【天文宇宙】太阳风如何影响太阳系的行星或其他天体；天文学家发现尘埃丝被超大质量黑洞吞噬的过程

原创 Science科学 Science科学

▼

太阳风如何影响太阳系的行星或其他天体
黑洞的 “影响范围 ”内发生了什么？天文学家作出解释
天文学家发现尘埃丝被超大质量黑洞吞噬的过程
Eutelsat Quantum: 欧洲革命性的可重复编程量子卫星发射升空
俄罗斯将“科学号”实验舱推进器失控事件归咎于软件故障
欧空局首次发射一颗带有该机构标准化“大脑”的立方体卫星
NASA邀请公众以虚拟方式观看Starliner发射
活跃星系核：天文学家发现一个外观不断变化的耀变体
欧空局对欧洲地面系统共同核心软件进行首次测试

关注视频号，发现更多精彩

太阳风如何影响太阳系的行星或其他天体

太阳风是指从太阳上层大气射出的源源不断的超声速等离子体带电粒子流。这种太阳风用粒子和辐射冲击整个太阳系的世界--它们可以一直流向行星表面，除非受到大气层、磁场或两者的阻挡。下面是这些太阳粒子与一些选定的行星和其他天体的互动情况。

地球

太阳风大多被我们的磁场所阻挡，但有时，当强度大时，一些太阳风会漏过。一旦进入近地空间，这些粒子可以在两极附近形成极光。

月球

由于月球的大气层非常稀薄，太阳风直接击中月球的表面，只是被散布在表面的磁场的“小气泡”稍微偏转一下。这种轰击沉积了可以制造水的成分。

小行星

小行星周围没有固有的保护，所以太阳风可以轻易地轰击它的表面。传入的粒子有时会将物质踢向太空，改变留在地面上的基本化学成分。

彗星

彗星有一种所谓的“大气层”，叫做彗发（Coma）。它是彗核的蒸发物，在彗星的冷冻冰块被太阳的热量转化为气体时产生的。其中一些气体粒子在强烈的阳光下变得带电。一旦发生这种情况，它们就会与被磁化的太阳风一起移动，形成我们看到的彗星的尾部离子。

火星

当太阳风撞上火星的大气层时，所有的能量都会形成一层被称为离子层的电气化粒子，反过来，这也有助于保护火星表面免受太阳风的影响。

木星

木星的磁场与地球的相似，但要大得多。这个磁场创造了一个“气泡”，引导太阳风流向行星周围。

黑洞的 “影响范围 ”内发生了什么？天文学家作出解释

在黑洞内部发生的事情会一直留在黑洞内，但是在黑洞的“影响范围”（即黑洞引力占主导地位的星系最内部区域）内部发生的事情引起了天文学家的强烈兴趣，并且可以帮助确定黑洞的质量以及它对星系附近的影响。

天文学家用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）进行的新观测提供了一个前所未有的特写视角，即围绕超大质量黑洞旋转的冷星际气体漩涡盘。这个圆盘位于NGC 3258的中心，这是一个距离地球约1亿光年的巨大椭圆星系。基于这些观测，由来自德克萨斯A&M大学和加州大学尔湾分校的天文学家领导的团队已经确定，这个黑洞的重量达到了惊人的22.5亿个太阳质量，是迄今为止用ALMA测量到的最大规模的黑洞。

尽管超大质量黑洞的质量可能是太阳的几百万到几十亿倍，但它们只占整个星系质量的一小部分。将黑洞的引力与星系中心的恒星、星际气体和暗物质的影响隔离开来是一项挑战，需要在非常小的尺度上进行高度敏感的观测。

德克萨斯A&M大学的博士后研究员、发表在《天体物理学杂志》上的这项研究的主要作者Benjamin Boizelle说：“在准确确定黑洞的质量时，观察尽可能靠近黑洞的物质的轨道运动是至关重要的。对NGC 3258的这些新观测表明，ALMA具有惊人的力量，能够以惊人的细节绘制超大质量黑洞周围气态盘的旋转图。”

