太阳系大行星发现之旅

在浩瀚的宇宙中,太阳系是一个行星大家庭.迄今所知的9颗大行星好像9个"乖孩子",一齐围在"太阳母亲"的身边有序地旋转.人类发现它们的历程,是宇宙探索史中最动人心弦的乐章之一.然而每当发现新的行星时,人们总是会问:太阳"妈妈"只有这几个"儿女"吗?正是这种对未知世界不断探索的精神,引导人类发现了一颗又一颗新的行星.     

星系团的发现和星系团及成员星系的物理性质

星系团是宇宙中质量最大的引力束缚天体,是宇宙大尺度结构中密度相对比较高的节点.因此星系团是研究宇宙学的重要示踪天体之一,也提供了星系多样的寄居环境.基于公开的巡天数据,我们证认出了数目最多的星系团,显著扩展了星系团发现的红移范围.根据星系团在宇宙空间中的成团性,探测到了显著的宇宙重子声波振荡信号.通过查看星系团图像,发现许多星系团作为强引力透镜使背景星系呈现巨大的光弧.根据星系团中成员星系的分布,我们计算了最多星系团的动力学状态参数,并发现只有约1/3的星系团处于弛豫状态.我们还发现,在越弛豫的星系团中,最亮团星系的光学光度越大,其他亮成员星系越少.随着国际上在多个波段更深巡天数据的发布,星系团的研究将会有多方面的突破.     

暗能量和加速膨胀的宇宙

1998年发现的宇宙加速膨胀是当代科学中最重大的课题之一.理论上,宇宙的加速膨胀可能意味着当前宇宙中约三分之二的能量密度是由一种新的能量组分,即暗能量所提供的也可能意味着爱因斯坦提出的广义相对论在宇宙学尺度上需要修正.暗能量和修正引力这两种完全不同的物理机制可以给出完全相同的宇宙背景膨胀历史,但却预言不同的结构形成过程.因此,我们可以通过观测宇宙的大尺度结构形成和演化来区分这两种不同的物理机制,揭示宇宙加速膨胀背后的物理规律.宇宙大尺度星系巡天是研究宇宙加速膨胀机制的重要探针之一.基于星系巡天,我们可以通过测量重子声波振荡(baryonic acoustic oscillations,BAO)和红移空间畸变(redshift space distortions,RSD)两种特殊的星系成团属性,同时测量宇宙的背景膨胀和结构形成历史,进而分别开展暗能量性质以及引力研究.SDSS(Sloan Digital Sky Survey)三期的BOSS(Baryonic Oscillation Spectroscopic Survey)巡天是近期完成的世界最大规模的星系巡天.通过对10000平方度左右天区的观测,BOSS获取了近一百万条星系光谱.基于BOSS的观测,我们对暗能量和引力性质开展了深入研究,并发现了暗能量的动力学迹象.目前正在巡天的e BOSS(extended Baryonic Oscillation Spectroscopic Survey)项目以及后续的DESI(Dark Energy Spectroscopic Instrument)和PFS(Prime Focus Spectrograph)等大型巡天将在更高的红移、以更高的精度测量BAO和RSD,这将为宇宙加速膨胀机制的研究提供关键的观测支持.     

探寻宇宙原初磁场

<正>天文学家有望很快发现宇宙大爆炸时期的原初磁场，这将改变人类对宇宙的认知。原初磁场一直扑朔迷离。如果把宇宙缩小到一定程度，就会发现宇宙的结构像一张网。连接着不同星系团的气体纤维状结构是编织这张网的线绳，其余的地方则是巨大的空洞。这是宇宙中最神秘的结构之一，最近在其中有了惊人的发现。2021年初，天文学家在星系团之间探测到了绵延约5 000万光年的磁力线。     

追寻神秘暗能量的人——天体物理学家索尔&#183;帕尔马特访谈录

最近几年,重大的科学发现之一当属宇宙加速膨胀。在神秘的暗能量的作用下,宇宙会变得越来越稀疏,最终在冰冷中死寂。当时有两个科学家小组独立的通过天文学观测做出了这一惊人的发现,其中之一就是美国加州大学伯克利分校的天体物理学家索尔&#183;帕尔马特（Saul Perlmutter,下图）领导的团队。不久前,珀尔马特接受了《科学美国人》杂志的采访。就发现宇宙加速膨胀过程中的“一锤定音”等读者关心的问题一一作了解答。     

