天文物理学在2018年将有那些成就和进展？

伤我心太深

　　光阴如梭岁月匆匆。飞逝的2017年已被尘封的记忆所存，三百多个日日夜夜就这样不动声色的与我们擦肩而过，在忙忙碌碌中，转眼又迎来了新的一年。
　　2018年已经到来，是时候盘点一下在这新的一年，天文和物理领域将有哪些新的进展了。从全新的超级火箭到小行星取样返回，再到粒子物理新突破，哪些将会占领2018年科技新闻的头条?

　　一、航天与天文领域

　　1)寻找系外行星的最新利器




　　艺术示意图：正在轨道上工作的凌星系外行星巡天卫星”(TESS)　　2018年3月，美国宇航局将发射“凌星系外行星巡天卫星”(TESS)，从低地球轨道上展开对系外行星的大规模搜寻。
　　通过对超过20万颗恒星亮度的精确测定，这颗卫星有望在未来数年内新发现数以千计的系外行星。


　　2)着陆火星




  　　“洞察”号火星探测器　　在5月份，美国宇航局计划发射“洞察”(InSight)火星着陆器。预计它将在今年11月份登陆火星，并开展对火星内部的探索。它还将测量火星地热数值并尝试探测火星是否存在地震活动。


　　3)欧洲和日本合作飞向水星




  　　正在水星轨道飞行的“贝皮·哥伦布”(BepiColombo)探测器　　今年11月份，欧洲和日本合作研制的“贝皮·哥伦布”(BepiColombo)探测器将发射飞向水星。这艘飞船预计将在2025年抵达水星，届时母船将分离为两艘独立的飞行器，分别名为“水星行星轨道器”(MPO)以及“水星磁层轨道器”(MMO)。由于水星轨道离太阳很近，这两艘飞船都必须经受住超过摄氏350度的极端高温考验。


　　4)两个小行星取样任务





  　　美国OSIRIS-Rex探测器在小行星表面取样示意图

　　2018年我们将目睹两个小行星取样任务的进行，分别是日本的“隼鸟-2号”(Hayabusa 2)和美国宇航局的OSIRIS-Rex项目。这两艘飞船将分别在今年的7月和8月抵达各自的目标。日本的“隼鸟-2号”探测器于2014年发射升空，预计将在2020年12月从小行星“Ryugu”取回样本。

　　OSIRIS-Rex探测器则将造访小行星“贝努”(Bennu)。这颗小行星直径大约500米，其轨道属于未来有可能撞击地球的类型，在目前的撞击风险排行榜上位居第三，在未来100年内撞击地球的可能性大约为2700分之一。预计OSIRIS-Rex探测器将在2023年携带小行星样本返回地球。


　　5)波音公司“星际航班”(Starliner)飞船发射





  　　波音公司的“星际航班”(Starliner)飞船示意图

　　如果一切顺利，那么我们应该可以在2018年目睹波音公司原名叫做CST-100，现在被命名为“星际航班”(Starliner)的新型飞船的首次载人飞行测试。该飞船是在美国宇航局的“商业载人飞船项目”旗下研制的，其能够最多容纳7名宇航员或者搭载货物飞往低地球轨道。

　　这艘飞船外观具有未来感，且采用全身无焊缝设计，能够重复使用多达10次，间隔时间大约6个月。其内部可以内置无线wifi网络并允许宇航员使用手提电脑工作。这将意味着美国重新拥有载人航天的能力，自从2011年航天飞机退役以来，美国失去了使用自己的飞船将宇航员送入太空的能力。


　　6)中国航天的大年




  　　2013年成功着陆月球的“嫦娥-3号”着陆器

　　在2018年，中国将再次尝试着陆月球，此前在2013年，嫦娥3号已经成功实现我国的首次月面软着陆并释放月球车。而在今年晚些时候，嫦娥4号将首次尝试在月球背面着陆。而为了达成与月球背面着陆器之间的通讯联络，中国预计将在今年6月份前后发射一颗数据中继卫星。如果成功，这将是人类历史上首次有人类探测器在月球背面着陆。


　　在2018年，中国预计还将把它未来的空间站核心舱“天和”送入轨道。这是未来中国空间站的骨架，在此基础上，中国计划在2022年前后建成拥有三个大型舱段构建的自主空间站。



　　7)SpaceX将续创奇迹




  　　正在太空飞行的“龙-2”飞船

　　在一月份，如果一切顺利的话，SpaceX将首次发射该公司的“猎鹰”重型火箭，这种大型火箭将有能力将大型载荷送入低地球轨道乃至更加遥远的空间。而一旦这种大型且可重复使用的火箭投入运营，SpaceX将成为能够将最大载荷送入轨道的私营公司。

　　在2018年，SpaceX还将发射该公司研发的“龙-2”飞船。目前的计划是将宇航员送往国际空间站，预计的发射时间是在2018年5月份。当然，如果届时计划推迟了，也不要感到特别奇怪。

　　而在2018年下半年，SpaceX还计划将两名太空游客送入太空，围绕月球飞行并返回地球。这些太空游客将搭乘“龙-2”型飞船，由重型猎鹰火箭发射升空。如果这一计划得以成行，那将是自阿波罗时代以来首次有人类离开低地球轨道。


