寒來暑往，匆匆又是一年。
在即將過去的2018年里，有嫦娥4號、帕克號的發(fā)射，有洞察號、隼鳥2號的抵達(dá)，有黎明號和開普勒號的告別，也有新視野號繼續(xù)遠(yuǎn)行的期盼…
在即將過去的2018年里，我們在月球上發(fā)現(xiàn)了水冰，在火星上找到了復(fù)雜有機(jī)物，我們重新認(rèn)識了太陽系中的很多天體，我們還在認(rèn)識更多的系外的天體…
即將過去的2018年里，有喜悅，也有憂傷，有探索，也有發(fā)現(xiàn)。
一筆一劃，都記錄著人類探索宇宙的蹣跚足跡。
月 球
1.嫦娥4號發(fā)射
12月8日，嫦娥4號月球探測器在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。這是中國的第5次探月任務(wù)（算上嫦娥5號 T1的話），也是繼5年前的嫦娥3號任務(wù)成功完成之后的新進(jìn)程。
長征3號乙改型（CZ-3B）運載火箭搭載嫦娥4號發(fā)射升空。來源：新華網(wǎng)
12月12日，嫦娥4號探測器經(jīng)過約110小時的地月轉(zhuǎn)移軌道后，成功實施近月制動，進(jìn)入了近月點約100公里的環(huán)月軌道，并將于2019年1月初擇機(jī)著陸。
嫦娥4號任務(wù)包括一枚著陸器和巡視器（月球車）的組合體，計劃著陸在月球背面的南極-艾肯盆地中，對月球背面的地質(zhì)和天文環(huán)境展開探測——這是人類首次嘗試軟著陸和實地探測月球背面。
嫦娥4號著陸器（左）和月球車（右）。來源：航天科技集團(tuán)
為了解決挑戰(zhàn)月之背面的通訊難題，我國已在半年前（5月21日）預(yù)先發(fā)射了一枚通訊中繼衛(wèi)星“鵲橋”，作為接下來的著陸器/月球車與地球進(jìn)行通訊的“橋梁”。這枚人類首顆位于地月拉格朗日L2暈軌道（halo軌道）的通訊中繼衛(wèi)星已于6月14日順利抵達(dá)預(yù)定軌道。
“鵲橋”工作示意圖。來源：[1]
2.“水冰月”實錘
通過對月船1號搭載的月球礦物繪圖儀（簡稱M3）數(shù)據(jù)的分析，夏威夷大學(xué)的李帥團(tuán)隊在月球南北緯70°以上的永久陰影區(qū)中確認(rèn)發(fā)現(xiàn)了多處含有水冰的區(qū)域，這是科學(xué)家們首次在月球發(fā)現(xiàn)水冰存在的直接證據(jù)。這一成果發(fā)表于2018年8月20日的《美國科學(xué)院院刊》[2]。
月球南北極區(qū)含有水冰的位置（天藍(lán)色點），底圖的灰度代表表面溫度，顏色越深就越冷。來源：NASA [3]
這一發(fā)現(xiàn)既證明了長久以來對月球極區(qū)永久陰影區(qū)中可能有水冰的猜測，也證實了月球并不像我們曾經(jīng)認(rèn)為的那樣是完全干燥的。至此，月球終于加入了太陽系水冰大禮包，成為內(nèi)太陽系中除了金星之外的最后一個確認(rèn)發(fā)現(xiàn)水冰的大天體。
火 星
1. 洞察號順利發(fā)射并著陸
作為本次2018火星發(fā)射窗口內(nèi)的唯一一個火星任務(wù)，NASA的洞察號火星著陸器在今年圓滿完成了發(fā)射和著陸兩件大事。
5月5日，洞察號探測器在加州范登堡空軍基地發(fā)射升空。半年后的11月27日，洞察號順利經(jīng)過“恐怖7分鐘”的考驗，平安登陸火星。
洞察號的使命是探測火星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它也是人類第一顆火星地球物理探測器。它攜帶了火震儀（SEIS）、熱流和物理性質(zhì)探測儀（HP3）和自轉(zhuǎn)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)探測儀（RISE），將會對火星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、熱狀態(tài)和自轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行深入觀測。
