来盘蚕宝宝吧：蚕有望成为营养丰富的太空食品。
国际空间站的咖啡机
撰文｜布赖恩·勒夫金（Bryan Lufkin）
翻译｜李玲玲
来看看这台为微重力环境设计的咖啡机。有了它，宇航员就可以在太空享用咖啡了。
想想15年前，生活在国际空间站的宇航员还在急切期待着第一台能在太空中使用的马桶。现在，低轨道飞行生活对宇航员来说已经越来越方便舒适，他们不用再为这些最基本的生活必需品担心，而可以有更高的追求——拥有一台咖啡机。2015年4月，第一台为微重力环境设计的咖啡机运抵空间站。宇航员终于能像资深咖啡爱好者那样，享用到意式咖啡了。
这款咖啡机是由意大利空间局、一家意大利航空航天工程公司Argotec和一家拥有120年历史的意大利咖啡生产商拉瓦萨合作设计的产品。通过可调节的系绳，宇航员可以将这个微波炉大小的太空铝制电器固定在墙上，然后开始煮咖啡（在太空，宇航员一天会经历15或16次日出）。这个专门为太空舱配备的设备，还能为生活在微重力环境下的“美食家”带来清炖肉汤、茶和其他多种汤羹。Argotec公司的戴维·阿维诺（David Avino）说：“它就像一个美食实验室。”
天地间的“双胞胎对比实验”
撰文｜埃米·努尔吕姆（Amy Nordrum）
翻译｜张文韬
美国国家航空航天局把一对双胞胎中的一个送入太空，一个留在地球，然后进行天地间的对比实验。
从2015年3月起，如果退休宇航员马克·凯利（Mark Kelly）想和他的同卵双胞胎弟弟交谈，就必须与千里之外的国际空间站通话了。因为他的弟弟、51岁的宇航员斯科特·凯利（Scott Kelly），参与了为期一年的研究太空旅行对人体健康影响的项目，会前往空间站居住。凯利兄弟的脱氧核糖核酸（DNA）完全相同，这是极其难得的机会——科学家可以观察在零重力环境下基因表达的改变，并与地面上的情况相比对。科学家还将对比这对双胞胎大脑中的液体流动、体内微生物群落的组成，以及染色体末端的“保护帽”——端粒——的衰减速率，了解细胞老化程度。
长期的太空飞行不会对遗传造成影响——这听起来不错，但我有点怀疑。
——斯科特·凯利
目前已有200多位宇航员在国际空间站上工作过，凯利兄弟也曾多次前往国际空间站执行任务。自从2000年11月第一批宇航员抵达该站，研究人员就开始监测长期航天飞行对宇航员生理情况的影响。迈克尔·巴勒特（Michael Barratt）曾于2009年在太空生活了199天。他说：“感觉就像被倒悬在空中。”他还补充说：“因为在来空间站之前，我们已经历了异常艰苦的模拟训练，所以能胜任真实太空环境下的每项工作。特别是在最初几周，即使自己感觉不佳，还是能完成既定任务。”关于在太空生活几天会对身体造成怎样的影响，美国国家航空航天局的科学家已经掌握了大量资料，并会密切监控这对双胞胎的各种症状。
太空生活对人体的影响
生活在零重力环境下，人体会发生哪些改变？
太空微生物
撰文｜蔡宙（Charles Q. Choi）
翻译｜蒋顺兴
第一批进驻外星球的人们将面对残酷的生存考验，而研究人员为此提出了一个绝妙的方法来满足太空移民生存的基本需要：征召一些具有绝地生存能力的微生物。它们可以肩负去其他星球提炼矿物质的重任，成为开拓宇宙空间的先驱。
矿业公司能利用微生物回收金、铜、铀等金属。研究人员提出，可以征召细菌进行太空“生物开采”，为将来的月球或火星移民提炼氧气、营养物质和矿物质。
全世界超过1/4的铜由微生物从矿石中获取，它们会切断将铜固定在岩石中的化学键，将需要的材料分离出来。任职于英国米尔顿凯恩斯的开放大学的地质微生物学家卡伦·奥尔森－弗朗西斯（Karen Olsson-Francis）和查尔斯·科克尔（Charles S. Cockell）推断，微生物也可以被“抽调”去其他星球做同样的工作。“这应该是在太空中以土地谋生的一种方式。”科克尔说。
蓝细菌
蓝细菌又称蓝藻或蓝绿藻，是一类可进行光合作用的原核微生物。蓝细菌的细胞结构非常简单：它没有细胞核，只有呈颗粒状或网状的染色质；没有叶绿体，但有类囊体进行光合作用。蓝细菌分布广泛，可作为水体富营养化的指示生物。
柱孢鱼腥藻
研究人员在类似于月球和火星的风化层（疏松的表面岩石）中，对多种蓝细菌（常被称为蓝绿藻）进行了实验。这些光合细菌已经适应了地球上的一些最极端环境，从极度寒冷干旱的南极麦克默多干谷，到智利炎热干旱的阿塔卡马沙漠，这意味着它们也许有能力在严酷的外太空存活下来。
