早期宇宙的艺术想象图，绘制于二十年前。画面中充满原始的星爆星系，巨形椭圆星系与旋涡星系尚未形成，恒星形成的区域发出耀眼的光，大质量恒星成为超新星并爆发，创造宇宙中不可或缺的重要元素。二十年来，天文学进展不断。望远镜发射升空、探测器渐行渐远，人类的目光正延伸向曾经遥不可及的宇宙深处。我们来自哪里？我们将往何处？真相正随着天文研究的步伐逐渐揭开。版权／A. Schaller (STScI)
导读：
回顾2023年，人们探索浩瀚宇宙的热情依然高涨，天文领域探索取得的成就亦令人振奋。在此，我们从众多天文成就中挑选几项颇具代表性的事件，来庆祝收获丰硕的这一年。
苟利军、戴昱｜撰文 
今年，天文学界迎来了许多重要的突破。新的黑洞照片和全景图进一步为公众展示了黑洞的神秘面纱，这些引人入胜的图像不仅揭示出黑洞动态的奇妙特性，更加深了我们对“宇宙巨兽”的理解。双小行星改道测试探测器与小行星的历史性碰撞实验，不仅验证了行星防御技术的有效性，也为防范潜在的太空威胁作出了重要贡献。
纳赫兹引力波探测器的最新发现为我们开辟了新的观测视角，进一步巩固了引力波作为探测宇宙深处有效工具的地位。同时，韦布空间望远镜在系外行星探测方面的显著成就，揭示了遥远行星系统的新奥秘。
X射线观测领域也取得了显著进展，其中，蜘蛛脉冲星的最新观测成果极大地增进了我们对快速射电暴现象的理解。中子星的研究也取得重大进展，新发现的距离地球更近的中子星，成为解读恒星演化和宇宙物理学的关键环节。
太阳射电阵、冷湖2.5米望远镜，以及欧洲的欧几里得空间望远镜的启用，将显著提升我们的观测能力，加快对宇宙奥秘的探索。美国首次小行星采样任务和欧洲的木星探测器发射标志着人类太空探索的新里程碑。中国的载人月球探测工程、印度的月球南极探测器着陆，更是突显了亚洲在太空探索领域的显著进步和成就。
展望2024年，随着科技的不断发展和进步，我们对宇宙的理解将更加深入，太空探索的足迹也将更远。让我们携手期待更多激动人心的科学发现，共同探索广阔而神秘的宇宙。
SAIXIANSHENG
一、黑洞“甜甜圈”与全景照
黑洞喷流进动首发现
EHT拍摄的M87黑洞图片，于2019年首次公布。版权／EHT
使用PRIMO算法进行重建后得到的M87中心黑洞图像。版权／Medeiros et al.2023
2019年，科学家首次公布了位于M87星系中心超大质量黑洞的真实图像，由事件视界望远镜（EHT）项目实现，联合了分布在全球不同地方的八架射电望远镜，形成了等同于地球大小的虚拟望远镜网络，使科学家能够直接观测到黑洞的事件视界，并揭示其周围的环形结构。
在2023年，科学家通过PRIMO算法(principal-component interferometric modeling)对M87中心黑洞图像进行重建，获得了更清晰、环形更细更亮的M87黑洞图像。这一成果对于测量M87黑洞的质量测量具有重要意义。
而在2023年5月，天文学家也发布了有关于M87黑洞的全景照。此次所利用的数据，是天文学家在2018年利用全球毫米波VLBI阵列（GMVA），辅以阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵（ALMA）和格陵兰望远镜（GT），对M87中心进行的不同视角和分辨率的观测。观测结果揭示，M87的紧凑射电核在3.5毫米波长下呈现出一个环状结构，比2017年使用EHT的1.3毫米波长观测到的环大50%左右。这表明在更长波长下，吸积流对环的形成有显著贡献。
GMVA和ALMA联合观测于2018年获得的在3.5毫米波长下M87中心黑洞图像。放大区域展示了直径为64微弧秒的环形结构。版权／R. Lu et al. 2023
这次观测也更详细地揭示了 M87黑洞的喷流特性；喷流的辐射轮廓非常明显，且喷流轴线上有一个显著弯曲，可能是由黑洞引力场的影响或喷流的重新对准造成的。此外，观察到喷流边缘的不对称发射，可能与吸积流相关的风或喷流自身结构变化有关。这些观测结果对理解黑洞及其周围环境的复杂物理过程极为关键。
