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BBC - The Sky at Night(2008.11) - Big Bangs BBC - 仰望夜空(2008.11) - 大爆炸
晚上好
显然 我们将带来火星上的凤凰号探测器的最新消息
然而首先 要说的是另外一码事
宇宙间最大的爆炸 - 伽马射线爆发
和我在一起的 是Julian Osborne博士 当然还有Chris Lintott博士
欢迎两位
Julian 先来请教你 伽马射线爆 - 究竟是什么？
正如你说的 是宇宙间最大的爆炸
那是最不同寻常的爆炸
我们认为那是来自大质量恒星的死亡
我们看到它们能够穿越整个宇宙
但是我们无法用肉眼看到 对吧 Chris?
是的 尽管是非常非常强烈的爆炸
但是大部分能量都集中在电磁波频谱的非常活跃的一端
这就是我们称之为伽玛射线爆发的原因
伽马射线要比X射线更加强劲
非常少的光线能让我们肉眼看到
然而有一个爆发 就在几星期前
应该是能被肉眼观察到的
对 5.3星级
所以 只要你观察是在正确的方向
正确的时间 又碰上黑夜 你就能看到它
它持续了多长时间？
不到1分钟 所以你必须要非常地幸运！ 确实这样！
然而这是个非同寻常的事件
以前所碰到的最亮的伽玛射线爆发
大约是星级9 所以这个亮了很多
有记录以来 最遥远的伽玛射线爆发有多远？
啊 有趣的是 我们发现最远的一个就在几星期前
它是颗红移6.7的星星
这意味着当时的宇宙只是现在年龄的6%
事实上 这是一颗宇宙间极少数已知的最遥远的天体
看上去有多亮？
它不是非常亮的天体 当然啦
从地球来测量 本质上必定是难以想象的明亮
哪种恒星能够产生伽玛射线爆发呢？ 你能否详细说说
好 这从某种意义上 是个相当自然的过程 尽管它很狂暴
所有都发生在大质量恒星身上 它们比太阳大得多
结果是它们耗尽了内部的燃料 支撑不下去了 所以就向内塌缩了
大部分外层迅速喷发 我们称之为超新星
我们看到爆发中 产生了放射物的喷发
但是核心塌落 要么形成黑洞
要么形成所谓的中子星
致密体 非常致密 我们有时看到像脉冲星那样
有电子辐射从两极泻出
实际上 这些中子星会引发较为罕见的伽玛射线爆发
对 实际上有两种伽玛射线爆发 即所谓的长的
这个我们认为与大质量恒星塌缩形成的黑洞有关
长伽玛射线爆发可能有一分钟那么久
短伽玛射线爆发短于两秒钟
甚至可能只有10毫秒长
这里有两个中子星
可能是双子星处于演变的最早阶段
它们相互围绕着运转
向内盘旋运转 越来越快
最后相互撞击在一起 引起了剧烈的爆炸
它们不那么常见 是吧
然而我相信不久前在一个特别的场合就发生了5个
是啊 非同寻常的24小时
那是3月19日 就在今年 2008年
刚好之阿瑟.克拉克（英国科幻小说家）去世的日子
我们在24小时里看到了5个伽玛射线爆发
因为我们平时要每3到4天才能看到一个
聪明的阿瑟 或许是他的策划
确实是件不同寻常的事情
它们留下了痕迹 是吧？余辉
我们认为是围绕星球的喷射的气体碰撞
最初的爆炸是从非常靠近恒星的地方开始的
但是后来 随着这个物质以超高速喷发
喷进这颗恒星所在的星系中
附近有没有这样的对象 比如海山二星？
海山二星是个合适的对象
它不是双子星 而是颗大质量恒星
它质量超过太阳100倍 模样古怪
你可以看到有巨大的波瓣合围着它
那显然是是某种弥散的包裹物
我敢肯定 存在物质的不断流失 所以我认为那是恒星正在失去它的外层
它的氢和氦
因此 我完全能够预言海山二星