为了测试微生物的绝地生存能力，奥尔森－弗朗西斯和科克尔将几种细菌发射到高度为300千米的近地轨道，让它们连续暴露在真空、寒冷、炎热和辐射环境中。接着，他们在有水的情况下把这些细菌接种到不同类型的岩石中，包括南非的斜长岩（类似于月球高地风化层）和冰岛火山玄武岩（类似于月球和火星风化层）。2010年，科学家在《行星与空间科学》（Planetary and Space Science）上详细阐述了他们的发现。
所有这些微生物都能从岩石中提取钙、铁、钾、镁、镍、钠、锌和铜。不过，通常作为水稻肥料使用的柱孢鱼腥藻生长最快，萃取的元素最多，而且它还能忍受月球和火星的环境，因而成了最具太空利用潜能的蓝细菌。
科克尔认为，利用微生物进行生物开采有许多优点。尽管单靠化学方法就可以从地外风化层中萃取出矿物质，但微生物能够高效催化反应，大大加快反应进程。单纯的化学方法还会耗费大量能量，而能量在早期的地外前哨站中恐怕相当稀缺。并未参与此项研究的天体生物学家伊戈尔·布朗（Igor Brown）说：“不发展蓝细菌生物技术，我们就没法向月球和火星移民。”看来，以后宇宙移民不再只是人类的专利了。
清理太空垃圾的酵母
撰文｜肯武尔·谢赫（Knvul Sheikh）
翻译｜杨风丽
太空生活产生的生活垃圾该怎么处理？微生物或许可以解决这个问题。它们能够将宇航员的生活垃圾转化为营养物质或塑料。
宇航员需要轻装旅行，每一升额外的补给品都会增加火箭的负担，但是仅携带必要的食物，又无法满足像美国国家航空航天局的火星探测任务这样长时间星际旅行的需要。科学家正在研发创新性方法，最大限度增加飞船的存储效率，包括回收利用宇航员排出的尿液和呼出的废气。
“宇航员在太空执行任务的时间越来越长，他们产生的生活垃圾也会越来越多。那么问题来了，我们要怎么处理这些垃圾呢？”美国克莱姆森大学的化学工程师、合成生物学家马克·布伦纳（Mark Blenner）说。布伦纳和同事已经证明，酵母菌可以将这些垃圾转化成自身所需要的营养物质，甚至还能够用垃圾合成出可用于制造工具的塑料，这当然比将垃圾带回地球要好得多。
研究人员发现，解脂耶氏酵母（一种烘焙酵母的近亲）可以把人类尿液中的某种成分，作为维持自己生命的食物。同时，研究人员还种植了一种藻类，它能将人类呼出的二氧化碳转化成富含碳元素的营养物质。酵母菌可用这些营养物质合成脂肪酸。通过将海藻和浮游植物中的一些基因整合到酵母菌的基因组中，布伦纳团队还使转基因酵母菌合成出了升级版的脂肪酸——Ω-3脂肪酸，这种物质对保持人类的心脏、眼睛和大脑健康至关重要。另外，布伦纳团队还调整了解脂耶氏酵母合成脂肪酸的方法，使它们合成出了能用于太空3D打印的聚酯塑料。2017年8月，研究人员在美国化学会的年会（一年召开两次）上，报道了他们的发现。
美国国家航空航天局先进探索系统负责技术整合的吉滕德拉·乔希（Jitendra Joshi，未参与此项研究）说：“在这项创新性研究中，酵母菌是一种伟大的生物。”接下来，研究人员还需要搞清楚，在低重力、高辐射的太空环境中，微生物能否依旧快速繁殖，并以同样的速率不断合成出人类需要的物质。布伦纳希望，在未来，宇航员将把酵母菌作为个人专属的灵活“生产车间”。
太空垃圾密集 威胁空间探索
撰文｜约翰·马特森（John Matson）
翻译｜王栋
太空垃圾是由人类探索宇宙所带来的不受欢迎的“副产品”，它们可能破坏航天器，甚至威胁宇航员的生命安全。科学家正在建造代号为“太空护栏”的雷达系统，用以监测太空垃圾。
自从人类进入太空时代，在历次空间探索中，丢弃在绕地球轨道空间的杂物越来越多。这些杂物包括使用过的火箭助推器、失效卫星、丢弃的工具等。这些逐渐增多的废弃物个个运动速度飞快，足以威胁到以后的空间探索行动。
2011年9月，美国全国研究委员会在一份报告中指出，太空“垃圾场”的密度之大，已经达到了同一轨道上的垃圾会发生碰撞的程度，而碰撞会导致更多更快的垃圾碎片四散纷飞，并脱离原轨道。该报告预测，太空垃圾的数量将会呈指数增长。
太空垃圾