此外，2023年9月，天文学家还在《自然》发文说明黑洞存在着进动现象。通过分析2000年至2022年间的数据，研究团队发现M87黑洞喷流在其位置角度上呈现出周期性振荡现象，表现出大约11年的进动周期，与黑洞自身旋转引起的伦塞-西凌（Lense-Thirring）进动现象相符合。这一发现为我们理解超大质量黑洞周围的动态环境以及喷流的物理机制提供了重要信息。
M87中心黑洞吸积流和喷流的艺术想象图。版权／Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF
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二、小行星撞击超预期
未来防御奠定基础
2023年3月，哈勃空间望远镜拍摄的双小行星系统，图中展现了DART任务之后小行星产生的尾流。版权／NASA/ESA/STScl
美国航天局（NASA）发起的双小行星改道测试任务（DART）是一个宇宙探索项目，主要目的是测试一种行星防御技术，即通过高速撞击改变目标小行星的轨道，以评估此技术在抵御地球潜在小行星撞击威胁时的应用效果。
DART探测器是人类历史上首次尝试通过人造物体改变天体轨道的实验。探测器的目标是名为孪小星（Dimorphos）的卫星小行星，它围绕小行星孪大星（65803 Didymos）运转。2022年9月26日，DART探测器与孪小星发生了预定的高速撞击，提供了关于小行星撞击反应的宝贵数据，展示了人类航天技术的成就。
DART任务数小时后哈勃空间望远镜（左）与韦布空间望远镜分别拍摄到的双小行星系统。版权／NASA, ESA, CSA, Jian-Yang Li (PSI), Cristina Thomas (Northern Arizona University), Ian Wong (NASA-GSFC)
2023年4月，DART撞击的数据和分析结果发表在《自然》杂志上，5篇相关的学术文章对DART任务进行了深入全面的讨论，并强调了任务的主要目标——孪小星——在双小行星系统中的地位以及撞击过程中的关键细节。通过成功的撞击，DART任务证实了动能撞击技术作为一种有效的行星防御手段的潜力。
天文学家进一步分析了小行星的物理特性，形状、表面特征，以及撞击事件的详细过程。研究人员发现DART撞击导致了孪小星轨道周期的减少了大约33.0±1.0分钟，不仅展示了撞击本身的影响，还表明除了DART本身携带的动量外，撞击过程还向小行星传递了额外的动量，进一步证实了撞击器作为行星防御技术的有效性，并成功演示了通过高速撞击来改变小行星轨道的实际可能性。
白色正方形框与长方形框展示了DART航天器及其两块太阳能电池板在Dimorphos小行星上留下的痕迹。背景图像于撞 击前3秒拍摄。版权／NASA/Johns Hopkins APL
哈勃空间望远镜（HST）对DART 撞击后孪小星弹射物进行了观测，揭示了撞击后弹射物在15分钟到18.5天内的复杂演化过程。这一过程中，弹射物最初主要受到双星系统的引力作用影响，随后逐渐受到太阳辐射压力的影响。研究还发现了低速弹射物形成的持续尾流，其形态与之前观察到的被撞击后产生尾巴的小行星相似。
DART任务为我们展示了如何通过人造撞击来改变潜在威胁小行星轨道的重要知识，并为未来的行星防御策略制定提供了宝贵的实证经验。
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三、高频引力波探测依旧
纳赫兹引力波将打开
即将并合的黑洞的艺术想象图。版权／LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonnet)
爱因斯坦的广义相对论预言了质量和能量会扭曲空间和时间，这种扭曲可以由两个黑洞或中子星的并合产生，直接导致引力的波动，即我们所熟知的引力波现象。目前已探测到的引力波基本都是由恒星级质量（约几到几十个太阳质量）的黑洞或中子星并合产生的，频率一般在千赫兹量级，大约是每秒钟绕转500次。但是另一种超低频引力波，即两个超大质量黑洞产生的时空涟漪，互相旋转一次大概需要十几年的时间。