剛著陸不久的洞察號已經(jīng)順利完成了諸多準(zhǔn)備工作，也收獲了火星的新風(fēng)景。在過去的一個月里，洞察號第一次聽到了火星上的風(fēng)聲，拍攝了第一張全景自拍，而且部署下了火震儀。
洞察號的第一張自拍，拍攝于12月6日，由11張照片拼接而成。來源：NASA/JPL-Caltech [4]
2019年，將會是洞察號真正大顯身手的一年。
2. Mars 2020選址敲定
11月20日，NASA公布了好奇號火星車的繼任者，下一代火星車Mars 2020的計劃著陸區(qū)——Jezero撞擊坑。
Jezero撞擊坑直徑約49公里，形成于火星的諾亞紀(jì)（約41-37億年前），很可能是一個古老開放式湖泊干涸后的遺跡。這里有過流水作用的侵蝕，也受到過火山活動的波及，多種地質(zhì)活動在撞擊坑內(nèi)留下了豐富的堆積物，甚至可能保存了生命的線索。
光譜數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出的Jezero撞擊坑中三角洲一帶豐富的堆積物，不同顏色代表不同的礦物。來源：NASA/ JPL/ JHUAPL/ MSSS/ Brown University [5]
Mars 2020火星車計劃于2020年7月發(fā)射，并于2021年2月到達(dá)火星。
3.火星地下冰層、復(fù)雜有機(jī)物、冰下湖的發(fā)現(xiàn)
人類對火星生命和火星宜居性的探索在2018年也有了新的進(jìn)展。
1月12日，《科學(xué)》雜志發(fā)表了美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）Colin M. Dundas團(tuán)隊的發(fā)現(xiàn)。他們通過火星勘測軌道飛行器（MRO）的影像和光譜數(shù)據(jù)，首次在火星中緯地區(qū)發(fā)現(xiàn)了大量純凈的地下水冰[6]。這些地下水冰層不僅可以幫助我們追溯火星歷史上的氣候變化，也有望作為將來登陸火星的宇航員和火星移民的補給來源。
中緯的斷崖中暴露出的純凈水冰。來源：[6]
6月8日，《科學(xué)》雜志發(fā)表了來自NASA哥達(dá)德空間飛行中心Jennifer L. Eigenbrode團(tuán)隊和NASA噴氣動力實驗室Christopher R. Webster團(tuán)隊的兩篇論文。前者通過好奇號的鉆孔采樣數(shù)據(jù)分析，首次在火星的古老泥巖中發(fā)現(xiàn)多種噻吩（C4H4S）類和其他芳香族、脂肪族等復(fù)雜有機(jī)物[7]；后者通過好奇號火星車對跨度達(dá)3個火星年（約6個地球年）期間的火星甲烷含量的觀測，證實火星上的甲烷含量有季節(jié)性變化[8]。這兩大發(fā)現(xiàn)雖然還不足以證明火星上曾經(jīng)或者現(xiàn)在有生物存在，但也都不能排除生物成因的可能性。
（左）好奇號首次發(fā)現(xiàn)噻吩等復(fù)雜有機(jī)物。改編自：NASA。（右）好奇號探測到的甲烷季節(jié)性變化。改編自[8]
7月25日，《科學(xué)》雜志發(fā)表了意大利天體物理研究所的羅伯特·奧羅塞團(tuán)隊的最新結(jié)果。他們通過火星快車號探測器的MARSIS雷達(dá)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)火星南極的冰蓋之下1.5公里深處很可能有液態(tài)鹽水湖，延伸范圍約有20公里[9]。