既有可能会发生伽玛射线爆发
我们将不得不等上几亿年！
我记得我第一次通过望远镜观察海山二星的情景
它看上去不像普通的恒星 像是个红色斑点
1840年前后 它是整个天空中除了天狼星外最亮的星星
事实上 有些伽玛射线爆发 至少有一个伽玛射线爆发被认为是
在爆发前几年里就已经喷发出一个气体外壳
所以 有可能那就是1840年发生的情况
我们现在是在胡乱猜测
难处在于你指着一颗星 称
“啊 就是这颗” 然而那就是最佳的对象
然而 当然啦 空间研究就从那里开始
我们有迅速天文卫星
“迅速”很神奇 你必定会说起雨燕 那可是你的项目
“迅速”确实很神奇
它的神奇在于两个原因
一个是它主要关注伽玛射线爆发
因此它具有大伽玛射线探测器
观察大部分天空 等待着伽玛射线的爆发
一旦检测到爆发 就能迅速反应
在1分钟里定位X射线望远镜和光学望远镜
协同配合 瞄准这个爆炸的恒星
为什么它被叫做迅速呢？ 这就是它被叫做迅速的原因！
这个项目有个理念 - 捕捉到一闪而过的伽玛射线爆发
- 这就是迅速要做到的 捕捉到飞过的虫子
非同一般的是 它解决了天文学家 对于伽玛射线爆发的大难题 因为
过去 这些问题已经研究了十多年了
你整个所知道的就是伽玛射线爆发 消失在了空中两度的范围内
要知道 月球就是半度 也就是说那是4个满月大小
可以设想在那什么地方存在着引发这个爆炸的东西
毫无希望的 但是有了“迅速”
因为可以迅速用上X射线 紫外线 和光学手段
就可以应付这个星系 就可以用大型望远镜来捕捉到它
对 你是如何来测定其距离的呢？
通过光谱的红移
基本上是用上“迅速”来测定爆发的方位
让大型地面望远镜的人用光谱仪来获取光谱
然后来分析光谱里的发射谱线
就能够说出其中的红移
这就是测定距离的方法
Chris 能说说费米吗？
那是美国的新卫星 正在从事一些有趣的工作
它不是专门针对伽玛射线爆发的
然而它在观察我们以前从未观察过的光谱的一个区域
它其实是在观察高能伽玛射线 远远超过了“迅速” 比如 所观察的
结果对于了解伽玛射线爆发意义重大
是这样的 我们希望“迅速”和“费米” 能够同时发现伽玛射线爆发
这对了解伽玛射线爆发产生的全部能量十分重要
因为那将告诉我们所涉及的质量
通过分析这个光谱的高能部分
我们就能够测出产生的全部能量
我想问Julian 一个问题 因为我想利用伽玛射线爆发
所以我想知道这是否有可能
我们在天文学中所热衷的是叫做标准烛光的东西
保持相同的亮度的东西 即我们由此能计算出它们的亮度
只要我们能看到遥远宇宙间的它们
我们就能够利用它们来测量宇宙的膨胀
是这样的 伽玛射线爆发非常理想 很亮 我们能够看到130亿年前的爆发
我对通过了解伽玛射线爆发所希望的是
我们所掌握的它们的亮度是否很好
这是个极具争议的问题 就是 那就是我提问的原因
有一个专家坐在这里
问题 实际上是它们的标准化问题
你知道我们利用邻近的超新星1A来测量宇宙的膨胀
当然伽玛射线爆发的产生至少是在宇宙年龄的6%
它们大有希望
人们正艰苦地了解它们所发出的能量与
它们的光谱之间的关系 试图解决这种关系是否站得住脚
有何多人认为能做到 有很多人认为是做不到的
啊 我感到纳闷
当然啦 我们在不久的将来能认识得更多
Julian Chris 非常感谢两位
我们通常用肉眼是看不到伽玛射线爆发的
但我们确实能够看到超新星是否在消失
通过望远镜 我们能够看到超新星的残留
其中的一个就是著名的蟹状星云
在花园里 Pete Lawrence正等着带我们看超新星的残留 现在就到Pete那里去吧