天文学家使用各种方法来测量黑洞的质量。在巨大的椭圆星系中，大多数测量结果来自于对黑洞周围恒星的轨道运动的观测，这些观测是以可见光或红外光进行的。另一种技术，即利用围绕黑洞运行的气体云中自然产生的水蒸气（无线电波长激光），可以提供更高的精度，但这些水蒸气非常罕见，几乎只与具有较小黑洞的螺旋星系有关。

在过去的几年里，ALMA开创了一种新方法来研究巨型椭圆星系中的黑洞。大约10%的椭圆星系在其中心包含有规律旋转的冷而密集的气体盘。这些盘含有一氧化碳（CO）气体，可以用毫米波长的射电望远镜来观察。通过利用CO分子发射的多普勒位移，天文学家可以测量云层的速度，而ALMA使得解决星系中心的轨道速度最高的问题成为可能。

该研究的共同作者、加州大学欧文分校的Aaron Barth说：“我们的团队几年来一直在用ALMA测量附近的椭圆星系，以寻找和研究围绕巨型黑洞旋转的分子气体盘。NGC 3258是我们发现的最好的目标，因为我们能够追踪到比其他星系更接近黑洞的圆盘旋转。”

正如地球围绕太阳运行的速度比冥王星快，因为它经历了更强的引力，由于黑洞的引力，NGC 3258圆盘的内部区域比外部区域的运行速度快。ALMA的数据显示，圆盘的旋转速度从距离黑洞约500光年的外缘的每小时100万公里上升到距离黑洞仅65光年的圆盘中心附近的每小时超300万公里。

研究人员通过模拟圆盘的旋转来确定黑洞的质量，同时考虑到星系中心区域恒星的额外质量和其他细节，如气态圆盘的轻微扭曲形状。对快速旋转的清晰检测使研究人员能够以优于1%的精度确定黑洞的质量，尽管他们估计在测量中还有12%的系统不确定性，因为与NGC 3258的距离并不十分精确。即使考虑到不确定的距离，这也是对银河系以外的任何黑洞最高度精确的质量测量之一。

Boizelle总结说：“下一个挑战是找到更多像这样的接近完美的旋转盘的例子，这样我们就可以应用这种方法来测量更大的星系样本中的黑洞质量。达到这种精度水平的其他ALMA观测将帮助我们更好地了解星系和黑洞在整个宇宙时代的增长情况。”

天文学家发现尘埃丝被超大质量黑洞吞噬的过程

位于星系中心的黑洞是宇宙中最神秘的天体之一，这不仅是因为它们内部的物质数量巨大，是太阳质量的数百万倍，而且还因为物质难以置信地密集在一个不比太阳系大的体积内。当它们从周围环境中捕获物质时，它们会变得活跃，并能从捕获过程中发出巨大的能量，尽管在这些捕获事件中不容易探测到黑洞，而这些事件并不频繁。

然而，由加那利群岛天体物理研究所（IAC）的研究人员Almudena Prieto领导的一项研究发现了狭长的尘埃丝，它们围绕着这些星系中心的黑洞并为其提供能量，这可能是许多星系的核黑洞活跃时中心变暗的自然原因。这项研究的结果最近发表在《皇家天文学会月报》（MNRAS）杂志上。

通过利用来自哈勃太空望远镜、欧洲南方天文台（ESO）的甚大望远镜（VLT）和智利的阿塔卡玛大型毫米波阵列（ALMA）的图像，科学家们已经能够直接获得这些尘埃丝对星系NGC 1566中的一个黑洞进行“核哺育”的过程。根据这张合并的图像，人们可以看到尘埃丝如何分离，然后直接向星系的中心移动，在那里它们围绕着黑洞进行循环和旋转，然后被黑洞吞噬。

论文第一作者Almudena Prieto解释说：“这组望远镜图像给了我们一个全新的视角来观察超大质量黑洞，这要归功于高角度分辨率的成像和其周围环境的全景可视化，因为它让我们跟踪尘埃细丝落入黑洞时的消失情况。”

