2017年天文學熱點回眸

茍利軍 辛玲 孫媛媛

2000多年前，人類對于星空宇宙的探索只能憑借肉眼和想象，因此對宇宙的理解和發(fā)現(xiàn)在幾十年甚至上百年或許都不會有大的突破。然而在距今400多年前，意大利科學家伽利略將那個簡陋的望遠鏡指向天空，他從來沒有想到這個小小的舉動引發(fā)了對宇宙探索的深刻變革。從最初的2.5 cm口徑望遠鏡，到目前最大10 m口徑的光學望遠鏡，觀測波段從最初狹窄的可見光擴展到從射電、紅外、紫外到X射線和γ射線全部電磁波段，觀測手段從光子擴展到粒子，尤其新近探測到的引力波，打開了一個探索宇宙的新窗口。

天文學是一門觀測的學科，天文觀測設備的先進程度決定著天文學的水平程度。令人欣喜的是，中國在過去的十幾年中，望遠鏡硬件技術(shù)和空間技術(shù)逐步提高，建成了世界最大口徑的500 m射電望遠鏡，發(fā)射了中國第一顆X射線衛(wèi)星，也有了精度很高的暗物質(zhì)探測衛(wèi)星，這些不同類型的望遠鏡或探測器都在逐步彌補中國與世界天文發(fā)現(xiàn)和研究的差距。

在這些天文利器的幫助下，宇宙探索向著更深更大的方向發(fā)展，天文探索也是日新月異。本文遴選2017年天文學領域的5項熱點研究和4個大型天文設備進行盤點，并對未來前景進行展望。

1 研究進展

1.1 LIGO黑洞探測成常態(tài)并獲2017年諾貝爾物理學獎，開啟多信使天文學時代

2017年天文學的絕對熱點必然還是屬于引力波探測。引力波繼續(xù)延續(xù)著之前的探測神話，不僅發(fā)現(xiàn)了更多的黑洞天體，使得LIGO團隊的創(chuàng)始人毫無懸念地獲得了2017年諾貝爾物理學獎。與此同時，中子星合并引力波和電磁對應體的直接聯(lián)合探測，更是開啟了引力波多信使天文學，再次掀起了引力波研究的更大熱潮。

2016年2月，美國國家科學基金會宣布第1例引力波事件被LIGO在2015年9月直接探測，這次發(fā)現(xiàn)不僅確認了黑洞的存在，看到一個前所未見的宇宙，更重要的是打開了一扇新的觀測窗口。自從其宣布被直接探測到的那一刻起，引力波獲得諾貝爾獎的呼聲隨之響起。盡管最早的幾位創(chuàng)始人在2016年幾乎拿遍了所有的大獎，但遺憾的是，2016年的諾貝爾獎并沒有被授予引力波。2017年，LIGO聯(lián)合VIRGO有條不紊地公布了幾次探測到新的黑洞合并事件。隨著LIGO/VIRGO探測黑洞合并事件的常態(tài)化，LIGO的幾位創(chuàng)建者也獲得了2017年的諾貝爾物理學獎。

盡管引力波為探測宇宙打開了一個新的窗口，只有引力波探測器和目前成熟的電磁波望遠鏡結(jié)合在一起才能發(fā)揮更大效用。不過遺憾的是，因為雙黑洞合并不會產(chǎn)生電磁輻射，所以擁有著眾多強大探測能力的電磁波望遠鏡在此發(fā)現(xiàn)中發(fā)揮不了作用，因此天文學家更是期盼著探測到另外一種引力波源——雙中子星合并。此類事件不僅會有引力波產(chǎn)生，并且伴隨很強的電磁波產(chǎn)生。原本這一事件預計在2020年可以看到，然而就在VIRGO加入LIGO聯(lián)同觀測的2017年8月17日，這兩組望遠鏡就探測到了來自于這個系統(tǒng)的信號。此后的幾十天中，吸引了全球眾多的望遠鏡進行觀測。

