全球最感人十大短故事(盤點2021年十大太空故事)
在過去的2021年，既有公眾參與的重要科學發現，也有對火星上首次直升機飛行感到的興奮，更有詹姆斯·韋布空間望遠鏡成功發射為這一年畫上的完美句號。
回望2021年，充滿了起起伏伏。全球疫情對科學研究的沖擊仍在持續。有探測器開始啟程回家，也有空間望遠鏡在一系列的故障中頑強幸存。2020年發射的三個火星任務先后達到了目的地，也帶來了許多的“第一次”。與此同時，各航天機構也把目光轉向了我們的另一個近鄰：金星。
在經歷重重困難和多次推遲之后，詹姆斯·韋布空間望遠鏡終于在歲末成功發射。此外，天文學家也目睹了此前一直猜想中的現象，加深了對我們宇宙的認識。總之，2021年給我們帶來了新的見解，為2022年樹立了新的目標.
10. “奧西里斯王”啟程回家
奧西里斯王小行星探測器終于啟程飛回地球。2018年12月31日，它進入了環繞近地小行星貝努的軌道。2021年5月10日，它點燃引擎，開始回家的路途。在它的采樣返回艙中，裝著2020年10月20日所采集的約400克、該小行星表面的物質樣本。
當時，整個觸碰式采樣過程僅持續了6秒。探測器拍攝的照片顯示，采樣頭收集到了大量的樣本。為了防止樣本顆粒飄散，控制人員決定在當年10月底就封存樣本，而非原計劃的11月初。
現在，“奧西里斯王”所采集的樣本已安全保存，它也啟程返回地球。
預計會在2023年9月24日抵達。
屆時，樣本返回艙會使用降落傘返回地面，而該探測器則會繼續飛行，最終進入到位于水星和金星之間的繞太陽軌道。如果獲批，其拓展任務意在于2029年造訪毀神星。在“奧西里斯王”之前，日本的隼鳥2號探測器于2019年2月采集了近地小行星龍宮的樣本，并于2020年12月6日返回地球。和“奧西里斯王”一樣，隼鳥2號也飛掠了地球。現在它正前往另外兩顆近地小行星：2001 CC21和1998 KY26。
美國已收到并正在研究一部分的龍宮樣本，作為交換貝努的部分樣本也將提供給日方。
奧西里斯王”正在返回地球的途中
“奧西里斯王”正在返回地球的途中，它所采集的小行星貝努的樣本已被妥善保存。2020年10月22日所拍攝的這幅照片顯示的是觸碰貝努表面取樣的樣本采集頭。
9. 觀測到來自黑洞后方的反光
近年來，愛因斯坦的廣義相對論已得多次驗證。2021年，首次觀測到了來自黑洞后方、被黑洞時空強烈彎曲的X射線，讓該理論再次通過了檢驗。
雖然光線無法從黑洞視界內逃逸，但卻可以觀測到來自于視界外、由圍繞黑洞的高溫吸積盤所發出的輻射。使用X射線空間望遠鏡，天文學家觀測了一個距離地球約8億光年的星系中心，尋找超大質量黑洞周圍由高能粒子組成的冕所發出的明亮X射線爆發。
但在每一次爆發后不久，望遠鏡都會在另一個不同的波長上觀測到一個較為暗弱的X射線閃光。這些閃光實則是每次爆發所產生的輻射被吸積盤反射所致的回光，而反射這些輻射的地方就恰恰在被黑洞陰影所遮擋的、位于黑洞后方的吸積盤。這些回光在波長上的變化則是由于黑洞的引力對其扭曲和拉伸所致。雖然廣義相對論很久以前就預言了這一現象，但這是首次直接觀測到它。每次觀測到吸積盤的輻射，其中必有一部分是來自于黑洞后方的輻射，但難點就在于把它們分離出來。看到這一回光能讓天文學家更多地了解黑洞的特性。絕大多數黑洞都無法直接成像，因此關鍵是找到探測它們的方法。這一發現表明，X射線爆發可以提供緊鄰黑洞周圍區域的信息。由此，也可以重建宇宙中其他黑洞的圖像。
黑洞位于高溫氣體（紅色）的中心
黑洞位于高溫氣體（紅色）的中心。2021年天文學家探測到了來自黑洞后方氣體所反射的X射線（白色）。黑洞的強引力會彎曲X射線的軌跡，使之能被地球旁的空間望遠鏡觀測到。來源：Dan Wilkins。
