《极简宇宙新知（出版书）》
作者：《环球科学》杂志社/外研社科学出版工作室
内容简介：
如何拦截可能撞击地球的小行星？蚕宝宝有可能被端上太空餐桌？太阳系中其实到处都有水？霍金的黑洞新理论是什么？爱因斯坦预言的引力波如何被证实？从发现太空中有趣的天体，到探测神秘的暗物质；从聆听来自太空的各种信息，到打造创意无限的太空生活……《极简宇宙新知》精选《科学美国人》前沿科技资讯，带领读者轻松愉快地概览近年来宇宙科学的研究进展，探索宇宙中的未解之谜。
《极简宇宙新知》是“《科学美国人》精选系列”中的一册，精选《科学美国人》中文版《环球科学》杂志“前沿”栏目中的80余篇文章，共分9个话题，“天外来客造访地月系”“创意无限的太空生活”“熟悉又陌生的内太阳系”“太阳系中的多彩乐园”“太阳系外的熟悉面孔”“千奇百怪的‘太阳’”“宇宙空间的隐形‘居民’”“星系谱写的宇宙传奇”“探索宇宙深处的秘密”，介绍太阳系天体、航空航天、银河系外天体、各种星系及宇宙的相关研究发现。
目录
序 集成再创新的有益尝试
前言 科学奇迹的见证者
话题一 太空来客造访地月系
启动磁场 护卫地球
陨石坑 一个真实的百慕大
构建地球之“盾”
星尘计划：寻找微型陨石
月球的胖脸蛋
月球沙砾
钾同位素揭示月球形成过程
40亿年前撞击月球的大家伙
话题二 创意无限的太空生活
将蚕宝宝端上太空餐桌
国际空间站的咖啡机
天地间的“双胞胎对比实验”
太空微生物
清理太空垃圾的酵母
太空垃圾密集 威胁空间探索
超级纤维保护太空船
为卫星通信加密
光帆：下一代航天器推进系统
话题三 熟悉又陌生的内太阳系
诡异的太阳
中国古代文献记录太阳活动
重访水星
水星有水冰
湿润的火星有点“酸”
火星曾经沧海
“好奇号”上的日晷故事
火星上的“河流”
被“娇惯”的火星
来自太空的潮湿岩石
话题四 太阳系中的多彩乐园
外星生命线索：木卫二上的褐色黏质
太阳系多处存在液态水
木卫二上真的有喷泉？
土卫二冒烟了
土卫二有生命吗？
土卫六的甲烷湖
土卫六上有波浪
土星环正在孕育新卫星
卫星起源于行星环
矮行星上的暗红色斑
不是彗星惹的祸？
太阳“诱拐”小行星赛德娜
话题五 太阳系外的熟悉面孔
钻石“地球”
钻石构成的星球
短命的“浮肿”行星
天仓五：另一个“太阳系”？
可能孕育生命的外星行星
半真半幻的“幽灵”行星
“苔丝”任务：寻找更近的新地球
圆轨道行星：地外生命的“摇篮”
话题六 千奇百怪的“太阳”
在黑洞周围造恒星
计算机模型揭秘“创生之柱”
恒星的年龄之谜
最大爆炸理论
超新星的“死亡伴侣”
搜寻超新星遗迹
不合群的奇特中子星
话题七 宇宙空间的隐形“居民”
从黑洞中挽救数据
霍金也许是对的
霍金的新黑洞理论
观测黑洞自转
黑洞生于红超巨星？
暗物质催生特大黑洞
暗物质“现身”？
暗光子：暗物质新线索
PandaX实验暂未探测到暗物质
暗物质研究前途未卜
话题八 星系谱写的宇宙传奇
最古老的旋涡星系
麦哲伦云的不老之谜
低龄星系像蝌蚪
星际气体哺育星系
幽灵般的后发星系团
水母星系源于星系团碰撞？
话题九 探索宇宙深处的秘密
搜寻外星人信号
绘制宇宙“地图”
“盖亚号”：绘制银河系新图景
Virgo引力波探测器重新上线
宇宙向南？
宇宙不均衡？
缺失的宇宙纪元
倾听宇宙大爆炸的回声
宇宙深处的重子声波振荡：暗能量存在的新证据
序
集成再创新的有益尝试
欧阳自远
中国科学院院士 中国绕月探测工程首席科学家
《环球科学》是全球顶尖科普杂志《科学美国人》的中文版，是指引世界科技走向的风向标。我特别喜爱《环球科学》，因为她长期以来向人们展示了全球科学技术丰富多彩的发展动态；生动报道了世界各领域科学家的睿智见解与卓越贡献；鲜活记录着人类探索自然奥秘与规律的艰辛历程；传承和发展了科学精神与科学思想；闪耀着人类文明与进步的灿烂光辉，让我们沉醉于享受科技成就带来的神奇、惊喜之中，对科技进步充满敬仰之情。在轻松愉悦的阅读中，《环球科学》拓展了我们的知识，提高了我们的科学文化素养，也净化了我们的灵魂。
