WFIRST和哈勃
美国宇航局的广域红外巡天望远镜(WFIRST)计划在本世纪20年代中期发射,将创造巨大的宇宙全景。利用它们,天文学家将探索一切,从我们的太阳系到可观测宇宙的边缘,包括我们整个星系的行星和暗能量的性质。
虽然它经常被拿来与本周即将迎来30岁生日的哈勃太空望远镜相比,但WFIRST将以一种独特和互补的方式研究宇宙。
哈勃望远镜为我们提供了宇宙的图像,这是我们无法做到的,它利用紫外线来捕捉高分辨率的细节,并为深入研究单个物体发出的光提供了更专业的功能。
WFIRST提供了一种更通用的能力,可以覆盖可见和红外波长的广泛区域。

每一张WFIRST的图像都将捕捉到比满月更大的一块天空。
哈勃最宽的曝光量,用它的高级巡天照相机拍摄,几乎是它的100倍。
在前5年的观测中,WFIRST将拍摄到哈勃30年来所覆盖天空面积的50多倍。

由于质量是一样的,WFIRST将会像100个hubble一样同步运行。
它的大视场将使WFIRST能够进行大规模的宇宙调查,而这将需要使用哈勃几百年的时间。
科学家们将利用这些调查来研究宇宙中一些最引人注目的奥秘,包括暗能量——一种正在加速宇宙膨胀的奇怪力量。

哈勃在发现暗能量方面发挥了重要作用。
1998年,天文学家通过使用地面望远镜研究附近爆炸的恒星,即超新星,测量了宇宙膨胀的速度。
他们惊奇地发现宇宙的膨胀正在加速。
天文学家使用哈勃望远镜,通过测量一段较长时间内的超新星,证实了这一结果。
这些数据表明,虽然在宇宙历史的大部分时间里,宇宙的膨胀速度如预期般减慢,但在几十亿年前就开始加速了。

科学家们已经确定,造成这种加速的原因目前占宇宙总物质和能量的68%,但到目前为止,我们对它所知不多。
揭示暗能量的性质和作用将是WFIRST的主要目标之一。
科学家们将利用三次调查,从不同的角度来研究暗能量之谜,其中包括对一种关键类型超新星的调查,这些调查建立在导致暗能量发现的观测基础上。
该任务的两次大范围调查将测量数亿个星系的形状,并找到数千万个星系的距离。
这将把WFIRST的宽视场图像转换成三维地图,测量宇宙的膨胀和星系的增长。
WFIRST将帮助我们了解暗能量在过去是如何影响宇宙的膨胀的,这将有助于我们理解暗能量是如何影响宇宙的未来的。