理查德·泰勒(1929—2018)

正理查德·泰勒因发现夸克(宇宙中最基本的粒子之一)而获得诺贝尔物理学奖。2018年2月22日,出生于加拿大的实验物理学家理查德·泰勒(Richard E.Taylor)在加州斯坦福大学去世,享年88岁。1990年,他因发现宇宙中最基本的粒子之一——夸克——而获得诺贝尔物理学奖。他所任职的斯坦福大学宣布了他的死讯,但没有提及死亡的原因。20世纪60年代末,夸克的发现是物理学上一件惊天动地的大事。它为标准模型理论的发展铺平了道路,该理论是所有已知基本粒子和力的分类系统。"在发现夸克之前,我们已经知     

暗能量

宇宙正在加速膨胀的发现,也许是过去25年中所有科学领域中最重要的发现之一,它拯救了一个优美的理论--暴胀理论,并且给理论家们提出了一个重大的课题--暗能量.     

宇宙背景辐射的发现——介绍彭齐阿斯和威尔逊

在科学上,简单而伟大的发现是不常有的。美国物理学家彭齐阿斯(Arno A.Penzias)和威尔逊(Robert W.Wilson)在1965年发现的3K宇宙背景辐射,就是其中之一。正由于这一发现,使他们获得了1978年度的诺贝尔物理学奖金。不少人认为,他们的这一伟大发现,就象伦琴发现     

几种主要的宇宙学模型

尽管研究宇宙整体的结构、运动和演化是自古以来人类最关心的课题之一,但是直到正确的引力理论建立以前,获得科学的宇宙理论是不可能的.牛顿的引力理论在研究一般天体运行的问题上是强有力的,并且与观察符合得相当好.但在考虑宇宙学问题时却出现了许多不可克服的困难.爱因斯坦的广义相对论是更完善的引力理论,1917年他的著名论文《用广义相对论对整个宇宙的考察》通常被认为是近代宇宙学在理论上的先声.在该文中他第一次提出了有限无边的宇宙模型,向传统的时空观提出了挑战.在广义相对论的影响下,许多其他的引力理论纷纷被提出,并出现了各式各样的宇宙模型。1929年,哈勃(Hubble)发现了星系的视星等与     

天文学家发现宇宙“南极墙”

正天文学家发现了有史以来最大的宇宙结构之一——"南极墙"。该结构是一堵巨大的"墙",绵延14亿光年,包含了数十万个星系。天文学家早就注意到,星系并不是随机散布在整个宇宙中,而是以宇宙网络的方式聚集在一起。在这个巨大的氢气链中,星系就像项链上的珍珠,围绕着巨大空旷的宇宙空间。"南极墙"一直隐藏     

闹腾的宇宙弦研究

一年多来,探讨宇宙弦的文章不断涌现,成为宇宙学研究中的热门话题之一。诸如有关星系的诞生和宇宙大尺度结构的形成,类星体的能源以及关于银河系附近许多高速星系相对于宇宙背景辐射的运动等似乎都可用宇宙弦这一物理概念来说明。现简介于下: 1.文献中提到的宇宙弦圈“播种”星系的问题在韦顿(E.Witten)提出超导宇宙弦的概念后有了新的发展。如果在早期宇宙     

不识宇宙真面目 只缘身在宇宙中

远古人类认为自己居住在无边无际的平台上。到了公元前四世纪的时候 ,亚里斯多德注意到海上航行的船只不是变得越来越小 ,而是在地平线上沉了下去。因此他推断 :地球必定是圆的。这是有史以来人类最伟大的智力成就之一。斗转星移 ,人们不断发现行星、星系和宇宙的种种奥秘。但有一个基本问题至今仍未找到答案 ,那就是我们身居其中的宇宙到底是什么样子 ?随着天文观察的进展 ,宇宙形状的可能性范围逐步缩小。数学家已证明只存在 1 8种欧几里得三维流形 ,宇宙形状是其中 1 0种欧几里得三维流形之一。拓扑学与各种面数学家在讨论宇宙形状时是指…     

