2023年13项创纪录的太空发现

JWST观测到的星团IC 348，它发现了三颗“失败之星”褐矮星。(图片鸣谢:美国国家航空航天局、欧空局、加空局、STScI、K. Luhman(宾夕法尼亚州立大学)和C. Alves de Oliveira(欧洲航天局))

（蜘蛛网eeook.com）据美国太空网（基思·库珀）：

在2023年创下的新天文记录中，有一项宣布是有史以来看到的来自太阳的最高能量伽马射线，比之前看到的还要强大一个数量级。

密歇根州立大学的天文学家Mehr Un Nisa是在《物理评论快报》上描述这一发现的作者之一，他在一份声明中说:“太阳比我们知道的更令人惊讶。”

此前，美国国家航空航天局的费米伽马射线太空望远镜已经探测到来自太阳的能量高达200千兆电子伏(GeV，2000亿电子伏)的伽马射线。退一步说，那是令人难以置信的精力充沛。这些伽马射线是宇宙射线与太阳大气层碰撞时产生的，宇宙射线是来自深空的粒子，几乎以光速移动。然而，位于墨西哥的高海拔切伦科夫天文台(HAWC)的观测结果已经正式超过了这一数字。

太阳的图像。(图片鸣谢:美国国家航空航天局/SDO)

HAWC能够间接探测伽马射线。当伽马射线光子进入地球大气层时，它必然会与大气分子相撞，将分子粉碎，形成亚原子粒子雨。这些雨落在HAWC上，这是一种有趣的望远镜:它由300个水箱组成，每个水箱装满200公吨的水。伽马射线和分子碰撞产生的亚原子粒子运动速度如此之快，以至于当它们进入水中时，它们实际上比光在水中的速度更快(比在真空或空气中的速度略慢)。亚原子粒子产生闪光，一种视觉上相当于音爆的东西，称为切伦科夫辐射。

HAWC的数据揭示了来自太阳伽马射线的亚原子粒子，能量约为1万亿电子伏特(1万亿电子伏特，或TeV)，少数粒子的能量高达近10 TeV。

“在查看了六年的数据后，发现了过量的伽马射线，”Nisa说当我们第一次看到它的时候，我们就像，'我们肯定搞砸了，太阳不可能在这样的能量下如此明亮。'"

尽管确切的机制尚不清楚，但宇宙射线也被认为是这些伽马射线的原因，它穿透了太阳可见表面以下1000公里(620英里)，在那里它们与隐藏的磁场相互作用。因此，检测这些伽马射线也许能告诉我们一些关于太阳表面下发生的事情。

然而，尽管这些伽马射线是有史以来最强的太阳射线，但它们并不是从整个宇宙中探测到的最强的射线。这一记录要追溯到2021年中国大型高海拔空气簇射天文台探测到的伽马射线，它具有令人难以置信的1.4万亿电子伏特(1.4万亿电子伏特，PeV)的能量，来自宇宙深处的某个地方。

艺术家对中间的船帆座脉冲星及其磁气圈的印象，磁气圈的边缘由亮圈标出。向外行进的蓝色轨迹代表加速粒子的路径。这些粒子通过与磁层中发射的红外光子(红色)碰撞，沿着旋转的螺旋臂产生伽马辐射。(图片来源:DESY科学传播实验室)

2023年探测到了更多破纪录的伽马射线，探测到的光子来自船帆座超新星遗迹内的脉冲星，其能量达到20 TeV。

脉冲星是一种旋转的中子星，由曾经在超新星爆发中爆炸的大质量恒星的残骸组成。脉冲星通常在无线电波长下可以被探测到，但其中一些也会发出伽马射线，这被认为是由电子围绕该现象的强磁场线旋转产生的。

脉冲星发出的伽马射线可以用强度和能量的光谱来表示。在大多数情况下，这些伽马射线能量高达几百GeV，超过这个值就有一个截止值。偶尔，我们会看到一颗脉冲星穿过这个截止线——蟹状星云中的脉冲星已经被观察到发出峰值为1 TeV的伽马射线。