《环球科学》的撰稿人都是具有卓越成就的科学大家，而且文笔流畅，所发表的文章通俗易懂、图文并茂、易于理解。我是《环球科学》的忠实读者，每期新刊一到手就迫不及待地翻阅以寻找自己最感兴趣的文章，并会怀着猎奇的心态浏览一些科学最前沿命题的最新动态与发展。对于自己熟悉的领域，总想知道新的发现和新的见解；对于自己不熟悉的领域，总想增长和拓展一些科学知识，了解其他学科的发展前沿，多吸取一些营养，得到启发与激励！
每一期《环球科学》都刊载有很多极有价值的科学成就论述、前沿科学进展与突破的报告以及科技发展前景的展示。但学科门类繁多，就某一学科领域来说，必然分散在多期刊物内，难以整体集中体现；加之每一期《环球科学》只有在一个多月的销售时间里才能与读者见面，过后在市面上就难以寻觅，查阅起来也极不方便。为了让更多的人能够长期、持续和系统地读到《环球科学》的精品文章，《环球科学》杂志社和外语教学与研究出版社合作，将《环球科学》刊登的“前沿”栏目的精品文章，按主题分类，汇编成系列丛书，包括《大美生命传奇》、《极简量子大观》、《极简宇宙新知》、《未来地球简史》等，再度奉献给读者，让更多的读者特别是年轻的朋友们有机会系统地领略和欣赏众多科学大师的智慧风采和科学的无穷魅力。
当前，我们国家正处于科技创新发展的关键时期，创新是我们需要大力提倡和弘扬的科学精神。前沿系列丛书的出版发行，与国际科技发展的趋势和广大公众对科学知识普及的需求密切结合；是提高公众的科学文化素养和增强科学判别能力的有力支撑；是实现《环球科学》传播科学知识、弘扬科学精神和传承科学思想这一宗旨的延伸、深化和发扬。编辑出版这套丛书是一种集成再创新的有益尝试，对于提高普通大众特别是青少年的科学文化水平和素养具有很大的推动意义，值得大加赞扬和支持，同时也热切希望广大读者喜爱这套丛书！
前言
科学奇迹的见证者
陈宗周
《环球科学》杂志社社长
1845年8月28日，一张名为《科学美国人》的科普小报在美国纽约诞生了。创刊之时，创办者鲁弗斯·波特（Rufus M. Porter）就曾豪迈地放言：当其他时政报和大众报被人遗忘时，我们的刊物仍将保持它的优点与价值。
他说对了，当同时或之后创办的大多数美国报刊消失得无影无踪时，170岁的《科学美国人》依然青春常驻、风采迷人。
如今，《科学美国人》早已由最初的科普小报变成了印刷精美、内容丰富的月刊，成为全球科普杂志的标杆。到目前为止，它的作者，包括了爱因斯坦、玻尔等160余位诺贝尔奖得主——他们中的大多数是在成为《科学美国人》的作者之后，再摘取了那顶桂冠的。它的无数读者，从爱迪生到比尔·盖茨，都在《科学美国人》这里获得知识与灵感。
从创刊到今天的一个多世纪里，《科学美国人》一直是世界前沿科学的记录者，是一个个科学奇迹的见证者。1877年，爱迪生发明了留声机，当他带着那个人类历史上从未有过的机器怪物在纽约宣传时，他的第一站便选择了《科学美国人》编辑部。爱迪生径直走进编辑部，把机器放在一张办公桌上，然后留声机开始说话了：“编辑先生们，你们伏案工作很辛苦，爱迪生先生托我向你们问好！”正在工作的编辑们惊讶得目瞪口呆，手中的笔停在空中，久久不能落下。这一幕，被《科学美国人》记录下来。1877年12月，《科学美国人》刊文，详细介绍了爱迪生的这一伟大发明，留声机从此载入史册。
留声机，不过是《科学美国人》见证的无数科学奇迹和科学发现中的一个例子。
可以简要看看《科学美国人》报道的历史：达尔文发表《物种起源》，《科学美国人》马上跟进，进行了深度报道；莱特兄弟在《科学美国人》编辑的激励下，揭示了他们飞行器的细节，刊物还发表评论并给莱特兄弟颁发银质奖杯，作为对他们飞行距离不断进步的奖励；当“太空时代”开启，《科学美国人》立即浓墨重彩地报道，把人类太空探索的新成果、新思维传播给大众。
今天，科学技术的发展更加迅猛，《科学美国人》的报道因此更加精彩纷呈。无人驾驶汽车、私人航天飞行、光伏发电、干细胞医疗、DNA计算机、家用机器人、“上帝粒子”、量子通信……《科学美国人》始终把读者带领到科学最前沿，一起见证科学奇迹。
《科学美国人》也将追求科学严谨与科学通俗相结合的传统保持至今并与时俱进。于是，在今天的互联网时代，《科学美国人》及其网站当之无愧地成为报道世界前沿科学、普及科学知识的最权威科普媒体。
