上海天文館評出2025年天文學十大進展

剛剛過去的2025年，人類仰望星空的腳步鏗鏘有力，涌現了許多令人振奮的進展，宇宙畫卷以前所未有的精度鋪展。上海天文館天文研究中心特別遴選出2025年天文學十大進展，見證人類邁向星辰大海的堅定步伐。

01 薇拉?魯賓天文臺首光：開啟時域天文新紀元

2025年6月23日，薇拉?魯賓天文臺完成初步測試，公布了首批科學圖像，令全球天文界震驚。

薇拉·魯賓天文臺原名大型綜合巡天望遠鏡（LSST），其核心是一臺人類迄今建造的最大CCD相機。這臺龐然大物鏡頭寬度超過1.5米，重達3噸，相機內部集成了189塊獨立、高靈敏度的科學級CCD傳感器，擁有驚人的32億像素。

首批科學圖像中最為引人矚目的是被稱為“宇宙寶箱”的超廣域深空圖像。它由1185幀照片拼接而成，覆蓋天區達14平方度，其中包含了超過1000萬個星系。核心是距離地球約5500萬光年的室女座星系團。

薇拉·魯賓天文臺首圖（含標簽） | 圖源：NSF–DOE Vera C. Rubin Observatory

更令人驚嘆的是，在僅僅約11個小時的累計曝光測試中，LSST追蹤到了大量太陽系小天體的蹤跡。它不僅確認了約1800顆已知小天體的位置，更是一舉發現了2104顆新的小行星。要知道，目前全球所有地面和空間天文臺每年發現的小行星總數不過2萬顆。

這臺超級“視網膜”預計每年將發現數百萬個新天體，包括近地小行星、超新星、引力波電磁對應體等。它將以極高的精度、極寬的視域改變天文觀測的模式，開創“全景時域天文”，也將推動天文信息學的突破。

02 歐幾里得（Euclid）首批巡天成果發布

北京時間2025年3月19日晚，“歐幾里得”空間望遠鏡向全球公開了首批快速數據。這顆由歐洲航天局（ESA）主導并聯合美國航天局（NASA）共同研發的望遠鏡，自2023年7月1日發射以來便一直備受矚目。在接下來的6年里，“歐幾里得”將自動掃描大約1/3的夜空。研究人員預計，最終的星圖將包含約80億個星系。它的目標是繪制出河外星系的全天星圖，嘗試為暗能量和暗物質等長期困擾天文學家的難題提供新的解決方案。

歐幾里得南部深場 | 圖源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi

2024年5月，“歐幾里得”曾“劇透”了五張早期觀測照片。相較于之前的結果，此次發布的數據更為全面且龐大。照片是“歐幾里得”在短短7天時間里拍攝的，僅僅觀測了三個天區總面積約63平方度。然而就在這當中，藏著至少2600萬個星系，最遠的距地球105億光年，這充分展現了它卓越的性能。

03 拉索破解宇宙線“膝”形成之謎

11月16日，高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，拉索）公布了兩項具有里程碑意義的科學成果。一是觀測發現由黑洞吸積驅動的微類星體可能是銀河系中拍電子伏特（PeV）粒子加速器源；二是發現宇宙線質子能譜“膝區”顯現超出預期的高能組分。研究成果分別發表于《National Science Review》和《Science Bulletin》上。

黑洞是宇宙中最致密的天體，擁有強大的引力場。在一個密近雙星系統中的黑洞，會源源不斷吞噬伴星物質，這個過程叫吸積。它在“吃東西”時會產生速度極高、能量極大的相對論性噴流，形成所謂“微類星體”。拉索首次系統性地探測到來自銀河系中五個微類星體的超高能伽馬射線，加速的質子能量超過1 PeV，總功率高達約每秒1032焦耳，是人類粒子加速器質子對撞能量的1000倍。拍電子伏特粒子加速器源究竟是哪一類天體？天文學家似乎為這個困擾多年的問題找到了一個可能的答案。

拉索測得的“膝區”宇宙線質子能譜（紅點）與AMS-02測得的低能組分（黑色方塊）、“悟空號”測得的中能組分（藍色方塊）一起，揭示了銀河系內存在多種類的加速源，每一類有各自獨特的加速能力和能量范圍，而“膝”正是產生高能組分的源的加速極限表現。| 圖源：中國科學院高能物理研究所