然而，蟹状星云脉冲星的顶峰已经被探测到的来自船帆座超新星遗迹中一颗脉冲星的伽马射线彻底击碎。这一发现是由纳米比亚的高能立体系统(HESS)发现的。这些伽马射线远远高于通常的GeV截止值，这意味着我们对电子如何在强磁场中加速的理解是不完整的。

一个巨大的炽热气体漩涡中心的黑洞。(图片鸣谢:约翰·a·佩斯)

根据5月份在《皇家天文学会月报》上公布的新研究，有史以来最强烈、持续时间最长、最强大的爆炸——比任何已知的超新星亮10倍，甚至现在仍在爆发——是在一个星系中发现的，该星系的光已经向我们传播了80亿年。

编目为AT2021lwx的爆炸事件是由加利福尼亚州的Zwicky瞬态设施和夏威夷的小行星地球撞击最后警报系统(ATLAS)共同发现的，该系统寻找天空中的瞬态事件，可以是从移动的小行星到燃烧的宇宙爆炸。

英国南安普顿大学的塞巴斯蒂安·霍尼格在一份声明中说:“一旦你知道了该物体的距离以及它在我们看来有多亮，你就可以计算出该物体在其源头的亮度。”"一旦我们完成了这些计算，我们意识到这是非常明亮的."

在它最亮的时候，2021lwx的亮度比我们的太阳亮两万亿倍。天文学家怀疑AT2021lwx不是一颗爆炸的恒星，因为这种爆炸在几周或几个月后会减弱，而是一个超大质量的黑洞，消耗着巨大的气体云——可能比太阳本身大一千倍。天文学家称之为潮汐破裂事件；以前从未目睹过如此规模的事件。气体云被黑洞类似老虎钳的重力潮汐力撕裂，发送冲击波在受折磨的云内回荡，并释放出巨大的能量。

南安普敦大学的菲利普·怀斯曼说:“随着新的设施，如薇拉·鲁宾天文台的空间和时间遗产调查在未来几年上线，我们希望发现更多这样的事件，并对它们有更多的了解。”。“可能这些事件虽然极其罕见，但非常活跃，是星系中心如何随时间变化的关键过程。”

一幅插图显示了快速射电爆发逃离三个碰撞的星系并传播到银河系。(图片鸣谢:ESO/M. Kornmesser)

有史以来探测到的最遥远的快速射电爆发(FRB)是在2023年发现的。

10月19日出版的《科学》杂志上的一篇报道描述了2022年6月19日，一个FRB如何被发现在太空中旅行了巨大的80亿年。

FRB很神秘。它们是短暂的无线电波爆发，持续时间只有几毫秒，但在这短暂的时间里，它们能释放出相当于我们的太阳30年的能量。没有人知道是什么产生了它们；人们经常看到它们在宇宙中随机爆炸。有时，他们甚至被视为重复。磁星是极具磁性的中子星，是主要的怀疑对象。

破纪录的爆发是由澳大利亚平方公里阵列探路者(ASKAP)探测到的，该阵列由36个射电碟形天线组成。ASKAP精确定位了爆发的位置，编目为FRB 20220610A，然后允许智利的甚大望远镜跟踪并确定源是一个由两三个碰撞星系组成的系统，我们看到它们是80亿年前的。

因为FRB 20220610A必须穿越这么多的空间才能到达我们这里，它遇到了许多生活在星系间空间的流氓电子。电子窃取了一些无线电波的能量(取决于波长),导致无线电信号稍微分散。FRB的信号越分散，通过的电子就越多。因此，色散的测量可以告诉我们隐藏的原子物质，否则无法检测。

澳大利亚Swinburne大学的Ryan Shannon在一份声明中说:“虽然我们仍然不知道是什么导致了这些大规模的能量爆发，但这篇论文证实了快速无线电爆发是宇宙中的常见事件，我们将能够利用它们来检测星系之间的物质，并更好地了解宇宙的结构。”