　　二、天文学


　　1)我们将首次目睹黑洞




  　　位于银河系中心位置的黑洞“人马座A*”，2018年我们或许将看得更加清楚

　　如果我们足够幸运，那么在2018年我们或许将首次目睹黑洞的模样——说的更具体一些，就是距离太阳系大约2.6万光年之外，位于银河系中心位置的“人马座A*”。


　　人马座A*(Sagittarius A*，简写为Sgr A*)是位于银河系银心一个非常光亮及致密的无线电波源，大约每11分钟旋转一圈，属於人马座A的一部份。人马座A*很有可能是离我们最近的超重黑洞的所在，因此也被认为是研究黑洞物理的最佳目标。

　　很显然，要想拍摄黑洞的照片可不是简单地在望远镜后面加一个相机就能办成的事。黑洞之所以叫黑洞是有原因的，因此天文学家们所能期待的最佳结果只是拍摄到黑洞的“影子”，或者说黑洞的“边界”，即所谓“事件视界”。

　　天文学家们将需要一架分辨率惊人的超级望远镜才能做这件事，他们使用的技术被称为“甚长基线干涉”(VLBI)，这种技术能够将分布在全球各地的大型射电望远镜联合起来，组成一台口径与整个地球直径相当的超级望远镜。这台望远镜被称作“事件视界望远镜”(EHT)，它在2017年初对人马座A*进行了观测，相关结果预计将在2018年上半年对外发布，或许我们可以期待看到某些令人兴奋的最新图像。


　　2)银河系的最新地图




  　　这是盖亚第一批数据制作的银河系地图，已经非常精细。但是随着2018年第二批数据的发布，这张地图将再次升级

　　在2018年4月份，欧洲“盖亚”卫星合作组将发布第二批数据，其中将包含数十亿颗恒星的视差和自行等相关数据。


　　本次发布的数据集中还将包括一部分变星的测光数据，以及预先选定的大约1万颗小行星的数据。盖亚项目的目的便是测绘银河系的三维立体地图，通过盖亚项目获取的数据，我们将更好的了解银河系的组成，形成和演化。

　　3)观星者们的一些重要日期


　　2018年或许比不上2017年，因为毕竟2017年有一次超级日全食。但不管怎样，2018年还是有一些值得一看的天象。
　　首先，2018年将发生两次月全食，时间分别是1月31日和7月27日，并且这两次月全食在我国境内都能看到。月食是地球的阴影遮挡月球产生的现象。
　　另外，在7月31日，火星将抵达2003年以来距离地球最近的位置。最后，在北半球的人们还可以关注一下三场流星雨，分别是1月初的象限仪座流星雨，8月中旬的英仙座流星雨以及12月中旬的双子座流星雨。


　　三、物理学

　　1)追寻暗物质的历程将继续




  　　意大利XENON实验的设施照片

　　在2018年，有两个不同的实验将有望加深我们对于暗物质的理解，它们分别是坐落在意大利的XENON实验和中国的PandaX实验。对暗物质粒子的搜寻工作极端困难，全球各地的实验室都在艰难向前推进。

　　意大利的XENON实验使用大量的液态氙作为原料，而中国的PandaX则位于中国四川锦屏山的地下，是目前埋深最深的暗物质探测实验，其目标是搜寻“弱相互作用大质量粒子”(WIMPS)，这种粒子被理论物理学界认为有可能就是暗物质粒子的真身。每一年，我们都在朝着揭开暗物质真相面纱的方向前进，2018年也不例外。



　　2)探索极早期宇宙


　　欧洲核子中心的“大型强子对撞机”(LHC)将在2018年继续运行，探寻宇宙大爆炸之后瞬间究竟发生了什么。科学家们仍在探讨在宇宙诞生的第一秒，第一分钟，第一小时，第一天，宇宙分别是什么样子的?物质是如何在宇宙中出现的?我们此前已经在这方面取得一些进展，但在2018年，我们期待更多新发现。


　　3)量子至上




  　　谷歌公司宣称他们将在2018年在量子计算技术上实现突破 去年，世界在量子计算机技术上取得了几项重大突破。量子计算机使用与传统计算机完全不同的逻辑与原理，理论上能够解决一些传统计算机难以应付的问题，包括模拟生物大分子行为，破解当今世界上最强大的密码系统，或者做一些大规模的优化算法规划，比如如何统筹全市的出租车行驶路线，从而确保最高递送效率的同时导致最低限度的交通拥堵?


　　而在2018年，美国谷歌公司计划计划达成一项具有里程碑意义的成就，他们称之为“量子至上”(quantum supremacy)。这将是第一台解决问题的速度超越经典计算机的量子计算机原型。这并不意味着量子计算机就要投入实用了，它所能解决的问题也是专门为体现其优势而专门选定的。

　　研制出真正能够对于产业界有价值的量子计算机或许还需要数年的努力，而要想破解当今世界的密码系统，量子计算机技术或许还需要数十年的发展和进步。但是2018年的这台小小原型机或许将成为一个标志，让我们窥见未来量子计算机的大概模样。

　　研究量子计算机的目的不是要用它来取代现有的计算机。量子计算机使计算的概念焕然一新，这是量子计算机与其他计算机如光计算机和生物计算机等的不同之处。量子计算机的作用远不止是解决一些经典计算机无法解决的问题。