[图片说明]：本月中土星冲日时就位于明亮的恒星角宿一附近。版权：Astronomy: Roen Kelly。

　　如果你是土星的粉丝，那这个4月绝对有一场视觉盛宴等着你。2012年4月16日土星冲日，这颗拥有光环的行星将整夜可见。在日落时它会从东方升起，悬挂在室女座，在日出时从西方落下。由于发生冲日的时候地球距离土星最近，后者看上去也会比其他时候更大、更亮，达到0.2等。

　　通过望远镜观看土星，从来不会令人失望，但这次尤其惊艳。由于本身快速的自转，土星看上去会呈显著的椭圆形。如果你的望远镜够大，还可以仔细观察一下土星上的风暴系统。土星独一无二的光环也会和我们的视线张开14°的夹角，让我们能够目睹更多的细节。冲日当天，光环的直径可以达到土星圆面的2倍。

　　虽然当天晚上天空中还有火星、木星和金星相伴，但在蓝白色的恒星角宿一附近找到土星应该并不困难。最佳的观测时间在1点左右，此时土星的地平高度最大。对于中北纬地区的观测者而言，此时土星位于南方的半空之中。就算是在最小的望远镜中，其圆面和光环也会清晰可见。

[Astronomy 2012年4月]

Francis Reddy　文　Shea　编译

一旦发射，詹姆斯・韦布空间望远镜将会以地面天文台无法企及的详尽程度来探测遥远的星系、恒星托儿所以及太阳系外行星的大气。

　　在南美洲北部的法属圭亚那坐落着欧洲空间局（ESA）的发射中心，一枚“阿丽亚娜”5ECA型火箭正在那里等待指令飞上蓝天。它的载荷是比先前所建造的最大的空间天文台还要更为巨大的美国宇航局（NASA）的詹姆斯・韦布空间望远镜（JWST）。把网球场大小的JWST塞入火箭的整流罩与其说是个工程难题倒不如说是在“折纸”。但JWST的信条就和它精湛的设计一样直接：向世人展示哈勃空间望远镜（HST）所不能的实力。

[图片说明]：NASA的技术人员正在为JWST的6块镜面做低温测试的准备。版权：NASA/MSFC。

　　虽然点火升空的这一幕将发生在几年之后，但JWST的真实性对于NASA的三个航天中心来说却正在变得日益显著。2009年，技术人员拆除了NASA约翰逊航天中心巨大的热真空检测室里用来模拟太阳的灯――从“阿波罗”计划开始它们就一直被安装在这里。2010年1月，NASA马歇尔航天中心的工程师开始测试JWST主镜的6块拼接镜面。在NASA领导JWST和HST计划的戈达德航天中心，其庞大的洁净室20年来第一次没有了与HST有关的测试和支撑设备。

　　到2009年底，NASA已经完成了JWST的18块拼接镜面，所有的飞行仪器也基本完成。虽然还有大量的工作要做，但JWST的主体已经成形。

从威尔逊山到JWST

　　对于地面天文台而言，其望远镜口径从HST主镜的大小（2.4米）到JWST主镜的大小（6.5米）用了将近60年。前者是美国威尔逊山上著名的2.5米望远镜，埃德温・哈勃（Edwin Hubble）在20世纪20年代就是用这架望远镜发现了宇宙膨胀；后者则是苏联于1975年建成的6米望远镜。如果一切都按计划进行，JWST将仅用40%的时间在太空中完成这一飞跃。

　　JWST是NASA、ESA以及加拿大空间局之间的国际合作项目，它会探索一系列的天文学问题。和HST不同，JWST会围绕日地系统的第二拉格朗日点（L2）运动，在那里太阳和地球的引力相等。L2位于日地连线地球一端的外侧，距离地球151万千米。

　　在这个位置上，宇航员是无法对其进行维修的，因此JWST必须一战成功。为此，NASA发展出了新的技术和测试程序来确保每一个部件、每一次组装、搭载仪器以及望远镜结构都能在极端空间环境中正常运转。

[图片说明]：技术人员在对6块JWST的镜面进行检查，之后它们将被送到NASA的马歇尔航天中心进行两次低温测试。版权：NASA/MSFC/David Higginbotham/Emmett Given。

　　JWST团队中没有人会忘记HST主镜上存在的几乎断送整架望远镜的瑕疵，直到宇航员为在轨的HST安装了缩焦镜之后问题才得以解决。因此NASA计划在真空室里以工作温度从主镜到全部仪器对JWST的所有光路进行整体测试。这也正是技术人员拆除约翰逊航天中心巨大检测室中太阳模拟灯的原因。他们的测试程序会从HST的差错中吸取教训，不再会单单由一组测试来下结论。

　　当完全展开之后，JWST的18块六边形镀金拼接镜面会构成有效直径6.5米的主镜。这使得JWST的集光面积达到了HST的6倍多。通过分析获得的图像，计算机软件会控制安装在拼接镜面后面的触动器来微调主镜的整个形状。

　　通过远离任何热源以及一个网球场大小的太阳伞所提供的永久阴影，JWST及其所搭载的仪器会被动冷却到它们-233℃的工作温度。在抵达L2大约6个月之后，JWST就将开始其为期5年的科学使命。如果运气好，它的寿命可以延长到10年。

直击红外

　　1989年天文学家们便开始讨论HST的继任者，当时甚至距离HST的发射还有整整一年。到20世纪90年代中期，他们已经确定了这架空间望远镜的规格，要求它具有4米或者更大的主镜并且对红外波段进行优化。

　　那么为什么要针对比可见光波长还要更长的红外波段呢？HST已经为天文学家提供了前所未见的最年轻星系的动人影像，但它可以回溯的时间仍然有限。这些遥远的目标不仅小而暗，同时宇宙的膨胀还会拉伸并且红移它们所发出的辐射。星系的距离越远，它的红移就越大。

　　例如，一个红移为1的星系（它所发出光的频率移动了100%），它的距离将近80亿光年，我们看到的它正处于宇宙的年龄尚不足其今天137亿年一半的地方。更形象地说，从目前的宇宙遥看一个红移为1的星系就相当于一个70岁的人看到他/她30岁的样子。从这个意义上讲，在宇宙中远望就等效于时间旅行。

[图片说明]：这是用来整体测试JWST光学元件和太阳防护罩的模拟器。版权：NASA/GSFC。

　　天文学家有一个巧妙的办法可以快速地估计星系的红移。波长91纳米（1纳米=1/1,000,000,000米）的紫外光具有足够的能量可以剥离氢原子的电子。结果是，整个宇宙中散布的氢就可以吸收掉这一波长以及更短波长的辐射。因此，通过在不同的滤光片下来看同一个星系，天文学家就能借由寻找该星系在哪个波长上消失了来估计出它的红移和距离。

