潮人新知｜10月底或更晚些，一颗叫雨燕的卫星将坠落地球

文/克莉斯汀

最近有颗名叫雨燕的卫星备受关注，因为它正在失去原本应有的轨道高度，缓慢地向地球坠落，预计将在2026年年底进入地球大气层。

NASA一度尝试发射另一颗名叫LINK的卫星前往救援，企图将雨燕推回原轨道，阻止它的坠落，却因LINK故障频出而宣告救援失败。

近日，NASA重新启动了雨燕搭载的观测设备，并同步恢复了它的相关科学观测工作。

此举只是改变策略，将静待雨燕坠落的过程，演变成另一场“落幕式”的观察测试。

初上天，它就是“难以替代”的明星

卫星“雨燕”是由美国国家航空航天局联合英国、意大利于2004年11月20日发射的一颗天文卫星。

它搭载了爆炸预警望远镜（BAT）、X射线望远镜（XRT）和紫外光学望远镜（UVOT）三台设备，主要致力于伽玛射线暴的快速定位与多波段观测。

它的最大优势在于可在15秒内完成伽玛暴定位并能灵活地通过近地轨道实现快速姿态调整。

截至2023年，该卫星已观测到多个突破性天文事件，测量到的相关数据已刷新伽玛暴光学紫外辐射强度的世界纪录。

它也由此被称作“雨燕天文台”。

雨燕最初发射时原本计划的工作时间其实只有两年，由于它的出色表现，竟一直在太空持续工作了21年，研究对象也早已从伽马射线暴扩展到黑洞、超新星和其他瞬变天体。

它这种“快速赶到现场”的能力至今仍难以被替代。

就算如今已有薇拉·鲁宾天文台等大规模巡天项目投入运行，雨燕几乎仍是目前唯一能够如此快速完成后续观测的天文设施。

因为一直工作在近地轨道，雨燕受高层大气阻力的影响，每时每刻都在与高空中稀薄的大气粒子发生碰撞，因而一点点损失着运行速度，其运行轨道也随之开始下降。

2024年，太阳进入活动极大期，更迅速地加热地球高层大气，雨燕遭遇的大气阻力也随之增加，这又加快了它下降的速度。

而且雨燕自身并没有配备可用于维持轨道的推进系统，因此自2004年发射至今，它已经从最初约六百千米的距地表高度下降了两百多千米。

轨道越低，大气会越稠密，雨燕受到的阻力会越来越强，下降速度也会更快。

所以，雨燕进入地球大气层的时间越来越近。

从救援到放弃，它将“战斗至生命最后一刻”

NASA一直不想放弃雨燕，因此他们一方面通过关停雨燕的部分工作，尽量让航天器保持阻力最小的姿态运行，另一方面在2025年便开始积极打造另一颗轨道提升器LINK卫星，希望利用它将雨燕重新推回原轨道，争取再继续工作几年。

今年，在雨燕携带的三台望远镜都相继暂停工作后，LINK终于顺利发射，并向雨燕靠拢。

无奈，在今年8月19日，NASA还是宣布了救援失败——由于LINK持续存在姿态控制问题，在靠近雨燕过程中状况频出，最终无法按原计划尝试捕获雨燕并将它推回原轨道高度。

雨燕的坠落由此也正式进入倒计时。

最终，NASA决定重启雨燕所搭载的观测设备，恢复其科学观测，甚至还优先安排了仪器的校准观测，以确保它在当前轨道高度的观测精度，让它“战斗至生命最后一刻”。

而前往救援的LINK卫星也并非一无是处，它仍将尽量靠近雨燕，在不抓取对方的情况下，继续测试未来在轨服务所需要的导航、接近和操作能力——收集更多测试数据，虽然无法拯救雨燕，但也可尝试为更多“一次性”老航天器寻找“续命”方法。