宇宙線能量分布圖上有一個關鍵轉折點——在大約3 PeV處，能量更高的宇宙線數量急劇減少——因其形狀酷似人的膝蓋而被稱為“膝”。要解釋這個現象，必須精確測量宇宙線各種成分的能譜及各自的“膝”。拉索巧妙利用其強大的地面觀測裝置，精確測量了質子的能譜。結果表明，能量分布規律比想象中更復雜，質子能量在“膝”的位置上存在更高能量組分，能量明顯高于超新星遺跡的加速極限。微類星體是其中一種加速器，可作為這一現象的合理解釋。

04 DESI巡天發現暗能量狀態可能隨宇宙演化發生變化

暗能量光譜巡天（DESI）項目發現：宇宙中的暗能量可能隨時間推移發生變化，而傳統觀點認為它是一個恒量。

宇宙學標準模型認為，宇宙中可觀測的普通物質僅占不到5%，而有高達68%被一種神秘能量占據，正是它推動著宇宙加速膨脹，我們稱其為暗能量，強度保持恒定不變。這一簡潔的假設是過去幾十年宇宙學研究的底層邏輯，有著大量觀測數據的支撐。然而，最新的DESI觀測數據正在顛覆傳統認知：宇宙的加速膨脹可能并非一成不變——暗能量的強度在宇宙早期更強一些。

9月29日，國際科學期刊《自然·天文》在線發表了國家天文臺趙公博研究團隊的重要學術成果：宇宙的加速膨脹可能并非一成不變——暗能量的強度在宇宙早期更強一些。該現象與我國天文學家張新民團隊在2004 年4月提出的“精靈”（Quintom）理論相吻合。這項研究成果也被美國物理學會（APS）旗下《物理》雜志評選為2025 年國際物理學領域重大進展。

DESI項目聯合了全球70余家科研機構、900多名研究人員，是當今全球最重要的暗能量觀測計劃之一。它依托一臺4米口徑的光學望遠鏡，通過5000個光纖微型“機器人”精確定位并捕捉遙遠星系的光譜。2025年3月DESI發布了第一期光譜巡天數據，包含了超過1800萬個目標源的光譜，覆蓋天區范圍超過9000平方度，構建了迄今最大的宇宙三維地圖。

暗能量的“強度”用狀態方程參數w表示，曾被嚴格設定為恒等于-1。暗能量狀態方程是否能夠穿越 ?1，被認為是區分不同理論范式的關鍵判據。基于DESI的超1500萬個星系的數據分析顯示，w的值在宇宙早期（高紅移，橫軸的右側）小于-1，表示暗能量更強；而在近期（低紅移，橫軸的左側）大于-1，大約在紅移0.5處（約50億年前）穿越了-1。| 來源：Gu, G., Wang, X., Wang, Y. et

需要注意的是，這項成果遠未達到粒子物理學通常所需的決定性的置信度，并非暗能量的最終答案，仍有待更精確的觀測進行判定。

05 小行星2024 YR4觸發首次小行星撞擊預警

2025年初，一則消息轟動全球：小行星2024YR4將在2032年12月以極小的距離接近地球，與地球相撞的概率超過1%而被正式評定為都靈指數3級，成為都靈指數自啟用以來，首個達到該等級的小行星案例，并且觸發了聯合國和平利用外層空間委員會（COPUOS）的小行星防御機制，也是該機制設立以來的首次。

歐洲南方天文臺甚大望遠鏡（VLT）對小行星 2024 YR4 的追蹤 | 圖源：ESO/O. Hainaut et al.

之所以發現初期的撞擊概率較高是因為觀測數據不足，理論推算出許許多多條“可能的”軌道，而地球就處在這個范圍內。隨著后續觀測數據越來越多，這顆小行星軌道的不確定性也迅速下降。至2025年6月中旬，2024 YR4在2032年撞擊地球的概率已經降至不足0.00001%，最終還是“虛驚一場”。然而有意思的是，根據JWST的最新觀測數據，地球已然安全，但撞擊月球的概率卻悄然上升至4%左右。于是，天文學家陷入了既害怕又期待的矛盾心理中……

06 第三顆星際天體3I/ATLAS經過太陽系

2025年7月1日，位于智利的小行星撞擊地球末端警報系統（ATLAS）發現一個彗星，正以一條開口巨大的雙曲線，超過 60km/s 的速度飛越內太陽系，被判定為人類發現的第三顆星際小天體，編號3I/ATLAS。“哈勃”空間望遠鏡（HST）和詹姆斯·韋布空間望遠鏡（JWST）迅速對其進行觀測，確認是一顆來自太陽系外的彗星，但它來自銀河系中的哪顆恒星尚不清楚。