2017年8月17日，分布在全球各地的天文學家獲得一個消息，LIGO和VIRGO探測器探測到了一個持續(xù)100 s左右的新引力波信號，其形式與2個中子星的并合相一致。GW170817引力波信號到達之后大約1.7 s，美國國家航空航天局（NASA）的費米衛(wèi)星搭載的伽瑪暴監(jiān)測器（GBM和歐洲INTEGRAL望遠鏡搭載的SPIACS探測器均探測到一個暗弱的短時標伽馬射線暴，并將其命名為GRB170817A）。因為時間和空間的一致性，被認為是跟引力波事件成協(xié)。在得知這一令人振奮的消息幾分鐘內(nèi)，世界各地的望遠鏡就開始了忙碌的觀測。智利的Swope望遠鏡是第一個在星系NGC4993（位于南半球的長蛇座）中報道觀測到明亮的光學源，被初定認為是其光學對應體，編號為AT2017gfo/SSS17a。其他幾個團隊在接下來的幾分鐘到幾小時內(nèi)獨立地探測到了這個源，從而加以確認。之后的幾周內(nèi)，天文學家在光譜不同波段上（X射線、光學和射電等）都投入了可能的觀測設備，對那一區(qū)域進行觀測。這些觀測對這一災變性事件提供了從并合前約100 s到并合后數(shù)周的全面描述。盡管此源發(fā)生在南天區(qū)，中國的HXMT“慧眼”衛(wèi)星和南極巡天望遠鏡AST3還是有幸參加了這次科學發(fā)現(xiàn)的盛事，其中AST3對其光學對應體進行了10多天的追蹤觀測，得到了重要的光學數(shù)據(jù)觀測。

引力波和電磁波的聯(lián)合觀測不僅促使100余篇文章發(fā)表（包括1篇由全球953家科研機構(gòu)的3674名研究人員聯(lián)合撰寫的發(fā)現(xiàn)性論文），也產(chǎn)生了許多重要的科學結(jié)果。這次觀測確認了短伽瑪暴的起源問題：產(chǎn)生于2個中子星并合，確認了理論預言的千新星，同時也幫助確認了雙中子星合并是重金屬來源的一個主要方式，還獨立測量了宇宙膨脹速度。因此引力波和電磁波聯(lián)合必將對于宇宙學研究產(chǎn)生深遠影響。400年前伽利略將望遠鏡指向天空，從而改變了人們認識宇宙的方式。而引力波結(jié)合目前成熟的電磁波探測方式，也必將開啟一個新的觀測時代。

1.2 發(fā)現(xiàn)7顆類地行星，3顆處于宜居區(qū)

2017年2月23日NASA公布了一項令人既吃驚又興奮的新發(fā)現(xiàn)：科學家通過斯皮策紅外太空望遠鏡，利用凌星法，在距離地球39光年的區(qū)域，首次在恒星TRAPPIST-1周圍發(fā)現(xiàn)7個地球大小的行星，更重要的是，其中3顆行星位于宜居帶內(nèi)。

如果能夠找到地外生命，這將是人類歷史上最為偉大的一項發(fā)現(xiàn)。自20世紀50年代的費米悖論開始，科學家就通過科學方式追尋著這個目標。隨著探測技術(shù)的進步，第1顆系外行星在20世紀90年代初被發(fā)現(xiàn)。而在過去的幾年中探測技術(shù)日臻成熟，在太空衛(wèi)星的幫助下，發(fā)現(xiàn)系外行星的數(shù)目激增，天文學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了3724顆系外行星（截至2017年12月24日）。作為尋找地外生命的第一步，首先是尋找可能支撐生命存在的行星，也就是宜居區(qū)內(nèi)的行星。截至目前，僅發(fā)現(xiàn)了10多顆宜居區(qū)內(nèi)的系外行星。而這10多顆中的有3顆是2017年在恒星TRAPPIST-1周圍發(fā)現(xiàn)的。

確認行星本身的存在和數(shù)量比較容易，而確定行星的構(gòu)成則相對比較困難，需要對行星的質(zhì)量和半徑進行測量后，才有可能做出估計。對于目前探測到的絕大多數(shù)系外行星而言，因為質(zhì)量和半徑不易測量，因此很難最終確定行星的構(gòu)成。

在此次新發(fā)現(xiàn)的七星系統(tǒng)中，7顆行星距離恒星TRAPPIST-1都非常近，行星運行的軌道平面又非常適于觀測，天文學家才有機會確定這些行星的性質(zhì)。這7顆行星與它們母星的距離如果以太陽系做類比的話，這7顆地球大小的行星都被壓縮在水星的軌道之內(nèi)。最近的一顆行星TRAPPIST-1b，差不多只有地球到太陽距離的1/100，水星到太陽距離的1/30；最遠的行星TRAPPIST-1h，也只有水星到太陽距離的1/6。正是因為距離甚近，7顆行星的公轉(zhuǎn)周期很短——最短的1.5 d，最長的也只有20 d。天文學家在利用美國斯皮策紅外望遠鏡對這一系統(tǒng)進行了持續(xù)20 d的觀測后，就很好地了解了所有這些行星的基本性質(zhì)。當然，因為老七最遠，觀測時長和它的轉(zhuǎn)動周期差不多，因此天文學家在這20 d里對它的了解是最少的。