目前，NASA预计，雨燕应该可以在10月前仍维持在300千米以上轨道运行。

虽然恢复它的工作后，这一时间应该会提前，在未来一两个月内会继续下降到约300千米。

而一旦低于这一高度，雨燕下降速度会更快，所携望远镜也可能将无法正常运行。

那个时刻一旦到来，雨燕就将要直面它的“死亡”。

让我们持续关注这场壮丽的“落幕”吧。

追踪13.4万亿个暗物质！百亿亿次超算用4天完成这场模拟

科技日报记者 刘霞 美国能源部阿贡国家实验室日前发布消息称，该机构科学家借助“极光”百亿亿次超级计算机，完成了迄今规模最大的两次宇宙学模拟。

每次模拟都追踪了13.4万亿个暗物质粒子在286亿光年宽度区域内的演化过程。

这一成果有助于科学家研究宇宙暴胀，并为分析大型巡天观测数据提供重要支撑。

左图为百亿亿次级模拟生成的全天空光锥图；右图外圈显示宇宙微波背景辐射，扇区分别展示视线速度（红/蓝）、物质密度（灰）和引力势（绿/蓝）。

图片来源： 美国阿贡国家实验室 宇宙暴胀理论认为，极早期宇宙曾经历一段短暂而剧烈的快速膨胀。

这一过程将微观量子涨落拉伸到宇宙尺度，留下微小的密度差异；随后，引力把这些差异不断放大，最终形成我们今天看到的星系、星系团和宇宙大尺度结构。

然而，暴胀背后的具体物理机制仍未完全确定。

通过研究物质在宇宙中的分布，有望找到更多线索，探索宇宙最早期的秘密。

暗物质无法被望远镜直接看见，却凭借引力主导星系形成，并塑造更大尺度的宇宙结构。

在模拟中，暗物质粒子被用作暗物质密度和速度分布的“示踪剂”，团队由此得以追踪宇宙结构跨越数十亿年的演化轨迹。

标准宇宙暴胀模型预测，早期宇宙的密度涨落服从高斯分布，也就是最简单的一类随机模式。

科学家正努力寻找其中可能存在的微小偏差，即“原始非高斯性”。

一旦发现可测量的偏差，就可能暗示暴胀时期还存在其他场、相互作用或动力学过程，从而帮助区分关于宇宙最初时刻的不同理论。

然而，这类信号极其微弱，还可能被“宇宙方差”掩盖——由于观测只能采样宇宙的有限体积，统计不确定性难以完全消除。

因此，探测此类信号需要覆盖最大宇宙尺度的超大规模模拟。

而如此规模的模拟对算力要求极高。

团队在阿贡国家实验室的“极光”超级计算机上完成了计算。

模拟及大部分数据分析约4天完成，目标正是揭示宇宙暴胀的物理本质。

这些模拟数据将助力分析多项大型巡天项目，包括美国能源部支持的暗能量光谱仪（DESI）和NASA的SPHEREx任务，两者目前均处于数据采集阶段。

模拟与前沿观测相互印证，将共同描绘出更为精细的宇宙图景，推动人类对宇宙起源与演化的探索。

来源：科技日报

粒子对撞机重现大爆炸后数微秒存在的物质

RHIC团队可以将自己的结果与欧洲核子研究中心（CERN）的结果进行比较，那里的物理学家也在大型强子对撞机上轰击了氧原子核。

美国布鲁克海文国家实验室相对论重离子对撞机（RHIC）的科学家们通过以接近光速轰击氧原子核，成功生成了夸克-胶子等离子体（QGP）。

QGP是宇宙诞生后最初几微秒内存在的一种物质形态，有助于物理学家确定质子、中子和原子最初是如何形成的。

研究QGP还可以帮助科学家理解物理学中的其他现象，例如核稳定性的极限，以及对X粒子等奇特粒子的搜寻。

然而，由于QGP即使在宇宙大爆炸之后也只持续了几微秒，科学家很难直接观测到它，即使在RHIC或CERN大型强子对撞机（LHC）这样的粒子对撞机内部也是如此。

因此，科学家唯一能知道QGP是否形成的方法，是利用RHIC的螺线管径迹探测器或STAR探测器等探测器，研究从原子核碰撞中飞出的粒子。

“科学家研究QGP最有力的方法之一，是确定其特征信号出现在哪里——同样重要的是，确定这些信号在哪里消失，”参与这项工作的山东大学物理学教授李毅说。

研究人员此前发现，高能粒子喷注在穿过粒子对撞机内原子核碰撞后留下的炽热、致密物质时会损失能量。

这被称为喷注淬火，被认为是QGP形成的标志。

什么是喷注淬火？ 当粒子对撞机将金等较重的原子核相互轰击时，它们的边界会瓦解，质子和中子中的夸克和胶子被释放出来。

这些碰撞遵循爱因斯坦著名的E=mc²方程，并相应释放能量。

由于形成的QGP比原子核本身还小，研究人员利用探测器来发现这些原子核碰撞后飞出的其他粒子。

然而，在观测中，研究人员发现一些粒子从这些碰撞中飞出时能量低于预期，就好像它们被等离子体中的夸克和胶子困住了一样。

为了进一步理解这一点，研究人员研究当原子核中的单个夸克或胶子与另一个原子核中的单个夸克或胶子碰撞时释放的能量喷注。

这种碰撞会在碰撞区边缘产生两束高能粒子喷注，帮助研究人员通过观察这些粒子的能量损失来研究QGP。

这种喷注淬火对于理解QGP至关重要，同时也是其存在的明显迹象。

研究氧原子核碰撞 RHIC的研究人员曾在金-金碰撞中观察到喷注淬火。

金原子核有78个质子和118个中子，属于相对较大的原子核；研究发现，从这些碰撞中产生的较低能量粒子会集体运动，像一种没有阻力的完美液体。

研究人员想知道，如果他们使用包含氧等较轻元素原子核的系统，是否会得到类似的观测结果。

每个碰撞氧原子核只有8个质子和8个中子，因此氧提供了一个比金或铅等重原子核更简单的系统来观测喷注淬火。

利用RHIC在2021年以2000亿电子伏特（GeV）进行的氧-氧碰撞数据，该团队发现，由于喷注淬火，高能粒子被抑制了20%。

虽然这一抑制程度低于金和铅对应的情况，但仍能证明QGP的形成。

由于LHC的研究人员也研究过氧-氧碰撞，RHIC团队可以将自己的发现与CERN研究人员的结果进行比较。

“我们正从两个方面推进边界，以探索产生QGP的最低条件：一方面通过观察这些小型氧-氧碰撞来研究原子核尺寸，另一方面也研究较低碰撞能量的数据——而我们仍然看到了这一关键的QGP特征。

这是我们测量的独特之处，”布鲁克海文国家实验室STAR物理学家马荣荣在新闻稿中解释道。

随着新的sPHENIX探测器如今成为RHIC粒子对撞机装置的一部分，未来关于氧-氧碰撞还将有更多发现。

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