8. 哈勃空間望遠鏡故障
即便在工作了30多年之后，哈勃空間望遠鏡仍是天文學中的主力望遠鏡之一。但一路走來絕非順利。隨著航天飛機的停飛，已沒有辦法對老化的“哈勃”進行維修。于是，一旦出現問題，目前只能通過遠程診斷并依據現有設備利用變通方法來解決，但要知道“哈勃”上的許多設備可以追溯到上個世紀80年代。
2021年6月13日，“哈勃”管理儀器設備的載荷計算機停止工作。為此，它的主計算機命令科學儀器進入安全模式，停止觀測。6月14日載荷計算機在重啟后問題依舊，由此開啟了近一個月測試、診斷和解決問題的過程。
6月23和24日，為了繞過被認為因老化而出現故障的設備，控制人員啟動了此前從未在太空中被開啟的備份載荷計算機。但這也沒有解決問題。因此，工程師們轉向了不同的解決方案，包括啟動“哈勃”備份的科學儀器、指令和數據處理單元。這一過程需要從地面上進行極為精細的操作，開啟多個此前從未在太空中使用過的備份系統。
一個包括此前在“哈勃”工作或現已退休的50多人組成的團隊花了2周時間來制定、模擬并驗證這一更換方案。與此同時，問題最終被定位到了“哈勃”的電力控制單元，它負責管理整架望遠鏡的能源，也包括載荷計算機。幸運的是，“哈勃”的備份科學儀器、指令和數據處理單元也包含了一個備份電力控制單元。7月15日工程師團隊開始更換作業，并成功于當晚完成。
兩天后，美國航天局宣布，在成功啟用了備份硬件后，“哈勃”已恢復正常。7月19日，發布了自故障后拍攝的首批圖像，證明“哈勃”已康復如初。但就在10月25日，“哈勃”的儀器再次進入安全模式，對錯誤信息的排查發現問題出在“哈勃”無法正確地安排指令和響應。到11月7日，工程師們已經恢復了高新巡天相機，但其他設備仍處于安全模式。雖然有這些波折，但“哈勃”獨有的觀測能力意味著，只要還有硬件上的可行性和資金，其任務團隊就將會繼續維護這架立下汗馬功勞的望遠鏡。
新的空間望遠鏡只會補充而無法取代雖已老化的“哈勃”的觀測能力
7. 宇宙網顯現
宇宙網是一張由暗物質和普通物質（恒星和氣體）共同編織出的巨大絲網。星系會沿著這些絲線分布，而更大的星系團則位于絲線交叉相聚的地方。
雖然就位于我們的周圍，但宇宙網卻極難被觀測到。只有當位于絲線上星系內外的氫氣發光時，才能看到它。但是，要么是其中存在恒星，要么存在諸如類星體或星系團這樣明亮的外部光源，氫氣需要有東西將它點亮才會發光。此前已經觀測到了第二種情況，不過它們是極為罕見的特例，只出現在特定的環境中，無法獲得對宇宙網的整體認識。
這一稀松的圖像正在改變。2021年3月，公布了宇宙網的新圖像。在為期8個月的時間里，對同一天區觀測140個小時，歐洲南方天文臺甚大望遠鏡的多單元分光探測器拍攝了這幅開創性的照片。在歷經了一整年的數據處理后，這幅圖像揭示出了100~120億年前沿著宇宙網絲線分布的氫氣所發出的光。
其中包含了位于不同距離上的5根絲線。由于每條絲線中都包含有數千個小而暗弱的星系，這些絲線都在發光。雖然這些星系每一個都很小無法被單獨分辨，但把它們中氫氣所發出的光匯集起來就產生了圖像中可見的絲線狀光帶。
這是第一次在典型的宇宙環境中探測到宇宙網，此前也從未探測到過這些點亮宇宙網的大量暗星系。它們的存在對于認識宇宙中星系的形成具有重要的啟示，暗示易于觀測的、大而亮的星系僅僅是冰山一角，宇宙中還存在著更多得多的小星系。天文學家現在計劃使用尖端的宇宙學計算機模擬來進一步認識這些新發現的小星系，同時他們也希望能利用下一代儀器設備來探測更大天區中的宇宙網。
多單元分光探測器對一小片天空進行了140小時的觀測，揭示出了宇宙網中由發光氫氣（藍色）構成的絲線結構，而點亮這些氣體的則是無數的小型星系。
6. 下一個目標：金星
