宇宙碰撞可以在发生之前预测？
【菜科解读】
宇宙碰撞可以在发生之前预测吗？Credit: California Institute of Technology
神奇的地球uux.cn据美国物理学家组织网 by Whitney Clavin, California Institute of Technology：2017年8月17日，大约70架望远镜集体将目光投向了发生在数百万光年之外的两颗死星之间的激烈碰撞。
望远镜在彩虹般的波长中观察这一事件，从无线电波到可见光到最高能量的伽马射线。
当这对超高密度中子星相互碰撞时，它们向外抛出碎片，这些碎片会发光几天、几周甚至几个月。
一些旁观的望远镜在灼热的爆炸中发现了金、铂和铀，证实了我们宇宙中大多数重元素都是在这种类型的宇宙碰撞中形成的。
如果故事到此结束，这一宇宙事件本身就会引人注目，但那天的天文聚会上还有其他三个探测器——两个属于LIGO 激光干涉引力波天文台，一个属于欧洲的处女座。
LIGO和处女座观察到的不是光波，而是引力波，或者由大质量加速物体产生的时空颤动。
随着中子星螺旋在一起，它们在合并并爆发出光之前会产生引力波。
正是Virgo室女座引力波网络提醒了世界各地的几十架望远镜，上面的天空中正在发生惊人的事情。
如果没有LIGO和处女座，2017年8月17日将是天文学中典型的一天。
从那时起，Virgo室女座网络只发现了另外一个中子星合并；在这种情况下，发生在2019年，基于光的望远镜无法观测到这一事件。
light处女座也探测到了几十个二元黑洞合并，但在大多数情况下，这些都不会发光。
随着Virgo处女座预定于今年5月回归，天文学家们正兴奋地为更多爆炸性的中子星合并做准备。
一些LIGO团队成员心中的一个紧迫问题是:他们能更快地探测到这些事件吗——甚至可能在死亡太阳碰撞之前？
为此，研究人员正在开发早期预警软件，以在撞击前几秒钟甚至整整一分钟提醒天文学家中子星合并。
“这是一场与时间的赛跑，”加州理工学院博士后学者瑞安·麦咭说，他正与佐治亚理工学院教授苏拉比·萨克德夫共同领导预警软件的开发。
“我们错过了宝贵的时间来理解这些合并前后发生了什么，”他说。
十一个小时后，源头找到了
一旦LIGO探测到一个可能的中子星碰撞，地面和宇宙的望远镜就开始追踪并精确定位它的位置。
由三个引力波探测器组成的Virgo处女座网络有助于缩小烟火发生的大致位置，同时需要基于光学的望远镜来识别中子星所在的确切宇宙岛。
对于8月17日的事件，即GW170817，大多数基于光的望远镜直到9个小时后才干开始搜索引力波事件的来源。
Virgo处女座团队在中子星碰撞40分钟后向天文学界发出了第一个警报，并在事件发生4.5小时后绘制了第一张星图，概述了事件的大致位置。
但是到那个时候，南部天空中感兴趣的区域已经下降到地平线以下，超出了能够看到它的南方望远镜的视野。
天文学家将不得不焦急地等待，直到事件发生后九个小时才开始搜索天空。
中子星碰撞后大约11个小时，几台地面光学望远镜终于锁定了电波的来源:一个名为NGC 4993的宇宙岛，距离我们大约1.3亿光年。
为下次跑步做准备
中子星怎么相互撞击并在宇宙中播种重元素的故事已经过去了11个小时，天文学家们急切地等待着更多的中子星碰撞。
对于Virgo室女座的即将到来的运行，其中也将包括日本KAGRA的观测，探测器已经进行了一系列升级，以使它们能够更好地捕捉引力波事件，从而捕捉中子星合并。
该团队预计在下一次运行中探测到4到10个中子星合并，并在计划于2027年开始的当前高级探测器网络的第五次观测运行中探测到多达100个。
计划在21世纪30年代使用更先进的探测器。
下一次运行将采纳的一个新功能是早期预警警报系统。
这个专门的软件将补充到目前为止常规用于探测所有引力波事件的重要软件。
主软件也称为搜索管道，通过将数据与已知信号或波形库进行匹配，寻找隐藏在嘈杂的LIGO数据中的微弱引力波信号，这些信号或波形代表不同类型的事件，如黑洞和中子星合并。
如果发现并确认了匹配，就会向天文学界发出警报。
预警软件以同样的方式工作，但只使用波形的截断版本，以便它可以更快地工作。
“探测器在观测过程中不断获取新数据，我们将波形与数据进行比较。
麦咭说:“如果我们使用截断的波形，我们就不必等到收集了足够多的数据后再进行比较。
”。
“权衡的结果是，信号需要足够大，以便使用截断的波形进行检测。
主要的是仍然沿着预警管道运行重要管道，以拾取较弱的信号，并获得最佳的最后定位。
”麦咭、萨克德夫和他们的同事正在研究一条名为GSTLAL的预警管道；Virgo处女座的其他预警管道也在建设中。
在烟火之前
当中子星像一对冰舞者一样互相围绕旋转时，它们的轨道越来越快，并发出频率越来越高的引力波。
中子星之间的最终舞蹈比黑洞之间的持续时间更长，在LIGO最敏感的频带内长达几分钟，这给了LIGO和处女座更多的时间来捕捉太阳戏剧性结局的前奏。
在GW170817的情况下，这对混合的中子星在Virgo处女座可探测到的频率范围内停留了六分钟，然后两个天体最后合并。