印度浦那的巨型微波射电望远镜。(图片来源:美国国家射电天体物理学中心)

与中性氢气相关的最遥远的无线电发射探测是在2023年实现的，发现了来自一个星系的无线电波，我们认为它在88亿年前就存在于宇宙中。

21厘米线，或21厘米线，是整个射电天文学中最基本的波长。它被用来研究星系和整个宇宙中氢气的分布。射电望远镜定期观测我们银河系和现代宇宙中其他星系的21厘米线。然而，遥远宇宙中的星系通常太暗，在这个波长下无法被探测到。

但是有一个星系，编目为SDSSJ0826+5630(这个名字意味着它是新墨西哥州阿帕奇角天文台斯隆数字巡天的一部分发现的，其他数字是它的坐标)，具有优势。它的光，包括它的无线电发射，被一个介入的引力透镜放大了——这是一个巨大的物体引起的空间扭曲，在这种情况下是一个巨大的星系，位于前景中。

印度科学研究所的Nirupam Roy在一份声明中说:“这有效地将信号放大了30倍，使望远镜能够捕捉到它。”

这个透镜化的21厘米无线电信号是由印度的巨型Metrewave射电望远镜探测到的。包括罗伊在内的天文学家能够根据21厘米信号的强度推断出SDSSJ0826+5630中的气体量。他们得出结论，SDSSJ0826+5630以中性氢气的形式包含的质量是恒星的两倍。

一张红色、黄色和橙色阴影的地图，描绘了与1951年至1980年的基线平均值相比，2023年气象夏季的全球温度异常。(图片来源:美国国家航空航天局地球天文台/劳伦·多芬)

并非所有的记录都是受欢迎的成就。

美国国家航空航天局的戈达德太空研究所(GISS)证实，自1880年有温度记录以来，2023年的北半球夏季经历了最温暖的夏天，这是人类导致的全球变暖加上厄尔尼诺效应的结果，厄尔尼诺效应有助于提高海水温度。

GISS的科学家通过将全球气温与1950年至1980年间的夏季平均气温进行对比。他们发现，六月、七月和八月的总气温比1950年至1980年的平均气温高0.23摄氏度(0.41华氏度)。仅8月份就比往年高1.2摄氏度(2.2华氏度)。这听起来可能不多，但减缓气候变化的努力依赖于将全球变暖保持在比工业化前平均水平高1.5摄氏度以下。

“2023年夏天创纪录的温度不仅仅是一组数字——它们会导致现实世界的后果，”美国国家航空航天局管理员比尔·纳尔逊在一份声明中说。这些后果包括在加拿大、希腊和夏威夷等国家发生的巨大野火，以及席卷欧洲大陆、日本、南美和美国的致命热浪。

“不幸的是，气候变化正在发生，”GISS主任、气候科学家加文·施米特说。“我们说过会发生的事情正在发生，如果我们继续向大气中排放二氧化碳和其他温室气体，情况会变得更糟。”

南极洲周围海冰数量的季节性变化。(图片鸣谢:美国国家航空航天局)

2023年有更多令人沮丧的气候消息，美国国家航空航天局和科罗拉多大学博尔德分校的国家冰雪数据中心(NSIDC)的联合研究发现，南极水域的海冰数量创下历史新低。此外，在北极，情况也好不到哪里去。科学家发现它展示了有记录以来第六低的海冰测量值。

海冰范围被定义为海冰覆盖比例至少为15%的海洋区域。

科学家利用卫星数据跟踪两个半球极地地区的海冰，发现9月10日南极海冰仅覆盖了1696万平方公里(650万平方英里)，是有史以来最低的。上一次低点出现在1986年，当时海冰覆盖面积比最新数据高出103万平方公里(39.8万平方英里)。

在北极，海冰甚至更少(尽管不是创纪录的低水平)，9月19日，冰冻水域缩小到只有423万平方公里(163万平方英里)。这比1981年至2010年期间的平均水平少了199万平方公里(77万平方英里)。

“这是南极海冰面积创纪录的新低，”NSICD的沃尔特·梅尔在一份声明中说。"与任何一个地区相比，几乎整个大陆的海冰增长都很低."

