14. 发现隐形星系
当一位天文学家发现一颗新彗星时，彗星会以他的名字命名，所以也许我们应该以加州大学圣地亚哥分校的尼尔·达拉尔（Neal Dalal）和马萨诸塞州剑桥史密森尼天体物理观测站的克里斯托弗·科恰内克（Christopher Kochanek）的名字命名宇宙的90%。两人报告了迄今为止最直接的证据，证明了宇宙学调查中失踪的隐形质量。
科学家们得出结论，宇宙的绝大部分由不发出光的奇异暗物质组成。暗物质显然无法观测，但它应该产生引力拉动，塑造星系群的行为。在它的影响下，像我们自己的中等大小星系应该被较小的星系群包围。“银河系周围的区域应该看起来像后发座星系团，”科恰内克说，他指的是一个著名的、密集的星系群。相反，银河系只有两个突出的卫星星系。
达拉尔和科恰内克假设卫星星系可能存在，但它们可能是黑暗的。为了找出答案，他们研究了遥远的星系，这些星系的光被其他更近的星系的引力扭曲了。这种扭曲通常会产生多个远程物体的图像；每个图像的亮度取决于中间星系周围的质量分布。研究人员发现，一些重复的图像比其他图像更亮。这些变化表明引力场不均匀，这表明中间星系被小型、看不见的伴星系包围。这些伴星系可能几乎完全由暗物质组成。
科恰内克说，银河系也可能被缺少形成恒星所需普通物质的小星系包围。“如果你抛弃所有的气体和恒星，你只损失了10%的质量，”他说。“从它们的引力效应来看，你是否摆脱了普通物质并不重要。” — 杰弗里·温特斯
61. 煤炭般黑的彗星
彗星应该是大块的冰和尘埃——天文学术语中的“脏雪球”——但迄今为止对彗星表面最彻底的研究揭示了一个比撒哈拉沙漠中午更热的骨干地貌。
2001年9月，美国宇航局的“深度空间1号”飞船从一颗有点烧焦、没有多少彗尾的博雷利彗星（Borrelly）1350英里处掠过。去年春天公布的相遇结果显示，博雷利彗星远非冰的仙境。表面异常黑暗——像复印机墨粉一样黑——并覆盖着斑驳的标记。发射气体和尘埃喷流的活跃区域只覆盖了表面的10%；其余部分似乎处于休眠状态且干燥。“这些照片告诉我们，彗核远比我们想象的复杂，”美国地质调查局的劳伦斯·索德布洛姆（Laurence Soderblom）说，他是探测器成像团队的负责人。
索德布洛姆说，博雷利彗星表面的温度在80到161华氏度之间。在这种高温下，暴露的冰会迅速汽化。大部分地表水似乎已耗尽，留下了一层厚厚的黑色有机物质。但索德布洛姆确信彗星中仍含有太阳系早期遗留的水。“我们知道冰在那里；它只是隐藏得很好，”他说。——菲利普·鲍尔
10. 是的，弗吉尼亚，确实有大爆炸 科学家们使用位于10,000英尺高的南极冰盖顶部的射电望远镜，探测到了来自大爆炸的140亿年前的模式。芝加哥大学和加州大学伯克利分校的研究人员在9月份公布的这些发现，支持了关于宇宙如何形成的领先理论。
根据该模型，宇宙最初是一个由不断相互作用的粒子和辐射组成的炽热、无形的云。在大爆炸40万年后，它膨胀并冷却到足以使电子和质子结合成中性原子，这些原子不再与周围的辐射相互作用。“在那时，宇宙变得透明了，”芝加哥大学团队的天体物理学家克莱姆·普赖克（Clem Pryke）说。原始辐射得以自由传播，并自那时以来一直在宇宙中穿行，产生了被称为宇宙微波背景的辉光。
早期宇宙中的大规模流动应该使最后一轮散射辐射极化，导致波优先排列。这种辐射，现在被视为微波，仍然应该在天空的某些地方显示出排列的痕迹。普赖克使用位于南极附近的微波望远镜——度角尺度干涉仪（Degree Angular Scale Interferometer）——寻找极化波。他和他的团队检查了天空中的两块区域，每块大约是满月的七倍宽。他们发现了一个微弱但清晰的信号。