太空垃圾是宇宙空间中除正在工作着的航天器以外的人造物体，包括现代雷达能够跟踪的体积比较大的物体（如报废的卫星）、体积较小不易被发现的物体和核动力卫星及其产生的放射性碎片。这些残骸和废物有意无意地被遗弃在太空中，是潜在的“肇事者”。
在绕地球轨道上，已有数百万块直径超过5毫米的太空垃圾成群结队地高速运动，每一块都具有足以击毁一颗人造卫星的动能。更危险的是，它们会威胁到宇航员的生命安全。2011年6月，国际空间站上的6名宇航员就曾因为一片太空垃圾距离空间站过近——仅有几百米——而进入逃生舱躲避。
被太空垃圾击中的卫星表面
美国正在采取初步措施，部署更好的追踪系统来应对太空垃圾的威胁。美国空军建造的一个代号为“太空护栏”的雷达系统，能将绕地球轨道上的大多数太空垃圾纳入监测之中。
“太空护栏”系统计划由两座位于南半球的雷达站构成，它将取代之前使用的、建造于上世纪60年代的雷达系统。目前的这个雷达系统在甚高频波段运行，而“太空护栏”将使用波长更短的S波段雷达，具有更高的分辨率，可以更好地追踪太空垃圾。“波长越短，能追踪到的太空垃圾就越小。”美国雷神公司“太空护栏”项目的负责人斯科特·斯彭斯（Scott Spence）说。现在的太空垃圾目录中，最小的是垒球大小的碎片。不过斯彭斯表示，即使是在较低轨道上运行的、小如弹珠的太空垃圾，“太空护栏”系统应该也能追踪到。
“太空护栏”以及其他一些规模较小的项目，都是为了提高人们对空间环境的了解。然而，如何才能将这种“了解”的水平提高，上升到真正能够采取行动，即清除太空垃圾的水平，人们依旧毫无头绪。
超级纤维保护太空船
撰文｜安妮·斯尼德（Annie Sneed）
翻译｜王栋
为了确保太空船不被太空碎片击毁，工程师们对用来制作护盾的合成纤维进行了测试。测试表明，纤维虽然被每秒数千米的铝弹击破，但它还是能够对舱面起到保护作用。
“凯夫拉”材料能轻易抵挡速度为每秒数百米的子弹。但是，对于在外层空间中以每秒数千米的速度飞驰的太空碎片，这种超级坚韧的合成纤维还是不堪一击。2014年6月，为了测试这种纤维的表现，德国夫琅禾费高速动力研究所的工程师们进行了一次太空垃圾撞击模拟试验。因为有被微小的陨石和其他太空“漂流物”击中的潜在风险，为国际空间站运送补给的太空船都装备有护盾。护盾的制作材料为一层“凯夫拉”纤维和“内克斯特尔”陶瓷纤维，纤维外面包裹着铝质覆板。在模拟撞击实验中，工程师们用一支特殊的枪，发射了一颗直径为7.5毫米的铝弹，击中了一块试验护盾。这颗飞行速度约为每秒7千米的铝弹击穿了凯夫拉－内克斯特尔纤维，造成了一个拳头大小的洞。即便受到了如此损伤，护盾还是起到了作用——它消散了子弹的能量，从而保护了内部舱面。
为卫星通信加密
撰文｜布雷特·海明威（Brett Hemenway）比尔·韦尔泽（Bill Welser）
翻译｜郭凯声
安全多方计算协议既可保证太空中数千颗卫星互不相撞，又可以保证各卫星轨道数据不会泄露。
2009年2月，美国的“铱星33号”与俄罗斯的“宇宙2251号”卫星相撞，导致这两颗通信卫星瞬间毁灭。根据当时跟踪这两颗卫星的地面望远镜观察，它们的轨道应该是彼此错开的，然而从其中任何一颗卫星搭载的仪器所记录的数据来看，我们都会发现情况完全相反。为何操作人员没有利用来自卫星本身的位置信息呢？
轨道数据实际上是一类需要严格保密的数据，所有人都将卫星的位置和运行路线视为机密资料。拥有卫星的那些企业担心，泄露这些信息会使自己丧失竞争优势。因为把确切的定位信息分享出去，可能会向竞争对手暴露自己的实力。同时，政府也担心这些信息泄露出去会危害国家安全。但将这些信息保密可能导致卫星碰撞——即使是不严重的碰撞，也可能造成数百万美元的损失，并使碎片进入其他卫星和载人航天器（如国际空间站）的轨道。两颗卫星的碰撞事故，促使有关方面开始寻找相应的解决方案。
一种解决方案是，让世界上最大的4个卫星通信供应商，与可信赖的第三方，即美国AGI公司合作。该公司汇集了各卫星通信公司的轨道数据，能在卫星可能遇险时发出警告。不过，此项安排的前提条件是，所有卫星通信供应商与第三方必须保持信任。而随着越来越多的经营者进入这一领域，把越来越多的卫星送入轨道，这种安排常常是很难甚至是不可能实现的。
即使是不严重的碰撞，也可能造成数百万美元的损失，并使碎片进入其他卫星的轨道。