蟹状星云是个壮观的超新星残留 在金牛座里
如果你仔细观看蟹状星云的专业相片
真的非常令人惊讶 -
明亮的丝状 鲜艳的色彩
但是假如只有一架业余的 普通尺寸的望远镜 又能看到什么呢？
好 让我们先来找到蟹状星云
事实上 在夜空中找到它是很简单的事情
如果是在11月的夜晚 往东看
或者东南 就是大概9：30分方位
就能看到猎户座升起的壮丽格局
如果你能定位猎户座 找到了星座中心的三颗星 它们构成了星座著名的腰带
把它们向上延长 往右
就能看到一颗明亮的 略微有点橙色的星星
那就是毕宿五 金牛座里最亮的恒星
毕宿五的旁边是V字形的星团 叫做毕星团
现在 如果将毕星团的两臂延长 往左
就能看到两颗三等星
那是金牛的角
在它的顶部 也就是南方
那是金牛座ζ星
那是定位蟹状星云的关键
如果你通过双筒望远镜以金牛座ζ星为中心观察那区域
或者通过望远镜搜索
就能看到那里有星星的模样
金牛座ζ星 在底部相当地亮
然后有三颗昏暗的星
他们的形状 就像是压扁的风筝挂在天上
找到蟹状星云的关键在于利用左边的那颗
把它引向顶上的那颗星
把延长线伸上约一半的距离
做完了 你实际上就指到了蟹状星云在天上的位置了
这样 通过望远镜 就有可能看到它了
然而这是相当不容易的 还需要碰上晴空万里的黑夜
它看上去就像昏暗的斑点 一个模糊伸展的斑点
小型望远镜可以改善图像
可以看到它就像是光斑有点扩展
所以4英寸或6英寸的望远镜将显示
光斑的光亮不均匀 有点斑驳
如果想看到星云里难以置信的细节的话
你就必须用上更大的望远镜了 比如16吋的
那么 蟹状星云是什么 从何而来的？
蟹状星云是颗超新星 或者说是超新星的残骸
它的爆炸在1000年前被观察到了
那天 中国和阿拉伯的天文学家观察到了夜空中有颗新星
事实上那不是普通的恒星
相比他们所见到的普通的恒星 难以置信的亮
据估计有星级-6 达到了比金星亮4倍
事实上它亮到了在白天都能看到
连续23天在光天化日之下都能观察到
1844年 罗斯伯爵 用他巨大的72吋反射望远镜
被称为帕森城的利维坦
观察和描绘了它 画出来就像螃蟹
那就是它的诨号蟹状星云的出典
就是我们现在所熟知的名字
Pete 非常感谢你
现在 回到火星上的凤凰号
Chris 在亚利桑那给我们带来了最新的消息
如果我想知道这个壮丽的沙漠景色是如何形成的
我就要研究构成山脉的岩石
可以取上土壤 分析它的情况
如果我想对辽阔的火星北部平原做同样的事情
我就必须去那里 那就是凤凰号已经在做的事情
凤凰号是美国航天局最新的火星任务
它在今年5月份降落在火星的北极
其任务是刨开然后刺入火星地层
在显微镜下观察土壤
检测它的化学成分
其工作通过挖掘土壤
为它的微型实验室仪器认真挑选样本
凤凰号任务的控制在图森的这个地方
《仰望夜空》节目最近的探访是在6月份
当时凤凰号已经登陆火星有一个月了
整个地方一片忙碌 科学家们急匆匆拿着
最新的结果 最新的图像 然后就是争论
啊 那是一片陡峭的后墙 是吧？ 啊 对
确实已经挖到了它的面前了
距我上次来这里 火星上已经过去了100天了
情况有点变化了
忙碌的控制中心已经变成了平静的绿洲
但其间 在火星上 凤凰号一刻不停地工作着
火星也打那起变得更加严酷了
北极夏季的长昼已经过去
西安在凤凰号必须忍受火星冬季的开始
序列已经开始！
Peter Smith自6年前提出任务开始就一直担当领导
是个不寻常的旅程
凤凰号情况如何？
凤凰号情况良好 有点出乎我的预料
已经超越了它的有效期
它的有效期是3个月 我们不认为它会在3个月后失效