科学是无国界的，《科学美国人》也很快传向了全世界。今天，包括中文版在内，《科学美国人》在全球用15种语言出版国际版本。
《科学美国人》在中国的故事同样传奇。这本科普杂志与中国结缘，是杨振宁先生牵线，并得到了党和国家领导人的热心支持。1972年7月1日，在周恩来总理于人民大会堂新疆厅举行的宴请中，杨先生向周总理提出了建议：中国要加强科普工作，《科学美国人》这样的优秀科普刊物，值得引进和翻译。由于中国当时正处于“文革”时期，杨先生的建议6年后才得到落实。1978年，在“全国科学大会”召开前夕，《科学美国人》杂志中文版开始试刊。1979年，《科学美国人》中文版正式出版。《科学美国人》引入中国，还得到了时任副总理的邓小平以及时任国家科委主任的方毅（后担任副总理）的支持。一本科普刊物在中国受到如此高度的关注，体现了国家对科普工作的重视，同时，也反映出刊物本身的科学魅力。
如今，《科学美国人》在中国的传奇故事仍在续写。作为《科学美国人》在中国的版权合作方，《环球科学》杂志在新时期下，充分利用互联网时代全新的通信、翻译与编辑手段，让《科学美国人》的中文内容更贴近今天读者的需求，更广泛地接触到普通大众，迅速成为了中国影响力最大的科普期刊之一。
《科学美国人》的特色与风格十分鲜明。它刊出的文章，大多由工作在科学最前沿的科学家撰写，他们在写作过程中会与具有科学敏感性和科普传播经验的科学编辑进行反复讨论。科学家与科学编辑之间充分交流，有时还有科学作家与科学记者加入写作团队，这样的科普创作过程，保证了文章能够真实、准确地报道科学前沿，同时也让读者大众阅读时兴趣盎然，激发起他们对科学的关注与热爱。这种追求科学前沿性、严谨性与科学通俗性、普及性相结合的办刊特色，使《科学美国人》在科学家和大众中都赢得了巨大声誉。
《科学美国人》的风格也很引人注目。以英文版语言风格为例，所刊文章语言规范、严谨，但又生动、活泼，甚至不乏幽默，并且反映了当代英语的发展与变化。由于《科学美国人》反映了最新的科学知识，又反映了规范、新鲜的英语，因而它的内容常常被美国针对外国留学生的英语水平考试选作试题，近年有时也出现在中国全国性的英语考试试题中。
《环球科学》创刊后，很注意保持《科学美国人》的特色与风格，并根据中国读者的需求有所创新，同样受到了广泛欢迎，有些内容还被选入国家考试的试题。
为了让更多中国读者了解世界科学的最新进展与成就、开阔科学视野、提升科学素养与创新能力，《环球科学》杂志社和外语教学与研究出版社展开合作，编辑出版能反映科学前沿动态和最新科学思维、科学方法与科学理念的“《科学美国人》精选系列”丛书。
丛书内容精选自近年《环球科学》刊载的文章，按主题划分，结集出版。这些主题汇总起来，构成了今天世界科学的全貌。
丛书的特色与风格也正如《环球科学》和《科学美国人》一样，中国读者不仅能从中了解科学前沿和最新的科学理念，还能受到科学大师的思想启迪与精神感染，并了解世界最顶尖的科学记者与撰稿人如何报道科学进展与事件。
在我们努力建设创新型国家的今天，编辑出版“《科学美国人》精选系列”丛书，无疑具有很重要的意义。展望未来，我们希望，在《环球科学》以及这些丛书的读者中，能出现像爱因斯坦那样的科学家、爱迪生那样的发明家、比尔·盖茨那样的科技企业家。我们相信，我们的读者会创造出无数的科学奇迹。
未来中国，一切皆有可能。
话题一 太空来客造访地月系
我们赖以生存的地球家园，时刻在经受着来自太空来客的考验。这些太空来客有的威胁着地球上的生命，有的送来了天外宝藏，还有的在地球诞生之际的一次天地大冲撞中，造就了地球的卫星——月球。
启动磁场 护卫地球
撰文｜约翰·马特森（John Matson）
翻译｜庞玮
地球不但孕育了生命，还以它强有力的武器——磁场，时刻保护着这个生物赖以生存的家园，使生命得以延续。太阳风夺去了金星和火星上大量的水，而地球上的生命则在地球磁场的护卫下逃过了太阳风的魔掌。