NASA说可能发现了第二个地球

齐鲁晚报2020-04-17 15:17
15日发表的一项最新研究说,天文学家很有可能发现了第二个地球。
天文学家新发现的这颗行星,集两个“类地数据”于一身:大小和地球几乎相同,它的轨道位于恒星的宜居带,温度接近地球,这意味着这颗行星的表面可能存在着液态水。
液态水的存在,表明这颗行星可以维持生命。美国宇航局(NASA)认为,它有成为外星生命家园的基础条件。
体积是地球的1.06倍
这个新发现的行星被命名为开普勒-1649c,距地球300光年,围绕着一颗约为太阳四分之一大小的恒星运行。
NASA说,令人兴奋的是,在开普勒太空望远镜观测到的2000多颗系外行星中,这个行星无论是大小还是温度,都与地球最为相似。
所谓系外行星,就是太阳系之外的行星。
华盛顿特区NASA总部科学任务局副局长托马斯·祖布钦说:“这个迷人的遥远世界给了我们更大希望,让我们看到第二个地球位于一颗恒星的轨道上,等待着被发现。”
这个新发现的行星体积是地球的1.06倍,从恒星接收到的星光量,是地球从太阳接收到的星光量的75%,这意味着这颗行星的温度也可能和地球相似。
它绕着一颗红矮星转
与地球不同的是,开普勒-1649c围绕着一颗红矮星运行。这类恒星以耀斑而闻名,虽然目前在这个恒星系统中还没有观测到耀斑现象,但是如果耀斑真的发生,会使行星的环境对任何潜在生命构成挑战。
该研究的主要作者,美国得克萨斯大学奥斯汀分校的研究院安德鲁·范德堡说:“我们得到的数据越多,看到的迹象就越多,表明这类恒星周围普遍存在着潜在的可居住的和地球大小相当的系外行星。由于红矮星几乎遍布于银河系的每一个角落,所以总能发现这种大小和地球相当的、潜在的可居住行星。”
这项研究发表在周三的《天体物理学杂志快报》上。
这类行星大约有50个
科学家是通过开普勒太空望远镜的原有观测数据发现这颗行星的。
随着地球变得越来越拥挤,从上世纪80年代开始,地球的科学家就开始将目光瞄准太阳系外的行星。
1995年2月起,“凤凰计划”开始利用澳大利亚新南威尔士州的帕克斯64米射电望远镜,观测200光年以内约1000颗邻近的类日恒星,从而在其恒星系统中找到类地行星。
所谓类地行星,指的是以硅酸盐石作为主要成分的行星,而不是气体行星。类地行星的结构大致相同:一个主要是铁的金属中心,外层则被硅酸盐地幔所包围。它们的表面一般都有峡谷、陨石坑、山和火山。类地行星的大气层都是再生大气层,有别于类木行星直接来自于太阳星云的原生大气层。
在太阳系中,水星、金星、火星和地球都是类地行星,还有一颗类地矮行星谷神星。
据NASA在2019年8月18日公布的数据,已发现系外行星4043个,其中开普勒发现的确认行星为2345个。2014年开普勒故障后重启的K2任务,发现的确认行星有389个。
开普勒探测到的近地球大小的宜居带候选行星大约有50个,其中30多个已被证实。
这些年出现很多地球的表兄弟
这次发现的开普勒-1649c,既不是地球科学第一次发现的“第二个地球”,也不会是最后一个,看编号就能略知一二。
到2011年2月,科学家就已报告发现54颗位于宜居带的系外行星候选体。同年12月,美国宇航局开普勒计划确认了首颗位于宜居带的系外行星,名叫开普勒-22b。它距地球587光年,围绕一颗与太阳非常相似的恒星公转。
2012年11月,一个国际天文学团队声称发现了一颗系外类地行星HD40307g,质量至少是地球的7倍,人称“超级地球”,距地球约42光年。
2014年科学家声称,距地球500光年的行星开普勒-186f,星球环境和地球类似,表面也有液态水。
同年澳大利亚研究团队发现一个命名为格利泽832c的“超级地球”,围绕恒星格利泽832运行,公转周期36天,质量约是地球的5倍,距地球16光年。英国物理学家霍金2017年曾表示:虽然“格利泽832c”行星有支持外星生命生存的潜力,但那里的任何生命都不可能乐于收到我们发出的信息。
2015年,NASA发现开普勒452b行星,与地球极相似,它位于天鹅座,距地球1400光年,直径是地球的1.6倍,是截至当年发现的首个围绕着与太阳同类恒星旋转,且与地球大小相近的行星,可能有大气层和流动水,当时人称地球2.0,地球的表哥。
这次发现的“第二个地球”,编号已是1649,完全是小字辈的选手。
计算机忽略了它
这颗行星起初被计算机算法“直接忽略”了,一组科学家重新审查开普勒太空望远镜留下的数据时发现了它。
安德鲁·范德堡说:“在我们发现的所有类地行星中,这颗行星特别令人兴奋,不仅仅是它的大小和它位于恒星系统的宜居带,还因为它可能与邻近的行星发生相互作用。如果我们没有手工查看算法,我们也许就会错过这颗行星。”
2018年10月,开普勒天文望远镜耗尽燃料退役。
NASA科学任务局天体物理部门的开普勒计划科学家马里奥·佩雷斯说:“开普勒的数据集是独一无二的,因为它是唯一一个包含这些类地行星的数据集,这些行星的大小和轨道与地球大致相同,了解它们在银河系中出现的频率,将有助于NASA寻找另一个地球。”
它为何特别令人兴奋
开普勒-1649c是小字辈的类地行星,范德堡说它“特别令人兴奋”,是因为它很独特。
NASA说,有其他的系外行星在大小上更接近地球,比如TRAPPIST-1f和Teegarden c,大小几乎和地球一样;还有系外行星的温度更接近地球,如TRAPPIST-1d和TOI 700d这两颗行星,表面温度区间和地球相类。
但没有一颗行星像开普勒-1649c那样,在这两项数据上均接近地球,且也位于其恒星系统的宜居带。
据NASA披露,开普勒-1649c距离红矮星非常近,导致公转周期很短,一年只相当于19.5个地球日。同时,这个恒星系统有另一颗大小相同的岩质行星,但它围绕恒星运行的距离只有开普勒-1649c的一半,差不多相当于太阳系中金星相对于地球的地位。
它旁边可能还躲着一颗行星
科学家还发现了另一件有趣的事情。
在开普勒-1649c所在的恒星系统中,外行星每围绕恒星运行9周,内行星则几乎精确地运行4周。它们的轨道以一个相当稳定的比例匹配,这证明这个恒星系统本身相当稳定,可能存活很久。
9∶4的周期比,意味着该恒星系统中的两颗行星之间,可能还存在另外一颗中间行星,只是科学家还没有发现。托马斯·祖布钦说:“这个神秘而遥远的星球给我们带来了更大的希望,那就是在恒星之间还有第二个地球等着我们去发现。”
不管怎样,这个系统提供了另一个地球大小的行星位于红矮星宜居带的例子,不太热也不太冷,生命可能存在。
星际移民,还早
发现越来越多的系外行星,甚至是宜居带候选行星,是否意味着我们距离星际移民越来越近了呢?
以目前的科技发展情况,还很遥远。
据2016年NASA欧洲南方天文台发布的消息,新近发现的围绕比邻星运行的一颗位于宜居带的类地行星,距地球只有4.24光年。
这已经是该类行星距离地球最近的纪录。折合成更加直观的数据,这颗行星距离地球差不多是40万亿公里。
以“旅行者一号”每秒17公里的速度,飞到这颗行星大约需要15万年。
以NASA帕克太阳探测器在近日点每秒300公里的速度,要飞到这颗行星大约需要12736年。
1万年,对宇宙来说是一眨眼,对人类则是非常久远的。
开普勒-1649c距地球300光年,要到达这颗行星,用上面两种飞行器,分别需要1061万年和90万年。
1061万年前,人类还刚刚处于腊玛古猿从猿类到猿人进化的过渡种类的时期。
也就是说,哪怕发现的位于宜居带的类地行星再多,要想真正实现星际移民,人类在科技上还需要做出特别重大的突破。