这项研究是IAC长期PARSEC项目的结果，该项目旨在了解超大质量黑洞如何从其漫长的“冬眠生活中苏醒过来”，并在经过从其周围环境中吸收物质的过程后，成为宇宙中最强大的天体。

Eutelsat Quantum: 欧洲革命性的可重复编程量子卫星发射升空

Eutelsat Quantum量子卫星是在欧空局与卫星运营商Eutelsat和主要制造商空中客车公司的合作项目下开发的，它与欧洲航天业一起开创了新一代卫星的时代。这颗灵活的软件定义卫星--将被政府以及移动和数据市场所使用--于2021年7月30日从法属圭亚那的欧洲太空港搭载阿丽亚娜5型火箭发射升空。

此后，它到达地球上空约36000公里的地球静止轨道，在那里成功完成了航天器系统的检查。由于该卫星可以在轨道上重新编程，它可以在其生命周期内应对不断变化的需求。

它的光束可以被重新定向，几乎实时地移动，为移动中的船舶、飞机、卡车、货车和其他陆上交通工具上的乘客提供信息。当需求激增时，光束也可以轻松调整以提供更多数据。卫星可以检测和描述任何恶意发射，使其能够动态地应对意外的干扰或故意的干扰。

这颗卫星将在其15年的寿命内保持在地球静止轨道上，之后它将被安全地放置在远离地球的“墓地”轨道上，以避免成为其他卫星的风险。

Eutelsat Quantum是英国的一个旗舰项目，大部分卫星由英国工业界开发和制造。空中客车公司是主承包商，负责建造该卫星的创新有效载荷，而Surrey卫星技术有限公司则制造了新的平台。创新的相位阵列天线是由空中客车公司在西班牙开发的。欧空局伙伴关系项目开发可持续的端到端系统，直至在轨验证。

英国科学部长Amanda Solloway说：“通过投资像这样的突破性国际项目，我们正在帮助英国企业将科幻小说转化为商业优势，从而带来就业、增长和创新。这项改变游戏规则的技术将确保英国在电信卫星方面继续引领世界，并进一步支持我们不断增长的空间部门。”

欧空局的电信和综合应用主任Elodie Viau说：“我很自豪地见证了Eutelsat Quantum的成功发射，它是欧空局合作项目的成果。欧空局促进了英国以及整个欧洲和加拿大的航天工业的创新，使其能够在竞争激烈的全球电信市场上取得成功。对太空的投资在地球上创造了就业机会和繁荣。”

Surrey卫星技术有限公司（SSTL）项目总监Ben Stocker说：“EutelSat Quantum项目在卫星系统设计、机械设计、推进系统和卫星平台内的关键子系统的开发过程中为SSTL带来了许多挑战，需要克服。”

“通过成功克服这些挑战所获得的技能和知识，使我们能够完善我们的工程方法，特别是针对系统可靠性和可用性是关键要求的市场和应用，并且在英国航天局和欧空局的持续支持下，使我们处于非常强大的地位，以交付我们令人兴奋的即将到来的探路者任务。”

俄罗斯将“科学号”实验舱推进器失控事件归咎于软件故障

在其7月21日从拜科努尔航天发射场坎坷发射的一周多后，俄罗斯“科学号”（Nauka）实验舱于美国东部时间上周四上午9点29分与国际空间站（ISS）对接。在中午12点34分左右，“科学号”在意外开始启动其推进器，引发了一系列令人恐惧的事件。国际空间站因此失去了“姿态控制”，因为“科学号”使整个空间站以每秒约半度的速度漂移。突如其来的推进力使空间站在俯仰上移动了约45度。

国际空间站在下午1点29分，即事件发生后近一个小时，重新获得控制。俄罗斯已经公开解释了出错的原因。一个软件故障导致了意外启动，官方正在进一步调查此事。

“这是国际空间站24年历史上比较严重的事件之一，”哈佛 - 史密森天体物理学中心的乔纳森-麦克道尔告诉Gizmodo。“原则上，失去姿态控制有可能导致综合体解体。”