　　在红移3.5附近，宇宙的膨胀会把这一“星系隐去”特征推出紫外进入可见光波段。在这一距离上，类太阳恒星所发出的光则被红移到了红外波段。而到了红移7.5处，“星系隐去”特征本身就位于了红外波段。

　　深入红外波段还使得JWST特立于未来十年天文学家想建造的大型地面设备。因为从波长1.7微米（1微米=1/1,000,000米）开始所有的地面望远镜甚至是HST都会向外发出辐射。加之大气本身的辐射几乎阻断了绝大部分的红外波段，当你进入波长大于5微米的波段时，JWST比起地面上相同大小的望远镜要好上一百万倍。而JWST上的中红外设备会进一步加大这一优势，赋予它波长到28.5微米的观测灵敏度。

追寻星系

　　从2002年宇航员在HST上安装了高新巡天相机开始，天文学家已经用它和星系隐去技术测量了红移在3到6之间的大约6,000个星系。2005年，光谱测量确认了哈勃超深空区（HUDF）――HST花了11天的时间“盯”着南天相对较空的区域所拍摄的图像――中的一个隐去星系红移为6.7，对应的宇宙年龄只有8亿年。如果还是用人来形容的话，相当于一个70岁的人看到他/她4岁时的样子。

　　这一说法其实非常的恰当，因为近距星系和遥远星系相比几乎没有相似之处。在20世纪20年代，埃德温・哈勃对星系的研究发现近距星系中差不多一半是和我们银河系类似的旋涡星系。另外40%是椭圆星系，其余的10%是不规则星系或者是并合中的星系。

　　根据HST20世纪90年代的巡天观测，到红移为1时，有关的统计结果就会变得乱七八糟。在这个距离上，宇宙所包含的旋涡星系和椭圆星系不足近距的一半，而不规则星系和并合星系的数量则是近距的5倍多。HST所看到的许多最遥远的星系不仅小而且暗弱，形状上也不规则，表明我们今天所看到的星系是由大量矮星系碰撞并合而形成的。

[图片说明]：NASA戈达德航天中心洁净室的全景照片，通过网络摄像头可以观看其中身着白大褂的工作人员测试JWST部件的过程。版权：NASA/GSFC/Chris Gunn。

　　2009年天文学家使用HST的大视场照相机3把红移极限又往前推进了一步（详见《天文爱好者》2010年第8期《宇宙黎明时分的星系》）。他们在HUDF中发现了红移在7到8之间的隐去星系。此外他们还发现了几个红移可能高达10的星系。如果被证实，我们所看到这些星系正处于宇宙诞生之后不到5亿年的时期。

　　这一佐证将来自JWST，它可以探测红移到20（大爆炸之后1.8亿年）甚至更高的早期宇宙。在这个距离上，所见的宇宙就相当于70岁的人看到他/她11个月蹒跚学步时的样子。JWST在那里所发现的任何一个矮星系都是新生的。

　　JWST的另一创新是微快门，它可以使得JWST同时获得数百个星系的光谱。在JWST近红外摄谱仪中，四个邮票大小的阵列包含了近25万个微型电机快门，其中的每一个都可以由磁性开启和关闭。有了数千个星系光谱在手，天文学家就能够了解星系的类型以及化学组成随红移的变化，由此就能回答一些有关星系是如何形成的问题。

超级恒星

　　JWST还会探测遥远星系中爆发的恒星。这些超新星十分明亮，即使在遥远的距离上也能被看到。它们可以作为暗能量强有力的探测器，而暗能量则被视作是驱动宇宙加速膨胀的原因。JWST所具备的灵敏度可以观测到红移在15左右的单个超新星，不过它们可能十分罕见、难以寻找。在建的大型地面望远镜也许可以帮助JWST寻找合适的目标。

　　宇宙膨胀的另一个结果是，我们会看到高红移处的宇宙在以低速运转。例如，一颗近距超新星通常只要花几天的时间就能达到亮度峰值，然后再花几个月的时间淡去。但是一颗出现在红移为10处的超新星会花一个月的时间来达到亮度峰值，然后花数年的时间来变暗。为此你需要一个寿命较长的探测任务以及耐心。

[图片说明]：JWST上搭载的近红外摄谱仪中将使用几十万个微快门（上图），每一个可独立开启和关闭的微快门只有几根头发丝的宽度（下图）。版权：NASA。

　　天文学家相信第一代恒星具有至少100个太阳质量，所发出的光亮要超过太阳数百万倍，在爆发成为超新星之前仅能存活几百万年。虽然JWST也许能捕捉到一个这样的罕见爆发，但它却具有足够的灵敏度来定位这些恒星的聚合体。第一代恒星是否会形成星团？或者第一代恒星是否会抑制近邻的恒星形成？我们都还不知道。

　　最近有研究提出，一种新奇的恒星可能会进入JWST的视野中。这些恒星所包含的大部分是暗物质，这些神秘的物质构成了宇宙物质的大多数。

　　一些理论认为暗物质是由迄今未知的亚原子粒子所组成的，当这样的两个粒子碰撞时就会发生湮灭，释放出大量的能量。而这一暗物质粒子的相互湮灭可以为恒星演化的新阶段提供能源。

　　计算发现，这些暗物质星（简称“暗星”）的质量可以达到100,000～10,000,000个太阳质量，直径则可以达到日地距离的100倍。一旦湮灭过程耗尽了其核心的暗物质，“暗星”就会转变成一颗燃烧核燃料的普通大质量恒星。它们最终会坍缩成黑洞――也许就此形成了今天在每个大型星系中心所发现的超大质量黑洞的种子。这是一个惊人的预言，如果“暗星”真的存在，那将是非常奇妙的。

抽丝剥茧

　　在更为靠近我们的地方，JWST的红外灵敏度还将使得它能探测恒星和行星形成的多尘场所。像猎户星云这样的正在形成恒星的造星工厂都位于在尘埃云之后，虽然看上去很美，但却隐藏了其中正在发生的事情。HST已经分辨出了最终可能会形成行星的含尘星周盘，但是JWST的红外观测能力和更高的分辨率将能穿透这些尘埃茧，使得天文学家可以一窥其中的产星过程。