全世界每天用掉100亿个二维码,如果用完该怎么办?
随着智能手机全面普及开来,二维码也深入我们的生活,我们在很多地方都要用手机来扫一下二维码,例如,加好友、手机支付、打开网站。全球每天用掉的二维码多达100亿,那么,二维码会用完吗?如果二维码用完该怎么办呢?

关于这个问题,先来了解一下二维码的前身:一维码,也就是我们平时所熟知的条形码。

条形码是由一系列粗细不等的黑色条纹以及空白组成,其排列方式遵循编码规则,其中隐藏着物品信息。扫描器的光线照射到条形码上时,黑色部分会吸收光,而白色部分会反射光。扫描器接收到反射光之后,就能解析出条形码上的信息。

条形码是一维的,长度方向上没有信息,所有的数据都在宽度方向上。如果物品的信息很多,条形码会变得很长,这样使用起来变得不方便。而且条形码只能编码字母、数字、符号,像汉字等复杂的信息无法编码。

在条形码的基础上,人们发明了二维码。由于两个方向都能记录信息,所以二维码可以携带丰富的数据,汉字也能被编码。因此,二维码得到十分广泛的应用。

那么,信息是如何编写到二维码中的呢?二维码上的黑点和白点代表什么呢?

不管是手机,还是计算机,它们的处理器只能识别0和1。为了让机器能够识别信息,需要对单个数字、字母、符号、汉字等进行逐一编码,它们都能用0和1来表示。

在制作二维码时,信息被转换成特定的0和1二进制编码,然后用白点表示0,用黑点表示1,它们按照一定的规则进行排列。再加上三个用于定位的大黑块,就能得到最终的唯一二维码。另外,二维码还有容错机制,如果二维码缺失或污损的比例不超过三成,二维码阅读器仍然可以准确读取信息。

那么,二维码共有多少个呢?二维码会被用完吗?

在现行的二维码中,最小的矩阵尺寸为21×21,总共包含441‬个点,每个点都可以是0或者1,所以总的变化数量为2^441,即5.6×10^132,相当于5.6万亿亿……亿亿(共计16个亿)。相比之下,可观测宇宙中的粒子总数的数量级为10^80。再排除掉纠错码、定位码,所能产生的二维码个数仍然是一个十分巨大的数字。即便全世界每天使用100亿个二维码,用完这些将需要极其漫长的时间,远远超过宇宙目前的年龄(138亿年)。宇宙从头再来数以亿计次,每天使用几百亿个二维码,仍然用不完二维码。

要知道,除了21×21矩阵尺寸外,还有另外几十个更大的尺寸。最大的可达177×177,其中包含31329个点,除去其他码,这样可以产生的二维码数量高达2^23624,相当于3.4×10^7111。

可观测宇宙中存在最少2000亿个星系,就算每个星系中存在数以万计的智慧文明,大家一起使用二维码长达宇宙年龄的时间,仍然用不完二维码。因此,我们无需担心二维码会耗尽的问题。


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