【天文学家首次发现太阳系外行星的磁场特征】
一个国际天文学家小组通过利用哈勃太空望远镜的数据发现了太阳系外的一颗行星上的磁场特征。他们在发表在《Nature Astronomy》的论文中描述了这一发现--其标志着首次在一颗系外行星上看到这样的特征。
该小组利用哈勃观测到了系外行星HAT-P-11b，这是一颗离地球123光年、如海王星大小的一颗行星，它在所谓的“过境”中六次直接穿过其主星的表面。观测是在紫外光谱中进行的，这正好超出了人眼所能看到的范围。
哈勃检测到碳离子--跟磁场相互作用的带电粒子--在所谓的磁层中围绕着该行星。磁层是天体周围的一个区域，它是由天体跟宿主恒星发出的太阳风相互作用形成的。
亚利桑那大学月球和行星实验室的兼职研究教授、该论文的共同作者之一Gilda Ballester表示：“这是第一次在我们太阳系以外的行星上直接检测到系外行星的磁场特征。像地球这样的行星上的强磁场可以保护其大气层和表面免受构成太阳风的高能粒子的直接轰击。这些过程严重影响了像地球这样的行星上的生命进化，因为磁场可以保护生物体免受这些高能粒子的影响。”
HAT-P-11b磁层的发现是朝着改善对系外行星的可居住性的理解迈出的重要一步。研究人员表示，并非我们太阳系中的所有行星和卫星都有自己的磁场，而且磁场和行星的可居住性之间的联系仍需要更多的研究。
地球和HAT-P-11b的磁层中的物理学原理是相同的，不过这颗系外行星离它的恒星非常近--仅仅是地球到太阳距离的1/20--这导致它的上层大气变暖并基本上处于“沸腾”状态且一直延伸到太空，这使其形成了磁尾现象。
此外，研究人员还发现，HAT-P-11b的大气层的金属性--一个天体中比氢和氦更重的化学元素的数量--低于预期。在我们的太阳系中，海王星和天王星这两颗冰冷的气体行星富含金属但磁场较弱，而木星和土星这两颗更大的气体行星则具有较低的金属性和强大的磁场。研究人员们指出，HAT-P-11b的低大气金属性挑战了目前的系外行星形成模型。
一个国际天文学家小组通过利用哈勃太空望远镜的数据发现了太阳系外的一颗行星上的磁场特征。他们在发表在《Nature Astronomy》的论文中描述了这一发现--其标志着首次在一颗系外行星上看到这样的特征。
该小组利用哈勃观测到了系外行星HAT-P-11b，这是一颗离地球123光年、如海王星大小的一颗行星，它在所谓的“过境”中六次直接穿过其主星的表面。观测是在紫外光谱中进行的，这正好超出了人眼所能看到的范围。
哈勃检测到碳离子--跟磁场相互作用的带电粒子--在所谓的磁层中围绕着该行星。磁层是天体周围的一个区域，它是由天体跟宿主恒星发出的太阳风相互作用形成的。
亚利桑那大学月球和行星实验室的兼职研究教授、该论文的共同作者之一Gilda Ballester表示：“这是第一次在我们太阳系以外的行星上直接检测到系外行星的磁场特征。像地球这样的行星上的强磁场可以保护其大气层和表面免受构成太阳风的高能粒子的直接轰击。这些过程严重影响了像地球这样的行星上的生命进化，因为磁场可以保护生物体免受这些高能粒子的影响。”
HAT-P-11b磁层的发现是朝着改善对系外行星的可居住性的理解迈出的重要一步。研究人员表示，并非我们太阳系中的所有行星和卫星都有自己的磁场，而且磁场和行星的可居住性之间的联系仍需要更多的研究。
地球和HAT-P-11b的磁层中的物理学原理是相同的，不过这颗系外行星离它的恒星非常近--仅仅是地球到太阳距离的1/20--这导致它的上层大气变暖并基本上处于“沸腾”状态且一直延伸到太空，这使其形成了磁尾现象。
此外，研究人员还发现，HAT-P-11b的大气层的金属性--一个天体中比氢和氦更重的化学元素的数量--低于预期。在我们的太阳系中，海王星和天王星这两颗冰冷的气体行星富含金属但磁场较弱，而木星和土星这两颗更大的气体行星则具有较低的金属性和强大的磁场。研究人员们指出，HAT-P-11b的低大气金属性挑战了目前的系外行星形成模型。
探寻婴儿宇宙的原初引力波在高能物理“沙漠”中寻找“绿洲”