现在专家认为，加密可能是一个更好的方案，依靠它就不用再考虑相互信任的问题了。20世纪80年代，科学家开发出了一些专门的算法，可以让许多人共用私密数据，计算一个函数，同时不会泄露半点秘密。2010年，美国国防部高级研究项目局组织了几个密码专家团队，运用此技术开发了针对卫星数据共享的安全多方计算协议（MPC）。
按照这个方法，每一位参与者可以把私有数据载入自己的软件中，然后软件再根据一个公开的MPC协议来回传送信息。协议保证参与者可以计算一个期望的输出（例如卫星碰撞的概率），但不能计算除此以外的任何东西。此外，由于协议的设计是公开的，任何参与者都可以编写自己的软件客户端，不需要各方彼此信任。
轨道数据加密保护存在的一个问题是速度。计算两颗卫星发生碰撞的概率属于复杂度很高的计算：如果不考虑安全问题，计算花费的时间可以毫秒计，而这些协议如果在商用硬件上执行则需要耗时90秒。不过，随着计算能力的提高，MPC协议的实用性将会越来越高。现在美国国防部高级研究项目局的工作即将圆满结束，概念验证版的算法已准备就绪。这些协议到2015年还没有人真正在实践中应用，不过密码专家正在物色尝试者。
太空撞车
撰文：约翰·马特森（John Matson）
翻译：蒋青
2009年2月，西伯利亚上空790千米的卫星轨道上，发生了一起太空“撞车”事故：俄罗斯的卫星与美国铱星通信公司的卫星相撞了。考虑到绕地轨道上的卫星数目，这起事故并不完全出人意料。在此以前的20多年间，已经发生过3起类似事件，但情况都不算严重，产生的碎片也极少。这次“撞车”却留下了上百块卫星残骸，有些碎片还向下飘移，降到了与国际空间站相同的轨道高度。尽管相撞概率很小，但这些碎片还是可能给国际空间站里的宇航员造成严重威胁。
光帆：下一代航天器推进系统
撰文｜许杰仁（Jeremy Hsu）
翻译｜林清
太阳帆已经不再是科学幻想，科学家正在试图用太阳光作为动力，驱动航天器执行远程星际任务。
太空中没有加油站。为了把成本低、质量小的航天器送上太空执行远程任务，美国国家航空航天局和几家私人航天公司正尝试一些方法，将太阳能作为动力。这些方法包括使用太阳光光压驱动的“光帆”，以及下一代太阳能电力推进系统。一个名为“光帆2号”的私人资助的航天项目，希望将一个午餐盒大小的航天器发射到预定轨道，并展开一张约两个停车位大小的聚酯帆。一旦成功，这些技术很可能会用在美国国家航空航天局未来对火星及更远星球的探测项目上。
太阳帆并非科幻小说中的虚构之物。早在2010年，日本的“伊卡洛斯号”探测器就在执行飞往金星的星际任务时，验证了太阳帆这一概念。“光帆2号”试验由美国行星协会（世界上最大的非营利业余太空科学组织）资助，计划耗资545万美元。支持者认为，使用“光帆2号”的技术，不用推进剂，即可操控在地球轨道运行的低成本立方体卫星。“光帆2号”的表现还决定着美国国家航空航天局是否会在近地小行星侦察卫星上使用光帆技术。
莱斯·约翰逊（Les Johnson）是美国国家航空航天局马歇尔航天中心负责近地小行星侦察卫星发射任务的首席科学家。他认为：“太阳帆的真正价值在于，它可为极小的航天器提供持续微小推力。”稳定的太阳光压，大小相当于1英亩（约为4,047平方米）帆上不到1盎司（约为28克）的推力，足以让一个小型探测器逐渐加速前行。约翰逊解释说，通过调节反光角角度，可以实现对太阳帆姿态和航天器的控制。由于适用于长时间飞行，这项技术对于低成本、轻荷载的任务而言非常理想。近地小行星侦察卫星拟对一颗小行星开展的侦察任务就很适合使用这项技术。
“光帆2号”航天器（上图）会搭乘太空探索技术公司的猎鹰重型火箭升空。它会像“前辈”（下图）一样在抵达预定轨道后展开它的帆。
不过，当太阳光到达木星轨道附近时，光线会减弱，不足以驱动大多数以太阳帆为动力的飞行器。但约翰逊和美国国家航空航天局空间技术任务局的首席工程师杰弗里·希伊（Jeffrey Sheehy）都认为，这项技术有可能为星际任务铺平道路，研究人员可以用强大的激光代替太阳光，为宇宙飞船加速，从而达到光速的1/10甚至更快。一项名为“突破星击”的私人太空计划，希望能在未来30年内将这类航天器发射到距离地球最近的恒星系统——半人马座阿尔法星。