可能的液態(tài)水湖所在的區(qū)域（右圖藍(lán)色三角區(qū)域內(nèi)）來源：ESA和參考文獻(xiàn)[9]
越來越多的觀測結(jié)果告訴我們，火星、谷神星、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三、土衛(wèi)二、土衛(wèi)六，甚至冥王星…它們的冰層之下很可能都有鹽水湖泊或海洋，太陽系并不是干涸的沙漠，而是蘊藏著數(shù)不清的生命之源。
小行星
- 黎明號結(jié)束任務(wù)
2018年11月1日，NASA正式宣布黎明號探測器燃料耗盡，結(jié)束了它長達(dá)11年的小行星帶之旅。
發(fā)射于2007年9月27日的黎明號探測器，以一己之力為人類揭開了小行星帶中兩顆最大天體——灶神星（Vesta）和谷神星（Ceres）的面紗。它也是目前為止唯一一個環(huán)繞了兩顆地外天體，第一個環(huán)繞小行星帶天體，第一個探訪矮行星的探測器。
黎明號的青春紀(jì)念冊。素材來源：NASA
黎明號結(jié)束任務(wù)之后的最終軌道是項目組精心設(shè)計的距離谷神星最近的“安全軌道”，會保證黎明號在接下來的至少20年里不會撞上谷神星——以防不慎污染了這顆矮行星。
而人類會抓緊接這段時間來確認(rèn)谷神星上是否真的具備維持生命的條件，甚至存在生命。
2. 隼鳥2號和OSIRIS-REx號探測器到站
雖然目前還暫時沒有重訪谷神星的計劃，但在太陽系的其他地方，另外兩顆近地小行星探測器，JAXA的隼鳥2號和NASA的OSIRIS-REx號都在2018年順利抵達(dá)了目的地。
先到的是隼鳥2號。6月27日，隼鳥2號探測器抵達(dá)小行星“龍宮”上空預(yù)定軌道，開始與“龍宮”伴飛。隨后的幾個月里，隼鳥2號迅速完成了對陀螺形小行星“龍宮”的一系列包括地形、重力、溫度等各方面的初步探測。9月21日，巡視器MINERVA-II1成功著陸“龍宮”表面并傳回照片，成為首次成功著陸小行星上的巡視器。10月3日，著陸器MASCOT也順利著陸并完成探測。
（左）隼鳥2號拍攝的直徑約900米的小行星“龍宮”；（右）MINERVA-II-1B著陸后拍攝的“龍宮”表面。來源：JAXA
這一巨大的成功也讓領(lǐng)導(dǎo)隼鳥2號團(tuán)隊的JAXA吉川真副教授入選了今年《自然》雜志年度十大人物[10]。
吉川真。來源： Nature/Noriko Hayashi [10]
2019年，隼鳥2號將會面臨更大的挑戰(zhàn)。在新的一年里，它計劃完成2-3次著陸采樣，這將是一場異常艱險的硬仗。
而在另一邊，NASA的冥王號（OSIRIS-REx）探測器也于12月3日抵達(dá)小行星“貝努”，而且剛抵達(dá)沒幾天就傳回捷報：冥王號已經(jīng)在“貝努”上探測到了水。2019年將是冥王號開始大展身手的一年，讓我們拭目以待。
冥王號拍攝的直徑約500米的小行星“貝努”。來源：NASA哥達(dá)德空間飛行中心/University of Arizona[11]
木星：朱諾號的捷報
3****月8日，《自然》雜志一次發(fā)表了四篇論文，介紹了朱諾號前6個周期的探測結(jié)果。通過這些探測數(shù)據(jù)，我們對木星的重力場、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、中低緯的條帶、南北極的氣旋都有了更為深入的了解**[12-15]****。**
朱諾號近紅外波段數(shù)據(jù)揭示的木星南極區(qū)域的氣旋分布。顏色越深表示溫度越低（云越多）。來源：NASA