無論如何，這一發(fā)現(xiàn)刷新了太陽系外圍繞一顆恒星運行的宜居行星數(shù)量。在此前發(fā)現(xiàn)的10多個宜居類地系統(tǒng)中，每個系統(tǒng)中都只有1顆宜居行星。而這一次，在一個系統(tǒng)中找到3顆宜居行星，是前所未有的。這是目前宜居行星最多的系統(tǒng)，即使在太陽系，包括可能的火星，也只有2個宜居行星。麻省理工學院教授Sarah Seager說，“從無到有（指此次在一個恒星周圍存在多個類地系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)）通常困難重重，但從1到更多會相對更容易。”此次多個類地行星系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)，或許會為地外生命的探尋開辟一個新的方向，讓我們期待來年更多的發(fā)現(xiàn)。

1.3 找到首顆奇特超新星，最近至少爆發(fā)5次

超新星是恒星死亡時所產(chǎn)生的劇烈爆發(fā)，在宇宙中極為普遍。目前探測到的所有超新星都是只有一次爆發(fā)，然而在2017年11月《Nature》發(fā)表的一篇文章，觀測到了一個非常奇特的超新星，這顆超新星至少爆發(fā)了多達5次，這是前所未有的。

這顆超新星最早由美國的iPTF團隊所發(fā)現(xiàn)，根據(jù)發(fā)現(xiàn)時間被命名為iPTF14hls。然而這個超新星被探測到之時，已經(jīng)處于亮度下降的階段，所以當時并沒有引起該團隊的重視，也沒有公開數(shù)據(jù)。之后這個超新星也分別被其他2個不同的團隊在巡天項目中獨立發(fā)現(xiàn)，其中一個是清華大學教授王曉鋒的超新星巡天團隊，他們利用中國科學院國家天文臺興隆觀測站80 cm的TNT望遠鏡在2014年11月14日發(fā)現(xiàn)了此超新星。然而在探測到之后不久，他們注意到此超新星亮度開始上升，這是前所未有的。

2015年1月，王曉峰團隊進一步利用中國科學院國家天文臺興隆觀測站的2.16 m光學望遠鏡對此超新星進行了一系列光譜觀測，得到了此超新星最早的幾條光譜，并且發(fā)表在《國際天文學通報》雜志上。此超新星的光譜表現(xiàn)出很強的P Cygni線，這是一個由運動氣體的吸收和發(fā)射共同導致的譜線。根據(jù)此特征，這個超新星被分類為IIP型，也就是富氫的大質(zhì)量恒星核塌縮超新星。IIP型的超新星很普遍，并不是特別有趣。對于這個超新星最為異常的是，通常的超新星只爆發(fā)一次，在光變曲線上只有一個峰值，而對于這顆超新星結(jié)果發(fā)現(xiàn)了多個峰值，達5個，這是目前發(fā)現(xiàn)的唯一一例。

通過對此超新星拋射物質(zhì)速度的監(jiān)測，從而推斷出拋射物質(zhì)的質(zhì)量至少是大于45個太陽質(zhì)量。對于此超新星的多次爆發(fā)并沒有一個很好的解釋，目前有科學家傾向于pusational pair-instability supernova，但是并沒有定論，對于它的理解肯定會改變我們對于超新星的認識。

更有意思的是，天文學家在之前的Palomar的巡天數(shù)據(jù)中看到，這顆超新星早在1953年時就有過一次爆發(fā)，在1993年的另外一次巡天項目中就消失了，因此這顆超新星很早之前就有過類似的爆發(fā)。目前不知此超新星之后還會不會爆發(fā)，或許還有更大型的爆發(fā)在等著我們。

1.4 “悟空”獲得精度最高的電子宇宙射線能譜

暗物質(zhì)是21世紀科學研究的重要疑難問題之一。2015年底發(fā)射升空的暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”（DAMPE），在正常運行近2年后，于2017年12月公布首個物理結(jié)果，宣布其觀測到高能能譜。比較有趣的是，“悟空”衛(wèi)星首次直接測量到了電子宇宙射線能譜在～1 TeV處的拐折，該拐折反映了宇宙中高能電子輻射源的典型加速能力，其精確的下降行為對于判定部分（能量低于1 TeV）電子宇宙射線是否來自于暗物質(zhì)起著關(guān)鍵性作用）。