希伊认为，通过太阳能电力推进装置，阳光还能间接地驱动更大的无人或载人宇宙飞船。太阳能电池板可以为燃料推进器供电，帮助推进器将气体转化为等离子体羽流，驱动航天器。美国国家航空航天局招募了几家公司，如美国喷气发动机－火箭动力公司（全球领先的火箭推进系统制造商）和艾德·阿斯特拉火箭公司，以提升这些系统的输出功率。希伊说：“现在，我们的太阳能电力推进系统只有几千瓦的电力。我们正在努力，以达到几十千瓦电力，并在此基础上，争取达到几百千瓦的输出功率。”
话题三 熟悉又陌生的内太阳系
小行星带以内的太阳系，是人们最熟悉的宇宙空间。不过，随着越来越多的探测器的发射，人们发现内太阳系中那些再熟悉不过的天体和原来想象的并不一样。日冕为什么那么热？水星也有地质活动？火星上曾经有海洋？小行星或许是地球的生命之源？未来，这些内太阳系的天体还会带给人们更多的惊喜。
诡异的太阳
撰文｜约翰·马特森（John Matson）
翻译｜王栋
对太阳上的“针状物”的研究可能有助于解释为何太阳外层大气的温度会高于较底层大气和太阳表面。针状物从太阳色球喷发而出，对上方日冕产生加热作用。这一加热机制仍有待进一步探究。
从上世纪40年代起，太阳物理学家就被一个问题所困扰：为什么离产生热量的太阳核心很远的太阳外层大气，温度却比较底层大气和太阳表面都要高？
对此，科学家提出了多种不同的解释——从声波或者磁力波在太阳上层大气（即日冕）中耗散而释放能量，到日冕中相互缠绕的磁场线发生重联时产生的、被称为“纳耀斑”的瞬时能量爆发。现在，新一代太阳观测卫星得到的观测数据暗示，可能还存在另一种加热机制：炽热的电离气体（即等离子体）不断冲向太阳上层大气，贡献了相当可观的日冕热量。
针状物
针状物指太阳色球表面上的针状活动体。针状物可以从太阳色球一直延伸到日冕，是一种快速演化的喷流状结构，可以在日面边缘观测到。
研究人员发现，在把日冕加热到上百万开的过程中，太阳上的“针状物”可能也起了一定的作用。这是一种持续时间很短，从太阳色球（也就是较底层大气）中向上喷发的等离子体“喷泉”。“针状物”的起源，从某种程度上来说还是一个谜。这些仅仅能持续100秒的喷泉，以每秒50～100千米的速度从色球中向上喷发。该研究的第一作者巴特·德潘德约（Bart De Pontieu）打比方说，这个速度足以在几分钟内从旧金山飞到伦敦。德潘德约是位于美国加利福尼亚州帕洛阿尔托的洛克希德－马丁太阳与天体物理实验室的研究人员，他和同事的这一发现发表在《科学》杂志上。
他们研究的基础，是2010年发射的美国国家航空航天局新型“太阳动力学天文台”和2006年开始使用的日本“日出太阳卫星”的观测数据。这两个太阳观测卫星能以数秒一幅的速度拍摄高分辨率的太阳照片，这种快速观测方式对于识别和发现瞬间发生或者快速变化的现象是很有必要的。
研究人员发现，当温度高达数万开的针状物从色球升起时，会将上方日冕中的一些区域加热到100万～200万开。
新太阳卫星亮相
撰文：约翰·马特森（John Matson）
翻译：谢懿
2010年4月，一颗全新的太阳卫星正式登台亮相，公布了第一批图像和视频。美国国家航空航天局2010年2月发射的“太阳动力学天文台”，几乎能够连续不断地发回1,600万像素的太阳图像，将太阳的辐射分解到不同的波长，追踪波在太阳表面传播，测量不断变化的太阳磁场。这里显示的照片，是2010年3月30日拍摄的太阳极紫外像。假色代表了不同的气体温度：红色代表温度相对较低（大约6万度）；蓝色和绿色代表温度较高（至少100万度）。
这个天文台能够提供非常全面的信息。科学家认为，它对于太阳物理学的重要性，相当于哈勃空间望远镜对于普通天体物理学的重要性。
研究人员还不知道是什么将色球中的等离子体以如此高的速度向上抛射出去，也不清楚是什么将它们加热到了在日冕层中所能达到的极限温度。但是，针状物与日冕加热之间的联系，让我们看到了破解这桩已有70年历史的“悬案”的希望，英国伦敦大学学院的肯尼思·菲利普斯（Kenneth Phillips）评论。