地球强有力的磁场保护着这颗行星和居住于此的生命免受太阳风的侵袭，使它们不至于像金星和火星那样，由于缺乏坚强的护卫，在演化岁月中被来自太阳的离子风暴不断轰击。在太阳的离子风暴的轰击下，金星和火星上的水资源逐渐枯竭，大气层也日益薄弱。弄清地球磁场出现的时间表和地磁产生机制（地核外层的岩浆对流像发电机般产生地球磁场），有助于还原地球早期历史，揭示包括地质、气象和天文过程在内的各种因素是如何将地球打造成一处宜居之所的。
太阳风
太阳风是从太阳大气最外层的日冕，向空间持续抛射出来的物质粒子流。这种粒子流是从冕洞中喷射出来的，其主要成分是氢粒子和氦粒子。太阳风对地球的影响很大，当它抵达地球时，往往引起很大的磁暴与强烈的极光，同时也产生电离层骚扰。
美国罗切斯特大学的地球物理学家约翰·塔尔杜诺（John A. Tarduno）已经和同事一道对此展开研究。他们提供的证据表明，地球早在34.5亿年前就通过上述流体发电机的机制获得了磁场，此时距地球形成不过10亿年左右。这项研究成果发表在2010年3月5日的《科学》（Science）杂志上，它将地球磁场的历史提前了至少2亿年。从事相关研究的另一个小组曾在2007年提供了类似证据，不过他们的岩石样本年代稍晚，由此推测出的结论是地球在32亿年前便拥有了很强的地磁场。
磁力线保护地球：新的证据表明，保护着地球，使地球不被太阳风直接吹袭的地球磁场，可以追溯到大约34.5亿年前。这与生命诞生的时间大致吻合。
塔尔杜诺和他的研究组分析了来自卡普瓦尔克拉通（克拉通指地壳中相对稳定的部分）的岩石，这一区域位于非洲大陆南部尖端附近，仍保留着早期太古宙（太古宙为距今约38亿年前至25亿年前的这段地质时期）陆壳的原貌。他们在2009年发现，其中一些岩石在34.5亿年前曾被磁化过，而现有的直接证据表明生命诞生于约35亿年前，两者大致吻合。但这些岩石磁场也有可能是被地外磁场磁化的，如太阳风暴。金星就是一个例子，尽管它的内部磁场很弱，但太阳风暴对其浓密大气层的不断轰击，导致金星仍然拥有一个可探测到的行星磁场。
在这项研究中，他们测算了在卡普瓦尔岩石上留下现有磁场烙印所需的磁场强度，结果表明该磁场强度是现有地磁场强度的50％～70％，比预期的外部磁场（如微弱的金星磁场）强出好多倍。这一结果表明，当时存在的磁场应该是内部流体发电机产生的。
研究者进一步推测了当时的地磁场能在多大程度上抵御太阳风，由此发现太古宙早期地球的磁层顶距离地球表面约3万千米。磁层顶是地磁场抵御太阳风的最外层边界。如今地球磁层顶到地面的距离约为6万千米，具体位置会随太阳的极端能量喷发活动而不断变动。塔尔杜诺说：“35亿年前磁层顶的稳定位置，和如今超级太阳风暴发生时的磁层顶位置差不多。”磁层顶距离地面如此之近，无法完全屏蔽太阳风，因此早期地球或许已经失去过很多的水。
随着寻找太阳系外类地行星的步伐日益加快，塔尔杜诺说，今后在模拟行星的生命适宜程度时应该将行星风、行星大气和磁场之间的关系考虑进去。他指出，目前看来磁场对行星水储量的影响尤为重要。
美国华盛顿大学塔科马分校的地质学家彼得·塞尔金（Peter A. Selkin）认为，上述工作引人注目，结果也合乎情理。不过他也指出，虽然卡普瓦尔克拉通的矿物构成和环境温度在过去数十亿年间变化不大，“但并非原封不动地保持在初始状态”。他认为：“还要进一步分析塔尔杜诺及其合作者所用的矿石，不能急于下定论。”
加拿大多伦多大学的地球物理学家戴维·邓洛普（David J. Dunlop）对塔尔杜诺小组的结果有信心，他称此项工作“论证非常严谨”，将这些磁场出现的时间确定为距今34亿～34.5亿年前“是非常有把握的”。邓洛普还说：“能将地球发电机的启动时间再往前推，想想就让人激动，不过这似乎不太可能。”因为地球上再也没有其他地方能够获得自然界的垂青，将原始磁场的痕迹如此完整地保存下来了。
陨石坑 一个真实的百慕大
撰文｜格雷厄姆·科林斯（Graham P. Collins）
翻译｜Joy
让我们来看看地球被小行星撞击后留下的痕迹。在南非的弗里德堡，我们可以见到地球上最古老也是最巨大的撞击遗迹之一，一个总直径为250～300千米的陨石坑。在它的中心，磁场杂乱，让人不禁想起神秘的百慕大三角。
