗恒星，可能直接被摧毁。但许多情况下，恒星只是插肩而过，这样的撞击并不会摧毁它们，但会让它们损失一部分质量。“它们互相擦过，然后继续前进，就像猛烈地击了个掌。”罗斯说，“这会导致恒星喷射出一些物质，损失掉外层质量。至于具体会损失多少质量，与它们移动的速度和碰撞时的重叠程度相关。这些碰撞导致黑洞周围出现了一群奇怪的、被剥离了外层的、低质量的恒星。”但在距黑洞稍远一点的地方，是另一番景象。吃掉你，让我变年轻在距黑洞0.01秒差距到0.1秒差距的范围甚至更远的地方，恒星运行的速度相对较慢，大概每秒数百千米。这时，当两颗恒星碰撞或相擦时，由于速度不够快，它们可能逃不出彼此的引力束缚，从而导致一颗恒星被另一颗恒星“吞噬”掉。结果就是，它们在碰撞后并合成一颗更大的恒星。此外，该区域内较小的恒星（比如太阳大小的恒星）还可能通过多次碰撞让自己的质量越来越大，最终变成一颗质量10倍于太阳甚至更多的恒星。在这样的碰撞与并合中，“吞噬”掉自己邻居的恒星，会得到很多来自被“吞噬”恒星的氢。而氢正好是恒星燃烧的原料——这使它们变得更亮，也显得更年轻。但显得年轻，并不代表它们一定会活得更长，因为碰撞融合过后，恒星质量变得更大了，而质量更大的恒星，燃烧氢的速率也就更快，它们最终的寿命可能反而比原来更短。“它们很快就会死亡。”罗斯说，“大质量恒星就像巨大但耗油的汽车。虽然它们的燃料很丰富，但消耗燃料的速度也非常快。”
恒星的生命历程（图片来源：cmglee, NASA Goddard Space Flight Center - CC BY-SA 4.0）相关的两项研究最近发表在了《天体物理学杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters）上。罗斯和同事的分析为“年轻悖论”的其中一种猜想提供了证据，也为我们银河系的历史提供了参考。超大质量黑洞附近“是一个与众不同的环境”，罗斯说，“在这样一个异常拥挤的区域中，受到超大质量黑洞影响的恒星，与我们在太阳系附近看到的任何天体都不一样。但如果我们能了解这些恒星群，或许就能对银河系中心的形成过程有一些新的认识。至少，它无疑为我们生活的领域提供了一个可对照的参考。”参考链接：https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.82.3121https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/acee75https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad251fhttps://news.northwestern.edu/stories/2024/04/stellar-collisions-produce-strange-zombie-like-survivors/https://blackholes.stardate.org/research/milky-way-star-clusters.php.htmlhttps://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aca977来源：环球科学（公众号）编辑：王晨雅
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江才健：科学报道应该做啦啦队，还是监督者？
导读：今日科学高度分化的生态，科学知识应如何传播？科学报道应该怎么做？是做科学的啦啦队，还是监督者？还是另有职能？江才健 | 撰文近代科学的萌起发展虽说已有好几个世纪，但是上一个世纪可以说才是科学知识蔚然大起的世纪，正如许多说法指出，上个世纪是一个物理科学的世纪，20世纪的物理科学确实开启了一个全新的境界；量子概念的出现与认知，狭义和广义相对论对于过往运动座标以及时空概念带来的革命性挑战，让人类进入有如史诗般壮阔旋律的一个新时代。在20世纪物理科学不世出革命中，许多出自爱因斯坦横空出世的天才透视，他孕生狭义相对论到广义相对论的晚期，人类历史上的第一次世界大战，主战场在欧洲，带来相当惨烈的生灵涂炭，由科学发展而来的机枪、毒气和坦克等武器，造成一千万人死亡以及两千万人受伤，这场发生在欧洲的战争可以称之为一场欧洲的内战；战争起因是欧洲思想与利益角逐的对峙；科学思想带给欧洲向外扩张的文化自信心，欧陆强权倚势科学之力殖民扩张造成的利益冲突，是这场战争的根本肇因。因此一战之后，虽说有一次天文科学的观测，赞赏也似乎证实了（其实并没有）爱因斯坦由纯粹数学推想而得到广义相对论对于弯曲时空的猜测，可说是对科学的一种乐观评价，但是在欧洲的社会文化思维方面，普遍的却是一种悲观看法与评价，哲学思想方面兴起了胡塞尔的“现象学”，伯格森的直观哲学，挑战科学所标榜的实证客观，史宾格勒的《西方的没落》和雷马克的小说与电影《西线无战事》，对科学的批评，更是传播普遍，深入人心。未料不到二十年再起的二次世界大战，虽说因为有物理科学发展成功的原子弹，似乎提早结束，但是社会大众对于规模更大武器造成的悲惨杀戮，似乎赶不上对于科学毁灭武力的潜在欣羡，二战后半个世纪的冷战，虽说维持了一种恐怖平衡的和平，但是科学竞争的国防对峙局面，确实是日盛一日的。