美国国家航空航天局戈达德航天中心（位于马里兰州的格林贝尔特）的詹姆斯·克里姆丘克（James Klimchuk）说，虽然在太阳的一些特定区域中，针状物看起来确实是一种重要现象，但时间会告诉我们，在整个太阳的尺度上这些针状物能否按上述解释输送足够多的炽热等离子体使日冕达到超高的温度。他认为，这些新的观测结果确实“非常令人激动”，但他同时指出，自己的一些初步计算结果显示，针状物只提供了日冕中炽热等离子体中的一小部分，剩下很大一部分仍应来自于其他更常规的日冕加热机制。德潘德约对此也持谨慎态度：还不能认为日冕温度这一困扰人们许久的谜题已被彻底解决。“我认为很有必要指出，虽然我们还没有弄清楚日冕加热的问题，但我们离最终答案又近了一步，”他说，“我们最终会弄清楚，这究竟是主要加热机制还仅仅是机制之一。”
中国古代文献记录太阳活动
撰文｜雷切尔·努尔（Rachel Nuwer）
翻译｜蒋泱帅
中国古代文献先于科学记录描述了太阳活动。科学家正在解读这些古代文献，以期更好地了解太阳。
在伽利略于17世纪早期开辟现代天文学之前，关于太阳活动的记录基本上是一片空白——至少，科学家是这么认为的。为了了解更多有关这颗恒星的历史，日本京都大学的研究人员开始整理古代文献。至今，他们已经发现几十份明显与太阳黑子、极光，以及其他太阳活动相关的记录；这些数据记载的时间远早于17世纪，虽然这也意味着这些记载比伽利略的图纸需要人们更多的解读。
“尽管科学家可以利用冰芯（从冰川中取出的圆柱状冰体，可供科学家研究早期的气候变化）、树的年轮和沉积物，作为研究过去天气和气候变化的线索，但是像空间气象和极光这样的现象却基本无迹可寻，”美国国家航空航天局的空间等离子体物理学家布鲁斯·鹤谷（Bruce Tsurutani，未参与京都大学的这项研究）说，“所以，我们需要人类自己记录的信息。”
这支由京都的历史学家和天文学家组成的研究团队，分析了上百份来自中国唐代，以及日本、欧洲同时代（7～10世纪）的手稿。研究人员在文献中多次发现了关于“白虹”和“异虹”的描述。事实上，三个地区在同一时间都记录了这样的异象。相关研究结果，已经于2016年4月发表在了《日本天文学会欧文研究报告》（Publications of the Astronomical Society of Japan）的网页版上。
《天元玉历祥异赋》：这部古代中文手稿可能描述了极光现象。
论文的第一作者，就读于京都大学研究生院文学研究科的早川尚志（Hisashi Hayakawa）表示，因为地理位置相距如此远的人同时记录了这一现象，那这个现象只可能是极光。极光是由来自太阳的带电粒子与地球大气层中的粒子互相碰撞形成，通常会以环状形式出现在地球磁极上空。
该研究团队2015年还发表过一份详细的表单，列出了中国宋代（10～13世纪）的官方历史记载中最可能是在描述太阳黑子的内容。在宋代的官方记载中，古人将太阳黑子描绘成太阳上的李子、桃子和鸡蛋。研究人员总共找到了38处太阳黑子的相关描述、13处异虹或白虹的相关记录、193处其他类似极光现象的记录，并将这些内容编译到了具备搜索功能的在线开放式数据库中。
而论文的另一位作者、天文学家矶部洋明（Hiroaki Isobe）则表示，没有办法确定这些文献中记载的就是太阳的情况。解读古文是整项研究中最大的挑战，研究人员要根据被古代作者视为征兆的现象，推导出真实发生的自然事件。“对于海啸和地震的描述是很清楚的，但是历史学家很难判断‘天空呈红色’所代表的意思。”早川解释说。京都大学的研究团队希望收集更多证据，并与其他国家的同行合作，以确认研究结果的正确性。
对太阳活动的长期记录最终能揭示太阳的活动模式。比如，科学家能了解到更多地球磁极移动的信息，以及移动所带来的影响——如果有影响，也是太阳磁场活动对地球气候所造成的影响。此类记录也能让科学家更好地理解太阳耀斑。太阳耀斑会影响人造卫星，造成断电，破坏通信。“要预知未来，必须先了解过去。”矶部说。
重访水星
撰文｜任文驹（Philip Yam）
翻译｜王栋
在“水手10号”飞越水星30多年后，终于因为“信使号”对水星的探访，我们才看到了水星不为人知的一面：原来水星并不像月球那样一片死寂，在它内部也存在地质活动。“信使号”还发现了水星上卡路里盆地内部的“蜘蛛”状凹槽，这是人们以前未曾见过的独特结构。
从表面上看，布满撞击坑的水星很像月球。然而，近距拍摄的图像表明，两者之间有着很大的差别。2008年1月14日，美国国家航空航天局的“信使号”探测器第一次飞越这颗被太阳灼烤的行星时，发回了这些图像。上一次科学家们看到如此精细的图像，是通过1973年发射的“水手10号”探测器实现的。与“前辈”相比，“信使号”拥有更先进的仪器设备，拍摄水星的角度也不同，所以它获得了新的观测资料。