然而它持续坚持 航天器没有显示出丝毫的衰老
所以我们认为它可以一直坚持到冬季的降临
让我们来讨论一下天气 正好你提到了
我们看到了空中有云 甚至下了雪 我们听说了
刮起了一点大风
秋季的天气 南瓜上挂上了霜 可以这么说
从轨道飞行器上了解到
极地的天气要比赤道的天气激烈得多
有旋风在发展 横扫北部平原
我们实际上看到了低气压在移动
风在增强 风在盘旋
就像我们所经历过的天气模型
然后就在不久前 我们用激光设备看到了云层下的飘动
那标志着下雪
雪花不会一直下到地面上 要记住
火星的大气层是很稀薄的 所以雪花在到达地面前会升华
或者可能就像小小的气泡尘埃降下
我们把它称之为冰晶
我们已经观察到了那样的效果
这意味着我们迎来了寒冷的季节 火星极地平原的冬季
你刚才提到凤凰号已经进入了冬季 将会有多糟？
温度一直在下降
在盛夏 一天中温度最高时的温度
可能就零下20度
现在降到了零下30 零下35度
晚上会变得越发寒冷 可能会达到零下100到110度
会一直降到零下130度 整个冬天的温度
将会在零下130度
我们得到了着陆点的很好的图像
你看到了什么 你预计会有什么？
和我们从轨道上拍摄的照片相类似
那是冰的膨胀和收缩所塑造的景象
这发生在一年四季 冰往往在这些压力下变形
因此 我们看到其表面 波纹朝着地平线延伸
这些多边形形成了地表的特征
我们的运气真够好
这个地方我们没有料到会有这样的结果
我们实际到达了那种地形小山丘之间沟壑的中央
所以 我们看到了两种不同的地形
我们现在正往地下挖掘
我们将揭开这些山丘上的冰层
穿过沟壑 将会告诉我们大量的这些平原上的冰层的信息
我们来继续冰的话题 我们能否肯定那些就是水形成的冰呢？
我们确信 我们实际上已经取得了一些冰块
放进了我们的热与释出气体分析仪
它带有质谱仪 可以将冰融化为水
实际测量单个粒子的质量
当然是一个氧原子加上两个氢原子
质量18 我们直接就得到了
约40亿年前
火星上覆盖着水 确实有水的存在
尽管被困在地表下面的冰层里
把凤凰号研究组吸引到了火星的这个地方
早先的使者 如火星车 勇气号和机遇号
已经发现了只可能是液态水存在的矿藏存在的证据
它们的成果表明 火星的古海洋是酸性的
所以凤凰号研究组预期在火星的这部分得到印证
然而不是酸性的 而是发现了碱性的土壤
当然啦 我们看到了漫游号的文件
他们非常坚定 就是我们预计能在火星上发现
典型的火星地层里 富含硫酸盐
所以我们专门准备了仪器来处理大量的硫酸盐
可是我们至今无法证明有任何硫酸盐的存在
结果是碱性的情况
pH值约8到8.5 这样的范围内
我们发现土壤里主要是碳酸钙
这个 在地球上 我们称之为石灰岩 有时被称为白垩
多佛悬崖就是白垩 碳酸钙 那就是我们所看到的
如果你还记得化学的话 碳酸盐是缓冲器
也就是说 你改变8到8.5的PH值 它会阻止的
这就是制造耐酸剂要用上碳酸钙的原因
它降低了酸度
因此如果土壤要自己摆脱碱性的话
碳酸钙会把它拉回来的
凤凰号登陆点就在最近历史的伤疤上
其附近就是新发现的陨石坑 甚至是座火山
我不确定 它目前所处的位置
可能还在火山的边上
其四周是火山喷发的火山灰形成的
因此土壤不是古代的土壤
因为这是火山最近形成的部分 很远的地方
所以 不是三 四十亿年前的地表 而是不久前的
所以 只要我们看到了土壤被水所侵蚀
已经形成了碳酸钙 或硅酸盐之类的土壤
那是另一种土壤
那么极有可能就是最近所发生的
已经深深地烙进了这种地形里了
如果有冰 有流星轰击的话...