暗物質(zhì)的概念起源于20世紀30年代。加州理工學院教授弗里茨·茲威基（Fritz Zwicky）發(fā)現(xiàn)附近后發(fā)星系團中的星系運行速度很快，如果沒有額外的物質(zhì)提供引力，那么整個星系團早就應該分崩離析了。因此茲威基提出星系團中存在著一種額外的物質(zhì)，并將之命名為暗物質(zhì)，但茲威基的這個想法當時并沒有得到大家的重視。直到20世紀70年代，暗物質(zhì)的概念才再次流行起來。這要歸功于當時剛博士畢業(yè)的維拉·魯賓（Vera Rubin）的工作。她發(fā)現(xiàn)仙女座星云中恒星的旋轉(zhuǎn)速度在距離星系中心的任何距離上基本上都是一樣的。此后，越來越多的其他天文證據(jù)（引力透鏡、子彈星系團等）表明暗物質(zhì)是存在的，目前天文學家傾向于相信暗物質(zhì)在宇宙中存在。盡管如此，并且推算出暗物質(zhì)的宇宙質(zhì)量比例是正常物質(zhì)的5倍之多，然而暗物質(zhì)的組成問題卻一直困擾著科學家。粒子物理學家提出多種暗物質(zhì)粒子的候選體，例如WIMP、AXION等。而在這些候選粒子中，最簡單的是WIMP粒子，這也是目前實驗集中探索的目標。

暗物質(zhì)探測的主要方式有上天、入地和對撞機。就上天探測而言，WIMP的反粒子就是其本身，當它和其他WIMP發(fā)生碰撞時，會湮滅產(chǎn)生特定能量的高能光子或者電子正負對。這就是上天探測的原理。中國發(fā)射的“悟空”衛(wèi)星就是用于探測高能光子和電子的能譜，從而希望發(fā)現(xiàn)可能的暗物質(zhì)信號。

“悟空”衛(wèi)星采用了中國科學院紫金山天文臺自主提出的分辨粒子種類的新探測技術(shù)方法，實現(xiàn)了對高能（5 GeV～10 TeV）電子、伽馬射線的“經(jīng)濟適用型”觀測?！拔蚩铡毙l(wèi)星的電子宇宙射線的能量測量范圍比國外的空間探測設備（AMS-02，F(xiàn)ermi-LAT）有顯著提高，拓展了觀察宇宙的窗口；“悟空”衛(wèi)星測量到的TeV電子的“純凈”程度最高（也就是其中混入的質(zhì)子數(shù)量最少），能譜的準確性高。

“悟空”衛(wèi)星的數(shù)據(jù)初步顯示在～1.4 TeV處存在能譜精細結(jié)構(gòu)。不過對于這個能譜精細結(jié)構(gòu)，因為目前的置信度較低（低于3sigma），所以還有待以后的觀測數(shù)據(jù)進一步確認?！拔蚩铡毙l(wèi)星目前運行狀態(tài)良好，正持續(xù)收集數(shù)據(jù)，一旦該精細結(jié)構(gòu)得以確證，將是粒子物理或天體物理領域的開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)，或許到時真的有機會揭開暗物質(zhì)的神秘面紗。

1.5 奧陌陌：首個星際訪客

2017年10月19日，進行常規(guī)近地天體監(jiān)測的泛星計劃（Pan-STARRS）偶然發(fā)現(xiàn)了第一顆系外天體，極高的偏心率預示著其獨特的來源。

泛星計劃是一臺位于夏威夷毛伊島哈雷阿卡拉天文臺1.8 m口徑的望遠鏡，希望通過全天的快速掃描，比較同一天區(qū)的不同時間圖像，從而發(fā)現(xiàn)潛在的、新的近地天體。在發(fā)現(xiàn)可能的近地天體后，進一步計算運行軌道，并對可能對地球造成危害的天體提前做出反應預警。