轉(zhuǎn)眼兩年半過去，如今的朱諾號已完成了最初的12個觀測周期，并于今年6月開始了拓展任務(wù)。也就是說，朱諾號還會為我們揭開更多關(guān)于遙遠(yuǎn)、神秘而氣象磅礴的木星的秘密。
木星云層之上，拍攝于2017年12月16日。來源：NASA
向外：旅行者2號進(jìn)入星際空間
在很長一段時間里，旅行者1號都是人類唯一一顆進(jìn)入星際空間的探測器，而這一切在2018年發(fā)生了變化。
旅行者號團(tuán)隊通過旅行者2號攜帶的等離子科學(xué)實驗儀（PLS）、宇宙射線探測儀（CRS）等科學(xué)儀器，確認(rèn)旅行者2號于2018年11月5日也穿過了太陽風(fēng)的邊界，也就是日球?qū)禹敚╤eliopause），成為第二個正式進(jìn)入星際空間的探測器[16]。
旅行者1號和2號目前的位置示意圖。來源：NASA/JPL-Caltech [16]
旅行者2號的這一歷史性時刻意義非凡。
不同于只飛掠了木星和土星的旅行者1號，旅行者2號是人類迄今為止唯一一顆一次性飛掠過四顆外太陽系行星系統(tǒng)（木星、土星、天王星、海王星）的探測器，也是人類窮盡當(dāng)時的技術(shù)、智慧和機(jī)遇的一次里程碑式的成功。
旅行者2號也讓人類得以首次直接觀察到探測器穿過太陽風(fēng)邊界進(jìn)入星際空間之后的環(huán)境。是旅行者2號攜帶的等離子科學(xué)實驗儀首次探測到探測器穿過太陽風(fēng)邊界之后周圍環(huán)境中的等離子體密度的劇烈減少，因為旅行者1號攜帶的等離子科學(xué)實驗儀的在穿過太陽風(fēng)邊界很久之前就已經(jīng)壞掉了。
旅行者2號攜帶的宇宙射線探測儀（CRS）顯示，11月5日后，旅行者2號周圍探測到的來自日球?qū)觾?nèi)的粒子驟減，而來自宇宙射線的粒子驟增。來源：NASA
自此，發(fā)射于1977年9月5日和8月20日的旅行者1號和2號探測器已經(jīng)先后于2012年和2018年進(jìn)入了星際空間。雖然距離“飛出太陽系”還遙遙無期，但它們依然代表著人類向著太陽系外探索的先鋒，正不停歇地飛往更遠(yuǎn)的地方。
向內(nèi)：帕克號和貝比科隆博號發(fā)射
向太陽外的探索固然非常艱難，但向太陽系內(nèi)的探索卻也絲毫沒有更容易。太陽巨大的引力和嚴(yán)酷的高溫，讓人類不敢輕舉妄動。
然而，2018年也是人類向太陽系內(nèi)探索的突破之年。
2018年10月20日，歐空局ESA和日本航天局JAXA聯(lián)合研制的貝比科隆博號水星探測器（BepiColombo）在法屬圭亞那庫魯航天中心發(fā)射升空——這是人類迄今為止的第3個水星探測器，也將是繼2004年發(fā)射的信使號探測器之后的第2個水星軌道器。
貝比科隆博號水星探測器假想圖。來源：ESA
貝比科隆博號水星探測器由ESA主導(dǎo)的水星探測軌道器MPO和JAXA主導(dǎo)的水星磁層軌道器MMO兩部分組成，預(yù)計花費7年時間抵達(dá)水星軌道，對水星的地形、重力、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、礦物成分、磁層以及水星周圍的各種粒子環(huán)境進(jìn)行全方位探測。
而更激動人心的，是人類“觸摸”太陽的勇氣和豪情。
2018年8月12日，NASA的帕克太陽探測器在美國佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空。這顆致力于探索太陽的大氣層、磁場和太陽風(fēng)的帕克太陽號探測器以美國天體物理學(xué)家尤金·帕克的名字命名，這也是NASA歷史上第一顆以還在世的人的名字命名的探測器。
這顆探測器將成為人類有史以來最接近太陽的探測器，也將成為有史以來速度最快的人造物體。它將帶著白色的隔熱盾，勇闖1400攝氏度的高溫。