“这就像在百慕大三角一样，”南非艾塞姆巴加速器基础科学实验室的罗杰·哈特（Rodger J. Hart）说，“我拿着指南针亲自进行了验证。起初，磁针稳定地指向一个方向，根据我的认识，这应该是磁北极的方位。我向前跨了一步，磁针却转向了一个完全不同的象限，再跨一步，磁针方向又发生了改变。然后，我将指南针紧贴在我们脚下的那块露出地表的巨大岩石上面，再移动指南针。每隔几厘米，磁针就会摇摆不定。”
这里是弗里德堡陨石坑的中心，位于南非约翰内斯堡西南方向大约100千米处。弗里德堡陨石坑是地球上最古老和最巨大的撞击遗迹之一，形成于大约20亿年前。当时，一颗直径10千米的小行星击中了地球。尽管其他地方还存在着更古老的撞击证据，比如南非和澳大利亚西部，但在那些地点，地质结构都没能经受住时间的考验而留存下来。
用肉眼观察，弗里德堡本身并不是一个明显的陨石坑。地质学家们估计，陨石坑的总直径为250～300千米，但环壁早已被侵蚀干净。保留下来最明显的结构是弗里德堡丘，这是陨石坑的“反弹峰”，也就是撞击后深层岩石从陨石坑中央抬升而起的位置。
按照哈特的说法，在撞击最猛烈的时刻，空气会被电离。此时流动的电流产生了一个非常强大而混乱的磁场，这可能就是弗里德堡磁性异常的成因。实验证明，撞击可以产生如此强的磁场。科学家已经计算出，一颗大小只有弗里德堡小行星1/10，即直径1,000米的小行星，就能在100千米以外，产生出一个比地磁场强1,000倍的磁场。
弗里德堡强烈但却杂乱的磁性，在航空勘测时并不明显。分析表明，陨石坑上方的磁场异常微弱，就像一个在普遍存在的磁场中挖出的空洞一样。从过高的位置上观察，地面上所有的磁性异常都会被抹去，完全消失不见。
受激的岩石
在弗里德堡陨石坑中，异常强烈和杂乱的磁性只出现在“受激”的岩石之中——也就是那些经受过强烈挤压，但却没有熔化的岩石中。南非艾塞姆巴加速器基础科学实验室的罗杰·哈特，与法国巴黎地球物理研究所的同事们共同指出，这些出现在薄岩层中的受激岩石会迅速冷却，从而将撞击时刻产生的剧烈和杂乱的磁场模式锁定下来。相反，那些非受激的岩石会熔化，并且形成较大的熔岩池，需要好几天才能冷却下来，它们只能保存较弱的、更为规则的地球天然磁性。
这些结果也许不仅能够应用在地球的地质学上，而且，还可以用来研究火星。当火星环球勘测者飞行器从轨道上测量的时候，巨大的火星盆地希腊盆地和阿尔及尔盆地几乎没有显现出磁性。传统的解释是这样的：大约40亿年前，当这些陨石坑形成的时候，撞击使此前存在于岩石中的磁性消失了。因此，这些盆地形成时，火星上必定不存在磁场，否则，盆地中的岩石冷却时，这样的磁场就应该保留在岩石的磁性中。火星现在确实没有磁场，但在很久以前，它是存在磁场的。因此，这种标准解释暗示，火星在很早之前就丧失了自己的磁场。
弗里德堡陨石坑强烈而杂乱的磁性，就存在于与图片中褐色花岗岩巨砾类似的岩石之中。深色的岩石是假玻璃熔岩，由熔化的花岗岩形成。
不过，哈特指出，如果希腊盆地和阿尔及尔盆地拥有与弗里德堡陨石坑相同的性质，人们就无法得出关于它们形成时期火星磁场的任何结论——当时的火星磁场说不定还在增强呢。但是，火星环球勘测者计划的一位主要研究员马里奥·阿库尼亚（Mario Acu?a）指出，从那些大小与弗里德堡相当的较小火星陨石坑中取得的数据，并不支持哈特的想法。
而在对地球的研究上，哈特提出了一个高分辨率的弗里德堡磁场勘测计划：利用直升机，从低到足以看到磁场变化的高度进行勘查。这将取得一张完整的磁场图，并为这个陨石坑的奇怪现象理出一些头绪。
构建地球之“盾”
撰文｜克拉拉·莫斯科维茨（Clara Moskowitz）
翻译｜王栋
车里雅宾斯克的陨石事件向人类敲响了警钟。为了保护地球，联合国迈出了防止小行星撞击地球的第一步。
2013年2月，一颗陨石在俄罗斯的车里雅宾斯克上空划过后，全世界的空间研究机构居然和普通大众一样，是在社交媒体上得知这一消息的。用退役宇航员卢杰（Edward Tsang Lu）的话说，这是不可接受的——联合国也这么认为。
2013年10月，联合国大会通过了一系列决议，旨在降低小行星撞击地球的风险。联合国计划，在成员国间设立一个“国际小行星预警组织”，共享具有潜在危险的小行星信息。一旦天文学家侦测到某颗小行星具有威胁，联合国“和平利用外层空间委员会”将出面协同应对，想办法改变小行星轨道，以保护地球。这些应对危险小行星的初步措施，是卢杰和其他“空间探索者协会”（ASE）的会员向联合国建议的。ASE还建议联合国组织一项演习，在必须采取这类行动之前，对将小行星推离其原有轨道的技术方案进行测试。