根據(jù)現(xiàn)有的行星形成理論，恒星-行星系統(tǒng)在形成之初，會殘留有大量的小行星，這些小行星在巨行星向內(nèi)移動的過程中會與之相互作用，很大一部分會被散射出恒星—行星系統(tǒng)，在經(jīng)歷漫長的飛行后進入其他恒星—行星系統(tǒng)。理論學家已經(jīng)預測太陽系中存在著很多來自于其他系統(tǒng)的小天體，尤其是彗星，并為之尋找了幾十年。但是因為絕大多數(shù)很小，或者距離地球比較遠，很難被發(fā)現(xiàn)。

此系外天體是由夏威夷大學天文系博士后Rob Weryk所發(fā)現(xiàn)，之后利用更大口徑的望遠鏡追蹤觀測表明，此天體的軌道非常極端：雙曲線軌道偏心率達到了1.19，這是目前已知最高的。如此高的偏心率表明這是一個來自于太陽系之外的天體，是目前為止發(fā)現(xiàn)的第一個。

首次發(fā)現(xiàn)源自太陽系外的天體，不管是科學家還是大眾，都非常興奮。根據(jù)發(fā)現(xiàn)時間和類別，被國際天文學聯(lián)合會（Internatioanl Astronomical Union）給予了一個永久的科學名字1I/2017 U1，“1I”中的字母“I”表示星際天體，“1”是此類天體中的第一個。除科學名稱外，還有一個昵稱，作為此天體的發(fā)現(xiàn)者，泛星計劃望遠鏡的科學家用夏威夷當?shù)氐耐琳Z為它命名“Oumua?mua”，意思是“第一位來自遠方的使者”，它的中文名也被全國科學技術(shù)名詞審定委員會天文學名詞審定委員會確定為“奧陌陌”。

利用大型望遠鏡觀測表明，此天體并沒有暈，所以排除了是彗星的可能性。其他的更多觀測對此天體的形狀也做出了限制，發(fā)現(xiàn)它呈現(xiàn)一個雪茄狀，大約長400 m，寬40 m，顏色偏紅，具有固態(tài)表面，不能確定是巖石還是金屬構(gòu)成。對于它的形狀也是讓人非常困惑，因為到目前為止，沒有在太陽系內(nèi)發(fā)現(xiàn)過此類形狀的小行星。按照現(xiàn)有的觀測和計算結(jié)果，此天體在2017年9月9日達到了近日點，以約40 km/s的速度離開太陽系，并于11月1日經(jīng)過了火星軌道上空。因為此天體很小很暗，對它的觀測將持續(xù)到2017年12月中旬，在此之后，由于太暗的緣故，即使使用地球上最大口徑的望遠鏡，也很難再觀測到了。

2 天文儀器

2.1 視界面望遠鏡首次進行黑洞成像觀測

對于黑洞的形象，即使對于做了幾十年黑洞研究的科學家，也不是很確定。不過在2017年上半年，科學家終于為黑洞拍下了第一張真正的照片。在2017年4月5—14日，由麻省理工學院科學家聯(lián)合全球30多個研究所的科學家開展了一項雄心勃勃的龐大觀測計劃，利用分布于全球不同地區(qū)的8個射電望遠鏡陣列組成一個虛擬望遠鏡網(wǎng)絡，人類或?qū)⒌谝淮慰吹胶诙吹囊暯缑?。這個虛擬的望遠鏡網(wǎng)絡被稱為“視界面望遠鏡”（event horizon telescope，EHT），其有效口徑尺寸將達到地球直徑大小，它由兩個相距最遠的望遠鏡距離決定。

黑洞，一個連光都難以逃脫的天體，自從被廣義相對論在1916年理論預言，人們就一直對它充滿了好奇。20世紀60年代天鵝座黑洞X-1的偶然發(fā)現(xiàn)，成為黑洞的第一個候選體。到目前為止，天鵝座X-1黑洞已經(jīng)被確認，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多其他的黑洞。根據(jù)黑洞質(zhì)量的大小，天文學家將之劃分為恒星量級的黑洞和超大質(zhì)量的黑洞。天鵝座X-1黑洞就是恒星量級黑洞的經(jīng)典代表，而銀河系中心的黑洞Sgr A*是超大質(zhì)量黑洞的代表。

黑洞自身不發(fā)光，難以直接探測，科學家通常采用“曲線救國”方式，即利用觀察周圍恒星的運動來測量質(zhì)量，如果超過一定質(zhì)量或者在狹小的空間之內(nèi)質(zhì)量過大，就可以判斷其為黑洞，然而最為確定的方式是直接觀測到黑洞。