　　JWST上所有的成像设备都包含了星冕仪，它可以遮挡中央恒星所发出的光进而来观测其附近暗弱的天体。2004年，HST使用这一技术在可见光波段首次拍摄了亮星北落师门周围的区域。图像显示了一个围绕北落师门的尘埃环。有天文学家认为，在北落师门和这个环内边缘之间有一颗行星正在通过引力扰动这个环，并由此预言了这颗行星的位置。2008年这个小组使用HST直接拍摄到了这颗行星北落师门b。

　　JWST也许可以分辨出北落师门环中小到日地距离10倍的细节，这有可能会揭示出其他的行星。对于其他的近距盘系统，例如织女星，JWST还将做相同的事情。

　　HST和斯皮策空间望远镜都对凌星的热类木星大气进行了探测。热类木星是极为靠近其宿主恒星的太阳系外气态巨行星，它们有时候会从地球和其宿主恒星间经过，造成凌星。JWST则将发现更小的外星行星，例如围绕低温红矮星、仅几倍于地球质量的超级地球。使用星冕仪直接成像以及通过凌星对大气进行测量，JWST将成为一个外星行星巡天以及了解行星系统形成的强有力工具。

　　以上仅仅是JWST将要回答的一小部分科学问题。在发射前一年，全世界的天文学家将提交观测目标和计划。和HST的运作方式一样，一个科学小组会评估这些提案并为其中最好的安排观测时间。NASA希望天文学家们能创新性地使用这架空间望远镜。暗物质星，奇特的地外行星，新生的星系，没有人知道JWST最终会给我们带来些什么意想不到的惊喜。

（本文已刊载于《天文爱好者》杂志2011年第2期）

[Astronomy 2010年10月]

Richard A. Kerr　文　Shea　编译

为了寻找火星上的生命迹象，美国宇航局（NASA）选择了矿物丰富但却神秘的盖尔环形山作为价值25亿美元的“好奇”号火星车的着陆地点。自20世纪70年代以来，“好奇”号是NASA第一个搜寻火星上曾经宜居甚至目前仍有生命迹象的真正天体生物学任务。行星科学家们正在为这一有史以来最具有科学能力的火星车重返火星而感到兴奋，但许多人也在为它发愁。他们担心NASA正在把“好奇”号送往一个被地质学谜题所包围的地点。

美国的行星科学界在着陆地点的选择中扮演了核心的角色。通过一次次的研讨会和投票，60个候选着陆地点缩减成了1个（参见《为火星探测寻找最佳着陆地点》和《下一代火星车在哪着陆？》）。但是到2011年春，开放和认同走到了尽头。许多的参与者以他们的专长固守自己的最爱。面对巨大的分歧，“好奇”号的头头脑脑们决定不再靠公开投票来决定究竟哪个着陆地点值得花这25亿美元。

[图片说明]：“好奇”号火星车在火星上工作的概念图。版权：NASA/JPL-Caltech。

相反，一个由“好奇”号最高层主管和科学家组成的小组进行了闭门会商。他们意见一致地向NASA主管科学任务的副局长爱德华・韦勒（Edward Weiler）推荐了盖尔环形山。2011年7月下旬，韦勒最终决定把“好奇”号送往那里。盖尔环形山直径155千米，其中包含了5,000米高的沉积堆。每个人都同意这个沉积堆在地质学上很吸引人，但没有人知道它是如何形成的。很显然它拥有各种各样的水蚀矿物，但它们是如何到那里的仍不清楚。盖尔环形山的诸多古怪和神秘令许多行星科学家充满了形形色色的不安。

但是一些科学家认为盖尔环形山的地质学和矿物学多样性会是一个加分点。一旦“好奇”号抵达盖尔环形山，他们虽然不知道故事会如何展开，但一定会有很多内容可供阅读。

漫漫长路

行星科学家们长期以来就一直关注着盖尔环形山。十年前它就是受青睐的火星车探测目标，因为它有一个层状沉积堆。它的最底层可能是在火星早期盖尔环形山中拥有一个湖泊时形成的。早期有水存在――生命的必要条件――以及由层状沉积给出的清晰地质记录使得盖尔环形山成为了2003年发射的“勇气”号和“机遇”号火星车着陆地点的领跑者。

不过，在这场更早的角逐中，盖尔环形山和火星车的工程限制相冲突。任务工程师们只能保证火星车着陆在火星表面一个100千米长的窄着陆椭圆中。对于盖尔环形山而言，这个着陆椭圆超过了它的山壁，使得它退出了竞争。于是，NASA在科学家们的建议下把“勇气”号送往了被认为是古代湖床的古谢夫环形山，结果那里却是一直极为干燥的、在天体生物学上乏味的熔岩地带。

多亏了一些新兴技术，盖尔环形山来了一次绝地反击。工程师们已经精调运送“好奇”号的载具，而不再是像子弹一样冲入火星大气。这一进步最终使得“好奇”号的着陆椭圆缩小到21千米长、14千米宽，为它在盖尔环形山山壁和沉积堆之间的环形山底着陆提供了充足的空间。

[图片说明]：盖尔环形山以及“好奇”号的打算着陆的地点（椭圆形内）。版权：NASA/JPL-Caltech/ASU/UA。

在盖尔环形山被选中后，行星科学家们更加审慎地对它进行了勘测。在2006年6月召开的第一次着陆地点选择公开研讨会上，盖尔环形山就被贴上了至今都尚未被撼动的“神秘”标签。即便是它的拥护者也对它有不少的疑虑。于是有科学家表示，这是只此一次、价值几十亿美元的任务，但对于它将被送往的目的地是如何形成的却有着严重的问题。

能够在盖尔环形山中形成层状沉积堆的机制在火星早期很普遍。没有人确切知道它是在对生命有利的湖泊中冲刷形成的，或者只不过是尘埃、火山灰、撞击残骸在一个干燥而杳无生息的环形山中的堆积。

因此，未知的诱惑和普遍存在的现象使得盖尔环形山在第一份由举手投票给出的着陆地点排行榜上名列第六。但是在头五名中有三个环形山显露出了更为清晰的曾经拥有湖泊的迹象。例如，埃伯斯沃尔德环形山具有一个令人惊奇的和地球类似的三角洲，那里曾经有水流入并出现沉积，是唯长期有湖才能形成的特征。

早些时候，盖尔环形山还牵扯进了另一场争议。在着陆地点研讨会上，地质学家提出地形学是过去宜居环境的指示器，而光谱学家则强调水蚀矿物的重要性，它们可以通过其特有的光谱颜色而被找到。科学家们注意到，即便埃伯斯沃尔德环形山拥有湖泊，其存在的时间也只有几万年。而另一方面，像莫尔斯山谷这样的地点其古代地壳岩石中富含粘土，暗示那里的岩石在水中浸泡了数百万年。这对于生命而言显然更具有吸引力。由此莫尔斯山谷排名第四，而另一个粘土地点则荣登榜首。