这一发现让宇宙学家松了一口气，他们的理论越来越多地融入了诸如不可见物质和能量等推测性元素。“尽管我们不知道暗物质和暗能量是什么，但我们已经对它们的行为方式做出了假设，并将其纳入我们的模型中，”普赖克说。“因此，测量我们从模型中预期的极化表明我们知道我们在说什么。如果我们没有发现它，宇宙学就会陷入混乱。” — 凯茜·A·斯维蒂尔
75. 你的宇宙是什么颜色？ 从时尚的角度来看，宇宙似乎停留在20世纪70年代。一月份，两位天文学家宣布宇宙的整体颜色是迷幻的青绿色。然后，仿佛受到了情绪环变化的影响，研究人员撤回了他们的结果，并说，不，宇宙更像是粉米色。
约翰霍普金斯大学巴尔的摩分校的卡尔·格莱兹布鲁克（Karl Glazebrook）和伊万·巴尔德里（Ivan Baldry）处理了来自2dF星系红移巡天的数据——一项对20多万个星系的研究——并对所有这些恒星的光进行了平均。研究人员的目标是确定宇宙的净颜色——如果人们能以某种方式从宇宙外部观测它，他们会看到什么。
不幸的是，当格莱兹布鲁克和巴尔德里试图将混合光与特定颜色匹配时，他们被计算机色彩匹配程序中的一个错误绊倒了。“青绿色是一个相当奇怪的答案，”格莱兹布鲁克承认。“当色彩科学家开始查看我们的光谱时，这个错误很快就出现了。” 宇宙是粉米色的，因为大多数恒星都比我们的太阳更古老、更红。那种颜色也会改变。随着恒星的老化和死亡，宇宙会随着时间的推移变得更红——“除非我们与邻近的宇宙或其他什么东西相撞，”格莱兹布鲁克说。那真的会改变一切。 — 杰弗里·温特斯
69. 美国宇航局对月球成分的修正观点：外酥里软 与拥有喷发火山和漂移大陆的地球相比，月球看起来异常静止。即使是月球的“海洋”——巨大的熔岩洪流所在地——也已经固化了数十亿年。但深处，生命之火仍在微弱地燃烧。美国宇航局加利福尼亚州帕萨迪纳喷气推进实验室的研究人员最近发现了月球有一个炽热液态中心的证据。
喷气推进实验室研究科学家詹姆斯·威廉姆斯（James Williams）使用旧工具进行了新的研究：一套由阿波罗宇航员30多年前留在月球表面的二氧化硅反射器。通过激光束反射这些反射器，威廉姆斯以前所未有的精度测量了月球的位置，精确到一英寸以内。通过这种方式，他能够研究月球在地球引力作用下被挤压和拉动时形状的极其细微的变化。这些变形表明月球中心高度可塑，很可能是因为它仍然处于熔融状态。威廉姆斯估计月球核心直径约为400英里，几乎是月球总直径的五分之一，尽管确切的大小取决于其成分。“核心固化时的温度取决于它的构成，”他说。它可能由铁或更容易熔化的铁硫混合物组成。两次日本月球任务，2004年的“月球A”和2005年的“塞琳1号”，将有助于确定月球中心究竟在“烹饪”什么。 — 杰弗里·温特斯
34. 银河冰河时代威胁 当一位同事问他附近超新星爆炸可能如何影响地球生命时，耶路撒冷希伯来大学的天体物理学家尼尔·沙维夫（Nir Shaviv）以为他知道会发生什么：大量辐射引起的突变。相反，他发现最大的影响将来自气候灾难。沙维夫报告说，当我们的太阳系穿过富含超新星的区域时，地球可能会经历一系列冰河时代。
总的来说，超新星是罕见的，但当太阳系绕银河系运行时，它有时会穿过我们星系的一个旋臂，那里有大量的巨大恒星形成并爆炸为超新星。所有这些爆炸都使旋臂充满了宇宙射线，这些原子碎片以接近光速的速度运动。沙维夫测量了陨石中宇宙射线暴露的强度，发现它每1.4亿年达到峰值，每个峰值大概记录了一次穿过旋臂的经历。