視界面望遠鏡此次觀測目標主要有兩個，一是銀河系中心黑洞Sgr A*，二是位于星系M87中的黑洞。之所以選定這兩個黑洞作為觀測目標，是因為它們的視界面在地球上看起來是最大的。其他黑洞因為距離地球更遠或質(zhì)量大小有限，觀測的難度更大。

要想看清楚兩個黑洞視界面的細節(jié)，視界面望遠鏡的空間分辨率要達到足夠高，需比哈勃望遠鏡的分辨率高出1000倍以上?？茖W家之前可以利用單個望遠鏡實現(xiàn)黑洞周圍恒星位置的測量，但是相較于恒星與黑洞之間的距離尺度（約在光年尺度以上，1光年＝9.5×1012km），視界面的尺度太過微?。ㄖ辽傩?05倍），因此利用單個鏡面很難完成。為增強空間分辨率，需采用“干涉”技術(shù)，即利用多個位于不同地方的望遠鏡在同一時間進行聯(lián)合觀測，最后將數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析后合并，這一技術(shù)在射電波段已相當成熟。在這種情況下，望遠鏡的分辨率取決于望遠鏡之間的距離，而非單個望遠鏡口徑的大小，因此視界面望遠鏡的分辨率相當于一部口徑為地球直徑大小的射電望遠鏡的分辨率。

根據(jù)視界面望遠鏡項目組成員、馬普射電天文研究所所長Michael Kramer所言，“所有觀測結(jié)果都很好，而且南極觀測數(shù)據(jù)也已經(jīng)拿到”。因為視界面望遠鏡要處理的數(shù)據(jù)量巨大，為黑洞“洗照片”的耗時恐怕有些漫長，黑洞的面貌究竟是否真如作家、藝術(shù)家或電影導演所呈現(xiàn)的那般，讓我們期待2018年。

2.2 “慧眼”衛(wèi)星發(fā)射成功，開啟中國X射線天文學時代

2017年6月15日上午11時，中國第一顆X射線天文衛(wèi)星“慧眼”（HXMT）從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心順利升空。

由于地球大氣的吸收，對天體X射線的觀測只能在大氣層之上進行。自1970年世界首顆天文X射線衛(wèi)星Uhuru發(fā)射以來，人類至今共發(fā)射了50多臺X射線天文望遠鏡，如NASA的Chandra和歐洲航天局的XMMNewton。中國由于技術(shù)和經(jīng)費原因，HXMT的研制過程異常艱辛。如今在科學家20多年的不懈努力之下，“慧眼”上天，中國X射線天文學時代終于到來。

“慧眼”又名硬X射線調(diào)制望遠鏡（hard X-ray modulation telescope，HXMT），主要載荷包括高能X射線望遠鏡（能區(qū)20～250 keV，面積5000 cm2）、中能X射線望遠鏡（5～30 keV，952 cm2）、低能X射線望遠鏡（1～15 keV，384 cm2）和空間環(huán)境監(jiān)測器，利用簡單成熟的準直型望遠鏡實現(xiàn)高靈敏度快速成像。科學目標是進行X射線銀盤巡天，對可能的黑洞、中子星等X射線源進行定點研究，同時對遙遠的宇宙學距離上的伽馬射線暴進行監(jiān)測。

“慧眼”發(fā)射后，科學家對它進行了詳細全面的在軌測試工作。經(jīng)過5個月的測試，HXMT衛(wèi)星和有效載荷的各項功能、性能均符合研制總要求，有效載荷工作原理和科學應用系統(tǒng)得到驗證，取得了初步科學成果。尤其是參與了轟動全球的雙中子星并合產(chǎn)生引力波及電磁對應體事件的探測，對其伽馬射線電磁對應體在百萬電子伏特能區(qū)的輻射性質(zhì)給出了嚴格的限制，為理解該引力波事件做出了積極貢獻。

意大利費拉拉大學教授Filippo Frontera認為，“HXMT衛(wèi)星不僅能夠探測很寬的能量區(qū)間，而且具有較高的靈敏度。它還可以探測伽馬射線暴等神秘的天體現(xiàn)象。它的直接解調(diào)技術(shù)此前從未在天體物理實驗中使用過。HXMT必將在中國高能天體物理學的發(fā)展中起到及其重要的推動作用?！?/p>