华美的救赎

地质学和光谱学的争论一直延续到了第二次以及第三次着陆地点选择研讨会上。但在那个时候盖尔环形山和这些其他的环形山已经出了名。火星快车探测器上的分光仪首次在莫尔斯山谷这样的地点发现了水蚀矿物的信号，它们50%以上的表面为粘土覆盖。但之后NASA火星勘测轨道飞行器上空间分辨率更高的分光仪则发现在这些公认的环形山湖泊中粘土的丰度并没那么高。

在2008年9月召开的第三次研讨会上，新的光谱数据把具有层状沉积的环形山地点推进了前三甲，而埃伯斯沃尔德环形山则以标志性的三角洲位列第一。莫尔斯山谷和尼利・福萨凹槽紧随其后。地质学家对于它们的形成和演化仍然知之甚少，天体生物学家则认为古代河床和三角洲要远比地壳深处更有可能拥有古代火星生物留下的有机残骸。

[图片说明]：实验室中的“好奇”号火星车。版权：NASA/JPL-Caltech。

快刀斩乱麻

在第三次研讨会之后，“好奇”号任务的领导者遇到了一个问题。在科学家眼中着陆地点已经成为了苹果或者橙子。在任何的选择过程中，吃苹果的人很难和吃橙子的成为一路人。由于投票是对所有科学家开放的，举手投票并不特别具有代表性。因此“好奇”号的项目科学家希望投票进入淘汰环节，而不是仅仅列出每个地点的赞成和反对票。

但是在第四、五次研讨会之后情况依然如此，于是按照计划后续的讨论转成了由50或者60个“好奇”号团队成员参加的闭门会议。埃伯斯沃尔德环形山和盖尔环形山基本势均力敌。而在最终的四个地点中排名第三的霍尔登环形山因没有三角洲而无法证明它曾经拥有湖泊。对莫尔斯山谷所知甚少且缺乏地质学上的多样性，科学家们担心它会重蹈“机遇”号着陆点本初子午线平原的覆辙。另外，它还严重地受到了附近撞击事件的影响。科学家们害怕即便火星车去了那里也很难还原它的历史和全貌。

于是，对于“好奇”号的项目科学家、任务主管以及9个首席科学家而言，只剩下了埃伯斯沃尔德环形山和盖尔环形山。探测它们中的任何一个都是让人兴奋不已的，但最终盖尔环形山因其地质学和矿物学上的多样性而胜出。虽然埃伯斯沃尔德环形山拥有三角洲，但那也是它唯一拥有的东西。

与之形成对比的是，在盖尔环形山的沉积堆中其不同的矿物层至少记录下了火星上三种不同环境的来去演变。它的最上层保留下了在过去的几十亿年里火星最近一次转入干燥气候的信息。它虽然不如三角洲那么直接，也不清楚其确切的历史，但却一定值得慢慢地细细品味。

（本文已刊载于《太空探索》杂志2011年第11期）

[Science 2011年7月29日]

Govert Schilling　文　Shea　编译

美国宇航局的曙光小行星探测器在2011年7月抵达了小行星灶神星。关于太阳系行星的形成它会告诉我们些什么呢？

曙光小行星探测器是美国宇航局与众不同的一个探测器。它的名字并非源于一系列单词的缩写，相反来自科学家的希望――“曙光”能为太阳系的形成提供关键线索。它会对灶神星进行为期1年的勘测，研究它的成分，确定它的结构。“曙光”还会告诉我们太阳系极早期会是什么样子而我们又来自何方。

[图片说明]：将会探测灶神星和谷神星的曙光小行星探测器。版权：NASA/JPL。

灶神星并不是被无人探测器造访的第一颗小行星。2010年7月，罗塞塔探测器飞掠了司琴星。司琴星是目前被访问过的相对较大的小行星，直径大约100千米。其他的则都是较小且死寂的岩石、沙砾团块，而且飞掠都是极为短暂的惊鸿一瞥。灶神星则完全不同，它经历了行星形成过程。在某种意义上，灶神星是最小的类地行星。

“曙光”也很特殊。它重1,250千克，太阳能电池板翼展近20米。和使用传统化学火箭来进行轨道机动不同，“曙光”使用太阳电力推进系统。阳光被转换成电力，然后电被用来电离氙原子并在电场中加速它们。结果是，氙离子会以约10,000千米/小时的速度被喷射出去，进而在相反的方向上推动“曙光”。使用离子驱动的探测器具有很强的机动性，但缺点是速度非常慢――在2007年9月27日发射之后“曙光”用了差不多4年才抵达灶神星。

那么为什么要探测小行星呢？回答很直接：它们是内太阳系形成时的残存物。相对更靠近太阳，这些从原行星盘中凝聚出来的铁、岩团块会很容易地被水星、金星、地球和火星这些较大的天体吸积。但是再往外，新生的巨行星木星则会搅动这个盘。小行星会进入无规则的轨道，相互间发生碰撞。最终，绝大多数小行星的直径都不会长到几十千米之上。所以，研究小行星能把我们带回到太阳系起源时的岁月。

小行星中的大个子

不过，有一些小行星确实相当大。谷神星是第一颗被发现（1801年）的小行星，直径约950千米。灶神星则由德国天文学家奥伯斯于1807年3月29日发现。根据哈勃空间望远镜所获得的最佳图像，它的大小为578千米×560千米×458千米。灶神星位于小行星带的内侧，每3.63年绕太阳公转一周，平均距离超过3.5亿千米。从它的光谱判断，它的表面成分和谷神星极为不同。谷神星的表面是深色的原始碳粒，是最常见的陨石成分。但灶神星更明亮的表面则由玄武岩组成。这暗示灶神星是一个“分层化”的天体，它曾经必定处于高温熔化的状态，较重的元素下沉到了核心，而较轻的岩石则上浮到了表面。这是动态的行星过程。当岩浆在其表面流动的时候，水和气体会从内部释放出来。就此甚至还有可能会在灶神星上找到火山。

虽然“哈勃”所拍摄的灶神星图像还没有锐利到能显示出火山以及其他小尺度的结构，但它们却揭示出了灶神星两个令人兴奋的表面特征：被称为奥伯斯地区（以灶神星的发现者命名）的深色赤道区和位于其南极的一个尚未被命名的巨型陨击坑。这个陨击坑直径460千米，其底部距离灶神星表面13千米。其中还有一个18千米高的中央峰，高度几乎和陨击坑壁相当。造就它的撞击可能穿透了灶神星的地壳，暴露出了其地幔物质，为一窥其内部提供了独有的视角。它就此也成为了“曙光”的主要目标。