卡路里盆地
卡路里盆地是水星温度最高的区域。1974年“水手10号”在飞越水星时发现了这个盆地，但是当时只获得了盆地东半边影像，“信使号”则在2008年对盆地西半边进行了高分辨率成像。
利用探测器上配备的11组彩色滤镜，“信使号”的“眼睛”可以“看到”人类肉眼看不到的光波波段。它用3个不同的彩色滤镜拍摄的图像，被合成为一张假彩色照片（下左图）。从图中我们可以看到年龄不超过5亿年的年轻环形山呈现出淡淡的蓝色。它还发现了许多新形成的悬崖，或者说断层，绵延达数百千米。另一张照片（其边长对应的真实长度为200千米）显示了其中一个陡峭的断层（下右图）。这些悬崖也许是在水星内部冷却时形成的——星体冷却收缩，表面就会产生褶皱。
“信使号”探测器还确定了水星上卡路里盆地的大小。这个巨大的撞击坑直径约1,500千米，几乎是水星直径的1/3，比过去科学家们估计的直径还多出200千米，从而跻身太阳系中最大撞击坑的行列。在这个盆地内部，“信使号”还发现了当年“水手10号”没能观测到的一种独特结构，科学家们称之为“蜘蛛”。它由许多个从某个中心向外辐射的凹槽构成，这也许表明这一地区的盆地底部在盆地形成后又裂开了。
2008年10月和2009年9月，“信使号”探测器又先后2次造访了水星。2011年3月它进入了环水星轨道。此后它继续拍照，用激光测绘了水星地形，同时对这颗行星的磁层进行了探测。
“信使号”探测器的水星之旅
“信使号”探测器发射于2004年8月3日。到2009年，它共3次飞掠水星。在2011年3月18日它成功进入水星轨道，成为了首颗围绕水星运行的探测器。之前，在1973年发射的“水手10号”探测器执行的是行星飞越任务，因此只能观察到半个水星，而“信使号”执行的是环绕行星轨道的任务，因此可以探测整个水星表面。
在我们对水星的了解上，“信使号”探测器功不可没。探测期间，“信使号”捕获到大量水星表面的影像信息，其中一幅照片上的陨坑群的形状酷似米老鼠。此外，“信使号”还揭示了水星的5个秘密。第一，水星的南极和北极拥有不对称的磁场。第二，水星与太阳之间的距离对水星的钙、镁和钠的含量有重大影响。第三，水星的两极存在冰和有机物。第四，水星的核心由铁组成，其中一部分是液态。第五，水星表面的硫含量非常高。
水星有水冰
撰文｜约翰·马特森（John Matson）
翻译｜高瑞雪
昼夜温差极大的水星上，可能有水存在吗？对水星的新探测似乎给出了肯定的答案——在那样严酷的环境下竟然可能存在水，而水星的极地陨石坑则可能是冰沉积物的藏身之处。
水星是距离太阳最近的行星，那是一个极端的世界。白天，水星赤道附近的气温可以飙升到400℃，在那样的高温下，连铅都会熔化。然而，当白昼过去，夜晚来临，水星表面的温度又会猛跌到－150℃以下。
尽管如此，这个极端世界里还是有一些地方气温略微稳定。在水星的极地陨石坑内，由于坑口阴影的遮挡，有些区域终年不见天日。那里的温度在整个“水星日”里都是很低的。长期以来一直存在这样的假设：水星在太阳的眼皮底下，把几袋子冰塞到阴暗的陨石坑里藏了起来。2012年3月的年度月球与行星科学大会公布了美国国家航空航天局“信使号”水星探测器新传回的数据，数据证明这个假设是正确的。
2011年，“信使号”进入水星轨道，开始以前所未有的精度对这颗太阳系最内侧的行星进行测绘。通过“信使号”探测得到的极地陨石坑地图，与以前通过地球雷达得到的水星极地图像精确吻合。地球雷达得到的图像上显示出了不规则的亮点，即一些小块区域的无线电波反射远高于四周，就像那里有冰存在似的。
但雷达热点还标示出了一些小陨石坑，以及在低纬度地区的陨石坑。这些陨石坑的底部温度可能不太适宜冰的存在。在这里，冰沉积物可能会需要一层薄薄的“隔热毯”，也许是一层由细微颗粒组成的表层介质或风化层，从而使冰不会升华。
风化层
风化层指地表岩石经风化后的残积物形成的堆积层。风化层在月球、水星、小行星、彗星等天体中都可找到。
事实上，“信使号”的数据似乎证实了，在陨石坑内，确实有些隔热物质覆盖着冰。由于覆盖着含有机化合物的深色风化层，陨石坑阴影处的温度恰好可以存在冰沉积物，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的戴维·佩奇（David Paige）解释道。