因此，即使是引力波发现的首发选手和主力军——长度达4千米的激光干涉引力波探测台（LIGO）也无法探测到这一类引力波现象。要探测到纳赫兹引力波需要更大尺度的干涉技术和仪器。天文学家可以借助星系中的星体来完成这一壮举。这里用到的一项关键技术叫做脉冲星计时阵（pulsar timing array, PTA)。
脉冲星计时阵通过定期观测多颗毫秒脉冲星并分析其射电脉冲的到达时间，能够用于搜寻低频引力波。版权／David Champion/Max Planck Institute for Radio Astronomy
2023年6月28日，五个彼此基本独立的国际合作团队都宣称探测到了纳赫兹引力波的存在，这里面包括了中国（CPTA）、欧洲（EPTA）、澳洲（Parkes PTA)、美国（NANOGrav）和印度（InPTA）的团组。中国的观测结果尽管时间跨度最短，但是用到了收集信号灵敏度很高的500米口径球面射电望远镜（FAST），所以在这次发布当中置信度最高，达到了4.6σ。尽管这些工作看到的引力波信号有强有弱，但在这一频率可能存在的随机超低频引力波背景，预示着我们即将打开观测纳赫兹引力波的一扇窗口。
位于中国贵州的FAST望远镜，帮助中国脉冲星计时阵团队探测到纳赫兹引力波。来源／新华社
由于脉冲星发射的脉冲信号非常规律，天文学家可以极准确地预计下一次脉冲到来的时间。但是，一旦受到超低频引力波信号的干扰，脉冲信号到达地球的时间就会出现微小的扰动。当收集到多个脉冲星信号不同程度的扰动，天文学家可以通过数据分析和信号源反向建模，寻找到超低频引力波的信号。
高能粒子沿着脉冲星磁场线加速，产生射电辐射。随着脉冲星的旋转，射电望远镜能够探测到精确的周期性脉冲。版权／Olena Shmahalo
目前认为这些引力波背景的来源最可能的是超大质量黑洞的并合；然而，由于暂时没有更强的信号支持可靠的信号源，暴胀和宇宙弦造成这类信号的可能性依然存在，相关的理论和建模工作仍在持续进行中。可以预计，在积累了更多数据的将来，很有希望探测到证据确凿的纳赫兹引力波发射源。
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四、韦布一展强大能力 
系外行星大有斩获
JWST的近红外光谱仪于2022年7月10日捕捉到的WASP39b的透射光谱，是太阳系外行星大气中存在二氧化碳的首个明确证据，也是有史以来首次观测到覆盖3至5.5微米波长范围的系外行星详细透射光谱。图中白色圆点代表被行星阻挡并被其大气吸收的特定波长的光，数据点上下延伸的灰色短线代表误差，蓝线为最佳拟合模型；中心波长约为4.3微米的峰值代表二氧化碳的吸收。版权／NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI), Joseph Olmsted (STScI）
韦布空间望远镜（James Webb Space Telescope, JWST）的图像和光谱仪（棱镜光谱仪NIRSPEC和无缝光谱仪NIRISS），2023年在探索系外行星大气成分方面大有斩获。在包括著名的系外行星WASP-39b在内的多个行星中，观测到了氢、氦、磷、水、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等行星大气中的原子和分子成分，人类向了解这些系外行星中是否存在生物可能宜居的候选体迈出了巨大一步。
当来自恒星的光从行星的大气中穿过时，通过观测其光谱可以推测出行星大气的气体成分和性质，为进一步判断其是否宜居提供关键证据。
作为JWST首批释放的观测目标之一，系外行星WASP-39b，因其大气中发现了大量的水分子而备受关注。大气中的水蒸气代表了该行星存在液态水，即演化出生命的可能。WASP-39b是一颗巨大的气态行星，距地球约700光年，质量大约是木星的28%，大小却有木星的1.27倍。作为一颗密度非常低的热木星，其行星大气也备受关注。