[图片说明]：“曙光”对灶神星进行环绕探测。版权：McREL。

产生这个陨击坑的大碰撞必定会朝各个方向抛射出灶神星的碎片。而事实上，已经发现了几千颗较小的小行星具有和灶神星完全相同的玄武岩成分。这些灶神型小行星直径都不超过1千米，在和灶神星类似的轨道上绕太阳公转。以披头士乐队主唱命名的列侬小行星就是其中的一员。灶神型小行星在小行星带中的分布方式说明，这一剧烈的碰撞发生的时间不会早于10亿年前。

更令人兴奋的是，较小的灶神型小行星已经迁移到了内太阳系并坠落到了地球上。在所有已知的陨石中有不少于5%的属于“古铜钙长无球粒－钙长辉长－奥长古铜无球粒”（HED）型。这些玄武岩陨石必定起源自一个具有火山活动的天体，而它们的成分又和灶神星的表面完全相符。对于太阳系的其他天体而言，我们希望能从那里带回样本用于进一步研究。但对于灶神星而言，大自然本身就完成了这一采样返回任务。

拼接细节

确实，把对HED陨石的实验室研究和“曙光”将对灶神星进行的细致观测进行对比会揭示出许多尚不为人知的细节。使用欧洲南方天文台的甚大望远镜，天文学家已经成功获得了灶神星不同区域的光谱，发现它们在不同的地点具有很大的变化。平均而言，灶神星的表面成分和古铜钙长无球粒陨石相似，但和奥伯斯地区差不多相对的一小片区域则具有和奥长古铜无球粒陨石更相近的组成。观测还发现，灶神星地势较低的部分通常会更红一些，说明粉状的尘埃已经对其进行侵蚀超过了10亿年。

“曙光”会极大地丰富和补充这些已经获得的诱人结果。它携带了两个完全一样的100万像素分帧照相机，它们会在紫外、可见光和近红外波段上对灶神星进行勘测。它的可见光和红外测绘分光仪会使用3块滤光片来识别不同的矿物。它的γ射线和中子探测器则会研究其深至几米的地壳的元素组成。最后，通过精确地追踪“曙光”环绕灶神星的轨道，天文学家会测量它的重力场并确定它的内部结构和物质分布。

[图片说明]：哈勃空间望远镜拍摄的灶神星的不同表面。版权：NASA/ESA/STScI/UMd。

对灶神星进行成像观测也极为重要。“曙光”将绘制出分辨率达到几十米的灶神星全图，首次精确测定它的自转和三维形状。在“曙光”抵达灶神星时，正值它南半球的夏季，因此其南极的巨大陨击坑会被太阳照亮。不过由于“曙光”会绕灶神星工作1年，在它的任务行将结束时灶神星的北极地区也会被照亮。在大多数时间里，“曙光”会处于距离灶神星表面约600千米的高轨上。之后，它会慢慢地下降到180千米高的低轨上。此时，它会调整自己的姿态，让γ射线和中子探测器能详尽地研究灶神星的表面，而照相机的使用则会受到一点限制。

深入灶神星

确定灶神星的形状对于了解它的内部结构和组成而言至关重要。通过它对小行星阿雷特和海女星的轨道摄动――它们会以只有几百万千米的距离规律地靠近灶神星，灶神星的质量已经被十分精确的测定了，约为地球的二万分之一。但是为了确定灶神星的密度就需要更为精确地知道它的形状。重力测量还会发现它表面之下可能的物质聚集区――类似于月球上的质量瘤。

除此之外，还会在灶神星上发现些什么呢？科学家们也不清楚。也许还会发现峭壁、悬崖和火山。研究灶神星的矿物还会揭示出在太阳系早期的发生了什么，告诉我们行星形成的最初步骤。事实上，“曙光”团队更倾向于把灶神星当成是一颗原行星而不是一颗普通的小行星。在太阳系早期，肯定还存在着更多类似灶神星的天体，但它们并没有在之后的碰撞中幸存下来。

“曙光”的观测也将揭示出灶神星的陨击历史及其玄武岩地壳的年龄。通过对HED陨石的矿物学研究发现，有证据表明灶神星的“分层化”相对较快，最多只用了几百万年。肇事者可能是一场惨烈的宇宙轰炸，它也许剥离了这颗刚刚成形的原行星最外层10～15千米厚的物质。这一事件发生在45亿年前，当时正值太阳系形成的极早期，比灶神星巨大的南极陨击坑形成时间早了几十亿年。

[图片说明]：太阳系小行星带的分布。版权：McREL。

有天文学家提出，这一极早期的轰击事件可能是由于木星的形成和它的早期迁移所造成的。考虑到灶神星在这场行星际浩劫中幸存下来的事实，新生的木星向内迁移的距离应该不会超过7,500万千米。否则，如果木星进入了更深的太阳系腹地，小行星带中所有较大的天体都会在剧烈的冲撞中化为碎片。于是，对灶神星的研究可以更好地估计出木星的年龄。

2012年7月在离子引擎再一次点燃之后，“曙光”会离开灶神星。但故事还没有完结，它会奔向下一个目标――小行星带中最大的天体谷神星。在科幻电影中可以看到火箭从一个目的地飞往下一个目的地，“曙光”的离子推进系统则让它成为了可能。这个侦探在未来的日子里还会继续告诉我们更多有关太阳系的秘密。

（本文已刊载于《太空探索》杂志2011年第10期）

[Sky at Night 2011年7月]

Andrew Grant　文　Shea　编译

[图片说明]：索尔·珀尔马特。

通过发现它在加速膨胀，索尔·珀尔马特正在改变我们对整个宇宙的认识。

有一些科学家他们的工作永远地改变了我们对宇宙的看法。索尔·珀尔马特（Saul Perlmutter）就是其中之一，他在1998年发现暗能量中起到了核心作用。暗能量是一种无形的能量，在宇宙万物中的比例高达73%，正是它在拉伸空间结构并且导致宇宙在加速膨胀。通过他的开创性研究，这位当时38岁、在美国劳伦斯伯克利国家实验室工作的物理学家彻底颠覆了我们的宇宙模型。