目前，人类探索宇宙起源的主要科技手段是搜寻来自宇宙创生时期的时空涟漪，也就是原初引力波。这是因为原初引力波就是宇宙大爆炸的创世余晖，它就像留声机一样忠实地记录了宇宙在古早时期所发生的一切。
近日，在一项最新的科学研究中，中国科学技术大学蔡一夫教授所带领的国际合作团队发现了婴儿宇宙处在高能物理的“沙漠”能区时，存在着发生原初引力波非线性共振的理论现象。
在一些原本被认为几乎不可能被探明的宇宙起源理论模型中，原初引力波的信号可以通过这个非线性的现象过程，被共振放大4至6个数量级，甚至可以更大，从而被原初引力波探测器所检测到。这就犹如在深谷中高声语，未见其人，已闻其声。这一最新研究成果为目前国际上正在积极推进的原初引力波探测实验建设提供了重要的科学目标；同时也为搜寻超出粒子物理标准模型的高能新物理打开了一扇窗口。
该研究成果发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上。
高能物理的“沙漠”能区
我们的宇宙，犹如一名正在成长的孩童，夜幕下能看得见的那些璀璨繁星都是依附在物质和暗物质共同组成的大尺度结构这一宇宙“骨骼”上生长出来的。
不妨闭上眼睛想象一下，如果逆着时间之矢追根溯源，宇宙中所有的物质和暗物质，都曾经以极为微小的基本粒子形态存在于婴儿时期的宇宙中。由于那时的宇宙温度远远高于现在，因此描绘这些基本粒子的物理属性已经超出了目前教科书上所介绍的知识范畴，这也就意味着当时宇宙所发生和所经历的一切都属于粒子物理标准模型之外的高能区新物理。与此同时，由于当前人类科技能力的约束，在高能物理实验中能制备的或者能触及的最高温度（也就是能标），远远低于婴儿时期的宇宙能标。这就导致了人类想要探明这片陌生的物理世界时变得十分被动。因此，科学家常常将这一时期称为高能物理的“沙漠”能区。
目前，人类探索宇宙起源的主要科技手段是搜寻来自宇宙创生时期的时空涟漪，也就是原初引力波。这是因为原初引力波就是宇宙大爆炸的创世余晖，它就像留声机一样忠实地记录了宇宙在古早时期所发生的一切。
这些时空波动的幅度大小直接由婴儿时期的宇宙能标所决定的，所以是否有机会探测到这些时空波动的关键，就是看人类能否触及到当时的宇宙能标。
引力波探测也是人类寻找超出粒子物理标准模型新物理的手段之一。引力波探测的科学目标，还有相变引力波、原初黑洞诱生引力波等。除了原初引力波外，其他科学目标要么离高能物理的“沙漠”能区相差甚远，探测不到新物理；要么其背后的物理还存在着理论上的不确定性。只有原初引力波存在的前提假设，只需热大爆炸宇宙学说成立即可，而这一点早已被多个宇宙学观测所佐证。因此，对原初引力波的科学探索成为了人类走出婴儿宇宙的“沙漠”能区并找到新物理的关键线索。
“少了”原初引力波的暴胀学说
作为宇宙起源的主流学说，同时也是高能区新物理的代表性学说，暴胀宇宙的学术观点认为，我们的宇宙在大爆炸创生之后约10-30秒的一瞬间，体积被急剧地放大了约1080倍。这个时候的宇宙生机勃勃，不断快速地自我复制繁殖，并迅速成长壮大。
这一观点能够从科学观测上找到蛛丝马迹：宇宙在婴儿时期所形成的原初物质以及伴随产生的量子涨落，最终演化形成了大尺度结构，正如本文开端所提到的夜幕繁星和这背后看不见的暗物质等结构，恰好跟人类目前所能探明的大尺度结构不谋而合；此外，原初物质分布决定了今天的宇宙温度，原初的量子涨落也决定了今天的宇宙温度当中存在着涟漪，这恰好为人类的微波探测技术提供了另一个探究婴儿宇宙的重要线索，即宇宙微波背景辐射天图。
然而，暴胀学说的另一个重要预言——原初引力波，却迟迟未能在科学探测中被捕获。不过，2017年诺贝尔物理学奖花落双黑洞并合所产生的引力波实验发现者，为人类进一步寻找原初引力波注入了强大的科研信心。因此，目前原初引力波已成为了国内外多个宇宙学实验的重点搜寻对象。一旦人类能够成功捕获原初引力波，将为宇宙是否发生过极早期的暴胀过程进行盖棺定论性的检验，并能精确测定超出粒子物理标准模型的高能区新物理所发生的能标。然而，如前文所述，如果暴胀恰好发生在婴儿宇宙的高能物理“沙漠”能区，高于当前人类能触及的最高能标，也就是对撞机实验能标，但又远远低于相互作用大统一的理论能标（一般认为这个理论能标是新物理封顶的最高能标），那么相应产生的原初引力波信号幅度会变得非常小，几乎不可能被目前的宇宙学探测技术所察觉。因此传统的学术观点认为，在这个能区范围去搜寻原初引力波以及它背后的新物理将是“不可能完成的任务”。