帕克號將在發(fā)射后的7年里環(huán)繞太陽24圈，一點一點靠近太陽。而在2018年的最后幾個月里，帕克號進(jìn)展良好，已經(jīng)完成了第一次金星飛掠和第一次近日點飛掠。
帕克號“觸摸”太陽的假想圖。來源：NASA
系外行星：苔絲接棒開普勒，薪火相傳
2018年10月30日，偉大的系外開拓者、行星獵人、NASA的開普勒探測器在幾次掙扎在油盡燈枯的邊緣之后，因燃料耗盡醫(yī)治無效，永遠(yuǎn)離開了我們。這顆發(fā)射于2009年3月7日，使命是尋找太陽系以外的行星的探測器，原本的設(shè)計壽命只有3.5年，但它一再超期服役，最終堅持工作了9年半。
作為人類第一顆職業(yè)行星搜尋探測器，開普勒告訴了我們太多太多。
在2001年底，開普勒任務(wù)正式通過之前，人類只發(fā)現(xiàn)了約80顆系外行星。而到了2018年底，人類已經(jīng)確認(rèn)發(fā)現(xiàn)了約3800顆系外行星——其中有2662顆都是開普勒探測器發(fā)現(xiàn)的，占了70%。
9年多的飛行，觀測了53萬多個恒星系統(tǒng)，確認(rèn)發(fā)現(xiàn)了2662顆系外行星。來源：NASA[17]
開普勒探測器告訴我們，系外行星是普遍存在的，類地大小的行星也是普遍存在的；開普勒探測器也告訴我們，行星系統(tǒng)可以有多么豐富多彩，傳統(tǒng)的行星形成理論可能亟需修改——我們以為是典型的太陽系，只不過是其中一種情況罷了。
可以說，是開普勒探測器，真正讓我們開始以全新的視角看待星空——
曾經(jīng)，那只是一個個遙遠(yuǎn)而陌生的亮點；
而現(xiàn)在，我們知道那一個個亮點里，也有著和我們的太陽系一樣甚至更加豐富多彩的行星甚至衛(wèi)星世界。
紀(jì)念開普勒探測器退役的作品《A New View of Our Starry Night》。來源：NASA [18]
欣慰的是，開普勒探測器的繼任者——NASA的凌日系外行星巡天衛(wèi)星苔絲（TESS）已于今年4月18日發(fā)射升空，接過了開普勒探測器的火炬，而且短短幾個月就已經(jīng)確認(rèn)發(fā)現(xiàn)了3顆系外行星。
薪火相傳。來源：NASA
1%的銀河系：蓋亞任務(wù)數(shù)據(jù)第二次發(fā)布
發(fā)射于2013年12月19日的歐空局蓋亞（Gaia）任務(wù)，至今已完成了四年多的探測。蓋亞任務(wù)的設(shè)計功能是以前所未有的精度測量星體的位置、距離和運動等特征，目標(biāo)是繪制10億顆天體（主要是恒星）的三維星圖，或者說，“下載”1%的銀河系“數(shù)據(jù)庫”，以此來揭示銀河系的組成、形成和演化。
蓋亞任務(wù)于2016年9月14日發(fā)布了第一批數(shù)據(jù)（Gaia DR1），包括了截止到2015年9月的為期14個月的初步探測內(nèi)容。
而今年（2018年）4月25日，蓋亞任務(wù)的第二次數(shù)據(jù)發(fā)布（Gaia DR2）則更為矚目。這次發(fā)布包括了從2014年6月25日到2016年5月23日長達(dá)22個月的觀測數(shù)據(jù)，涵蓋了16.9億顆恒星的位置和亮度，13.3億顆恒星的視差和自行運動信息，13.8億顆恒星的顏色，720萬顆恒星的徑向速度，7700萬顆恒星的半徑和光度測量數(shù)據(jù)等大量信息[19]?？梢哉f，至此蓋亞任務(wù)已經(jīng)完成了“繪制1%的銀河系”這一最初的目標(biāo)。通過對這些數(shù)據(jù)的分析和研究，無數(shù)關(guān)于銀河系的謎題已經(jīng)或?qū)唤议_。
蓋亞第二次數(shù)據(jù)發(fā)布呈現(xiàn)的銀河系星圖。來源：ESA [20]