作為“慧眼”主要研發(fā)單位的中國科學院高能物理研究所稱，2017年11月底，該衛(wèi)星在軌測試工作已按計劃圓滿完成，將在年內(nèi)完成交付。接下來將轉(zhuǎn)入科學研究工作，并建立國際科學委員會，加強國際合作。

繼“慧眼”之后，中國科學家已經(jīng)開始著手研制其他項目的X射線衛(wèi)星，包括在軟X射線波段巡天的愛因斯坦探針衛(wèi)星（Einstein Probe）和專門用來進行伽馬射線暴監(jiān)測的SVOM衛(wèi)星。此外，下一代旗艦型望遠鏡——增強型X射線時變與偏振探測衛(wèi)星（enhanced Xray timing and polarimetry，eXTP）也在積極準備申請中，其巨大的探測面積和高精度的時間分辨率將幫助科學家看到更精細的天體結(jié)構(gòu)和發(fā)現(xiàn)更多的天文現(xiàn)象。

2.3 別了，卡西尼！

美國東部時間9月15日7∶45，“卡西尼號”（Cassini）探測器最終墜落在土星的大氣層中，自此結(jié)束了它20年的太空征程和13年的土星探索時期。因為距離遙遠，當NASA接收到最后信號時，“卡西尼號”實際已經(jīng)消失83 min。

該探測器20年間22次穿越土星與土星環(huán)之間，收集重要數(shù)據(jù)并拍下珍貴照片，總共向地球傳回635 GB科學數(shù)據(jù)、執(zhí)行了250萬條指令，圍繞土星軌道近300次，發(fā)現(xiàn)了6個衛(wèi)星，并為泰坦（土衛(wèi)六）海底可能存在海洋提供了證據(jù)。

“卡西尼號”是“卡西尼-惠更斯號”探測器的一個組成部分?！翱ㄎ髂?惠更斯號”是美國國家航空航天局、歐洲航天局和意大利航天局的一個合作項目，攜帶了27種最先進的科學儀器設備，主要任務是對土星系進行空間探測?！翱ㄎ髂崽枴碧綔y器以意大利出生的法國天文學家卡西尼的名字命名，其任務是環(huán)繞土星飛行，對土星及其大氣、光環(huán)、衛(wèi)星和磁場進行深入考察。而搭載的“惠更斯號”是用來探測土星最大衛(wèi)星土衛(wèi)六的探測器。

1997年10月15日，“卡西尼-惠更斯號”從美國的卡納維拉角發(fā)射升空。從地球到土星，“卡西尼號”飛了7年。借助引力彈弓效應，先后2次掠經(jīng)金星（1998年4月和1999年6月）、1次掠經(jīng)地球（1999年8月）、1次掠經(jīng)木星（2000年12月），最終抵達土星。不過，這樣借力飛行，提高了探測器的飛行速度，所以最終并未更加耗時，且大大節(jié)省了燃料。

“卡西尼號”從2004年進入土星軌道以來，已經(jīng)運行了13年，飛掠泰坦多達127次。而隨“卡西尼號”一起的“惠更斯號”在2005年登陸泰坦，收集到了這顆土星衛(wèi)星的第一手數(shù)據(jù)，土衛(wèi)六是太陽系中的第二大衛(wèi)星，因為其表面分布著大量液態(tài)烷烴，被懷疑可能存在生命。美國國家航空航天局猜測液態(tài)烷烴的海洋能夠支持生命，因為在地球早期也有類似的大氣成分，嗜好烷烴的生命有可能在那兒生存。

“卡西尼號”原計劃在2008年就達到了它的設計壽命，2017年“卡西尼號”攜帶的燃料所剩無幾，已經(jīng)沒有能力來改變它的飛行軌道。為了避免失去動力的飛船撞向土星的衛(wèi)星，破壞后續(xù)的探測任務，因此NASA選擇讓它墜入土星大氣層自毀?！翱ㄎ髂崽枴币詷O超音速進入土星大氣層，短短幾分鐘內(nèi)便會熔化，化為灰燼。因為探測器不會有任何大的有機分子幸存，而且土星并不是一顆適居性星球，這也是NASA決定讓“卡西尼號”墜毀土星的原因。

盡管“卡西尼號”已墜毀，它的2個繼任者已經(jīng)在籌備當中，即將探索稍微靠近的木星系統(tǒng)。歐洲航天局的“果汁”（JUICE）任務將于2022年發(fā)射，探索木星和木衛(wèi)三系統(tǒng)。同年，美國國家航空航天局將利用新型超級運載火箭SLS發(fā)射“歐羅巴快帆號”。這項任務投資20多億美元，將45次近距離飛躍木衛(wèi)二歐羅巴，研究這顆衛(wèi)星的宜居性。