新物质场“放大”原初引力波
在此次研究中，蔡一夫国际团队引入了一个具有参数共振演化行为的重场，这个新引入的物质场并不会对背景演化以及当前的宇宙学观测进行干扰，但是它可以与原初引力波发生非线性的相互耦合，这样就可以为原初引力波的共振增益提供充足的能量来源。并且，由于暴胀背景演化的特殊动力学性质（慢滚暴胀动力学），导致了被引入的重场和传统的原初物质扰动之间几乎互不干扰。因此，这就确保了暴胀学说与当前的宇宙学观测能够保持完美的契合。在上述研究论文中，作者通过构造一个具体的模型，精准地论证了即便婴儿宇宙是在超出粒子物理标准模型的“沙漠”能区经历的暴胀过程，也能够产生足够大的原初引力波，从而理论上说明高能物理的“沙漠”也可能存在生机盎然的新物理“绿洲”。
值得一提的是，根据该研究的预分析，通过非线性共振过程产生原初引力波的新理论起源机制有望在将来的宇宙微波背景辐射偏振实验当中进行观测检验，这类实验是通过在宇宙微波背景辐射的偏振天图中进行观察分析其图像信息来提取原初引力波信号。这就为当前正在如火如荼地发展当中的原初引力波探测实验，如中国的阿里原初引力波实验等，提供了重要的科学目标。（作者系中国科学技术大学物理学院天文学系博士生）
来源：科技日报
目前，人类探索宇宙起源的主要科技手段是搜寻来自宇宙创生时期的时空涟漪，也就是原初引力波。这是因为原初引力波就是宇宙大爆炸的创世余晖，它就像留声机一样忠实地记录了宇宙在古早时期所发生的一切。
近日，在一项最新的科学研究中，中国科学技术大学蔡一夫教授所带领的国际合作团队发现了婴儿宇宙处在高能物理的“沙漠”能区时，存在着发生原初引力波非线性共振的理论现象。
在一些原本被认为几乎不可能被探明的宇宙起源理论模型中，原初引力波的信号可以通过这个非线性的现象过程，被共振放大4至6个数量级，甚至可以更大，从而被原初引力波探测器所检测到。这就犹如在深谷中高声语，未见其人，已闻其声。这一最新研究成果为目前国际上正在积极推进的原初引力波探测实验建设提供了重要的科学目标；同时也为搜寻超出粒子物理标准模型的高能新物理打开了一扇窗口。
该研究成果发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上。
高能物理的“沙漠”能区
我们的宇宙，犹如一名正在成长的孩童，夜幕下能看得见的那些璀璨繁星都是依附在物质和暗物质共同组成的大尺度结构这一宇宙“骨骼”上生长出来的。
不妨闭上眼睛想象一下，如果逆着时间之矢追根溯源，宇宙中所有的物质和暗物质，都曾经以极为微小的基本粒子形态存在于婴儿时期的宇宙中。由于那时的宇宙温度远远高于现在，因此描绘这些基本粒子的物理属性已经超出了目前教科书上所介绍的知识范畴，这也就意味着当时宇宙所发生和所经历的一切都属于粒子物理标准模型之外的高能区新物理。与此同时，由于当前人类科技能力的约束，在高能物理实验中能制备的或者能触及的最高温度（也就是能标），远远低于婴儿时期的宇宙能标。这就导致了人类想要探明这片陌生的物理世界时变得十分被动。因此，科学家常常将这一时期称为高能物理的“沙漠”能区。
目前，人类探索宇宙起源的主要科技手段是搜寻来自宇宙创生时期的时空涟漪，也就是原初引力波。这是因为原初引力波就是宇宙大爆炸的创世余晖，它就像留声机一样忠实地记录了宇宙在古早时期所发生的一切。
这些时空波动的幅度大小直接由婴儿时期的宇宙能标所决定的，所以是否有机会探测到这些时空波动的关键，就是看人类能否触及到当时的宇宙能标。