这位物理学家解释说，类似的事件发生在2016年。日本的Hitomi卫星迫使它进入无法控制的旋转状态，导致它解体。他说，国际空间站的事件不具有可比性。空间站可能没有接近看到任何结构性损坏。"但是你不希望一个400吨重的空间站，有像太阳能电池板这样的大的柔性部件被破坏。"

“科学号”实验舱发生了什么？

“目前，空间站处于正常方位，所有国际空间站和多功能实验室模块系统都在正常运行，”Vladimir Solovyov 在一份声明中说。他补充说，他们创建了“可靠的内部电源和指令接口，（...）以及连接模块和空间站的电源接口”。

Solovyov是国际空间站俄罗斯部分的飞行主管。他表示，一个 "短期软件故障 "导致了国际空间站“科学号”事件。一个 "直接命令被错误地执行，以打开模块的引擎进行撤离。这 "导致整个综合体的方向发生了一些变化"。

美国宇航局（NASA）表示，宇航员们从未处于任何危险之中。国际空间站项目经理Joel Montalbano表示，他对这一事件并不“太担心”。他说，任务控制人员为这些情况进行了训练。由于俄罗斯宇航员抑制了“科学号”推进器，因此不再可能再次发生。

他表示，修正使用的推进剂 "显然比NASA想要的要多"。任务专家仍在确定他们浪费了多少推进剂。

波音Starliner测试任务被推迟

在“科学号”事件中，星辰号服务舱(Zvezda）和对接的进步号无人货运飞船上的推进器使国际空间站回到了它的位置。俄罗斯团队现在正在进行测试，以确保国际空间站及其工作人员的“无条件安全”。然后宇航员将运作俄罗斯的实验舱，进行国际空间站的常规活动。

与此同时，NASA推迟了波音CST-100 Starliner的发射。原定于上周五发射的无人试飞任务最早将于8月3日下午1点20分发射。这“使国际空间站团队有时间继续对新到的俄罗斯航天局的“科学号”实验舱进行工作检查，并确保空间站将为Starliner的到来做好准备”。

欧空局首次发射一颗带有该机构标准化“大脑”的立方体卫星

欧空局发射了一颗带有该机构标准化“大脑”的立方体卫星，将用于所有未来的欧洲太空任务。6月26日，OPS-SAT空间实验室带着一台运行欧洲地面系统--共同核心（EGS-CC）软件的计算机进入地球轨道，该软件将从2025年起为所有欧洲空间任务所共用。

在20世纪60年代的早期，每个航天器，除非是高故障率的系列的一部分，否则基本上都是一次性的。这意味着航天工程师们不仅在航天器本身，而且在其航空电子设备、计算机和控制软件方面，基本上都是全盘重来。这导致了许多显著的创新，但这个过程也很缓慢、昂贵、不灵活，并导致只能由一个地面控制系统控制的航天器。

从那时起，人们更倾向于创建标准总线、标准组件，并普遍找到用现成的部件组装航天器的方法。这导致了更便宜、更灵活的设计，可以以更及时的方式开发。

基于欧空局和航天工业多年的发展，EGS-CC正在使用一个大约有一个面包大小的CubeSat进行测试，以避免新的操作软件在适当的空间任务中出现风险。在最近的测试中，OPS-SAT接收了常规指令，并将数据发回给位于德国达姆施塔特的ESOC操作中心的任务控制。

新软件将全面用于从监测地球环境到深空任务，以及运行专门用于清除空间碎片的卫星群的任务中。EGS-CC不仅将处理传统的航天器，还将处理纳入人工智能的未来设计。

这个想法不仅是为了公开向欧洲运营商提供一个共同的核心软件，可以很容易地针对特定的航天器和任务进行定制，而且还允许各机构之间进行更大的合作。除了飞船本身，这也适用于控制系统，这意味着一项任务可以由不同的机构操作，根据需要将控制权从一个传给另一个，从而形成一个 "欧洲中心网络"。