領(lǐng)導(dǎo)這個由400多名科學(xué)家組成的蓋亞數(shù)據(jù)處理和分析團(tuán)隊的科學(xué)家——荷蘭萊頓大學(xué)的Anthony Brown教授也入選了今年《自然》雜志年度十大人物[10]。蓋亞任務(wù)發(fā)布的數(shù)據(jù)已經(jīng)被超過700篇學(xué)術(shù)論文引用，還有許多天文學(xué)家們正在孜孜不倦地深挖這個珍貴的數(shù)據(jù)寶庫。
Anthony Brown。來源：Nature/ Timothy Archibald [10]
蓋亞任務(wù)接下來還將會有一次或者更多次激動人心的數(shù)據(jù)發(fā)布。
來自遙遠(yuǎn)星系的使者：“冰立方”探測到中微子
2017年9月22日，“冰立方”團(tuán)隊探測到了一次極高能中微子事件，在這顆中微子的來源方向上，剛好有一個正處在活躍狀態(tài)的“耀變體”（flaring blazar），科學(xué)家們認(rèn)為這就是本次觀測到的極高能中微子的源頭——這是人們首次確認(rèn)中微子的銀河系外來源體。在此之前，人類只確認(rèn)過兩個中微子源天體：太陽和超新星1987A。由于中微子是宇宙射線作用的產(chǎn)物之一，因此這也意味著這很可能是人們首次找到宇宙中高能射線的來源體。這一結(jié)果發(fā)表于2018年7月13日的《科學(xué)》雜志[21]。
中微子這種極輕極小的粒子極難被探測到，探測到本次中微子事件的裝置叫做“冰立方”（IceCube）：在南極厚厚的冰層之下1450-2450米之間的不同深度處，安置了60個用于探測中微子產(chǎn)物信號的光學(xué)傳感器，構(gòu)成了一個大約覆蓋一立方公里范圍的傳感器陣列。
南極冰下的探測裝置——冰立方。來源：JAMIE YANG AND SAVANNAH GUTHRIE/ICECUBE/NSF[22]
事實上，在冰立方團(tuán)隊9月22日探測到中微子之后，是包括專門監(jiān)測高能伽馬射線的費米衛(wèi)星、美國的 “央斯基甚大陣” 射電望遠(yuǎn)鏡、日本的 “昴星團(tuán)”光學(xué)望遠(yuǎn)鏡等多種觀測手段和儀器加入了進(jìn)來，一同尋找和確認(rèn)來源，才最終鎖定了這個耀變體。因此，這次中微子事件也標(biāo)志著多信使天文學(xué)新的里程碑。這一成果入選了《科學(xué)》雜志的“2018年十大突破”榜單[22]。
下一站，月之背面！下一站，天涯海角！
或許你還沒有從忙碌而充實的2018年里緩過神來，但勤奮的探測器們卻已經(jīng)開始了新的征程。
在2019年剛剛開始的幾天，兩件大事即將發(fā)生。
1月1日，離開冥王星多時的NASA新視野號探測器將飛掠它的下一個目標(biāo)——柯伊伯帶天體2014 MU69，它還有一個浪漫的昵稱：Ultima Thule（拉丁語“天涯海角”之意）。這將是人類通過探測器近距離探訪的最遠(yuǎn)的太陽系天體。
新視野號飛掠天涯海角的假想圖。來源：NASA/JHUAPL/SwRI
同樣是1月初，我國的嫦娥4號探測器將嘗試著陸月球背面。雖然通訊的難題已經(jīng)解決，但地形復(fù)雜崎嶇的月之背面依然兇險異?！@將是人類首次挑戰(zhàn)軟著陸月球背面。
盤踞月球背面南半球的南極艾肯盆地（紅圈內(nèi)）是嫦娥4號的目標(biāo)。根據(jù)LROCWAC影像繪制。
2019,新的一年，新的期待。
致謝
本文感謝知友@flyingspace、@劉博洋對本文提升所做的幫助~
（本文中標(biāo)明來源的圖片均已獲得授權(quán)）
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