“哈勃”空間望遠鏡拍攝的3I/ATLAS阿特拉斯彗星 | 圖源：NASA, ESA, David Jewitt (UCLA); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI)

相比于前兩個星際小天體—— 1I/'Oumuamua和 2I/Borisov，3I/ATLAS 早早地就被發現了，于是我們有更多的機會進行觀測。而且，它的軌道與黃道面比較接近，運動方向相反，因此有機會與地球、火星、木星等行星，以及運行在黃道面附近的行星際人造探測器相遇。10月，阿特拉斯彗星近距離路過火星，包括中國天問一號環繞器、美國“專家”號、歐洲火星快車在內的多個火星探測器轉向夜空，對準了這位星際訪客。此外，還有多個太陽探測器、小行星探測器、空間望遠鏡、宇宙學探測器，共計近20個投入了這場史無前例的追蹤監測。

07 引力波觀測證實霍金的黑洞面積定律

在一項發表于《物理評論快報》的研究中，科學家從引力波GW250114信號分析得出了兩個意義非凡的結論：證實了并合黑洞的性質與克爾（Kerr）黑洞的性質一致；驗證了霍金在半個世紀前提出的黑洞面積定理。

克爾黑洞是指旋轉的黑洞，由新西蘭數學家克爾（Roy Kerr）1963年從愛因斯坦引力場方程中得到。當物質坍縮成黑洞之后，電磁波等信息無法逃脫，只剩下質量、角動量和電荷三個基本守恒量。這就是黑洞“無毛定理”。克爾黑洞由黑洞的質量和自旋兩個參數所描述。恒星都有自轉，而星際介質具有中和作用，因此一般認為由恒星坍縮形成的黑洞都是克爾黑洞。

GW250114引力波是由33.6倍太陽質量和32.2倍太陽質量的兩個黑洞并合所產生。關鍵是這個信號異常清晰，信噪比高達80（首例引力波信號信噪比僅為26）。天文學家從中解析出兩個符合理論預期的波形——頻率和持續時間僅由黑洞的質量和自旋決定。這就像從音樂中聽出兩件樂器的聲音。并合后的黑洞也完全符合克爾黑洞的性質。

通過引力波的測量比較兩個黑洞合并前的面積和合并后的面積 | 圖源：L. Reading-Ikkanda/Simons Foundation

同時，科學家計算得到并合后新黑洞的表面積是原來兩個黑洞表面積之和的1.67倍，完美驗證了霍金在1971年提出的面積定理——黑洞事件視界的總表面積永遠不會隨著時間推移而減少。兩個黑洞并合形成一個新黑洞，其質量小于初始黑洞質量之和，損失的質量便以引力波形式帶走能量。但由于黑洞面積與質量的平方成正比（非線性關系），新的單一黑洞面積仍然超過最初兩個黑洞的面積之和。人們曾在2021年檢驗過黑洞面積定理，當時的置信度只有95%，而現在已經達到了99.999%。

08 帕克探測器破解太陽磁重聯七十年謎題

NASA宣布，“帕克”探測器通過直接穿越太陽大氣獲取的一手數據，直觀揭示太陽磁力線斷裂與重組全過程，為解釋困擾科學界70年的日冕極端高溫和太陽風暴成因提供決定性證據。該成果發表在2025年8月13日的《自然天文學》上。

1943年，瑞典物理學家艾德倫（Bengt Edlén）在日冕中發現了一條特殊的電離鐵的譜線，表明日冕具有百萬攝氏度的高溫。外層大氣溫度顯著高于太陽表面，這一違背熱力學定律的現象成為天文學領域著名謎題。為此科學界提出了磁重聯理論來解釋：太陽內部對流運動不斷攪動磁場，局部區域內能量持續積累，原本平行的磁力線會發生扭曲、纏繞，形成復雜磁場結構。當方向相反的磁場區域相互靠近時，狹窄區域內電流高度集中，磁場與等離子體的“凍結”狀態被打破，原本閉合的磁力線突然發生斷裂，隨即又迅速重新連接。磁場所蘊含的巨大自由能就在這一瞬間轉化為等離子體的動能和熱能。這也是太陽爆發活動的能量來源。