这对于清除太空垃圾将特别重要，这将涉及到由不同机构提供的一些航天器，它们将需要在不可预测的条件下一起工作。

“就其核心而言，这个新软件标志着在实现未来空间技术方面迈出的重要一步，”欧空局ESOC运营中心负责人罗尔夫-丹辛说。“空间机构和工业界之间的密切合作使之成为可能，为欧洲的所有空间实体在太空中飞行令人兴奋的、创新的和重要的任务提供了机会。”

NASA邀请公众以虚拟方式观看Starliner发射

随着俄罗斯的“科学号”实验舱成功与国际空间站连接，美国宇航局（NASA）现在正将注意力转向预计在8月3日进行的Starliner发射。NASA已经确认，它将为波音轨道飞行测试-2( Orbital Flight Test-2)任务提供发射前、发射和对接活动的报道。OFT-2是波音CST-100 Starliner航天器的第二次无人飞行测试，是商业乘员计划的一部分。

目前，Starliner计划于美国东部时间8月3日下午1点20分发射。Starliner将由联合发射联盟的Atlas V火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地的Space Launch Complex-41发射，推入轨道。NASA表示，在发射后约30分钟，Starliner将进行轨道，并开始其前往国际空间站的旅程。

对接定于8月4日（周三）下午1点37分在国际空间站发生。NASA将在 NASA TV、 NASA应用程序和 NASA网站上直播发射和对接情况。虽然Starliner飞船在前往国际空间站时没有乘员，但它将携带一些货物。NASA已经确认，该飞船将携带超过400磅的NASA货物和补给物资前往空间站。

Starliner在返航时将把550磅的货物带回地球，包括用于为国际空间站上的宇航员提供可呼吸空气的可重复使用的氮气氧气补给系统罐。OFT-2是一项重要的任务，旨在展示Starliner和Atlas V火箭的端到端能力，包括发射、对接和返回地球。

该太空舱计划在美国西部的沙漠中降落。这次任务将提供宝贵的数据，以认证波音公司的航天器是否能运载宇航员往返空间站。

活跃星系核：天文学家发现一个外观不断变化的耀变体

在近日发表于《天体物理学》杂志上的一篇文章中，俄克拉荷马大学艺术与科学学院 Homer L. Dodge 物理与天文学系的一名博士生、研究生和本科生研究助理、以及一名副教授，刚刚详细介绍了他们新发现的一个“外观不断变化”的耀变体，可知其源于强大星系核中的一个超大质量黑洞。

由一个活跃星系核驱动的耀变体想象图（图自：M. Weiss / CfA）

研究主要作者包括了博士生 Hora D. Mishra、教职员工 Xinyu Dai，来自俄亥俄州立大学的 Christopher Kochanek 和 Kris Stanek，以及夏威夷大学的 Ben Shappee 。

可知来自 12 个不同机构的研究人员，参与了一个为期两年的合作项目，具体工作涉及收集不同电磁波段的光谱或成像数据。

俄亥俄州立大学团队率先分析了合作收集的所有数据，并对分析结果的解释做出了贡献，相关工作得到了该校研究生 Saloni Bhatiani、本科生 Cora DeFrancesco、以及 John Cox 的协助。

Mishra 解释称，耀变体（Blazar）通常以平行光线、粒子或喷流的形式出现，并辐射出电磁频谱的所有波长。

这些喷流会跨越数百万光年的距离，且会通过辐射影响它们所在的星系 / 星系团的演化。相关特征使得耀变体成为了研究喷流物理学、及其在星系演化中作用的理想环境。

耀变体 B2 1420+32（来自：University of Oklahoma）

上图左为 2004 年 3 月的斯隆数字巡天资料图，右侧为研究作者在 2020 年 1 月使用 ASAS-SN 拍摄的耀变体 B2 1420+32 的活跃观测图像，可知其亮度增加了百倍。