在2023年，利用JWST的NIRSPEC光谱仪，科学家在WASP-39b的大气中第一次探测到了二氧化硫（SO2）的吸收线。要产生二氧化硫线需要首先从硫化氢（H2S）中剥离硫，之后经过系列氧化形成，即典型的光化学过程。由于二氧化硫对于大气中的重元素成分比较敏感，可以被用于揭示大气的丰度。
基于研究结果绘制的WASP-39b艺术想象图。WASP-39b是一颗气态巨行星，它与恒星距离很近因此非常炎热，并且可能处于潮汐锁定状态，一面始终朝向恒星。WASP-39b可能拥有云层，但可能没有像木星和土星那样的大气带。版权／NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
观测到行星大气中的化学成分仅仅是第一步，接下来需要揭密的是这些大气中的分子如何相互作用，并进一步影响到行星的环境。对行星大气的成分和动力学研究，是科学家迈出的寻找宜居星球的重要一步。寻找地球之外遥远行星中生命的旅程，现在才刚刚开始。
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五、磁囚禁盘新解释
偏振仪的新天地
X射线双星Cyg X-1的艺术想象图。版权／ICRAR
2019年，人类历史上首次直接目睹了黑洞的真实面貌。这一成就揭示了黑洞及其周围环境的秘密，尤其是那些肉眼无法看到的磁场。这些磁场在黑洞吸积气体的过程中发挥着关键作用，受到黑洞强大引力的牵引。科学家的理论指出，随着气体的持续吸积，磁场会逐渐增强，最终与黑洞的引力形成动态平衡，构成所谓的磁囚禁盘（Magnetically Arrested Disk, MAD），对理解黑洞吸积系统中的复杂现象提供了关键性解释。
我国研究人员分析了2018年黑洞X射线双星MAXI J1820+070的一次爆发，发现射电和光学波段的辐射相对于X射线波段存在8至17天的时间滞后。这一现象被视为磁囚禁盘形成的证据。黑洞X射线双星（BHXRB）是包含黑洞和普通恒星的双星系统。在超大质量黑洞的吸积系统中已观测到足够强的磁场强度以形成磁囚禁盘，但在BHXRB中这样的证据较少。
来自PanSTARRS的光学/红外图像，绿框标示出了MAXI J1820+070所处的区域。版权／PanSTARRS
2018年MAXI J1820+070的爆发为研究磁囚禁盘的形成过程提供了独特的机会。数据分析显示，硬X射线辐射、射电辐射和光学辐射之间存在时间滞后，这表明了吸积盘中磁场的输运过程及磁囚禁盘的形成。这项研究首次揭示了黑洞附近热吸积流中形成磁囚禁盘的完整过程，对理解黑洞吸积盘中磁场的形成及喷流加速机制等关键科学问题具有重要意义。这个工作发表在2023年9月的《科学》杂志上。
除了科学理论研究方面的进展之外，技术上也有显著进步。成像X射线偏振探测器（IXPE）是一架空间望远镜，于2021年12月9日发射，它配备了三台相同的望远镜，是首个测量黑洞、中子星和脉冲星宇宙X射线偏振的探测器。IXPE任务将研究奇异天体，绘制黑洞、中子星、脉冲星、超新星遗迹、磁星、类星体和活动星系核的磁场图，揭示这些天体的物理性质，加深我们对它们高温环境的理解。
IXPE艺术想象图。IXPE为首个测量黑洞、中子星和脉冲星宇宙X射线偏振的探测器。版权／NASA
在2023年，IXPE通过众多观测，帮助我们理解中子星和黑洞周围磁场的性质。例如，观测发现中子星GX 5−1的偏振度随能量变化，对Mrk 421和BL Lac天体1ES 0229+200 的磁场偏振度进行了测量。此外，从武仙座X-1（Hercules X-1）的偏振信息可以推断出该中子星的运动存在进动。研究人员还利用偏振对黑洞4U 1957+115的自旋速度进行了测量，这是第一次利用此方法获得的自旋结果，发现该黑洞以接近光速旋转。这些发现说明，偏振信息为我们提供了观察天体的新视角和维度。
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六、蜘蛛脉冲星的新型特征
快速射电暴的磁场反转
