文/國家天文臺 鄒振隆
來源：《天文愛好者》雜誌（www.amateurastronomer.cn）
1. 中國首幅全月球影像圖公布
2007年10月24日，中國第壹顆月球探測衛星“嫦娥壹號”升空。到2008年7月1日，成功完成全月球圖像數據的獲取工作，原始數據總量達到1.3TB。11月12日，中國第壹張涵蓋南北極地區的全月球影像圖正式公布，專家認為，這是世界上已公布的月球影像圖中最完整、最清晰、層次最分明、位置最準確的壹幅。
此外，《中國科學G輯》2008年11期還發表了平勁松等由“嫦娥壹號”321萬個激光測高數據得到的全月球地形模型。完全根據激光測高數據建立全月球地形模型在世界上尚屬首次。測量高程精度從以前的130米提高到31米，空間分辨率也有較大改善。測得月球上最深處位於南極艾肯盆地區域（東經211.375°，南緯61.375°），深度達9.23千米；最高處位於科羅列夫坑（西經157°，南緯4.5°）以北地區（東經201.375°，北緯5.375°），高約9.84千米，均大於1994年美國克萊門汀月球探測器激光高度計測得的±8千米高程變化值。月面影像和全月地形圖為進壹步進行月球的地形地貌構造、內部結構和演化研究提供了重要信息，也為選擇將來的著陸點、月球基地等提供了科學依據。
圖1a：中國首次月球探測工程全月球影像圖
圖1b：中國首次月球探測工程全月球地形圖（版權所有：國家天文臺月球與深空探測應用中心）2. 鳳凰號發現火星上存在水的證據
2008年5月25日，美國航空航天局的“鳳凰號”火星探測器在火星北極地區成功著陸。它的科學使命是研究火星極地氣候、環境及土壤，研究火星地表及表面下層環境中存在生命的可能。經過艱辛的努力，它終於把壹大片表層土壤清理幹凈，露出了淺淺掩埋著的冰面。6月中旬，鳳凰號在火星地表開挖溝槽，取土化驗。拍回的照片顯示溝渠底部出現了神秘的白色物質，有可能是鹽，也可能是水冰。幾天之後，這些物質逐漸消失，從而證明它們是冰凍的水——這是迄今為止火星上存在水冰的最直接證據。鳳凰號上微型實驗室的分析也表明，火星土壤存在能維持生命的無機鹽類，含有氯、鎂、鈉、鉀等元素。此外，鳳凰號還在火星上觀察到了霜凍現象，並在高空雲層中觀察到了降雪。
11月2日地面控制人員最後壹次收到鳳凰號的信號。10日NASA宣布，由於氣象原因導致太陽能電池板無法獲得工作所需的能量，鳳凰號使命結束。
圖2：鳳凰號拍攝的火星土壤照片。左圖陰影中的幾塊白色物質在幾天後消失（右圖），顯示水冰已蒸發。
3.太陽風處於50年來最低點
在9月23日NASA總部召開的發布會上，太陽物理學家宣布：從20世紀90年代中期起，太陽風的平均壓力降低了20%以上。現在處於50年前開始監測以來的最低點。這壹結果是1990年發射的尤利西斯衛星的太陽風傳感器SWOOPS得到的。尤利西斯在獨特的軌道上環繞太陽飛行，可以經過太陽的極區與赤道，從而總覽太陽風的活動。尤利西斯還發現，這段時期太陽的內部磁場減弱了30%以上，而高能（10億電子伏）電子的數目增加了20%。增加的粒子對地球表面的人來說沒有威脅。因為厚厚的大氣層與行星磁場為我們的安全提供了保護。但任何增多的宇宙線都可能會帶來壹些後果。如果這壹趨勢持續下去，月球上或者是飛往火星途中的宇航員會受到更多的太空輻射。無人太空探測器與地球高軌道衛星因宇宙線轟擊而發生儀器故障並重啟的風險會增加。另外，有壹些存在爭議的研究將宇宙線流量與地球雲量和氣候變化聯系了起來。這樣的聯系在接下來的幾年間，可能會得到驗證。
圖3：尤利西斯測量的全球太陽風壓。綠色曲線給出1992-1998年期間的太陽風情況，而藍色
曲線表示2004-2008年間較小的太陽風壓。背景影像由SOHO衛星攝（圖片來自NASA）
4. 首次直接拍攝到太陽系外行星系統的像
天文學家用夏威夷莫納克亞山口徑8米的雙子北望遠鏡和口徑10米的凱克望遠鏡拍攝到太陽系外行星系統的第壹張影像。這在搜尋和認證系外行星系統方面是壹個裏程碑。