海冰的消失是人类引起的全球变暖导致温度上升的结果，这一过程可能会迅速陷入恶性循环。冰能有效地将太阳能反射回太空，所以冰越少，反射出去的太阳能就越少。反过来，地球变暖。此外，冰越少，暴露在外的深色海洋部分就越多，这样可以更有效地吸收太阳能。这最终会提高海洋温度，导致海冰减少——等等。

弗兰克·卢比奥在国际空间站的圆顶舱。(图片鸣谢:未来)

美国国家航空航天局宇航员Frank Rubio无意中在2023年创造了历史，成为第一个在国际空间站度过一整年的美国人。卢比奥与宇航员谢尔盖·普罗科普耶夫和德米特里·彼得林一起发射升空，加入远征67队。这三人计划在六个月后返回地球，但是他们的联盟号太空舱发生冷却剂泄漏，这意味着他们不得不在国际空间站呆上一年多。三人最终返回地球，在太空度过371天后，于2023年9月27日在哈萨克斯坦着陆。

卢比奥打破了美国国家航空航天局宇航员马克·范德黑在2021-2022年(在太空停留355天)和斯科特·凯利在2015-16年(在太空停留340天)创下的纪录。然而，卢比奥距离全球纪录保持者——已故宇航员瓦列里·波利亚科夫还有一段距离，他在1994年至1995年间在俄罗斯和平号空间站度过了437天。

一颗失控的恒星从密集的星团中被喷射出来的插图。(图片鸣谢:tomo hide Wada/四维数字宇宙计划(4D2U)，NAOJ)/Science/AAAS)

今年7月，天文学家仔细研究了欧洲航天局(European Space Agency)的盖亚卫星(Gaia satellite)收集的恒星运动数据，揭示了有史以来最快的逃逸恒星在我们的星系中加速飞行。

发现了六颗新的超高速恒星，其中两颗——编目为J0927-6335和j 1235-3752——是迄今为止见过的速度最快的恒星，分别以每秒2285公里(510万英里/小时)和每秒1694公里(380万英里/小时)的速度穿越太空。具体来说，J0927-6335可以在一小时内绕地球694圈——也就是说，没有克里斯托弗·里维斯的《超人》那么快，但仍然相当快。

恒星是白矮星，它是类似太阳的恒星的核心，已经停止了内在的融合反应，外层已经爆裂，并且已经过期。天文学家怀疑白矮星曾经属于双星系统，白矮星的伴星在一次灾难性的超新星爆炸中爆炸，给了白矮星一个强大的打击。

“这些恒星非常特别，因为它们比银河系中的普通恒星运行得快得多，”哈佛-史密森天体物理中心的卡里姆·艾尔-巴德里告诉Space.com。"因为它们比星系逃逸速度快，它们很快就会被发射到星系际空间."

艺术家对超大质量黑洞驱动的类星体的印象(图片来源:ESO/M. Kornmesser)

作为有史以来最昂贵的望远镜，詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)经常打破新的天文记录，其中一个突出的发现是宇宙中已知存在的最遥远的超大质量黑洞。

JWST在一个名为CEERS 1019的星系中发现了黑洞，我们认为它存在于大约133亿年前(宇宙大爆炸后仅5.7亿年)。黑洞的质量大约是太阳质量的900万倍，或者说大约是我们银河系中心超大质量黑洞的两倍。

CEERS代表宇宙演化早期发布科学，是一个研究项目，旨在利用JWST的力量，识别宇宙中最遥远的星系。CEERS团队也在研究更遥远星系中的其他几个候选黑洞，但尚未得到验证。这些超大质量黑洞是如何形成并如此快速增长的，这是一个谜。黑洞之所以可见，是因为它们正贪婪地从周围明亮的热气盘中进食。

