伽馬射線暴？太空垃圾！

太空垃圾有風(fēng)險(xiǎn)，宇宙探索需謹(jǐn)慎

導(dǎo)語(yǔ)：在對(duì)已知最古老星系的觀測(cè)中，突然出現(xiàn)的閃光現(xiàn)象，結(jié)果卻相當(dāng)令人失望。

有時(shí)霎那的火花可能只是個(gè)偶然

一篇論文稱發(fā)現(xiàn)了有史以來(lái)最古老星系的伽馬射線爆發(fā)，最初科學(xué)家們認(rèn)為這一發(fā)現(xiàn)極具開(kāi)拓性，但實(shí)際上它只是地球軌道上一級(jí)廢舊火箭反射的太陽(yáng)光。這一令人沮喪的推論來(lái)自一個(gè)波蘭科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，此前在2017年夏威夷，凱克望遠(yuǎn)鏡捕捉到了一個(gè)偶然現(xiàn)象，其來(lái)源引起了許多研究團(tuán)隊(duì)的討論。 盡管之前的爭(zhēng)論集中在和極其罕見(jiàn)的伽瑪射線爆發(fā)相比，觀測(cè)到一個(gè)衛(wèi)星的概率問(wèn)題上。該波蘭團(tuán)隊(duì)設(shè)法追蹤到發(fā)出閃光的確切物體——來(lái)自俄羅斯質(zhì)子火箭的一級(jí)廢舊的和風(fēng)-M的前部。波蘭亞當(dāng)·密茨凱維奇大學(xué)的天文學(xué)家、這項(xiàng)新研究的主要作者米哈爾·米哈洛夫斯基將其計(jì)算結(jié)果與其他三款公開(kāi)可用的軌道計(jì)算軟件進(jìn)行了對(duì)比。

凱克望遠(yuǎn)鏡究竟觀察到了什么?它怎么可能把發(fā)生在數(shù)十億光年之外那宇宙中最強(qiáng)烈的閃光誤認(rèn)為是由一塊太空垃圾反射的太陽(yáng)光呢?

最初該項(xiàng)觀測(cè)任務(wù)由北京大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)，他們著手研究宇宙中最古老的星系之一--GN-z11。它距離地球超過(guò)130億光年。這意味著望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的只是大爆炸后的約4.2億年的景象，當(dāng)時(shí)宇宙還很年輕。該團(tuán)隊(duì)將近紅外光譜儀MOSFIRE安裝在凱克望遠(yuǎn)鏡上。光譜儀并非用來(lái)捕捉圖像，而是在特定波長(zhǎng)的光下測(cè)量天體的亮度。在對(duì)GN-z11進(jìn)行三分鐘的測(cè)量時(shí)，這個(gè)星系突然亮了起來(lái)，在下一輪觀測(cè)中，信號(hào)又恢復(fù)了正常。

在排除了其他可能性之后，科學(xué)家們得出結(jié)論，這種突然變亮的現(xiàn)象一定是伽馬射線爆發(fā)。這種宇宙中最明亮、能量最強(qiáng)的閃光，被認(rèn)為是在大質(zhì)量恒星在垂暮之時(shí)的爆炸中產(chǎn)生，天文學(xué)家稱之為超新星。伽馬射線爆發(fā)只持續(xù)了幾秒鐘，短暫地照亮了周圍宇宙中的一切。 但迄今為止，究其根源，依然成謎。該團(tuán)隊(duì)在《自然·天文》雜志上發(fā)表了他們這一重大發(fā)現(xiàn)?？茖W(xué)家們從未在如此古老的星系中觀測(cè)到過(guò)伽馬射線爆發(fā)，而觀測(cè)到這樣的伽馬射線爆發(fā)意味著這將揭示宇宙早期的未解之謎。

然而，其他天文學(xué)家很快開(kāi)始質(zhì)疑這一發(fā)現(xiàn)，發(fā)表在《自然·天文》雜志上的另外兩篇論文闡述了其疑問(wèn)所在。丹麥哥本哈根大學(xué)天文學(xué)副教授查爾斯·斯坦哈特在一篇論文中寫道：這種變亮的現(xiàn)象很可能是由一個(gè)繞地球運(yùn)行的物體引起的，而不是偶然看到的罕見(jiàn)的伽馬射線爆發(fā)。概率可以解釋這個(gè)問(wèn)題。“捕捉到這樣的伽馬射線爆發(fā)的概率非常低，大約是100億分之一” ，天文學(xué)家估計(jì)，雖然衛(wèi)星每天能觀測(cè)到一次伽馬射線暴，但在同一時(shí)間段內(nèi)大約有500次伽馬射線暴發(fā)生。

在大多數(shù)情況下，科學(xué)家根本不知道這些爆發(fā)來(lái)自哪個(gè)星系。斯坦哈特說(shuō):“我們用來(lái)探測(cè)伽馬射線的大型射線望遠(yuǎn)鏡只能告訴你發(fā)生了一次爆炸，并給出發(fā)生爆炸的大致區(qū)域。” “如果你想知道確切的星系，就必須迅速將光學(xué)望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)那個(gè)區(qū)域，捕捉到閃光，才能找到它的來(lái)源。但你最多只有100秒的時(shí)間完成這個(gè)過(guò)程?！?