金星是太陽系中溫度最高的探訪目的地之一，表面溫度高達470℃。但同時，它也是最炙手可熱的目的地。2021年，美國和歐洲選定了三個意在探測金星的任務。
6月2日，美國航天局宣布計劃在2030年發射兩個金星探測器：“金星輻射、無線電科學、干涉合成孔徑雷達、地貌和光譜”（英文縮寫為VERITAS，意為“真相”）以及“金星深層大氣惰性氣體、化學和成像研究”（英文縮寫為DAVINCI，譯為“達芬奇”）。8天后，歐洲空間局宣布將在21世紀30年代初發射其金星任務“想象”。
“達芬奇”探測器會多次飛掠金星，并釋放一個金星大氣探測器。這是自1978年以來，美國首次向金星大氣層投放探測裝置。在持續1小時的下降過程中，這個球形的探測器會對金星濃密大氣的化學成分進行數百次采樣，以此來了解金星大氣的狀況和演化歷史。在下降的過程中，它還會拍攝金星地貌的高分辨率圖像。
與此同時，“真相”探測器會使用雷達來穿透金星的云層，對其整個表面進行三維勘測。這將是自1994年的“麥哲倫”任務之后首次獲得金星表面的完整圖像。“真相”的近紅外傳感器將幫助確定金星表面的成分和內部結構，它還將搜尋近期火山活動和其他地質過程的痕跡。由此來發現金星過去和現在的地質學線索，解釋金星的演化過程。
最后，歐洲的“想象”探測器會極為精細地研究整個金星。它的分光儀會測量金星大氣的成分，測深儀會探測金星的內部，雷達會對金星表面進行高分辨率勘測，無線電科學設備則會研究金星的重力場、內部結構和大氣結構。由于金星從大小、質量到成分都與地球類似，因此它能告訴我們為什么早期完全一樣的兩顆行星會演化出截然不同的境況。從金星上得到的知識，也可以施用于太陽系外的類金星行星。
雖然距離地球很近，但對金星的研究遠不及地球的另一個鄰居：火星。“麥哲倫”探測器的數據早已是幾十年前的了，因此這三個任務將會是全新的起點。它們會相互補充，共同呈現出金星迄今最清晰的樣貌。
在大小、質量和成分上，金星與地球相似，但卻擁有著濃密的二氧化碳大氣和荒蕪的表面。三個新的探測任務將會解開它的神秘，訴說它的故事。
5. 公民科學家助力重大發現
公民科學項目可以讓地球上的任何人都參與到有意義的科學發現中來。諸如“宇宙動物園”這樣的平臺鼓勵天文學和其他領域的科學家邀請大眾來參與各種力所能及的項目。
2021年，“星系動物園”項目的參與率增長了約2～3倍。單單8月的一周，就有約10萬人在該平臺上的89個項目中進行了數百萬次分類。這就是大眾的力量，聚沙成塔！
到9月初，已有20多篇科學論文使用了“宇宙動物園”項目的數據，其中天文學論文占了約半數。
1月21日，超廣角行星搜索變星項目公布了其首批變星結果。這些發現源自公民科學家100多次的分類，其中包括了301顆此前未知的變星和雙星系統。
2月23日，“宇宙動物園”中的“后院行星：第九行星”項目發布了65光年內迄今最詳盡的赫矮星分布圖，這些恒星因質量太小而無法聚變核心處的氫。
7月15日，該項目公布了3顆由志愿者發現的、極為罕見的赫矮星，這些極端T型亞矮星的溫度非常低。天文學家此前僅知道2顆此類亞矮星，它們也是由該項目的志愿者發現的。
4月13日，有研究發現，“宇宙動物園”中“銀河項目”參與者發現的“黃球”包含有極為年輕的恒星，后者仍在吸積周圍的氣體。“黃球”是新生星團周圍小而圓的塵埃區，因在偽彩色紅外圖像中呈黃色而得名。在搜尋更大質量年輕恒星的其他巡天中，它們常常被忽視了。
4月8日發表的一篇論文則證實了志愿者在恒星K2-138周圍發現了它的第6顆行星。該系統中此前已知的5顆行星同樣也是由“宇宙動物園”中的“太陽系外行星探索者”項目的參與者發現的。