当脉冲星与伴星形成紧密轨道时，它将从伴星中吸取质量，导致双星系统发出电磁辐射。当伴星质量较高时，天文学家将其称为“红背蛛脉冲星”；当伴星失去足够多的质量后，被称为“毒蜘蛛脉冲星”。这两种演化阶段统称为“蜘蛛脉冲星”。版权／ESA
自1967年首次发现脉冲星以来，天文学家已探测到超过3000个此类天体。双星系统中，脉冲星通过吸收邻近伴星的物质来维持其高速旋转，随着脉冲星不断吸收其物质，两星逐渐靠近，旋转速度进一步加快。这种现象促使天文学家将脉冲星的这两种演化阶段分别命名为“红背蛛脉冲星”（redback pulsar）和“毒蜘蛛脉冲星”（black widow pulsar），统称为“蜘蛛脉冲星”。在过去，科学家们只能观测到这两种状态的脉冲双星系统，中间状态由于其极短的轨道周期和两星的接近距离而难以探测，使得其演化路径缺乏实证支持。
今年，中国科学院国家天文台的研究团队与国际合作伙伴利用FAST发现了一个轨道周期仅53分钟的脉冲双星系统PSR J1953+1844，是目前已知周期最短的脉冲双星系统。这一发现证明了该系统正处于从红背蛛到毒蜘蛛状态的演化中间阶段。这项成果已在2023年6月《自然》杂志上发表。与此同时，2023年5月《自然》杂志上发表的另一项研究显示，蜘蛛脉冲星系统的另一特性是它们通常存在于双星系统中，其产生的辐射会烧蚀伴星的等离子体，导致脉冲星的射电辐射出现发射延迟或遮蔽。
2023年，美国科学家首次在另一个星系中观测到FRB的磁场反转现象，揭示了其源周围的罕见天文环境，其中磁场随时间扭曲、转向和波动。这次观测到的FRB位于四十亿光年外的矮星系中心，产生的能量爆发持续仅几毫秒。
从地球上接收FRB信号的示意图，不同颜色代表不同的波长。版权／喻京川
团队利用绿岸望远镜和帕克斯射电望远镜对FRB 20190520B进行了观测，发现其磁场高度可变且会反转方向，这是首次在FRB中发现磁场反转的证据，也支持了至少部分FRB起源于双星系统的理论。当FRB射电闪光从源头向外传播时，其偏振揭示了磁场的存在。来自大质量恒星大气层的剧烈波动和流动的等离子体风，在我们视线上提供了不断变化的磁场。虽然这一发现并未解开FRB源的谜团，但它为我们理解FRB爆发周围的邻域提供了更多信息。该研究发表在2023年5月的《科学》杂志上。
值得一提的是，FRB 20190520B于2019年首次由中国FAST观测到，随后美国的甚大射电阵（VLA）和FAST在2019年对该天体进行了跟踪观测。此后，天文学家还使用加拿大-法国-夏威夷望远镜（CFHT）来定位FRB源的宿主星系。
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七、最近中子星被发现 
有益追踪宇宙环境
位于中国河北省承德市的LAMOST。版权／国家天文台
中子星是宇宙中极端致密的天体。2023年3月，北京大学和中国科学院国家天文台合作，利用郭守敬望远镜（LAMOST）光谱数据和新疆天文台南山望远镜的测光数据，发现了一个质量约0.98倍太阳质量的致密星和一个晚期主序星组成的双星系统。该研究结合多波段观测分析推测该致密星可能是一种被称为“X射线暗弱孤立中子星”（XDINS）的天体，这也是此类天体首次在双星系统中被观测到。这一成果已发表在《天体物理学报通信》(ApJL)上。
XDINS是指中子星在耗尽所有可能能源后，仅以残余热能辐射的天体，主要以软X射线热谱辐射，并伴有紫外线，通常处于射电静默状态，因此难以发现。根据盖亚（Gaia）卫星的视差观测，这个含有中子星候选体的双星系统距地球仅约385光年，是目前已知距离地球最近的中子星候选体之一。目前，全球仅发现了七颗这种类型的中子星，它们距离地球大约在391至1630光年之间，自转周期约为5至10秒。这次新发现的XDINS是首次在双星系统中观察到这类天体。
历史上首个被证认为XDINS的中子星RX J1856.5−3754的X 波段图像。RX J1856.5−3754最初于1992年被发现，并于 1996年被证认为中子星。版权／NASA/SAO/CXC/J.Drake et al.