在CEERS 1019的情况下，该星系看起来形状不规则，有三个明亮的团块，可能是由于两个或更多星系的融合导致大量物质被送往黑洞而形成的畸形。

“星系合并可能是助长这个星系黑洞活动的部分原因，这也可能导致更多的恒星形成，”罗切斯特理工学院的Jeyhan Kartaltepe在一份声明中说。

然而，如果它确实是作为一个小的恒星质量的黑洞开始生命的话，似乎没有足够的时间让黑洞增长到900万个太阳质量。相反，科学家们推断，黑洞一定是以一颗大种子的形式开始生命的，或许它本身的质量是我们太阳的数万倍。这个潜在的种子可能是由一团巨大气体的直接引力坍缩形成的。目前这只是一个有一些间接证据的理论，但是JWST的观察让我们更接近一些答案。

这幅图像显示了褐矮星ISO-Oph 102，或Rho-Oph 102，位于Rho蛇夫座恒星形成区。它的位置用十字准线标出。这幅可见光图像是由数字化巡天2号的部分图像生成的。图片发布于2012年11月30日。(图片鸣谢:ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/数字化巡天2。鸣谢:大卫·德·马丁)

并不是每个新的天文记录都必须是最大的或者最遥远的。在天平的另一端，JWST发现了迄今为止发现的最小的褐矮星，它的质量只有木星的三到四倍，与一些行星的大小相同。

天文学家利用JWST在星团IC 348中发现了棕矮星，以及其他质量不到木星八倍的棕矮星。IC 348在一千光年之外的英仙座分子云中被发现。

“你会在每本天文学教科书中发现一个基本问题，最小的恒星是什么？这就是我们试图回答的问题，”宾夕法尼亚州立大学的凯文·卢曼在一份声明中说。卢曼是一篇描述褐矮星发现的论文的第一作者，这篇论文发表在12月13日的《天文杂志》上。

棕矮星通常被称为失败的恒星，因为它们像恒星一样通过气体星云直接聚结而形成，但它们的体积较小，这意味着它们没有足够的质量来产生氢核聚变所需的核心温度——这是恒星的明显特征。(不过，有些棕矮星确实在短时间内成功融合了氘。)

这颗破纪录的棕矮星不可能是在被喷射之前形成于恒星周围圆盘中的流氓行星，因为它(和IC 348本身)只有大约500万年的历史。对于一颗气态巨行星来说，没有足够的时间以传统方式在恒星周围形成，然后被喷射到深空。

(图片来源:AGU/范·伊顿等人(2023)/地球物理研究快报)

2023年夏天的一项新研究发现，2022年1月15日Hunga Tonga-Hunga Ha'apai火山的爆发在一场持续11个小时的超级雷暴中产生了创纪录数量的闪电，跨越了一个宽度为240公里(150英里)的巨大区域。

这座火山于2021年12月首次变得活跃，但一个月后的爆发成为头条新闻。它产生了有史以来最强大的大气爆炸，更不寻常的是，喷发源，火山的破火山口，位于水下150米(500英尺)。

这次喷发每秒钟喷出50亿公斤的物质，助长了高达58公里(36英里)的羽流。

美国地质调查局的亚历克莎·范·伊顿在接受《Space.com》采访时说:“羽流的高度和喷发速度在理论上是有限制的，而洪加汤加的喷发打破了所有这些限制。”。

当羽状物在海面上空变平时，它形成了一个巨大的圆顶状云。而且，当溢出的羽状物质落到云上时，它导致压力波以同心圆的形式扩散开来。正是在这些波纹中，充满了火山爆发的水下带电冰晶和电离火山灰，人们观察到了闪电——峰值时每分钟2600次闪光，11个小时内总共有192000次闪光。

范·伊顿总结了这一新的闪电记录是多么的极端，他说:“我们以前从未见过如此高的闪电速度和如此高的海拔。”