這個行星系統圍繞著壹顆年輕恒星HR 8799轉動，該星距離我們140光年，大小是太陽的約1.5倍，光度是太陽的5倍多。三顆行星中，有兩顆大約是木星質量的10倍，另壹顆是木星的7倍，分別距離中央恒星約24、37和67AU（天文單位）。整個行星系統就像太陽系按比例放大的版本。
該系統中的兩顆行星是2007年10月用雙子北望遠鏡初次發現的，後用凱克望遠鏡II觀測得到證實，並發現了更加靠近恒星的第三顆行星。在兩次觀測中，采用了自適應光學技術實時改正大氣擾動，使分辨率高達0.4角秒，才得到這個太陽系外多行星系統的具有歷史意義的紅外影像。
用人為方法擋住中央恒星的明亮光芒，讓我們可以直接看見這些行星，以及它們的大氣層中復雜的雲結構，進而使用光譜儀分別研究它們的溫度和組分，這對研究太陽系的形成和演化具有重要意義。
圖4：帶有多個行星的系外行星系統的紅外像，明亮的中央恒星HR 8799被人為方法擋住了，圖中央的偽彩色像是剩下的殘余噪聲。
5. 發現地外行星存在水的確切證據
12月11日《自然》雜誌報道，美國科學家在距地球63光年的壹顆行星的大氣層中發現了水蒸汽存在的確切證據。他們的發現可能幫助尋找能夠支持生命存在的系外行星。
這顆行星每2.2天圍繞名為HD189733的恒星轉壹圈，其表面溫度超過900攝氏度，質量類似木星，稱為HD189733b，是壹顆熱木星。科學家們用美國宇航局的紅外斯必澤空間望遠鏡對這個系統進行了仔細觀測，累計時間長達120小時。當這顆行星走到恒星後面被遮住時，斯必澤接收到的只是恒星的輻射，而當它走到前面時，行星大氣層中的氣體會改變來自恒星輻射的波長，產生壹個獨特的‘指紋 ’。科學家通過把兩種情況下得到的結果相減，從而在HD 189733b大氣層中發現了水蒸汽存在的確切證據。
在其他獨立的研究中，哈勃太空望遠鏡還在HD189733 b大氣層中探測到了甲烷和二氧化碳分子。盡管這個行星溫度過高使生命無法存活， 但這些分子和水都是維持生命所必需的要素。這些發現證明，同樣的方法也可以用於觀測可能支持生命存在的其他行星，這對人類尋找地球以外生命家園的長期努力來說無疑是非常重要的。
圖5 藝術家想象中的太陽系外行星系統。左上為母恒星，因為透視效應而顯得較小。
2008年天文大事回眸（2）
文/國家天文臺 鄒振隆 研究員
6月15日，NASA的斯必澤巡天項目組公布了迄今最大、最詳細的銀河系照片。這張長達55米的巨圖由斯必澤空間望遠鏡拍攝的80萬張照片拼接而成。涵蓋銀經120°，銀緯2°的天區範圍，分辨率比以前最好的圖高出100倍。
由於我們自身位於銀河系之內，加之銀河平面內大量塵埃和氣體的遮擋，因而用傳統的光學手段很難直接了解銀河系的真實模樣。波長較長的紅外光可以穿透塵埃，但是會被地球大氣吸收。運行於地球大氣外並裝備了紅外眼的的斯必澤空間望遠鏡則具有看透整個銀河系的能力。通過仔細分析它獲得的數據，可以充分證明：銀河系是壹個擁有兩個主要旋臂的旋渦星系，這兩個旋臂分別稱為人馬臂和英仙臂。事實上，如果天文學家從別的星系來觀測我們的銀河系，會發現銀河系擁有兩個旋臂，而且還是壹個含有中心棒的旋渦星系。在以前的研究中，曾經認為銀河系擁有4個旋臂。天文學家估計太陽位於銀河系邊緣距離三分之壹的位置，處在壹個較小的旋臂（獵戶臂）之內。
圖6 斯必澤空間望遠鏡拍攝的迄今最精確的銀河系照片
7. 雨燕號抓到爆發伊始的超新星
超新星爆發是宇宙中能量最強的恒星爆炸事件。由大質量恒星核或白矮星致密星核坍縮引發，壹個旋渦星系平均在壹個世紀內才會發生壹次。但在壯觀的旋渦星系NGC2770中發生的事件打破了這個常規。在下面的影像中，有兩顆仍然明亮的超新星（SN2007uy和SN2008D），但是1999年發現的超新星(SN1999eh)已經在原來的位置上看不到了，其位置就在星系旋臂邊緣用圓圈標明的地方。這三個超新星現在都被認為是星核坍縮型，其中的SN2008D，是首次由雨燕號衛星的儀器(XRF) 在2008年1月9日監測到極高能X射線（或低能伽馬射線）爆發而發現的。