据悉，耀变体属于一种独特的 AGN，喷流具有无线电反馈模式，且其尺度能够穿透星系这样的大环境。至于这些喷流的起源、以及驱动辐射的过程，目前尚不清楚。

但通过对耀变体的深入研究，我们可以更好地了解这些喷流、以及它们是如何与 AGN 的其它部分（比如吸积盘）相连的。比如这些喷流能够加热并置换环境中的气体，进而影响星系中的恒星形成。

2017 年底的时候，这个耀变体呈现了巨大的光斑，并被超新星望远镜网络的全天自动巡天设备给捕捉到了这一幕。

Mishra 表示，通过观察其光谱与光曲线在未来两年内的演变，并检索该物体的可用档案数据，他们得以对 B2 1420+32 耀变体展开深入的分析。

（传送门：The Astrophysical Journal）

相关活动数据已经跨越了十多年，并且产出了一些激动人心结论。研究人员首次见到了一个耀变体的光谱、和两个耀变体亚类之间的多重转换发生了巨大的变化，因而将之其名为“变化外观的耀变体”。

研究结论称，这种行为是由剧烈的连续通量变化引起的，证实了长期提出的可将耀变体分为两大类的理论。

此外，研究人员在不同时间尺度和光谱特征的可见光 / 伽马射线波段中见到了几个非常大的多波段耀斑。

如此极端的可变性与光谱特征，需要对此类耀变体展开更具针对性的搜索。进而使得我们能够利用观察到的剧烈光谱变化，来揭示 AGN / 喷流物理学。

包括超大质量黑洞周围的尘埃粒子，是如何被来自星系核的巨大辐射给摧毁的；
来自相对射流的能量，是如何转移到尘埃云中的；
以及开辟了一条新的渠道，将超大质量黑洞的演化、与其宿主星系联系起来。

最后，Mishra 表示：这种耀变体在两个子类之间发生了巨大的变化，且不是一次、而是三次。

此外研究人员见到了前所未有的新光谱特征、以及光学可变性。这些结果为对高度可变的耀变体、及其在理解 AGN 物理学中的重要性之类的研究，而敞开了新的大门。

欧空局对欧洲地面系统共同核心软件进行首次测试

欧空局宣布，它已经成功地使用其新的所谓 "太空大脑"操作了一颗卫星，该软件被正式称为欧洲地面系统-共同核心（EGS-CC）。ESA表示，该软件将成为未来几年所有欧洲航天行动的大脑。EGS-CC将为欧空局的未来任务如何飞行提供新的可能性。

一颗名为OPS-SAT "太空实验室"的卫星是专门为新操作软件的测试航天器而发射的小型CubeSat。欧空局说，测试软件的风险太大，不能在其他任务上进行。有趣的是，"太空实验室"同时也向公众开放进行实验。

欧空局ESOC操作中心的团队使用EGS-CC控制系统来监测和控制这个30厘米的小型航天器。使用新的软件，他们成功地发送了命令并接收了来自航天器的数据。EGOS-CC项目经理Klara Widegard说，该软件进行了成功的验证，并展示了令人兴奋的未来任务控制技术和欧洲在太空中的领先地位。

欧空局需要新的软件，因为今天发射的任务比以前多。这些任务需要执行各种各样的任务，从监测地球上的陆地、海洋和气候，而其他任务则是窥视深空或抓取太空中的碎片并将其带入大气层烧毁。所有这些任务都必须将数据送回地面控制，同时接收指令并执行机上的自动任务。

一个能够满足每个航天器需求的控制系统将耗费太多的时间和资源，因此需要一个共享的基础设施，以允许任何数量的任务和任务类型共享一个共同的核心，最大限度地减少对每个任务的定制软件的需求，并允许任务由多个操作者进行飞行。该软件开辟了一个可能性，即由多个操作者以分布式方式在不同国家和控制中心协作操作更庞大和复杂的任务。