流星轰击 就像核爆炸一样
就将看到地下的冰层形成蒸汽喷进大气层
将和大气层里的二氧化碳结合
从而形成碳酸盐
然而就在不久前 漫游者号没有发现古代的物质
任务控制的核心就在于凤凰号一模一样的复制品里
在那里 研究人员进行试验 可不愿真家伙去冒什么险
我们刚遇上一个戏剧性的时刻
在这里研究小组在模拟火星上的情形
现在 仪器的入口
已经被一堆土壤堵住 那是前一次试验的结果
研究人员正努力解决用机械臂铲起土壤
地球上极简单的任务
但对于2亿英里外的航天器来说 难度可不是一点点大
Rick 和他的团队与加州的 喷气推进实验室的科学家们一起合
他们在观察机械臂的最新演练
看它在努力将土壤放到化学仪器的顶部
我们在这里用所做的
就是模拟在火星上的情形
这里有一大堆放在第三湿化学舱的顶部
他们在利用机械臂
试图将尘埃推进漏斗 落到舱里
我们在这里演练 你已经看到了 我们已经做了好长时间了
每次一小步 但是我们正有序推进
这样机械臂就能建立起这种次序
一旦放上航天器
就能很快发挥作用
在所有参与凤凰号的科学家中 Bill Boynton 的日子最难过
他的热与释出气体分析小组碰到了大难题 就是将湿润的火星土壤放到仪器的小烤箱里
真是出乎意料
我们实际上预料到存在着冰
我们实际上从早期火星奥德赛号
伽玛射线分析仪反馈的成果知道的
但是事实上当冰被加温一点后
里面的盐或许就会使得它松软潮湿
有些情况是我们真的没法预料到的
我们知道盐会改变融点
那就是我们在冬季在公路上撒盐的道理
对啊 我们有台仪器 WCL 即湿化学试验设备
用来测量盐的
但结果是那里的盐比预料的多得多
那些叫做高氯酸盐的盐结果是很有效地降低了融点
所以我想真的出乎我们的意料
随着时间的推移 夜晚变得越发长了
热与释出气体分析仪在其最后的时日里将有何作为？
我们还有一些炉子需要装填
我们要花时间做的一件事是搞明白那里得到的样本
我们想对冰的样本下更多的功夫
我们还没有成功地将大量的冰放进炉子
我们早就处理了少量的冰
但是我们将再次进行含有大量冰的样本的实验
我们可能想得到另一个样本
来自地表下面而不是真正的冰
凤凰号有一两个项目留在了自己的采购清单上了
我认为我们的进程90%是花在去那的途中
而最后的10%将非常精彩
但是不管我们有无收获 都将是个伟大的任务
我们剩下的就是调查火星土壤里的有机成分
这将是个振奋的结果 只要我们能够查到的
迄今为止 我们在热与释出气体分析仪查到了二氧化碳
但是我们不清楚究竟是碳酸盐呢
还是其它物质 还是地球上的有机污染
不知道它是什么
你搞明白的唯一办法就是找到那里的空白点
那是有地球上的有机物质的东西
你要知道那个记号是... 来自地球的东西...
来自地球的东西 可能是一个空罐子
就是从地球上带去的
那个无有机物的空白点 就在不久前我们试图将它放进一个罐子里
那好似费城纯洁的白色物质 我们把它装进去时 狂风大作 把它吹散了
真的很扫兴 我们把罐子关上了
你必定就想着赶紧去那里 有时想自己去把它装进去 瞧这些实验！
嗨 那可有2亿英里远啊 动手操作谈何容易！
我是说你想这么做 但没说你要这么做！
太令人沮丧了 往往愚蠢的错误就是因为鞭长莫及
要观察只能依靠机械臂上的摄像头和编码器 就是这个样子
我们为了将来登陆火星 从凤凰号可以汲取什么教训呢？
你可能已经想到了 人们可以采集样本
筹备火星科学实验室
那是准备去火星的下一个任务
将在两年里去那里
他们烦恼的是那里土壤的属性
如果就是粘稠 具有我们所了解的土壤不好的特性
他们希望更多地了解 乘现在还来得及改变
因此他们在实验室里试验很粘稠的土壤
火星现在从地球看去 正移向太阳的背后
两者重合发生在11月中旬 将和凤凰号失去所有的联系
那么是否宣告了任务的结束了呢？
我们所做的预言 我们所能做的一切
都是基于我们的大气模型和我们对硬件的掌握
我们在10月份结束科考前 还能做大量的实验
到了11月份 我们将不得不关闭加热器
目的是为了度过那段日子
关掉了加热器 一切就会中断
所以 到了11月份 我们将继续观察
天气报告 然后到了11月底时
就只是些简单的事情了 偶尔观察
压力 温度 就这些事
那样我们会坚持到结束
可能是在12月中旬的某个时间
首次访问凤凰号是在发射的两年前
迄今为止 跟踪他们的任务一直很精彩
随着冬天的到来
我们现在只能等待观察 因为凤凰号失去了能量
最终它将长眠于火星的冰盖中
那将是凤凰号的终结
然而它把生命的宝贵一瞥
留在了火星可怕的北极冰原
Chris 非常感谢
各位 下月我回来时
我们将要去观察其它恒星的行星
下次再见 晚安！
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