5月12日則宣布在類太陽恒星HD152843周圍發現了兩顆海王星和土星大小的行星。有16名參與“凌星太陽系外行星巡天衛星行星獵人”項目的志愿者直接參與了這一發現。
斯皮策空間望遠鏡偽彩色圖像中心的這些“黃球”最初是由參與“宇宙動物園”的公民科學家所發現的。這些結構是恒星形成中重要的中間步驟，但都被此前的其他巡天忽視了。
4. 發現新型超新星
長久以來就已經知道，質量超過8個太陽質量的恒星會以劇烈爆炸的形式死去，即II型或核心坍縮超新星。
但1980年發表的一篇論文指出，位于8～10個太陽質量這一特定區間內的恒星會發生獨有的電子俘獲超新星爆發。在這樣一顆恒星死亡之前，其核心是由電子簡并壓支撐的，后者源于高密度環境下自由電子無法相互靠得太“近”這一規律。
但隨著恒星核心中的鎂和氖原子俘獲吸收這些自由電子，簡并壓就會下降。于是，恒心的內部區域會坍縮成中子星，外部區域則反彈爆炸成超新星。雖然一些超新星已表現出了電子俘獲超新星的跡象，但與理論之間并不完全相符。
2018年3月，日本天文愛好者在距離地球約3 100萬光年的星系NGC2146中發現了一顆超新星SN2018zd。通過比較哈勃空間望遠鏡在超新星爆發前后對該星系所拍攝的圖像，天文學家識別出了它的前身星。
在全面地分析了這顆恒星及其爆炸后，發現它幾乎符合電子俘獲超新星所有的6個判據條件。由此，也終于結束了長達40年的理論長跑。該前身星有著特定的質量，是理論預言能產生電子俘獲超新星的特定類型紅巨星，其爆發前吹出星風的密度和成分也符合預期。這一爆炸自身的行為也完全如理論模型的預言。
最后，爆炸殘骸的特定化學成分也和由電子俘獲超新星計算得到的一致。由此，天文學家可以把這些信息填補進更宏大的圖像中。能產生電子俘獲超新星的恒星質量正好位于能形成白矮星的恒星（例如太陽）和能爆炸成核心坍縮超新星的之間。天文學中的主要問題之一就是認識恒星的演化和死亡，這其中仍有許多缺失的環節，因此這一發現非常激動人心。
發生在星系NGC2146中的超新星SN2018zd是首顆滿足電子俘獲超新星所有6個判別條件的超新星爆發。
3. 商業太空飛行升溫
2020年5月30日，乘坐太空探索技術公司的載人龍飛船，2名宇航員升空前往國際空間站。從那時起，該公司的載人太空飛行成為常態。
在2020和2021年，通過成功反復使用“獵鷹”9號火箭和載人龍飛船，它把三批、超過12名宇航員送往國際空間站。由此，美國航天局也正式擺脫了需要俄羅斯把其宇航員送入太空的境地。美國航天局也熱切拓展與該公司的合作。
2021年4月16日宣布，該公司的載人登陸系統星艦被選中，實施載人登月的阿爾忒彌斯計劃。此前普遍認為美國航天局會選擇兩家公司，結果太空探索技術公司戰勝了藍色起源公司和國家動力系統公司，“獨吞”了價值28.9億美元的合同。與此同時，商業太空競賽持續升溫。
7月11日，維珍銀河公司的“團結”號亞軌道太空飛船把該公司創始人和其他5位乘客送到了86千米的高空。不到2周后，藍色起源公司的“新牧羊人”火箭于7月20日載著包括該公司創始人在內的4名乘客上升到了107千米的高度，超過了國際公認分隔大氣層和太空、海拔100千米的卡門線。
9月15日，太空探索技術公司的載人龍飛船把4名平民送入軌道，并在太空中逗留了3天。這三次發射都是通向真正太空旅游業的重要里程碑。未來，商業太空飛行無疑會有很多看點。
2021年7月11日，維珍銀河亞軌道飛行中乘客在機艙中短暫失重的畫面
2. 三個新探測器齊聚火星
2020年，三個全新的無人探測任務啟程前往火星。
2021年，這些播下的種子開始有了收獲。首先登場的是阿拉伯聯合酋長國的祈望號探測器，這是該國第一個行星際任務。