由於超新星爆發非常突然，絕大多數都是在亮度已經開始下降以後才被人們發現，因此具有亮度極大乃至以前數據的為數很少，而爆發初期的數據對研究超新星爆發的性質、演變過程乃至宇宙學應用都至關重要，所以雨燕號這次抓拍到的數據彌足珍貴。
NGC2770位於距離我們大約9千萬光年遠的天貓座內，是迄今為止擁有如此高能超新星事件的最近星系。
圖7：NGC2770內的超新星
8. 發現迄今最遠的伽馬暴
9月13日6時47分，美國宇航局的雨燕號衛星檢測到壹次伽馬暴，1分鐘後，星載X射線望遠鏡探測到X射線余輝，測定了它的準確位置。16分鐘後，歐南臺位於智利的2.2米望遠鏡發現其光學和近紅外余輝，用多色測光法初步估計其紅移在6以上，接著經4臺8米望遠鏡組成的甚大望遠鏡（VLT）拍攝的光譜最後證實為6.7。這表明該伽馬暴距離地球128億光年，是迄今發現的距離最遠的伽馬暴，已接近可觀測宇宙（137億光年）的邊緣。
半年前的3月19日6時12分，雨燕號還檢測到另外壹次伽馬暴，它的余輝達到了肉眼可見的亮度，比此前記錄到的最明亮超新星爆發還亮250萬倍。這個伽馬暴還打破了肉眼可見最遙遠天體的記錄——它距離地球75億光年，而此前肉眼可見的最遙遠天體“仙女座星系”距離地球僅290萬光年。
伽馬暴是宇宙中除大爆炸本身以外最猛烈的爆發，2004年發射的雨燕號已經探測到了數百個伽馬暴。參加研究的國際團隊中包括張冰等壹批中國科學家。
圖8：伽馬暴GRB080913位於光學和近紅外照片的中央圓圈內（引自arXiv:0810.2314）
9. 發現神秘暗物質粒子的可能信號
據11月20日出版的《自然》雜誌報道，以中國科學院紫金山天文臺研究員常進為首的壹個國際研究小組發現，從宇宙空間轟擊地球大氣的高能電子有著驚人的過剩現象。這些宇宙線的來源尚不確定，但有很大可能是由暗物質組成的。銀河系內的宇宙線粒子是被遠方的超新星爆發以及其他的劇烈事件加速到近光速的亞原子粒子，主要由質子和重原子核組成，混合物中還攙雜著少量的電子與光子。
常進與同事們為了研究能量最高的宇宙線，將先進薄電離熱量計（ATIC）搭載於南極放飛的氣球上。在多次長時間飛行中，ATIC在3000至8000億電子伏的能量範圍（為質子靜止質量的數百倍）中記錄下了70個額外的電子。“額外”的意思是高於根據銀河系背景推測出的數目。觀測數據可以用太陽系附近存在暗物質雲或是團塊來解釋。如果這種暗物質是質量約620 GeV的卡盧査-克萊因粒子（這種設想的粒子是自身的反粒子），當它們碰到壹起湮滅時，就會產生與觀測能譜壹致的電子。
由於大量天文觀測顯示暗物質占宇宙物質總量的85%，但並未通過物理方法直接探測到，所以人們對其性質所知甚少。本年早些時候意大利、俄羅斯、德國、瑞典之間的壹個國際合作衛星PAMELA報道了類似能量的高能正電子超額現象，與南極氣球觀測結果可以說是互為支持。
圖9：探測到高能宇宙線電子的南極氣球實驗
10. 首次目擊壹顆恒星繞銀心走完壹圈
據12月10日歐洲南方天文臺（ESO）網站報道，德國馬普地外物理研究所的天文學家利用位於智利的甚大望遠鏡（VLT）在揭示銀心之謎的研究中取得重大進展。由於受星際塵埃的阻擋，在傳統的光學波段很難看到銀河系的中心。而在從1992年開始到2008年這個跨度16年的項目中，德國天文學家利用能透過塵埃雲的紅外線，清晰地看到了銀心區域的恒星，又由於采用自適應光學技術使恒星位置測量精度達到0.0003角秒，比過去提高6倍，從而準確測定了28顆恒星的軌道，特別是人類歷史上首次目睹了其中壹顆恒星（名為S2）沿著開普勒軌道繞銀心運行了壹整圈。根據萬有引力定律，這顯示壹個400萬倍太陽質量的黑洞壹定存在於銀河系中心。
由於這項成果提供了壹個最好的實驗證據，證明超大質量黑洞確實存在，並且為其附近恒星的形成和演化提供了線索，負責該研究項目的萊恩哈德·根舍教授榮獲2008年邵逸夫獎。 “邵逸夫獎”是按邵逸夫本人意願而設，於2002年11月宣告成立，以表彰獲得對人類產生深遠影響的突破性成果的科學家。該獎設“天文學獎”、“生命科學與醫學獎”以及“數學科學獎”三個獎項，每項獎金壹百萬美元，每年頒獎壹次，今年為第五屆頒發。
圖10：紅外波段的銀河系中心圖像