引力波探测也是人类寻找超出粒子物理标准模型新物理的手段之一。引力波探测的科学目标，还有相变引力波、原初黑洞诱生引力波等。除了原初引力波外，其他科学目标要么离高能物理的“沙漠”能区相差甚远，探测不到新物理；要么其背后的物理还存在着理论上的不确定性。只有原初引力波存在的前提假设，只需热大爆炸宇宙学说成立即可，而这一点早已被多个宇宙学观测所佐证。因此，对原初引力波的科学探索成为了人类走出婴儿宇宙的“沙漠”能区并找到新物理的关键线索。
“少了”原初引力波的暴胀学说
作为宇宙起源的主流学说，同时也是高能区新物理的代表性学说，暴胀宇宙的学术观点认为，我们的宇宙在大爆炸创生之后约10-30秒的一瞬间，体积被急剧地放大了约1080倍。这个时候的宇宙生机勃勃，不断快速地自我复制繁殖，并迅速成长壮大。
这一观点能够从科学观测上找到蛛丝马迹：宇宙在婴儿时期所形成的原初物质以及伴随产生的量子涨落，最终演化形成了大尺度结构，正如本文开端所提到的夜幕繁星和这背后看不见的暗物质等结构，恰好跟人类目前所能探明的大尺度结构不谋而合；此外，原初物质分布决定了今天的宇宙温度，原初的量子涨落也决定了今天的宇宙温度当中存在着涟漪，这恰好为人类的微波探测技术提供了另一个探究婴儿宇宙的重要线索，即宇宙微波背景辐射天图。
然而，暴胀学说的另一个重要预言——原初引力波，却迟迟未能在科学探测中被捕获。不过，2017年诺贝尔物理学奖花落双黑洞并合所产生的引力波实验发现者，为人类进一步寻找原初引力波注入了强大的科研信心。因此，目前原初引力波已成为了国内外多个宇宙学实验的重点搜寻对象。一旦人类能够成功捕获原初引力波，将为宇宙是否发生过极早期的暴胀过程进行盖棺定论性的检验，并能精确测定超出粒子物理标准模型的高能区新物理所发生的能标。然而，如前文所述，如果暴胀恰好发生在婴儿宇宙的高能物理“沙漠”能区，高于当前人类能触及的最高能标，也就是对撞机实验能标，但又远远低于相互作用大统一的理论能标（一般认为这个理论能标是新物理封顶的最高能标），那么相应产生的原初引力波信号幅度会变得非常小，几乎不可能被目前的宇宙学探测技术所察觉。因此传统的学术观点认为，在这个能区范围去搜寻原初引力波以及它背后的新物理将是“不可能完成的任务”。
新物质场“放大”原初引力波
在此次研究中，蔡一夫国际团队引入了一个具有参数共振演化行为的重场，这个新引入的物质场并不会对背景演化以及当前的宇宙学观测进行干扰，但是它可以与原初引力波发生非线性的相互耦合，这样就可以为原初引力波的共振增益提供充足的能量来源。并且，由于暴胀背景演化的特殊动力学性质（慢滚暴胀动力学），导致了被引入的重场和传统的原初物质扰动之间几乎互不干扰。因此，这就确保了暴胀学说与当前的宇宙学观测能够保持完美的契合。在上述研究论文中，作者通过构造一个具体的模型，精准地论证了即便婴儿宇宙是在超出粒子物理标准模型的“沙漠”能区经历的暴胀过程，也能够产生足够大的原初引力波，从而理论上说明高能物理的“沙漠”也可能存在生机盎然的新物理“绿洲”。
值得一提的是，根据该研究的预分析，通过非线性共振过程产生原初引力波的新理论起源机制有望在将来的宇宙微波背景辐射偏振实验当中进行观测检验，这类实验是通过在宇宙微波背景辐射的偏振天图中进行观察分析其图像信息来提取原初引力波信号。这就为当前正在如火如荼地发展当中的原初引力波探测实验，如中国的阿里原初引力波实验等，提供了重要的科学目标。（作者系中国科学技术大学物理学院天文学系博士生）
来源：科技日报
如果不是长津湖，想必这位同行还不知道“冻土豆”吧！爱国主义教育重在平时，卡在这样的节点，除了博眼球作秀还有啥教育意义？如果这样干脆英语也不要学了，物理学也停止研究吧，那毕竟是西方的产物！格局呢？文化自信呢？不过个洋节就爱国了？和那些抵制外国产品的“智障”有何区别？教育学生，是让他们铭记历史，热爱国家，尊重自己的文化，继承民族精神，时刻有居安思危的意识，而不是格局小到抵制外国文化输出，更多地是有那么一天能实现像大钊先生说过的，未来有那么一天“全球必将是赤旗的世界！”[加油][加油][加油][加油][加油][加油] https://t.cn/R2Wx9Jd
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