“帕克”探測到的太陽磁重聯區域 | 圖源：ESA/NASA

2018年-2022年間，“帕克”探測器多次近距離飛掠太陽。在一次飛掠中，“帕克”記錄到磁場強度突然下降了70%，這是人類首次直接觀測到磁力線斷裂的信號。也就是眨眼之間，等離子體分析儀顯示溫度從約30萬攝氏度飆升至120萬攝氏度，證實了磁能快速轉化為了熱能；而粒子探測器則捕捉到速度超過1000公里/秒的高能粒子流，完美驗證了磁重聯理論對粒子噴射速度的預期。美國科羅拉多州西南研究院的團隊花費近三年時間，對這些數據進行了細致分析和重構，最終梳理出磁重聯發生的完整鏈條。

09 M87 * 黑洞磁場整體翻轉的觀測證實

2025年9月16日，事件視界望遠鏡（EHT）合作組發布了M87星系中心超大質量黑洞（即M87*）的新圖像，揭示了黑洞附近偏振輻射隨時間的演化，為人們理解黑洞周圍極端環境下的物理過程提供了新視角。

M87星系距地球約5500萬光年，其中心黑洞質量是太陽的60億倍以上。EHT是由全球射電望遠鏡聯合組網的等效于地球直徑的虛擬望遠鏡。2017年起對M87*進行拍攝，2019年發布首張黑洞照片，2021年公布其偏振結果。此后每年EHT都會對M87*進行觀測。令人感到驚奇的是，2017年至2021年間，M87*的偏振方向發生了翻轉——2017年磁場分布由里向外呈逆時針方向，2018年相對穩定，而到了2021年磁場完全反轉，呈順時針方向。

超大質量黑洞M87*偏振影像 | 圖源：EHT合作組

EHT合作組分析認為，這種偏振“逆轉”現象可能源于黑洞內部磁結構與外部效應的共同作用，反映出該超大質量黑洞極為活躍，不斷有物質掉落黑洞。而磁場在物質墜入黑洞方式以及黑洞向外釋放能量的機制方面發揮著關鍵作用。這一發現也恰恰說明，在超大質量黑洞事件視界附近，還存在許多我們尚未理解的事情。

10 貝努小行星樣本揭示生命起源化學線索

當地時間12月2日，三篇論文齊發，宣布了從小行星貝努樣本中檢測到的與生命起源相關的重要線索。

第一篇文章由日本東北大學古川善博（Yoshihiro Furukawa）領銜的團隊完成。他們通過氣相色譜-質譜聯用技術，在樣本中發現了核糖（五碳糖）和葡萄糖（六碳糖）。雖然這些糖類本身并非生命的證據，但這一發現再加上此前發現的14種氨基酸、5種核堿基和羧酸，表明構建生命必需的全部組分都已經在貝努小行星上發現。生命所需的重要能量來源（葡萄糖）或在早期太陽系中便已存在。

第二篇論文由NASA艾姆斯研究中心（Ames Research Center）領導完成。他們在貝努樣本中檢測到富氮富氧的有機高分子化合物，類似于地球上的聚氨酯，但結構更為無序。它曾是柔軟可塑的，但現在已硬化，因此被昵稱為“口香糖”。科學家推測，這種物質前身可能追溯到貝努的母體小行星形成之初，氨和二氧化碳通過某種過程形成了水溶性的氨基甲酸鹽，隨后慢慢聚合成更大、更復雜的、不溶于水的長鏈分子。這種復雜的有機物對于研究生命起源和生命是否存在于地球之外具有重要意義。

第三篇論文由NASA約翰遜太空中心（JSC）阮安（Ann Nguyen）帶領的團隊發表。分析了貝努樣本中兩種不同巖石類型中前太陽顆粒（Presolar Grains）。這種特殊的星際塵埃顆粒來自于太陽形成之前的上一代恒星，可能通過超新星爆發留下。結果顯示，貝努樣本中源自超新星的塵埃含量是其他已知樣本的6倍。這為探尋太陽系身世之謎，以及生命片段的來源提供了寶貴的線索。

小行星貝努（101955 Bennu） | 圖源：NASA/Goddard/University of Arizona

這三項成果共同描繪了一個讓人浮想聯翩的圖景：核苷酸、氨基酸、能量糖類以及復雜有機聚合物等生命分子的“原材料”，很可能早在地球形成前，就已在貝努這樣的小行星上“備齊”了，然后通過隕石把生命材料“快遞”到年輕的地球。

新的一年，你期待宇宙帶給你什么驚喜呢？