ASE还提议，每个国家都应有一个专门负责小行星事务的机构。“目前，世界上还没有哪个国家，将保护地球（免受小行星撞击）的职责明确分配给某个机构。”在2013年10月美国自然历史博物馆举办的一次公开讨论会上，ASE成员、参与过“阿波罗9号”任务的宇航员拉斯蒂·施维卡特（Rusty Schweickart）说。
保护地球的下一个重要步骤，是识别危险性的小行星。“大小足以摧毁纽约的小行星大约有100万颗，”卢杰在会上说，“我们面对的挑战是，在这些小行星‘找上门来’前发现它们。”
为应对小行星撞击问题，卢杰创立了非营利机构B612基金会。这家基金会将通过募集私人资金，研制一台名为“哨兵”的太空望远镜。这台望远镜对红外线（即小行星由于太阳加热而辐射出的热能）敏感，这一特性应该能让它发现许多确实存在危险性的小行星。但对于大部分更小的小行星，例如在车里雅宾斯克上空爆炸的那颗，“哨兵”仍然发现不了。
在巨大的小行星撞击地球之前，对它们进行早期探测非常重要，因为这样可以提高改变小行星轨道的可能性。比方说，如果能在某颗小行星撞击地球的5～10年前，发射一艘太空船撞向那颗小行星，造成其轨道的微小变化，就应该足以确保它与地球“擦肩而过”。
美国自然历史博物馆的尼尔·德格拉斯·泰森（Neil deGrasse Tyson）在讨论会上说，车里雅宾斯克陨石导致1,000多人受伤，好比一次“警告射击”。现在，是地球人采取行动的时候了。
一颗陨石于2013年2月袭击了车里雅宾斯克。
星尘计划：寻找微型陨石
撰文｜珍妮弗·哈克特（Jennifer Hackett）
翻译｜马骁骁
怎样在家门口找到来自太空的陨石碎片？如果你感兴趣，就可以像“陨石猎人”那样，收集天外宝藏，加入“星尘计划”。
大型陨石并不多见，但是微小的陨石却时刻在“轰炸”着地球。据美国国家航空航天局（NASA）估计，每天有约100吨来自宇宙的尘埃、沙砾和石块来到地球。被称为“陨石猎人”的业余天文学家理查德·加里奥特（Richard Garriott）介绍：“石块大小的陨石，地球上平均每平方千米就能找到一个。如果把谷粒大小的也考虑进来，那就数不胜数了。”
事实上，在你自家的屋顶上就能收集到很多微型陨石。虽然微型陨石大多落在海洋中，但还是有很多会落入城市和乡镇，掉在屋顶的缝隙中。下雨后，这些碎片往往会被冲入排水沟中。
为了找出这些主要成分为镍和铁的石块，加里奥特在花园的瓷砖缝隙上设置了一个强力磁铁，排水沟的水会从缝隙中流过。除了微型陨石，磁铁同时会吸上一些建筑废屑，如从铁钉表层或是装饰庭院用到的天然石块上剥落下的碎屑。不过要“去芜存菁”倒也不难，微型陨石通常是球形，而且有一层特殊的“外壳”。这种标志性的外壳是在陨石熔化时形成的玻璃层，在显微镜下可以轻易地辨识出来。
加里奥特并不是唯一对这种天外宝藏充满兴趣的人。“星尘计划”是一项针对微型陨石的独立研究项目，旨在鼓励业余爱好者分享自己的发现。目前业余爱好者已经向该项目提交了3,000多幅疑似陨石的照片。
月球的胖脸蛋
撰文｜蔡宙（Charles Q. Choi）
翻译｜王靓
在背对地球的一面，月球的赤道地区微微隆起，看起来像是长了个胖脸蛋，这让人们困惑不已。一些研究人员认为，如果月球曾经运行在离地球更近的轨道上，那么这个问题就迎刃而解了。
月球背朝地球的那面，赤道地区稍微隆起，长久以来这都令研究人员困惑不已。科学家们曾猜测，这种隆起是在月球早期覆盖月面的岩浆海洋凝固时，由于重力和月球自转而形成的。但是这种假设与月球的早期轨道理论并不完全相符。现在，美国麻省理工学院的研究人员认为，如果在月球形成后的1亿～2亿年间，它的轨道到地球的距离只有现在的一半，并且更接近椭圆的话，他们就能说明隆起现象的成因。这条轨道类似现在的水星轨道，每公转两圈就自转三圈。这样就能有效促使隆起的形状“冻结”在目前的位置上。这一发现同时也表明，有一段时期，月球只需要18个小时就能完成一次圆缺变化；那时地球上每天有4次潮起潮落，并且潮汐强度是现在的10倍。这项发现公布在2006年8月4日的《科学》杂志上。