2021年2月9日，“祈望”進入環火星軌道，使得該國成為了第5個抵達環火星軌道的國家。該探測器目前正在對火星稀薄的大氣開展研究，監測其溫度、濕度和含塵量。就在“祈望”入軌的第二天，
2月10日中國的天問一號探測器進入環火星軌道。
3個月后，天問一號釋放載有著陸器和巡視器的登陸艙。在成功軟著陸到火星北半球的烏托邦平原后，中國成為了第3個在火星著陸、第2個在火星上部署巡視器的國家。
5月22日，由太陽能驅動的祝融號巡視器開始對火星地下水、冰和生命跡象展開探測。到11月初，“祝融”已累計行駛了超過1 200米，完成并超出了原定設計指標。
2021年2月18日，美國航天局的毅力號火星車最后抵達火星，并成功著陸。它的著陸地點是位于一個古代河流三角洲附近的耶澤羅隕擊坑。
2個月后，它迎來其首個重大里程碑。“毅力”號上搭載了質量1.8千克的靈巧號直升機，用來測試在密度僅地球1%的火星大氣中進行飛行的可行性。由此，未來的無人機可以為火星車領航，或者是對火星車難以到達的地區開展空中探測。
4月19日，“靈巧”號首飛成功，成為了第一個在另一顆行星上飛行的有動力飛行器。在持續約39秒、離地高約3米的首飛之后，它飛行的范圍、時長和復雜度都逐漸開始提升。
到2021年11月初，它已成功完成了15次飛行，最高上升到12米，單次最遠飛行距離625米。與此同時，“毅力”號也十分忙碌。
4月20日，“毅力”號上的火星氧氣就地資源利用實驗成功把周圍大氣中的二氧化碳轉化成了5克的氧氣。這一關鍵的演示為成規模地制造宇航員呼吸和驅動火箭所需的氧氣奠定了基礎。
8月6日，“毅力”號鉆取了它的首份巖石樣本，后者被儲存到了一個鈦容器中以便日后送回地球。根據指令，“毅力”號完成了鉆取和放置樣本的多步操作。正當所有人開始滿心歡喜之時，對樣本體積的測量結果卻顯示，容器是空的。進一步的檢查發現，“毅力”號并沒有把樣本倒到容器的外面。唯一合理的解釋是，巖石樣本碎裂成了沙粒或者塵粒。問題似乎出在巖石樣本上。它過于易碎，無法抵御鉆探和搬運的過程。
9月2日，“毅力”號的第二次樣本采集取得了成功。
9月6日，確認了樣本并對容器進行了密封。“毅力”號會對著陸地點繼續進行數百天的探測，行駛超過5千米，再采集8個樣本。隨后它會前往河流三角洲，搜尋古代生命的痕跡。
2021年6月6日，美國火星勘測軌道飛行器拍攝了火星表面上天問一號著陸器和祝融巡視器（綠色斑點）的照片。
1. 詹姆斯·韋布空間望遠鏡成功發射
美國東部時間2021年12月25日早晨，詹姆斯·韋布空間望遠鏡由“阿麗亞娜”5型火箭發射升空。在飛行了近30分鐘后，“韋布”與火箭分離，進入預定軌道。最終“韋布”將去往距地球約150萬千米的第二拉格朗日點。
在正式開始科學觀測前，它將進行為期約半年的調試，包括打開天線和太陽能板，展開遮陽板和鏡面，校準光學系統，冷卻儀器設備等。作為人類迄今所建造的最強大空間望遠鏡，“韋布”主鏡直徑6.5米，由18塊六邊形鏡面拼合而成。它的儀器設備包括了成像照相機、分光儀和精密導星相機，可以探測從可見光光譜中段到中紅外的輻射。這將極大地拓展并提升哈勃空間望遠鏡和斯皮策空間望遠鏡的觀測能力。
“韋布”將會探測第一代星系、第一代恒星、第一代超新星和第一代黑洞，測量神秘暗物質和暗能量的效應，穿透氣體和塵埃云目擊恒星的形成。它會觀測形形色色的太陽系天體，以此來更深入了解太陽系的形成和演化。它還會觀測太陽系外行星，來搜尋其大氣的信號，乃至地外生命的征跡。早在哈勃空間望遠鏡發射前，天文學家就已經開始考慮它的繼任者。“韋布”的成功發射，承載著數千名參與者長達25年地不懈努力，它會遙望比哈勃空間望遠鏡所能及的更深邃宇宙，革新人類對宇宙的既有認識。
2021年12月24日位于法屬圭亞那發射場的詹姆斯·韋布空間望遠鏡和“阿麗亞娜”5型火箭。