二战后的婴儿潮，人口快速增加，冷战对峙下科学力量带来的国力增强，特别是在经济竞争方面的助力，一战以来对于科学的哲学反思，消弭衰退，上世纪下半中罗马俱乐部发布的《成长的极限》，对于当时已然失控的无止境经济成长追求，提出悲观的警语，却也只是马耳东风，过境雁声。奇怪的是，在人类文化中偶然而生，一路走来其实备受批评的近代科学，却俨然成为了人类面对未来自然生存挑战的唯一希望，加上国家研究与军工体系的推波助澜，冷战结束后，看21世纪前四分之一的发展，虚拟电子技术带来的物理与生物科技突破，搭配金融商业系统的利润操作，更造就出科学一种看似无所不能的神奇力量，在社会舆论莫之所知的渲染之下，居然站上一个道德至高的历史地位。20世纪下半叶的科学知识传播已经意识到这种将科学知识神圣化的趋势，认为无论是由国家社会支持的超大型科学技术计划，还是一些私营企业过度无羁的创意，相对于当前人类所面对的，如疾病、饥荒和贫富差距的紧迫性，都应该由道德层面严予批评。过去四十年的科学传播经验，欣喜地看到原来一直被认为是推动近代科学研究旗手的英国顶尖科学期刊《自然》，居然用三篇封面故事文章，讨论“媒体对科学报导”的问题。2009年6月底的《自然》杂志，以《啦啦队还是监督者》的开篇社论，质疑长久以来科学报导对于科学研究成果，多只是称颂赞赏的“啦啦队”，忘记了媒体在社会上更重要的“监督者”角色，忽略了由科学家所引领的科学研究，都不可能是不偏不倚的神圣举措，不可能不带着任何一个人所难以避免的偏失；无论是出于对于宇宙的认知，还是对个人名誉利益的追求。《自然》杂志另一篇专文，挑战大多数的科学报导，其实很像是传教士所做的工作，只是把科学家所声称的所谓“科学突破”，转译给社会大众，缺少客观的分析和批判性的评论。撰写这篇专文的资深科学记者曾经供职于英国国家广播公司，他有生物化学的博士学位和三年博士后研究经验，但是对于生物化学之外，如物理、工程技术等领域的一些进展，要努力才渐能有全面深入的了解。他说如果与BBC政治部门的记者来做比较，讨论科学的记者多做不到政治记者与政治人物平起平坐，对问题展开深入辩论，并指出他们的思想与技术矛盾。当然这并不是没有解决的办法，因为今日科学高度分化的生态，其实很少科学家可以声称，对于本行领域外的科学，也有较全面的认知，因此一个有长时间经验，涉猎甚广的资深科学记者，反倒可能在广面视野上有更深远的认知。《自然》杂志的另外一篇专文，讨论科学记者与科学家的分际问题，应避免落入一种“啦啦队”似的讨好关系，尤其是近代科学牵扯的社会因素甚多，过于执著或专注在某个领域的科学家，不可避免的会有自我中心的狭窄视野，而且是日盛一日的加深。这种愈来愈普遍的对于科学的质疑或批判态度，也带来社会对于科学的一种恰如其分的评价，对科学不致有过于美化的想望。因写了《科学的终结》而享誉国际的《科学美国人》撰述作家霍根（John Horgan）说的好，“有时候，最清晰的科学报导最不诚实”。几年前我应邀在《科学人》杂志写了一篇谈论科学报导的文章，其中引述清代大学者赵翼所说“只眼需凭另主张，纷纷艺苑漫雌黄，矮人看戏何尝见，都是随人说短长”。科学如此，科学报导何尝不是。图片作者简介：江才健，资深科学记者，著有《规范与对称之美——杨振宁传》、《吴健雄——物理科学的第一夫人》。注：本文首发于2024年4月出版的《经典》杂志，《赛先生》获作者授权在微信公众号发布。
来源：赛先生（公众号）编辑：李佳
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【案例】“年三十”时有时无原来跟月亮有关！专家详解
俗话说，过了腊八就是年。近日，一条“明年起连续5年没有‘年三十’”的消息，引起了人们热议。究竟“年三十”为什么会时有时无呢？河北省文史研究馆馆员 梁勇：我们的除夕有时候是大年三十，有时候是腊月二十九，这跟我们中国农历的纪年有关。我们中国农历当中的月是按月亮盈亏圆缺变化的周期来确定的，我们称之为“朔望月”。古人把完全看不见月亮的那一天定为农历的初一，称之为“朔”，满月的那一天我们称之为“望”日。据介绍，中国农历中，一个月完整的周期就是从农历初一到下一次朔的日期。由于月球、地球、太阳之间的相对运动是自然节律，朔的时刻可能会落在一天的任何时间，所以每个“朔望月”也不相同，平均长度是29天12小时44分多一点。因此，有时会出现小月29天，有时会出现大月30天，当农历腊月为小月时，除夕就落在腊月二十九。对于农历来说，除夕是“年三十”还是“年二十九”没有特定规律可循。没有年三十的年份并不少见，比如，最近几年里2013年、2016年、2022年就都没有大年三十。河北省文史研究馆馆员 梁勇：根据统计显示，截止到2050年的26年当中，除夕是大年三十的一共有14次，是腊月二十九的有12次。虽然大年三十有时候会“消失”，但是不管是腊月二十九还是腊月三十，作为我们中国传统节日的除夕一直都在。
来源：央视新闻（总台央视记者 梁铮铮 高伟强 李墨白 河北台）链接：https://www.sohu.com/a/752573043 ... 4443464RftxBKf_1090编辑：程正元
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