同时，2023年12月初，厦门大学和国家天文台的科研团队结合了LAMOST的视向速度数据、凌星系外行星巡天卫星（TESS）提供的周期性光变数据，以及加拿大-法国-夏威夷望远镜（CFHT）的高分辨率光谱资料，共同揭示了距地球大约416光年的致密天体。它与一颗K7型主序星共同构成一个单线谱双星系统。紫外和光学等分析排除了这是一颗冷的大质量白矮星的可能性，因此这颗致密天体很可能是一颗中子星。
一颗强磁场中子星（左侧天体）发出的光穿过真空到达地球观测者（右侧观测视角）的过程中，光呈现出线性极化的过程，表明中子星周围的空间受到一种被称为真空双折射（vacuum birefringence）的量子效应。红色和蓝色线分别表示磁场和电场方向。版权／ESO/L. Calçada
此外， Gaia卫星的天体测量数据分析表明，大约250万年前它与太阳系的历史最近距离约为160光年。如果该中子星年龄约为250万年，那么它的超新星爆炸过程中产生的放射性元素可能已经沉积到地球上，有望被探测到。
这项研究成果表明，利用LAMOST时域巡天光谱可以寻找地球附近的中子星或恒星级黑洞，有助于了解太阳系周围的宇宙“生态环境”。这一结果发表在12月的《中国科学：物理学力学天文学》英文版上。
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八、天珠和墨子始建成
Euclid和EP显威力
位于中国四川省甘孜藏族自治州稻城县噶通镇的“千眼天珠”圆环阵太阳射电成像望远镜近景。版权／Getty Images，China Media Group
圆环阵太阳射电成像望远镜，昵称为“千眼天珠”，坐落于四川省甘孜藏族自治州稻城县噶通镇，是中国重点科技基础设施项目的一部分，属于空间环境地基综合监测网（子午工程二期）的核心设施，以其庞大的规模和先进的技术而全球闻名，是目前世界上最大的综合孔径射电望远镜之一。
该射电望远镜由313个直径6米的天线组成，这些天线均匀分布在一个直径1千米的圆环内，核心的定标塔为整个观测系统提供了精确的定标基准。它覆盖的射电频段从150MHz到450MHz，专门用于对太阳爆发活动进行成像和频谱观测，是世界上首个能实现高分辨率“射电相机”功能的设施。“千眼天珠”也可以用于探测脉冲星、快速射电暴和小行星的监测预警。
2023年9月，中国科学技术大学和中国科学院紫金山天文台共同建设的墨子大视场巡天望远镜（WFST）也在青海省海西蒙古族藏族自治州冷湖镇的冷湖天文观测基地正式启动巡天观测。该望远镜是目前全球成像巡测能力最强的大视场光学巡天望远镜之一，也是冷湖基地中已建成的口径最大的望远镜之一，其启用标志着时域天文学研究的新机遇。WFST能够捕捉短暂的天文现象，如快速射电暴和伽马射线暴。它还能与国内其它大型天文观测设施协同工作进行多波段观测。它计划进行为期六年的巡天任务，将为探索宇宙提供新视角和大量科学数据。
空间光学望远镜方面，2023年7月1日，欧洲空间局（ESA）和欧几里得联盟联合发射了广角太空望远镜——欧几里得（Euclid）空间望远镜。欧几里得的主要目标是通过测量宇宙加速膨胀来研究暗能量和暗物质。它将观测不同距离的星系形状，并研究它们的红移，这将有助于深化对暗能量促使宇宙膨胀的理解。2023年11月7日，欧几里得发布了首张全彩宇宙图像，展示了其创建迄今最广泛的3D宇宙地图的潜力。
欧几里得空间望远镜的发射现场。版权／SpaceX