佩奇说，从现在的证据来看，那些亮点的主要成分，明显就是水冰。
“信使号”测绘的水星陨石坑。黄色标示出的雷达亮点可能标志着冰沉积物的存在。
湿润的火星有点“酸”
撰文｜萨拉·辛普森（Sarah Simpson）
翻译｜刘鑫华
如今的火星一片荒凉，红色的表面沙石裸露，死寂一片。但谁能想到，在10亿年前甚至更早之前，火星却是一个湿润的星球。那时候温室气体包裹着火星，由此产生的温室效应造就了火星潮湿的环境。科学家们猜想，除了二氧化碳，二氧化硫也曾“现身”火星大气，为温室效应推波助澜。
在火星上，由潮湿环境留下的痕迹比比皆是：冲刷形成的深河谷、辽阔的三角洲，还有广泛分布的海洋蒸发残迹。这些线索让许多专家深信，在10亿年甚至更早之前，这颗红色星球的大部分地区曾经被液态水覆盖。不过，科学家的大部分努力都是为了解释，曾经宜人的火星气候为何会变得如此干燥。今天的火星寒冷而干燥，如果过去真的存在湿润气候，火星就必须拥有一个能够有效产生温室效应的大气来维持这一气候。火山喷发可能会形成厚厚一层二氧化碳吸热层，把年轻的火星紧紧包裹起来，但是火星气候变化模型一次又一次表明，仅凭二氧化碳的升温作用，还不足以让火星表面的温度维持在冰点以上。
今天的火星土壤中普遍含有硫化物，受到这一惊人发现的启迪，科学家们开始猜想，过去的火星大气中除了二氧化碳，也许还存在另外一种温室气体——二氧化硫。
与二氧化碳类似，二氧化硫也是火山喷发时经常释放的一种气体，而在火星仍然年轻的时候，火山喷发非常频繁。美国哈佛大学的地球化学家丹尼尔·施拉格（Daniel P. Schrag）解释，早期的火星大气中，只要存在万分之一甚至十万分之一的二氧化硫，就可以助温室效应一臂之力，让这颗红色行星保持湿润。
被火星探测车的车轮翻起的土壤中存在含硫矿物（白色），它们只能在有水的环境中形成。
这样的浓度听起来似乎不高，但是对于许多气体来讲，即使要在大气中维持很低的浓度也非常困难。在地球上，二氧化硫只要进入大气，几乎立刻就会和氧气结合形成硫酸盐，不能造成显著的长期增温效应。不过，早期火星大气中可能根本没有氧气，因此二氧化硫在大气中停留的时间应该要长得多。
施拉格说：“如果把大气中的氧气全部拿走，这将是个影响深远的变化，整个大气的运转都会有明显的不同。”按照施拉格及其同事的说法，这种差异还暗示，二氧化硫在火星水循环中扮演着重要角色——这也就解决了火星上的另一道气候难题：石灰岩等碳酸盐岩的缺乏。
施拉格领导的课题组认为，在早期的火星上，大部分二氧化硫都会和大气中的水滴结合，以硫酸雨的形式落到火星表面，而不像地球上那样直接转化为硫酸盐。酸雨应该会抑制火星上石灰岩和其他碳酸盐岩的形成。
在地球上，富含二氧化碳的潮湿大气会自然形成碳酸盐岩，因此研究人员曾经推测，火星上也应该到处都有碳酸盐岩。在数百万年的时间里，这种岩石形成过程会把早期火山喷出的绝大部分二氧化碳束缚起来，从而阻碍了二氧化碳在大气中的积累。二氧化硫可以抑制早期火星上的这种二氧化碳束缚过程，迫使更多二氧化碳逗留在大气之中——施拉格指出，这是二氧化硫增强温室效应的另一种方法。
寻找亚硫酸盐
如果二氧化硫使早期火星保持温暖，就像这个新假说所猜测的那样，一种被称为亚硫酸盐的矿物，就会在长期存在地表水的地方形成。目前，火星上还没有发现亚硫酸盐，也许这是因为没有人去寻找它们。“好奇号”火星探测车，配备了精良的装备来搜寻这种矿物。这辆探测车是第一个携带X射线衍射仪着陆火星的探测器。这台设备可以扫描并辨认探测车遇到的任何矿物的晶体结构。
一些科学家质疑，二氧化硫是不是真的能够胜任改变气候的重任。美国宾夕法尼亚州立大学的大气化学家詹姆斯·卡斯廷（James F. Kasting）指出，就算大气中没有氧气，二氧化硫也极不稳定，那么阳光中的紫外线辐射就能轻易分解二氧化硫分子。地球早期气候经常被用来与火星早期进行比较，在卡斯廷为地球早期气候建立的计算机模型中，阳光分解二氧化硫的过程使这种气体的浓度只能达到施拉格及其同事描述量的千分之一。卡斯廷说：“也许某些方法可以让他们的想法具有可行性，但必须先建立一个详尽的气候模型，才能说服我和其他持怀疑态度的人相信他们的观点。”