其他研究人员已经证明，宇宙射线在撞击大气层时会产生云；云反过来可能引发全球降温。沙维夫推断，银河系旋臂中的宇宙射线风暴可能引发地球上的冰河时代。他发现，宇宙射线峰值的时间大致与主要冰川时期的平均间隔相符。事实上，过去3000万年的气候——在此期间我们一直在穿越其中一个银河系旋臂——确实比平均水平更冷。我们目前温暖的气候部分归因于太阳活动暂时增加，这偏转了一些宇宙射线。“上个世纪全球变暖的一半可以归因于太阳，”沙维夫说。 — 杰弗里·温特斯
88. 地球新增腰围的奇怪案例 即使是注重健康的人，随着年龄增长，腹部也容易长几磅肉。令人惊讶的是，同样的事情也发生在我们的星球上：八月份，研究人员报告说地球的腰围正在增加。自1970年代以来，研究人员通过测量地球引力如何影响卫星轨道来监测地球质量分布的变化。主要因素是高纬度地区逐渐反弹，这些地区在1万年前被冰川覆盖。结果，地球的质量一直稳定地向两极移动——直到几年前。
“突然间，在1998年的数据中，赤道地区的引力场开始增强，两极地区开始减弱，”雷神公司研究科学家克里斯托弗·考克斯（Christopher Cox）说。（数据分析花了很长时间，所以考克斯和他的合作者，美国宇航局戈达德太空飞行中心的地球物理学家本·赵（Ben Chao），直到去年才看到这种变化。）他最初认为这种变化可能是全球变暖的结果，因为融化的极地冰流向赤道。“但如果你把所有的水都倒入海洋，你会在海平面上看到它，而我们却没有，”考克斯说。其他可能的罪魁祸首，如地核中的迁移流，也无法产生如此大的影响。
最有可能的是，这个隆起表明了海洋环流的变化。国家原子钟的守护者可能已经注意到了它的影响。增加的赤道质量有助于解释地球自转的轻微减速。即使对于行星来说，增加的重量也会导致更久坐的生活方式。 — 杰弗里·温特斯
38. 发现冥王星的“表亲” 太阳系外围边缘的暮光区，发现的步伐正在加快。十年前，天文学家开始发现大型小行星般的物体在冥王星附近缓慢环绕。现在，加州理工学院的行星科学家查德·特鲁希略（Chad Trujillo）和他的同事迈克·布朗（Mike Brown）发现了一块近800英里宽的巨大岩石和冰块，这是太阳系中发现的最大的矮行星。
两位研究人员在检查帕洛马天文台奥辛望远镜拍摄的数字天空图像时，于6月4日发现了一个以前未知的物体。特鲁希略将其命名为瓜奥尔（Quaoar，发音为kwah-o-wahr），以加利福尼亚本地通瓦人神话中的一个人物命名。在他们的故事中，瓜奥尔是伟大的创造力量，一个无形的存在，通过舞蹈和歌唱来创造天空之父和大地之母。在我们的太阳系中，瓜奥尔可能是一个创造的遗迹，一个模糊了小行星和行星界限的天体。初步研究表明，它距离太阳约40亿英里，直径是冥王星的一半以上。
特鲁希略说，瓜奥尔表面黑暗，“可能由一半岩石和一半冰组成。” 它沿着一个大致圆形的轨道运行，每286年绕太阳一周。像过去三年中发现的其他三个大型外太阳系天体一样——包括2000年发现的560英里宽的瓦鲁纳（Varuna）——瓜奥尔位于柯伊伯带，一个位于海王星之外的广阔小行星带。这些天体可能自46亿年前太阳系形成以来一直处于深度冰冻状态。“我们的目标是搜索天空中的这些大型柯伊伯带天体，”特鲁希略说。“我们认为可能还有八到十个尚未被发现，其中一些可能比冥王星更大。” — 凯茜·A·斯维蒂尔
6. 美国宇航局终于在火星上发现水 火星曾是一个富含水、拥有河流和湖泊的世界，可能有利于生命存在吗？这颗行星的表面布满了似乎是洪水侵蚀的峡谷，但科学家们一直未能找到无可争议的大规模现存水沉积物的证据。二月份，美国宇航局最新的轨道飞行器“2001火星奥德赛号”通过揭示火星南极锁定着大量冰冻水来解决了这些问题。