欧几里得任务的第一批全彩宇宙图像。从左往右、从上往下依次为：旋涡星系IC 342、马头星云、球状星团NGC 6397、不规则星系NGC 6822、英仙星系团。版权／ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA
在X射线领域，中国即将发射一颗名为爱因斯坦探针（EP）的X射线卫星，专注于时域天文学和高能天体物理，主要任务是在软X射线波段进行大视场时域巡天监测，系统性地探测宇宙中的高能暂现天体，监测其活动性，并深入研究它们的本质及所经历的物理过程。
X射线卫星爱因斯坦探针的示意图。版权／国家天文台
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九、小行星探测新历史
欧洲木星探测启程
OSIRIS-Rex任务的样本返回舱于2023年9月24日短暂着陆在美国国防部犹他测试训练区域的沙漠中。版权／NASA/Keegan Barber
奥西里斯王号（OSIRIS-REx）是美国航天局发起的一项小行星研究和样本返回任务，访问了碳质近地小行星贝努（101955 Bennu）。样本于2023年9月返回地球，将为科学家们提供宝贵信息，以更深入地了解太阳系的形成和演化、行星形成的初始阶段，以及地球生命形成的有机化合物来源。完成主要任务后，探测器计划转型为OSIRIS-APEX，将飞越小行星阿波菲斯（99942 Apophis）。
奥西里斯王号于2016年9月8日发射，2017年9月22日飞越地球，2018年12月3日与贝努会合。2020年10月20日，奥西里斯王号在贝努成功采集样本，2021年5月10日离开贝努，并于2023年9月24日将样本送回地球，随后开始执行探测99942 Apophis的扩展任务，预计将于2029年4月抵达小行星阿波菲斯。
贝努小行星被认为是太阳系诞生以来的“时间胶囊”，含有原始碳质材料，这是生命必需的有机分子的关键元素，也代表了地球形成前的物质。以往在陨石和彗星样本中发现的氨基酸等有机分子表明，生命的一些关键组分可能在太空中自然合成。
一对由OSIRIS-REx任务从Bennu带回地球的物质的特写图像，这些物质位于机械采样装置TAGSAM的顶部，于2020年被收集。目前，样品和TAGSAM均位于美国航天局约翰逊航天中心的洁净室中。版权／Erika Blumenfeld, Joseph Abersold，Brian May, Claudia Manzoni
在贝努小行星样本回收不久后，2023年10月13日，美国航天局的灵神星探测器（Psyche mission）发射升空，前往位于火星与木星之间的小行星主带，探访富含金属的小行星灵神星。这颗小行星由加斯帕里斯于1852年发现，属于M型小行星，可能富含铁、镍等金属。
灵神星探测器的发射和飞行计划标志着对太阳系中最大金属小行星的首次探索。通过这次任务，科学家希望了解行星核心形成和太阳系早期的物质积累历史。探测器预计在2026年借助火星引力助推，2029年到达灵神星。
灵神星的艺术绘图。版权／NASA/JPL-Caltech/ASU
2023年4月14日，欧洲空间局在法属圭亚那的圭亚那航天中心发射了木星冰卫星探索者号（Juice）。这是一艘星际探测器，旨在研究木星的三颗伽利略卫星——木卫三、木卫四和木卫二。人们认为这些卫星冰冷的表面下藏有大量液态水，可能成为潜在的宜居环境。冰质木卫探测器预计在四次引力助推和八年的旅行后，将于2031年7月抵达木星。2034年12月，探测器将进入木卫三的轨道，执行近距离科学任务。