月球沙砾
撰文｜安·金（Ann Chin）
翻译｜赵瑾
猜得出照片上的是什么吗？这是放大了300倍的月球沙砾。同时看这两幅图，你将看到立体沙砾。
研究人员利用新型成像技术，重新检测了“阿波罗11号”带回地球的月球样本。加里·格林伯格（Gary Greenberg）是美国夏威夷大学天文研究所的兼职助理研究员。他所拍摄的这张月球沙砾（放大了300倍）照片，是一张三维立体图像（先将双眼稍微向双眼中间斜视，直至看到3个图像，然后聚焦于中央的图像）。该图像显示了微陨石（直径小于1毫米的固体地外物质）冲击这颗沙砾时在中央形成的圆环。微陨石冲击所产生的巨大热量使得沙砾熔化，而当它迅速冷却时，就形成了这种类似玻璃的结构。格林伯格和同事希望，通过先进的成像技术，对这些月球沙砾进行更精密的检测，以帮助科学家进一步了解月球的演化过程。
钾同位素揭示月球形成过程
撰文｜吴非
45亿年前，地球与天体间的一次大碰撞产生了月球。通过对月球岩石样品的钾同位素分析，科学家为我们描绘出这一过程的宏伟画面。
45亿年前，刚刚诞生的地球多次遭受来自其他天体的撞击，而在其中一次大碰撞中，一个行星胚胎与地球相撞，产生了地球唯一的卫星——月球。但是，关于月球起源的诸多谜团一直有待破解。这个行星胚胎是以什么样的方式撞向地球的？月球的物质来源又是什么？破解这些谜团的线索就藏在月球土壤之下的岩层中。任职于美国华盛顿大学（圣路易斯）的王昆与合作者在《自然》（Nature）上发表文章，通过研究钾同位素证明，这次碰撞是一次高能量、高角动量的剧烈撞击过程。
传统模型认为，低速运行的天体与地球发生低角度碰撞时，原始地球的结构基本不受破坏，而月球的物质主要来自碰撞天体。但是，近期的氧同位素研究对这一观点提出了挑战。在太阳系中，由于起源各不相同，各天体的氧同位素（Δ17O）数值差异明显。而研究发现，月球岩石与地球的Δ17O一致，这意味着碰撞天体与原始地球的物质很可能在碰撞过程中混合在一起，月球由混合后的物质组成。
但是，要想验证该结论的正确性，并揭示具体的碰撞过程，地球化学家仍需找到更多的证据，而钾同位素因挥发性适中受到关注。挥发性较低的元素在碰撞过程中难以出现同位素分馏，而挥发性过高的元素在后期的火山喷发等过程中仍能发生分馏，因此也难以保留碰撞时的信息。因此，具有中等挥发性的钾就成了破解月球形成过程的关键。
王昆告诉《环球科学》记者：“在此前的研究中，由于钾同位素测试的精度比较低，地球和月球的钾同位素值在误差范围内是一致的。”而在最新的研究中，王昆及其合作者运用高精度的钾同位素（δ41K）测试手段，对从美国国家航空航天局获得的7块不同类型的月球岩石样本（包括玄武岩和不同类型的角砾岩）进行了分析。同时，研究人员测量了球粒陨石（可能是地球等类地行星的组成材料）和不同类型的地球岩浆岩样本。
结果显示，地球岩石与球粒陨石的钾同位素值几乎一致，而月球岩石的钾同位素值却普遍高出0.4。也就是说，在大碰撞过程中，钾同位素发生了分馏，组成月球的物质所含的钾元素更重。
是什么样的过程让更重的钾优先进入月球中？在高温环境中，唯一可以导致钾同位素分馏的机制称为瑞利分馏——例如雨滴从大气中凝聚并落下的过程，当产物从开放的气态体系中不断凝聚出来时，较重的同位素更易析出。在碰撞天体与地球物质共同构成的气态体系中，包含着更重的钾同位素的产物不断凝聚出来，最终冷却并形成月球。
可以确定的是，在碰撞过程中，原始地球的大部分物质与碰撞天体共同构成了这些气体。由于瑞利分馏的系数取决于环境压强，通过对同位素值的分析计算，王昆推断，碰撞产生的环境压强在10个大气压以上。
据此，研究人员构建了一幅高能量、高角动量的碰撞图景。在早期太阳系中，大量星云经碰撞、吸积形成大小不一的天体，其中一个在地球刚刚形成不到100万年时，高速径直撞向原始地球，碰撞传递的巨大能量使地球系统飞速旋转。在强大离心力的作用下，地幔、大气层和碰撞天体形成混合均匀的气态体系，气体延伸至洛希极限以外——此时，地球的卫星可以形成，并且不至于因潮汐作用而被撕裂。即使是在这片远离碰撞现场的地方，环境温度还是可以达到3,700℃，压强也有约20个大气压。在几十年的时间中，气体中的物质通过瑞利分馏不断析出，构成熔融的天体。随着该天体不断吸积增长并冷凝，这颗卫星最终在距地球38万千米外的轨道上稳定下来。