全新程序精确模拟宇宙演化

正广袤的宇宙一直是人类渴望了解的最终目标之一,随着引力波的发现,我们对于宇宙的认知也越来越深入。日前,瑞士日内瓦大学的研究人员开发了一款名为"gevolution"的数值模拟程序,它能将时空的转动与引力波等相关因素均考虑在内,精确模拟宇宙的演化过程。在"gevolution"的帮助下,科学家将会对衡量时空     

美科学家探寻短伽马射线暴起源

谁也没有料到伽马射线暴这个“冷战”时期的意外发现,会成为随后天文学和物理学的大热门课题。伽马射线暴一直被认为是伴随着黑洞诞生而响彻宇宙的哭声,是宇宙中最令人迷惑的现象之一。伽马射线暴从哪里来?它会对人类产生什么影响?研究它是否可以探索宇宙的起源?在第36届世界空     

宇宙是由什么构成的?

通过星系、星系团,乃至宇宙整体的动力学行为,天文学家发现宇宙中绝大部分物质是不发光的,即暗的.其中暗物质占宇宙中总物质和能量的27%,暗能量占68%,而普通物质(即粒子物理标准模型粒子)只占5%.暗物质和暗能量是当代天文学和物理学的重大发现,是主要研究前沿.我们回顾暗物质和暗能量的发现历史、已知属性和待解决的问题.     

暗能量一手"操控"宇宙

直到1998年,天文学家才发现,原来我们一直忽略了占整个宇宙将近3/4的成分,也就是暗能量.暗能量不仅驱赶着宇宙膨胀,星系形状与星系间的距离也控制在它的手里.     

非线性标量场为物质场的宇宙模型

宇宙的奇性问题始终是研究Einstein方程解的一个很重要的问题.根据Einstein场方程,在一个充满玻思-英费尔德非线性标量场为物质场的宇宙中,我们发现当非线性标量场的参量λ>0时,有一个有奇性的宇宙模型解;当参量λ<0时,有一个非奇性的宇宙模型解.引力系统的作用量取为     

中微子天文学和X射线天文学的诞生

本文介绍了 2 0 0 2年诺贝尔物理学奖的两项研究成果 :捕获了宇宙中微子 ;发现了宇宙X射线源 .     

生命:一个难解的宇宙之谜

与宏大的宇宙相比,地球竟是如此的"渺小":只相当于目前已发现的宇宙尺度的10-22.在广阔无垠的宇宙之中,地球简直就是一粒"微尘".然而,就在这个宇宙的"微尘"之上,却存在着一种生命现象,居住着众多的生物,人自然是它们当之无愧的代表.尽管人的生命是如此脆弱:与星球的寿命相比,人的一生只及星球的十亿分之一;宇宙尺度的温度只要变化10-10,人类便会化为乌有.然而,这个生灵又是如此伟大:人类利用所掌握的知识,能够对存在已上百亿年的宇宙进行探索,并将宇宙的奥秘了解得越来越清晰.就连人类也不由得发出惊叹:生命竟如此神秘而富有魅力!     

宇宙加速膨胀的射电直接测量研究获得重要进展

<正>最近,北京师范大学天文系张同杰宇宙学团队基于宇宙学中Sandage-Loeb效应也称Redshift Drift原理,提出了第一个宇宙加速膨胀的射电直接测量方法.传统方法是通过距离观测并且基于宇宙学哥白尼原理和爱因斯坦方程来测量宇宙加速膨胀,这是一种间接方法.新提出的方法是一种与宇宙学模型无关的直接测量方法.该研究工作于2014年7月25日在Physical Review Letters杂志上发表.20世纪20年代美国天文学家Hubble发现宇宙在膨胀,并根据当时少量的观测数据总结得出著名的Hubble定律,因此爱因斯坦也为自己构造了一个静止的宇宙而后悔不已.根据Hubble定律,通过观测河外星系的红移可以测量星系的退行速度,基本相当于宇宙整体膨胀的速度.既然宇宙在膨胀,那么宇宙膨胀是加速的还是减速的,如何测量宇