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十、中国宣布将载人登月
印度月面着陆器成功
新一代载人飞船方案图与月面着陆器方案图。版权／中国载人航天
2023年7月12日，中国载人航天工程办公室宣布了中国载人登月的初步方案，目标是在2030年前完成登月并进行科学探索，并考虑建立月球科研试验站。这一宏伟计划将通过两次关键发射实现：首先发射重约26吨的月面着陆器，随后发射载有航天员的20余吨飞船。这两次任务将分别使用长征十号新一代载人运载火箭，其设计与制造均考虑了成本和技术能力的平衡。
中国的载人月球探测工程包含几个关键组成部分。载人飞船包括逃逸塔、返回舱和服务舱，而月面着陆器由登月舱和推进舱构成，可以运载两名航天员，第三名航天员将留在环月轨道的飞船中提供支持。计划还包括研发适用于月面活动的新型登月服和重约200千克的载人月球车，以扩大航天员在月球表面的活动范围。此外，中国正在征集与载人月球探测相关的科学载荷方案，涉及月球地质、物理学、空间生命科学等研究领域。中国的载人月球探测工程旨在2030年前实现中国首次登月，进行科学考察和技术试验，建立独立的载人月球探测能力，并为建立月球科研试验站和更深入的深空探索奠定基础。
8月23日，印度的月船3号（Chandrayaan-3）探测器成功软着陆于月球南极附近，使印度成为第四个实现月球着陆的国家，体现了其在深空探索领域的进步。此前，印度在2008年发射了首个探月器——月船1号（Chandrayaan-1），通过巡视和撞击月面确认了月球存在固态水冰，但该任务后来与地面失联；2019年，月船2号（Chandrayaan-2）探测器尝试软着陆月球南极，但未成功，其轨道器仍在绕月运行，持续提供数据。
“月船1号”搭载的月球矿物测绘仪（Moon Mineralogy Mapper）获取的复合图像。左图为28个不同波长的数据合成的彩色复合图像，显示了从月球反射的岩石和矿物的组成，绿色表示含铁矿物的丰度。右图为单一波长的数据，表示月球上的热辐射，展示了该区域表面形态与结构的细节。月球矿物测绘仪为科学家提供了高空间和光谱分辨率研究月球矿物的机会。对月球矿物测绘仪数据进行的全面分析也提供了月球上多个已确认的水冰存在的位置。版权／NASA
印度的探月计划分为环绕探测、着陆探测、月面取样和取样返回四个阶段。实现软着陆后，印度和日本正在合作推进月船4号（Chandrayaan-4），计划在2026至2028年发射，目标是月球极区探测。此外，印度正在论证月船5号（Chandrayaan-5）项目，可能于2030年前后发射，计划着陆于月球南极，进行原位样品取样研究；以及月球取样返回任务：月船6号（Chandrayaan-6）。为实现这些目标，印度可能与西方国家深度合作，引进关键技术，研制更先进的月球探测器。
作者简介：
苟利军，中国科学院国家天文台研究员，中国科学院大学天文学教授。《中国国家天文》杂志执行总编，北京天文学会副理事长。主要研究兴趣为高能天体物理。曾获得中国国家优秀科普图书奖、国家图书馆文津奖以及全国优秀科普微视频一等奖等奖项。
戴昱，国家天文台研究员，博士生导师。研究方向为星系的形成与演化，主要工作集中在利用多波段特别是红外数据对大质量黑洞和宿主星系的观测研究。
本文节选自《中国国家天文》2023年第十二期，《赛先生》获授权转载。

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