科学家们长久以来一直认为，组成恒星、行星和人的原子占据着宇宙的主导。现在人们普遍认为，这些物质其实只占5%，和驱动空间膨胀的神秘反引力能比起来相形见绌。宇宙中其余的22%是暗物质，它和暗能量无关，但目前的探测手段还没有直接探测到它。科学家们也曾经一直认为，宇宙膨胀要么会在无穷长的时间里一直减速下去，要么最终会停止膨胀继而开始坍缩。珀尔马特的发现迫使他们重新思考这个问题，宇宙会一直膨胀下去，甚至最终还会出现所有恒星和星系都被撕开的“大撕裂”。

自1998年以来珀尔马特一直致力于完善对宇宙加速膨胀和暗能量的测量。关于难以捉摸的暗能量的理论大量涌现，而珀尔马特则热衷于寻求观测证据来帮助寻找有关的答案。在这里他将告诉我们他奇怪的发现、对暗能量的最新观点以及正在试图探究暗能量属性的观测计划。

问：是什么研究动机导致你在1998年发现了暗能量？

答：20世纪20年代，埃德温·哈勃（Edwin Hubble）发现宇宙正在膨胀。但紧接着就产生了更多的问题。宇宙会一直膨胀下去吗？它会停止膨胀吗？也许它会调头并开始坍缩。我们如何才能知道宇宙是否会永世存在下去？当你说我们住在一个不断变化、膨胀的宇宙中时，有些明显的事情你会想知道。而回答这些有关未来的问题的方法则是回首过去。

问：那你是如何从宇宙膨胀的历史来触及这样一个复杂的问题的呢？

答：其基本思想是，当你所看到的距离越远，你就越深入过去。在一些20世纪30年代的早期论文中，就有人提出用超新星——极为明亮的爆炸中的恒星——来测量宇宙的膨胀，因为它们的光度大致是相同的。如果每个超新星的辐射功率几乎完全一样的话，那么你就可以用它们的亮度来确定出它们到地球的距离。但事实证明，你观测的超新星越多，其中不同类型的也就越多，这种一致性就不复存在了。直到20世纪80年代，科学家发现，超新星中有一类被称为Ia型超新星的，它们的光度具有非常高的一致性。幸运的是，它们同时也是超新星中最明亮的，因此即使是在很远的距离上也能看到它们。

问：超新星是怎样揭示出宇宙在膨胀的？

答：我们利用Ia型超新星做为距离的标尺。然后就是搞清楚自每个超新星爆炸以来宇宙膨胀了多少。Ia型超新星发出的几乎所有光都集中在一个特定的蓝色波长上。但是，当这些蓝光在传播的过程中，由于宇宙的膨胀它们会被拉伸，所以在它们到达我们的时候就会看起来呈红色（波长更长）。这些光线看起来有多红就怎么告诉了你自这个超新星爆炸以来宇宙究竟膨胀了多少。观测不同的超新星，你就能够确定出50亿年、30亿年或者10亿年前宇宙有多大，由此就能确定出宇宙是如何随着时间而膨胀的。人们原先预期，由于宇宙中所有的物质之间都通过引力相互吸引，因此随着时间的推移，宇宙的膨胀将会减速。而我们却发现，宇宙的膨胀实际上是在加速。

问：宇宙正在越来越快加速膨胀的重要性在哪儿？

答：这说明宇宙并没有我们想象得那么简单。物质并不会导致宇宙膨胀的加速，它们只会令其减速。于是，我们立刻就知道了，宇宙中还存在其他东西。事实证明，宇宙中的大部分物质是以真空中某种能量的形式所出现的，而且它们还表现出了排斥的奇怪特性。也正是它导致了宇宙的加速膨胀。我们不知道它究竟是什么，但现在人们使用“暗能量”这个词来描述它的神秘属性。

问：你的这些研究结果是突然一下子冒出来的吗？

答：嗯，这是个有意思的问题。这可能是历史上最慢的“突然一下子”，它花了几个月时间才“冒出来”。原因是这其中的数据分析工作其实相当得复杂，而在得到真正好的数据之前还有许多校准的步骤要做。另一方面，当我第一次去报告这些数据结果的时候，在我的演讲结束之后，著名宇宙学家乔尔·普里马克（Joel Primack）站起来说，他只是想向在场的物理学家指出，这是一个了不起的、绝对让人大吃一惊的结果。在那一刻我也感受到了，没错，这确实令人震惊。

问：现在科学家们是如何试图来解释暗能量的？

答：爱因斯坦最初在他的广义相对论方程中加了一个Λ项，以此来抵消引力的影响并构建一个静态的宇宙。哈勃所发现的宇宙膨胀使得爱因斯坦深信这个Λ项是不必要的。但后来人们认识到，在量子力学中Λ可以很容易地用真空中粒子的自发出现和消失来解释。这些粒子被称为虚粒子，与它们不断出现和消失相关的能量便成为了我们了解真空能的来源。不幸的是，如果你计算一下这个能量的大小的话，得到的数字会比实际测到的大10的120次方（1后面120个0）倍。这无疑是个大问题。因此，通常假定这里必定存在一个完美的抵消机制，可以使得最后的差等于0。但是，现在我们看到，结果并不正好等于0。我想大多数的粒子物理学家认为我们需要新的解释。

问：这些解释是什么？

答：一种解释是，暗能量是一个标量场，它的特点是在空间每一点它会从这个数值“滚动”到另一个数值。虽然在滚动，但它的能量足以驱动宇宙加速膨胀。或者也许是爱因斯坦给出的广义相对论方程式并不完美，还需要一点点的修改。另一个有趣的解释是可能存在额外的维度，引力会渗透到那些不可见的维度里。在过去10年里，每个星期都会新出两到三篇解释暗能量的论文。但如果你问我这些理论家是否相信他们所提出的模型就是答案，我想他们几乎每个人都会说：“不，我只是想尝试一下不同的想法，希望由此能得到一些线索。”然后，他们又会转向我们这些观测天文学家寻求更多的数据。

问：那么我们会如何进一步去了解暗能量的实质？

答：一个很好的例子是近距超新星工厂，这个观测项目已经发现了500多颗可以用来探测暗能量属性的Ia型超新星。我还参与了由美国航天局和美国能源部共同资助的联合暗能量任务。它计划发射一颗卫星来寻找超新星，此外还会研发其他技术来探索暗能量的影响。如果我们能够做一个真正好的项目，那么在若干年之内就会有新的发现，对此我很乐观。我们所需的是正确前进方向的一些暗示。我认为理论家都非常有创造力，最终会给出一个解答，但目前还没有头绪。暗能量可以是任何东西。