在一次隨機(jī)的成像活動(dòng)中，在最古老的星系中捕捉到伽馬射線爆發(fā)似乎有點(diǎn)太幸運(yùn)了。因此斯坦哈特開(kāi)始尋找其他可能的解釋，包括重新考慮那些已經(jīng)被排除的?？茖W(xué)家們搜尋了MOSFIRE的檔案，并在其他觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)了幾十個(gè)類似的現(xiàn)象?！爱?dāng)我們觀察變亮的信號(hào)時(shí)，它實(shí)際上一點(diǎn)都不像之前探測(cè)到的1萬(wàn)次伽馬射線暴，”斯坦哈特說(shuō)。 “它看起來(lái)更像一顆典型的恒星，比如我們的太陽(yáng)。 所以這可能是能反射陽(yáng)光的東西?！?

中國(guó)團(tuán)隊(duì)在最初的論文中稱，衛(wèi)星的反射不可能導(dǎo)致亮度的增加。 經(jīng)核對(duì)已知衛(wèi)星的可用軌道信息和碎片，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)軌道與觀測(cè)結(jié)果相符的相關(guān)物體。 天文學(xué)家認(rèn)為，這種觀測(cè)被一顆衛(wèi)星或一塊碎片干擾的可能性極小。 但是斯坦哈特針對(duì)此給出了一個(gè)更又說(shuō)服力的概率——大約1/1000。斯坦哈特說(shuō):“如果你捕捉到這樣一顆衛(wèi)星的概率是千分之一，而捕捉到伽馬射線暴的概率是十億分之一，很顯然捕捉到一顆衛(wèi)星的可能性要高出一百萬(wàn)倍。”

近來(lái)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡拍攝的帶有軌道衛(wèi)星拖尾的圖像成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，天文學(xué)家紛紛呼吁限制巨型衛(wèi)星星座的部署，例如SpaceX公司的星鏈計(jì)劃網(wǎng)絡(luò)無(wú)線電信號(hào)發(fā)射項(xiàng)目等。 這些衛(wèi)星拖尾現(xiàn)象很明顯，來(lái)源也很明晰。 然而在光譜測(cè)量中，挑出噪音是非常困難的。

追蹤元兇

米哈洛夫斯基說(shuō):“在光譜中很難鑒別這種情況?！?“攝譜儀通過(guò)一個(gè)非常窄的狹縫接收光線。本來(lái)在狹縫之外的衛(wèi)星突然在極短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入狹縫，形影無(wú)蹤?！?米哈洛夫斯基和他的團(tuán)隊(duì)受斯坦哈德的估計(jì)的啟發(fā)，通過(guò)搜索軌道物體的公共空間軌道數(shù)據(jù)庫(kù)，找到了產(chǎn)生亮度變化的真正來(lái)源。 米哈洛夫斯基說(shuō)，和風(fēng)-M在一個(gè)高度橢圓的軌道上環(huán)繞地球運(yùn)行，它恰好在對(duì)的時(shí)間出現(xiàn)在了對(duì)的位置。有趣的是，中國(guó)團(tuán)隊(duì)通過(guò)一種名為卡爾斯基的網(wǎng)絡(luò)天文計(jì)算器的計(jì)算，最初就排除了是火箭級(jí)的可能性。但米哈洛夫斯基確信，他們的計(jì)算是錯(cuò)誤的。他說(shuō):“很難解釋為什么最初的計(jì)算結(jié)果不同?！?“這個(gè)團(tuán)隊(duì)使用的軟件現(xiàn)在出現(xiàn)故障，所以結(jié)果不可能再重現(xiàn)了。 我們的計(jì)算結(jié)果與其他四個(gè)計(jì)算結(jié)果相吻合，所以我們對(duì)自己的計(jì)算結(jié)果很有信心?！?

天文學(xué)中一個(gè)日益嚴(yán)重的問(wèn)題

這使天文學(xué)中一個(gè)日益嚴(yán)重的問(wèn)題凸顯了出來(lái):軌道上越來(lái)越多的衛(wèi)星和空間碎片干擾了天文觀測(cè)和宇宙探索。 最近的一項(xiàng)研究估計(jì)，SpaceX部署的星鏈星座項(xiàng)目包括1.2萬(wàn)顆衛(wèi)星，可能會(huì)破壞廣域望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的多達(dá)40%的天文觀測(cè)。米哈洛夫斯基認(rèn)為解決這個(gè)問(wèn)題并非易事。即使是現(xiàn)在，還有無(wú)數(shù)這種衛(wèi)星在圖像中掠過(guò)的例子，而且情況只會(huì)變得更糟?！?“唯一的解決辦法是觀測(cè)這些衛(wèi)星，精確限定其軌道，這樣我們就可以創(chuàng)建一個(gè)非常精確的目錄，幫助我們確定這到底是一個(gè)天文事件還是一顆路過(guò)的衛(wèi)星。斯坦哈特表示同意。 “如果我們有一個(gè)完善的數(shù)據(jù)庫(kù),知道一個(gè)衛(wèi)星或一塊碎片將穿過(guò)天空的一部分,就在那瞬間,我們立刻會(huì)停止觀察,等待它經(jīng)過(guò),然后開(kāi)始下一個(gè)曝光”他說(shuō)。 “這種假設(shè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槟壳拔覀儧](méi)有合適的數(shù)據(jù)庫(kù)或工具箱?！?

BY: Adam Mann

FY: 張文君

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