“人们曾计算出水冰在两极会稳定存在，但没有人知道它是否真的存在，”亚利桑那大学图森分校的行星科学家威廉·博因顿（William Boynton）说，他负责发现冰的仪器。“奥德赛号”的传感器无法直接观测到被埋藏的水。相反，它探测到了氢。由于火星上可能大量存在的唯一含氢化合物是H2O，行星科学家认为氢是水存在的有效替代指标。博因顿和他的团队使用“奥德赛号”仪器聚焦于高能伽马射线，这些伽马射线在氢受到亚原子碰撞激发时发出，以及被氢相互作用减速的缓慢中子。这些信号使研究人员能够窥探火星锈色沙层下的隐藏冰层。
一张慢中子图显示火星南极周围有大范围的水沉积物。博因顿现在正在努力研究他是否能在北极测量到相同的效应，北极刚刚脱落了季节性的二氧化碳霜层。 — 杰弗里·温特斯
16. 奇特的黑洞地形假说 黑洞是天文学理论的基石，以至于很难记住从未有人见过黑洞。但七月份，哈佛-史密森天体物理中心的宇宙物理学家杰里米·海尔（Jeremy Heyl）和拉梅什·纳拉扬（Ramesh Narayan）证实了黑洞最奇怪的特性之一：它们没有表面，只有一个事件视界，标志着任何落入其中的物体都无法返回的临界点。
大多数被怀疑的黑洞都被热气盘包围，这些气盘被黑洞的强大引力吸引。天文学家看到的是这些气盘，而不是黑洞本身。然而，除了气体围绕其运行的速度之外，黑洞与中子星——一种不那么极端的紧凑型天体——在很大程度上是无法区分的。中子星是一颗燃烧殆尽并坍缩成直径约12英里（相当于黑洞直径的两倍）的球体的辉煌恒星的残余。但中子星与黑洞不同，它有一个明确的表面。海尔和纳拉扬正是抓住了这一区别。
来自伴星的气体可以落到中子星表面，堆积起来，然后以一次明亮的热核爆炸的形式爆发。“通常，当中子星吸积质量时，这种情况每天都会发生，”海尔说。相比之下，当气体落在黑洞上时，它应该穿过事件视界并永远消失。海尔和纳拉扬将两种天体的理论模型与来自十几个黑洞候选体和近100颗中子星的X射线观测数据进行了比较。所有这些天体都吸积了大量的气体，但只有中子星表现出爆发性闪光。其他的则没有表现出这种行为，这表明它们缺乏气体可以积累的表面。“我们无法回避它们确实是黑洞的结论，”海尔说。 — 杰弗里·温特斯
26. 宇宙爆发之谜破解 伽马射线爆发是每天随机方向发生一次的强烈辐射闪光，多年来一直被归因于从彗星碰撞到自然粒子加速器等各种现象。最近的证据表明它们是遥远星系中的巨大爆炸，但没有人知道是什么在爆炸。去年四月，天文学侦探宣布了一项突破：一个轨道X射线观测站捕捉到了一次爆发余辉中几种元素的化学指纹，识别出该物体是一种不寻常的超新星——一颗巨大垂死恒星的爆炸。
在几分之一秒到几分钟的时间内，伽马射线爆发释放出的能量是太阳的10^20倍。即便如此，由于它们寿命极短，这些物体已被证明极难研究。当2001年12月11日天文学家发现一道明亮的伽马射线闪光时，英国莱斯特大学的詹姆斯·里夫斯（James Reeves）和来自英国和西班牙的同事们立即行动起来。11小时后，研究人员将欧洲空间局的XMM-牛顿X射线卫星对准了正在衰退的爆发。
在X射线辉光中，里夫斯和他的同事们辨别出与镁、硅、硫、氩和钙等几种特定元素相关的能量水平辐射——这些成分的混合物类似于超新星爆炸喷射出的物质。值得注意的是，没有铁的迹象，铁是一种在超新星爆发许多天后才通过放射性衰变形成的元素。
“现在几乎可以肯定超新星是长伽马射线爆发的罪魁祸首，”里夫斯说。大多数超新星会产生一颗微小的中子星和一个膨胀的热碎片壳，但没有伽马射线闪光。爆发可能发生在超新星之后，超新星是一种极其罕见的恒星爆炸，其质量巨大到几乎无法支撑自身。里夫斯说：“可能发生的情况是，超新星之后，剩余的恒星核心在自身引力作用下坍缩形成一个黑洞。然后物质喷流撞击恒星膨胀的外层，产生伽马射线辐射。” — 菲利普·鲍尔