问：自宇宙大爆炸以来，宇宙的膨胀和暗能量的影响是如何变化的？

答：对于宇宙学家而言，在宇宙大爆炸之后10^-35秒左右的极早期有一个被称为暴涨的时期。暴涨是另一个宇宙加速膨胀期，而我们也还不知道是什么导致了这一加速。有可能在当时还有另一种形式的暗能量。暴涨之后引力占据了主导，使得膨胀放缓。这一直持续了大约70亿年，此后宇宙中的物质过于分散无法再制约膨胀。此时，暗能量开始发力，宇宙膨胀也由此再次开始加速。

问：这一发现对宇宙的命运而言意味着什么？暗能量会减小吗？

答：你可以简单地说，由于现在的宇宙正在加速，所以这意味着它会永远加速下去，最终导致一个非常黑暗、空荡、冰冷的结局。但是应该记住，我们并不知道是什么导致了当前的加速，我们也不知道是什么在宇宙的极早期引发了暴涨时期的加速。暴涨最终停了下来，宇宙随之也开始减速。谁知道我们现在看到的加速是不是也会停止，然后宇宙开始坍缩。所以，我要说的是，除非我们搞清楚了宇宙加速膨胀的原因，否则宇宙的命运将始终是个未知的谜。

（本文修改版已刊载于《天文爱好者》杂志2010年第10期）

[Discover (the Extreme Universe) 2010年2月22日]

Maria Santos-Lleo等人　文　Shea　编译

自1999年7月23日和1999年12月10日发射以来，美国宇航局的钱德拉X射线天文台和欧洲空间局的牛顿X射线多镜面望远镜双双在太空中渡过了十二年。

它们互补的观测能力使得天文学家可以获得天体的高分辨率图像并且精确测量宇宙X射线的能量。在首次发现太阳系外X射线源不到50年的时间里，这两架望远镜在灵敏度上的提高堪比在过去的400年中最强大的光学望远镜对人眼的提高。而“钱德拉”和“牛顿”所做出的重大发现也正在改变21世纪的天文学。

[图片说明]：钱德拉X射线天文台。版权：NASA。

通常，宇宙中的X射线都是在极端条件下产生的。例如，中子星和黑洞周围的强引力场和磁场，或者是星系团中的星系际激波。因此对X射线的探测可以告诉我们许多宇宙中极端现象的信息。由于在分辨率和灵敏度上较以往提高了10倍，“钱德拉”和“牛顿”为许多存在已久的问题以及新的开放研究领域带来了希望。

[图片说明]：牛顿X射线多镜面望远镜。版权：ESA。

太阳系天体

通过多种方式，来自太阳的高能粒子与辐射会和行星、卫星以及彗星的大气相互作用会发出X射线。“钱德拉”和“牛顿”已经观测到了来自金星、地球、月亮、火星、木星及其卫星、土星及其光环以及许多彗星的X射线辐射。

电荷交换是太阳系天体产生X射线的一大重要机制。当太阳风中的高能电离原子和中性原子碰撞的时候会俘获电子进入激发态。当它向低能态跃迁的时候就会发出X射线辐射。

彗星的X射线光谱可以用来测量它的气体流失率并且探测太阳风。在“牛顿”和“钱德拉”之前，彗星X射线辐射的成因备受争议。现在观测和理论研究已经证明，太阳风中高度电离的离子和彗星中中性原子的电荷交换碰撞是这些现象的最佳解释。

“钱德拉”和“牛顿”还发现了金星和火星外大气层中电荷交换的X射线辐射，由此也可以从远距离上测量这些行星整体的气体流失率。此外，它们还通过特定的成分对太阳X射线所发出的荧光和散射研究了这些行星的大气。

诸如地球、木星和土星这样具有磁场的行星会通过极光活动来产生X射线。“钱德拉”发现木星产生的X射线会随时间改变。这些X射线极光并非来自原先所预期的紫外极光区，而是来自木星极区附近的高纬度地区。另外，“牛顿”的观测发现，木星极区磁层是一个复杂的电流系统，现有的模型并不能很好地解释观测到的现象。

单颗恒星和恒星形成区

虽然恒星星冕的X射线辐射仅仅是其整个辐射的一小部分，但X射线观测已经证明它是研究恒星磁场活动的理想工具。

在“牛顿”和“钱德拉”之前，来自大质量高温恒星的X射线辐射通常被认为是由于恒星吹出的星风中激波的碰撞所造成的，因此远离恒星的表面。但新的观测显示并非完全如此。

此外，“牛顿”的金牛分子云扩展巡天（XEST）和“钱德拉”的猎户超深场计划（COUP）则致力于研究拥有许多年轻恒星的恒星形成区。

金牛分子云中缺乏大质量的高温、蓝色恒星，它孕育的大多是1个太阳质量左右的低质量恒星。在这一环境下，恒星会孤立或者以非常小的群体的形式形成。金牛分子云中包含有许多金牛T型恒星，它们是仍然处于引力收缩阶段的极为年轻的恒星，代表着类太阳恒星介于原恒星和中年恒星之间的阶段。

XEST的观测显示，金牛T型恒星会发出大量能量较低的X射线。这被认为是它们在吸积周围的物质时由磁场所产生的。

与金牛分子云形成对比的是，猎户星云是恒星成群形成的原型，成百上千的低质量恒星会在大质量恒星周围形成。COUP的图像显示了来自褐矮星、原恒星和恒星的X射线辐射，它们普遍都存在着X射线耀斑。

[图片说明]：“钱德拉”拍摄的猎户星云。版权：NASA/CXC/Penn State/E.Feigelson & K.Getman等人。

类似于太阳表面的耀斑，这些耀斑都是恒星表面磁场重联的结果。成形前的恒星可以产生强烈的耀斑，其强度和出现的频率都是太阳耀斑的100倍。年轻恒星耀斑的X射线也可能控制着着其周围行星盘中的离子，这也许会影响行星的形成以及它们是否适合生命的出现。

超新星遗迹和恒星质量黑洞

大质量恒星的最终阶段是由恒星坍缩而导致的超新星爆发。坍缩过程中释放出的巨大引力能会使得恒星的绝大部分以每秒数千千米的速度被抛射出去，而在其中心则会留下一颗中子星或者黑洞。这一过程也会把重元素播撒到星际空间，这是构成生命的关键。

“钱德拉”、哈勃空间望远镜和斯皮策空间望远镜在不同时期对超新星1987A进行了详尽的观测。当它所发出的激波和周围物质环碰撞的时候就会发出X射线。“钱德拉”11年来的观测数据显示，超新星1987A的膨胀正在减速。

[图片说明]：“钱德拉”（左）和“哈勃”（右）拍摄的超新星遗迹1987A。版权：X射线：NASA/CXC/PSU/S.Park & D.Burrows；可见光：NASA/STScI/CfA/P.Challis。

