每週星聞 | 火星古老細菌還「活著」嗎?

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超熱木星的奇異大氣

利用歐洲南方天文臺的甚大望遠鏡(ESO’s VLT),天文學家們發現了迄今為止在系外行星大氣中發現的最重的元素——。研究者們驚訝地發現,在超熱氣態巨行星WASP-76 b和WASP-121 b(兩顆系外行星)的大氣層中的高海拔大氣中發現了鋇。這個意外發現引發了關於這些星球的奇異大氣層可能是什麼樣子的問題。博士生Tomás Azevedo Silva說:「令人費解和反直覺的部分是:為什麼在這些行星的大氣層上層會有如此重的元素?

WASP-76 b和WASP-121 b不是普通的系外行星,它們都被稱為超熱木星——大小與木星相當,而表面溫度極高,高達1000°C以上。這是由於它們與寄主星非常接近的緣故。這賦予了這些行星相當奇特的特徵:例如,天文學家懷疑WASP-76 b會下「鐵雨」

超熱系外行星的藝術想象圖

超熱系外行星的藝術想象圖。

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但即便如此,科學家們還是驚訝地發現,在WASP-76 b和WASP-121 b的上層大氣中發現了比鐵重2.5倍的鋇。「考慮到這些行星的高重力,我們預計像鋇這樣的重元素會迅速落入低層大氣。」共同作者Olivier Demangeon解釋說。

在這兩顆超熱木星的大氣中檢測到鋇的事實表明,這類行星可能比我們之前認為的還要奇怪。儘管我們偶爾也會在地球的天空中看到鋇,就像煙花中絢麗的綠色一樣,但科學家的問題是,是什麼自然過程導致這種重元素出現在這些系外行星如此高的海拔上。

這些新的研究結果表明,我們才只觸及了系外行星之謎的表面而已。有了未來的儀器,天文學家將能夠更深入地研究大大小小的系外行星的大氣,包括與地球相似的巖質行星的大氣,並收集更多關於這些奇怪世界性質的線索。相關研究已發表在Astronomy & Astrophysics(《天文學與天體物理學》)上。

來源 / https://phys.org/news/2022-10-heaviest-element-exoplanet-atmosphere.html

/從天而降的火箭

2020年,超過60%的火箭發射任務都導致一個或多個火箭部件不受控制地重新進入大氣層。雖然值得慶幸的是,目前這些碎片還沒有對人造成傷害,但隨著未來十年火箭發射的數量增加,發生傷亡的幾率也在增加。一項新研究描繪了目前風險評估方法存在的不足之處,並指出需要採取新的步驟。

發射火箭是一項複雜的任務,通常需要多個階段才能將有效載荷送入軌道。大多數情況下,一切都很順利。但僅在2020年,60%的低地球軌道發射到最後都至少有一個尺寸較大的火箭部件被遺棄在不受控制的軌道上。這些太空垃圾不再受任何人類控制,最終會落回地球上。

火箭部件重新進入大氣層的藝術想象圖

火箭部件重新進入大氣層的藝術想象圖。

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當它們到達地球時,它們首先會穿過大氣層。雖然重返大氣層的熱量能消耗大多數材料,但科學家估計,火箭質量的20%到40%仍將到達地球表面。這會對生命和財產構成重大風險。雖然到目前為止,不受控制的火箭碎片還沒有造成任何嚴重後果,但我們不能假設未來也是如此。許多公司正計劃發射通訊衛星,預計未來十年火箭的發射數量將大幅增加。

一些太空機構,如美國航天局,要求任何發射都不能超過萬分之一的風險——也就是發射後不受控制的碎片重新進入大氣層而對人或財產造成傷害的概率。但在一項新研究中,幾位天文學家指出這還不夠。如果維持這一規定的成本太高,那麼很多公司會棄權來避免不得不遵守這一規定。這個比例對於每年有限的幾次發射來說可能沒有問題,但它忽略了每年數千次發射的累積效應

研究人員分析了目前已知的600塊太空垃圾的軌道,並估計了它們將在哪裡重返地球。研究發現,大多數不受控制的太空垃圾都與地球靜止軌道有關,這意味著風險集中在赤道附近。換言之,生活在赤道附近的人比生活在高緯度地區的人面臨的風險要高得多。但是通常進行這些發射的國家都位於遠離赤道的地方,所以實際上是將碎片的風險從本國人口中轉移到甚至沒有參與發射過程的國家。

總體而言,研究人員發現,未來10年,不受控制的碎片造成人員傷亡的風險約為10%至20%。傷亡的形式可能是一個人被擊中,也可能是更大的災難性事件,如大型建築或飛機被擊中。研究人員呼籲更誠實和一致的風險評估,並呼籲社會各界更統一地應用規則,以恰當處理下一代航天飛行問題。

來源 / https://phys.org/news/2022-10-uncontrolled-rocket-reentries-bigger-problem.html

/ 宇宙延時電影

NEOWISE空間望遠鏡觀測得到的「電影」正在揭示整個天空的運動和變化

每六個月,NEOWISE就會完成一次繞太陽半圈的旅行,並在各個方向拍攝圖像。將這些圖像拼接在一起,就形成了一張「全天空」地圖(如下圖所示),它顯示了數億個天體的位置和亮度。利用該航天器製作的18張地圖,科學家們創建了一部「延時電影」,揭示了跨越十年的宇宙變化

每張地圖對天文學家來說都是巨大的資源,但如果按時間順序看,它們就會成為幫助理解宇宙的更強大資源。對比這些地圖可以發現隨著時間的推移而改變位置或亮度的遙遠物體,即所謂的時域天文學。