2.4 FAST首次探測到脈沖星

2017年10月10日，中國科學院國家天文臺公布了500 m口徑球面射電望遠鏡（five-hundred-meter aperture spherical radio telescope，F(xiàn)AST）在竣工后1年取得的首批成果，包括探測到數(shù)顆優(yōu)質(zhì)脈沖星候選體，其中2顆已通過國際認證。這不僅是中國歷史上首次利用自行研制的天文學設備探測到脈沖星，也表明望遠鏡調(diào)試進展超過預期，在1年內(nèi)實現(xiàn)了基本觀測功能。

位于中國貴州省平塘縣克度鎮(zhèn)大窩凼喀斯特洼坑的FAST又稱“中國天眼”，是目前世界最大、靈敏度最高的單口徑射電望遠鏡。由4450塊反射面板單元、6670根主索、2225根下拉索和2225個促動器組成的主動反射面系統(tǒng)，接收面積相當于30個足球場大小，比此前最大、被譽為人類20世紀十大工程之首的美國Arecibo望遠鏡（300 m口徑）的靈敏度還要高2倍多。基于3項全部中國知識產(chǎn)權(quán)的自主創(chuàng)新——選址方法、索網(wǎng)主動反射面、柔性索結(jié)合并聯(lián)機器人的饋源支撐，突破了射電望遠鏡工程極限。

如此龐大復雜的FAST，其建設和調(diào)試難度可想而知。FAST于2016年9月26日竣工，隨后進行了調(diào)試、標定望遠鏡性能及試觀測等工作，2017年8月27日，F(xiàn)AST首次實現(xiàn)跟蹤觀測，并穩(wěn)定地獲取目標源的信號。隨后，又成功地實現(xiàn)了換源、編織掃描、跟蹤等多種觀測模式。至此，F(xiàn)AST完成了望遠鏡的功能性調(diào)試。

FAST團隊正在通過國際合作，進一步利用后續(xù)觀測系統(tǒng)認證FAST的發(fā)現(xiàn)。如FAST 發(fā)現(xiàn)的脈沖星J1859-0131（又名FP1-FAST pulsar #1），其自轉(zhuǎn)周期為1.83 s，根據(jù)色散估算距離地球1.6萬光年。它由FAST于2017年8月22日在南天銀道面通過漂移掃描發(fā)現(xiàn)，并于9月10日由澳大利亞64 m Parkes望遠鏡認證。截至2017年12月中旬，F(xiàn)AST發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)脈沖星候選體的總數(shù)已達37顆，其中通過國際認證的9顆（在發(fā)布會之后的2個月內(nèi)，有額外7顆得到認證）。

中國科學院國家天文臺將在未來2年繼續(xù)對FAST進行調(diào)試，以期達到設計指標，通過國家驗收，實現(xiàn)面向全國學者的開放。同時進一步驗證、優(yōu)化科學觀測模式，繼續(xù)催生天文發(fā)現(xiàn)，力爭早日將FAST打造成為世界一流水平望遠鏡設備。

3 結(jié)論與展望

2017年，天文事件精彩紛呈，不過最為突出的依舊是引力波探測，有設備才能有大發(fā)現(xiàn)，這也體現(xiàn)了天文學是發(fā)現(xiàn)型學科的本質(zhì)。視界面望遠鏡觀測成功，數(shù)據(jù)處理正在進行中，期望2018年得到人類歷史上第一幅黑洞圖像，能看到它的真實面目，著實令人興奮。中國的HXMT“慧眼”衛(wèi)星運行超乎想象的好，正式觀測開始在即，也必將做出很多意想不到的發(fā)現(xiàn)。FAST在2018年3月即將對收集信號的饋源做出升級，從現(xiàn)有的一個像素更新到19個饋源，這樣會使觀測效率大為提高，因此可以預計無論是從發(fā)現(xiàn)脈沖星或者做出其他發(fā)現(xiàn)的速度將會得到大大加快。另外暗物質(zhì)探測衛(wèi)星“悟空”運行狀態(tài)也很好。可以看到中國的觀測設備在迎頭趕上，并且有超越之勢。期待中國的天文設備能夠順利運行，發(fā)現(xiàn)更多的宇宙神秘現(xiàn)象?！?/p>