“钱德拉”和“牛顿”还仔细研究了其他超新星遗迹的温度、化学组成和结构。例如，“钱德拉”对超新星遗迹仙后A的观测预示超新星爆发中存在着湍流混合作用，会把原先位于内部的物质（例如铁）翻到外侧。对仙后A的观测还揭示出了其中一个可能是中子星的点源，这颗中子星的碳大气只有10厘米厚。

[图片说明]：“钱德拉”拍摄的超新星遗迹仙后A。版权：NASA/CXC/SAO/D.Patnaude等人。

和大质量恒星超新星形成鲜明对比的是热核（Ia型）超新星。如果一颗白矮星吸积了过多的物质或者和另一颗白矮星发生碰撞就会引发这一类的超新星爆发。对开普勒超新星遗迹的X射线观测显示它属于Ia型超新星。观测还发现，它的前身星在形成之后大约1亿年的时间里就损失了大约7个太阳质量的物质演化为了一颗白矮星。如此快速地出现Ia型超新星实属罕见。

“钱德拉”和“牛顿”的观测还证明了超新星遗迹是重要的宇宙线加速场所。超新星遗迹RX J1713.7-3946和仙后A中快速变化的X射线辐射暗示电子可能还有离子被极为高效地加速到了高能态。

壳层型的超新星遗迹是由其自身的爆发过程所驱动的。而实心的超新星遗迹，例如蟹状星云，则是由年轻脉冲星吹出的星风所驱动的。“钱德拉”和“牛顿”对它们的观测揭示出了许多的细节。

[图片说明]：“钱德拉”拍摄的蟹状星云。版权：NASA/CXC/SAO/F.Seward等人。

超新星遗迹和脉冲星星风在几千年之后就会变暗，但是如果这颗中子星或者黑洞是双星系统中的一员，那么它通过吸积伴星的物质会再一次成为X射线源。“钱德拉”详细研究了第一个恒星质量黑洞食双星系统M33-X7。这一系统包含了一个已知质量最大的恒星黑洞之一（约16个太阳质量）和一颗质量极为巨大的伴星（约70个太阳质量）。其中黑洞的轨道周期为3.45天而它到伴星的距离只有42个太阳半径，使用通常的恒星演化模型很难解释这些特性。假设黑洞的自转轴和双星系统的轨道面垂直，对光谱的分析就能精确测定出黑洞的自转参数。一个（不带电的）黑洞只需要质量和自转即可描述，这正是300万光年远的这一小行星大小的天体的完全写照。

超大质量黑洞

在星系演化的过程中会形成超大质量黑洞。大量的证据显示，绝大部分的大质量星系都包含有超大质量黑洞。它的质量和宿主星系的核球相关，预示了星系和超大质量黑洞是共同演化的。银河系中心的超大质量黑洞和射电源人马A*重合，具有300万个太阳质量，在除了射电波段以外的波段上都极为暗弱。然而，“钱德拉”和“牛顿”已经探测到了来自人马A*的微弱X射线辐射。这可能是由于物质团块掉入超大质量黑洞而形成的快速X射线爆发。

通过不断地吸积周围的物质或者阶段性的吞噬大量的物质，超大质量黑洞会长大。“牛顿”、“钱德拉”和德国伦琴卫星（ROSAT）在X射线波段以及在可见光和紫外波段对星系RX J1242.6-1119A的观测发现，超大质量黑洞吞噬周围恒星可以解释观测到的持续数月甚至长达数年的X射线爆发。“钱德拉”对星系NGC 6240的观测显示，它的中心存在两个活跃的超大质量黑洞，预计它们会在1亿年内并合。这一发现为星系并合的关键阶段以及超大质量黑洞的生长提供了直接的证据。

[图片说明]：“钱德拉”拍摄的活动星系半人马A，其中心有一个活跃的超大质量黑洞。版权：NASA/CXC/CfA/R.Kraft等人。

X射线观测还为研究超大质量黑洞视界附近的区域提供了有力的工具。“牛顿”对星系MCG-6-30-15中超大质量黑洞的观测显示，其铁发射线只能源于黑洞周围才有的强引力效应。“牛顿”还追踪了星系NGC 3516中央大约3千万个太阳质量的超大质量黑洞视界外物质的运动，为天文学家监测这些黑洞视界周围几光分的区域提供了绝佳的机会。

暗物质和暗能量

在过去的10年中，探测宇宙的组成取得了巨大的进展。基于大量的天文观测建立了宇宙的和谐模型——宇宙中仅有大约4%为普通（重子）物质、23%为暗物质、其余73%为暗能量。X射线观测在其中起到了重要的作用。

“钱德拉”对并合星系团1E 0657-558的观测发现，发出X射线的等离子体的分布有别于整个星系团的物质分布。这为暗物质的存在提供了直接的证据。

[图片说明]：并合星系团1E 0657-558。版权：X射线：NASA/CXC/CfA/M.Markevitch等人；可见光：NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe等人。

在更大的尺度上，哈勃空间望远镜和“牛顿”观测了一个1.6平方度的天区来测量暗物质和重子物质的三维结构。这一大尺度结构包含了一个随着宇宙时间生长的松散丝网结构。会发出X射线的星系团显示暗物质都聚集在这些细丝相交的地方。

“钱德拉”对星系团的观测还使用几种新的特有的方式精确测定了一些宇宙参数。通过测量星系团中的发出X射线的气体质量和总质量之比，“钱德拉”对宇宙暗能量的密度和状态进行了限制，这一结果和通过其他方法得到的相一致并且互补。

展望未来

很难预言“钱德拉”和“牛顿”在未来还会做出什么样的发现并且会产生哪些影响。但是，根据在过去的十二年中所取得的成就，天文学们相信它们更深入、更广的观测会带给我们更多的惊喜。未来的研究将囊括从中子星的亚原子组成到宇宙的大尺度结构的各个层面。

“牛顿”和“钱德拉”还将加强和地面以及其他空间望远镜的合作。例如，使用赫歇尔空间望远镜和阿塔卡玛毫米波大天线阵，综合X射线、红外和毫米波观测对于研究原恒星、年轻恒星和原行星盘而言是至关重要的。联合X射线和微波对遥远星系团的观测将能更好地确定暗能量的参数，它的一大核心目标是通过比较暗能量在宇宙膨胀和结构生长中的作用来检验广义相对论可能存在的失效之处。

也许要不了多久这对X“双子星”就会把又一个“意外”呈献在我们眼前。
（本文已刊载于《太空探索》2010年第07期）

[Nature 2009年12月24日]