王昆的研究为揭示月球形成过程提供了有力的证据，但这还远远不是故事的全部。王昆说：“现在从月球返回的样品都集中来自月球有限的几个区域，我们对月球的认识相比我们对地球的了解要差很多。”王昆的研究样本来自阿波罗计划从月球带回的岩石，受月球岩石样品数量的限制，相关研究无论是在项目申请上还是在国际合作上都面临着重重障碍。
按照计划，中国将发射“嫦娥五号”探测器。如果顺利，这项任务将带回月球土壤样本，而岩石样本可能在后继的月球探测中获取。但是，月球形成过程仍然藏有众多谜团，例如碰撞过程后地球的角动量如何演变。王昆说：“更多的样品会对我们理解月球形成过程有很大帮助，但是理论上的突破也很重要。计算天文学家根据地球和月球的轨道参数模拟出大碰撞的过程，而我们地球化学家则需要验证这些假说与月球的化学成分是否吻合。只有这样跨学科的合作才能解决月球的起源问题。”
40亿年前撞击月球的大家伙
撰文｜卡尔·史密斯（Karl J. P. Smith）
翻译｜张哲
月球上的巨型陨石坑是怎么形成的？科学家发现，那是被一个“大家伙”撞出来的。
月球表面的黑斑因类似人脸而得名“月中人”。其“右眼”所在位置为雨海盆地，直径达1,200千米，是距今约40亿年前被一个“大家伙”撞击形成的。这个大家伙有多大？2016年，美国布朗大学的行星地质学家彼得·舒尔茨（Peter H. Schultz）重新推测了撞击物的重量，他的结论是，“大概有美国新泽西州那么大”。相关研究结果已经发表在了《自然》杂志上。为了弄清撞击物的大小，舒尔茨和同事戴维·克劳福德（David A. Crawford）把目光投向了月球的地貌。具体来说，就是撞击位置旁边，由撞击碎片形成的沟壑。研究者测量了这些沟壑的大小，并在实验室进行了一些模拟试验，最后计算出撞击物的大小、速度和撞击角度。新得到的撞击强度是先前电脑模拟结果的10倍。这也提醒我们，对于早期太阳系，我们还知之甚少。
10千米：希克苏鲁伯陨石坑撞击物的估算直径。约6,600万年前，这个天外来客撞击了今天的墨西哥，导致恐龙灭绝。
10千米：南非弗里德堡陨石坑撞击物的估算直径。弗里德堡陨石坑是地球表面已确认的最大陨石坑。
250千米：撞击月球，形成月球雨海盆地小行星直径的最新估值。
话题二 创意无限的太空生活
太空充满着未知，也充满着无穷魅力，吸引着充满勇气和智慧的人们去探索。但种种问题也等待着人们去解决：在漫长的太空旅行中，宇航员吃什么？太空垃圾如何清理？远程星际旅行的能源问题如何解决？科学家正在解决这些问题，为太空旅行做足准备。
将蚕宝宝端上太空餐桌
撰文｜蔡宙（Charles Q. Choi）
翻译｜蒋青
宇航员在太空中吃什么是一门大学问，特别是面临时间漫长的行星际旅行时。为了提供合适的太空食品，科学家列出了太空食品候选者的名单。大家恐怕想象不到，经过了认真论证，蚕宝宝也被推荐到这个太空大餐的菜单中。
宇航员踏上行星际旅行时，恐怕很有必要将能提供食物和氧气的生态系统带上飞船。为了开发出合适的太空食品，科学家可谓绞尽脑汁。家禽、活鱼，甚至蜗牛、蝾螈和海胆幼体……这些太空食品的候选者千奇百怪，却都称不上完美。比方说，养鸡需要准备大量饲料和空间；鱼类等水生生物则对水环境极为敏感，而水环境的维护又绝非易事。
北京航空航天大学的科学家建议，将蚕纳入太空食品候选者的名单。蚕本来就是中国一些地区人们的盘中餐。它们繁殖快，对空间、食物和水的需求却极小。蚕产生的排泄物也不多，并且可以作为船上植物的绿肥而被迅速处理掉。蚕蛹主要由可食性蛋白质组成，其中人体必需氨基酸的含量是猪肉的2倍，是鸡蛋和牛奶的4倍。进行这项研究的科学家还指出：经过化学处理的蚕丝也可以食用。2008年12月24日，这项研究结果被发表在《空间研究进展》（Advances in Space Research）网络版上。