圖片來自NASA/JPL-Caltech/UCLA。

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研究員Amy Mainzer說:「如果你走到外面看夜空,可能看起來好像什麼都沒有改變,但事實並非如此。恆星在燃燒和爆炸;小行星呼嘯而過;黑洞正在撕裂恆星——宇宙是一個非常忙碌、活躍的地方。」

在十多年的時間裡,觀察天空的變化有助於研究恆星是如何形成的。NEOWISE可以觀測包裹著原恆星的灰塵「毯子」,或者是正在成為恆星的熾熱氣體球。科學家們正在用NEOWISE對近1000顆原恆星進行長期監測,以深入了解恆星形成的早期階段。NEOWISE的資料也提高了對黑洞的認識。在最近一項研究中,科學家們利用NEOWISE的資料和一種叫做回聲繪圖(echo mapping)的技術來測量遙遠黑洞周圍熾熱氣體盤的大小。

來源 / https://phys.org/news/2022-10-nasa-telescope-year-time-lapse-movie.html

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追尋組成你我的「恆星物質」

在1980年的暢銷書《宇宙》中,卡爾·薩根寫道:「除了氫和一些氦之外,地球上的所有元素都是數十億年前在恆星中通過一種恆星鍊金術‘煮’出來的,其中一些恆星如今是銀河系另一邊不起眼的白矮星。我們DNA中的氮、牙齒中的鈣、血液中的鐵,以及蘋果派中的碳,都是在坍縮恆星的內部形成的;我們是由‘恆星物質’組成的。」現在,弗吉尼亞理工學院天體物理學助理教授Chris Ashall想要更多地了解這些「恆星物質」是在哪裡以及如何形成的

韋布空間望遠鏡的插圖

韋布空間望遠鏡的插圖。

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Ashall將研究兩種類型的超新星:Ia超新星以及II型超新星(核塌縮超新星)。Ashall說:「我們周圍幾乎所有的東西都來自垂死的恆星。我們是由星塵構成的。能夠詳細研究這一事實——我們是由什麼組成的——並了解我們周圍的元素從何而來,真是令人驚歎。」當恆星最終爆炸時,它們將所有這些物質以高達30%光速的速度拋回宇宙中,形成下一代恆星和行星。「這就是為什麼地球和我們周圍的一切可以擁有所有這些重元素,」Ashall說,「它們是在垂死的恆星中形成的。」人們普遍認為,宇宙中的大部分重元素都是通過恆星核合成的方式產生的,但Ashall想了解更多——追蹤特定元素,並測量這些元素是如何由恆星產生的。

在第一個項目中,Ashall將通過詹姆斯·韋布望遠鏡專門聚焦一顆Ia超新星,並尋找地球上常見的元素,如錳、鉻、鈷和鎳。這顆超新星是一顆名為SN2021aefx的第三代白矮星,一年前在螺旋星系NGC1566中爆炸了。

Ashall的第二個項目將專注於探測核塌縮超新星中的一氧化碳和一氧化矽,它們也是宇宙生命的構成要素。核塌縮超新星是大質量的瀕死恆星,質量是太陽的8倍多。當巨大的恆星死亡時,它會向自己內部坍縮,併產生比太陽亮1000多億倍的爆炸。利用韋布空間望遠鏡的觀測結果,Ashall團隊不僅要尋找重元素的來源,還要調查它們是什麼時候被超新星爆炸噴射出來的。

來源 / https://phys.org/news/2022-10-james-webb-space-telescope-supernovae.html

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古老細菌可能就潛伏在火星表面之下

在一項史無前例的研究中,研究小組發現,古代細菌在火星表面的存活時間比之前認為的要長得多。而且,當細菌被埋在地下,從而免受銀河系宇宙輻射和太陽粒子的影響時,它們可以存活更長時間。因此,當火星的第一批樣本返回地球后,科學家們應該注意尋找古老的沉睡細菌。這些發現增強了一種可能性,即如果火星上曾經出現過生命,那麼它的生物遺蹟可能會在未來的任務中被發現

而且,由於科學家證明了某些菌株可以在火星惡劣的環境中存活,未來的航天員和太空遊客可能會無意中讓自己「便車」上的細菌汙染火星。同樣,如果微生物在火星上進化,它們可能能夠存活到今天。這意味著返回的火星樣本可能會汙染地球

柯南細菌

柯南細菌。

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事實上,研究人員發現,一種強壯的微生物,即抗輻射奇異球菌(它被親切地稱為「柯南細菌」),特別適合在火星的惡劣條件中生存。在新的實驗中,柯南細菌在冰冷、乾旱的環境中經受住了天文數字量級的輻射——遠遠超過了可以在地球上生存數百萬年的芽孢桿菌。

在早期的研究中,之前的研究人員發現,當柯南細菌懸浮在液體中時,可以在2.5萬單位的輻射下存活,相當於在火星表面以下約120萬年。但這項新研究發現,當這種細菌被幹燥、冷凍並深埋時(這是火星環境的典型特徵),它能經受住14萬戈的輻射。這一劑量是人類致死量的28000倍。

儘管柯南細菌在紫外線照射下只能在地表生存幾個小時,但當它被遮擋或位於火星表面以下時,它的壽命就會大大增加。埋在火星表面以下僅10釐米處,柯南細菌的存活時間會增加到150萬年。而當埋在10米以下時,它可以存活2.8億年之久。研究人員發現,這種細菌的驚人生存能力部分要歸功於它的基因組結構。柯南細菌的染色體和質粒是連接在一起的,它們保持著完美的排列,並準備在強烈的輻射後進行修復。這意味著,如果一種類似於柯南細菌的微生物是在火星上最後一次有水流動的時期進化出來的,那麼它的活體遺骸可能仍然休眠在火星的地下深處

來源 / https://phys.org/news/2022-10-ancient-bacteria-lurk-beneath-mars.html

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