LIGO预警软件的截断波形旨在捕捉这最终一支舞的片段；事实上，研究人员认为该软件最后会在碰撞前一分钟捕捉到中子星合并。
如果是这样，这将给世界各地的望远镜更多的时间来发现和研究爆炸。
“在下一次运行中，我们可能能够提前10秒捕捉到中子星合并，”Sachdev说。
“到第五次运行时，我们相信我们可以捕捉到一个完整的一分钟警告。
”
对于天文学家来说，一分钟是很长的时间。
加州理工学院天文学教授Gregg Hallinan是加州理工学院欧文斯谷射电天文台的主任，他说，中子星即将合并的早期预警对伽马射线、X射线和射电望远镜尤为主要，因为碰撞可能在一开始就在这些波长上爆发。
哈利南说:“射电望远镜阵列，如欧文斯谷射电天文台 OVRO-LWA的长波长阵列和加州理工学院未来的2000天线深度天气阵列 DSA-2000，可能能够探测到理论上在中子星合并时发生的射电闪光，以及在合并前的最终一次检查中的一些模型。
”“这将告诉我们这些大规模毁灭性事件的直接环境。
更主要的是，看到无线电闪光还可以帮助我们迅速确定合并的地点。
”
加州理工学院的研究生Shreya Anand说，早期对合并的光学和紫外线观察可以揭示关于它们演化的新信息，例如元素是怎么在碰撞中喷出的快速移动物质中形成的。
Anand在加州理工学院天文学教授Mansi Kasliwal 2007级硕士，2011级博士的小组工作，她自己正忙于开发软件，不是为了预警系统，而是一旦收到来自LIGO的警报，就搜索天空中的中子星合并和其他宇宙事件。
Kasliwal的小组目前正在为Zwicky Transient Facility ZTF和即将到来的广域红外瞬态探测器 WINTER开发软件，这两个探测仪器位于加州理工学院的帕洛马天文台。
ZTF和温特可以追踪LIGO警报来发现和观察中子星合并。
Anand正在开发一种软件来加速这种搜索。
“我们的算法计算出怎么最好地覆盖天空的不同区域，以及持续多久，以确保找到目标的最大机会，”她说。
“在合并的早期阶段，我们错过了有趣的物理学。
LIGO团队的预警软件和我们的望远镜搜索软件将加快我们早期发现事件的机会。
这将最后让我们对正在发生的事情有一个更完整的了解。
”
麦咭领导的预警研究发表在2021年的天体物理学杂志《快报》上。
Sachdev领导的这项研究也发表在2020年的天体物理学杂志Letters上。
驾驶火星探险车是怎样的体验：像是在骑马
对很多人来说，想要体验驾驶一辆超跑的感觉并不是特别难的事情。
但是并不是每个人都有机会去驾驶NASA(美国航空航天局)最新的SEV(太空探险车)。
重达3吨的SEV是NASA研发的新一代太空探险车，宇宙战舰山本洋子，宇宙进化者系统，宇宙相亲网，宇宙飞船的速度，主要用于在类地星球上行驶，比如火星。
Business Insider的作者Jessica Orwig就体验了一次驾驶SEV的感觉。
整体来说，她觉得驾驶一辆并非用来在地球上行驶的交通工具，有一种脱离地球的体验。
1，这次驾驶体验的场地在美国德州肯尼迪航天中心的Mars Yard(火星后院) 进行。
2，这个地方之所以被叫做火星后院，是因为这里是按照火星表面的地貌来设计的，有小山以及各种障碍物。
3，相比月球探险车，火星探险车要先进的多。
比如这辆车上有一个压力仓，里面有可供睡眠和洗漱的设施，可以让两名宇航员连续14天不用下车。
4，另一个突破是，宇航员的航天服可以放火星探险车的后面，对探险车的内部也能起到保护作用，同时也方便宇航员穿着。
5，因为宇航服里已经有增压处理，穿上宇航服就只要15分钟。
但如果从零开始准备的话，穿宇航服要几个小时。
6，探险车还有另一个入口在侧面，这个入口可以和火星居所相连接，这样宇航员从居所里进入到探险车就不需要暴露在火星上了。
7，尽管火星探险车看起来很笨重，但其实非常灵活。
所有12个轮子都是可以360度旋转的，这也意味着这辆车可以向任何方向形式，比如前进、后退、斜走或者平行移动(如果你觉得侧方停车很难，那这真是个很赞的功能)，甚至可以原地旋转360度。
8，这是火星探险车内部摄像头拍摄的画面，因为地面有很多障碍物，所以开这辆车像是在骑马，而不是开一辆特斯拉。
9，这是一个平行移动的画面，被称为"螃蟹行走"，这样可以把侧面入口和火星居所对接。
10，因为火星上并没有汽修站，所以这辆火星探险车有12个轮子。
如果一个轮子爆胎，可以将其提升，用剩余的轮子继续行进。
11，有12个轮子，又可以360度移动，你可能会认为这辆车操作起来会很复杂。
但事实正好相反。
这辆车的操作非常简单，它的操作器看起来像一辆卡车的档位杆。
12，因为操作很方便，这样宇航员就有时间查看外部环境(比如前方开到了悬崖边缘)，避免危险情况的发生。
13，速度并不是这辆火星探险车追求的终极目标，所以你只能慢慢的开。
宇宙之匙，宇宙大灌篮，金宇宙，宇宙如何运行，宇宙夫夫，为什么要探索宇宙，它的最快时速为10公里，比月球探险车要慢3.5公里/小时。
但是它的配置能让这辆车驶离火星居所200公里的距离，之前到达月球的宇航员最大活动半径还不到10公里。
14，这辆火星探险车还能成为一个避风港。
如果太阳有异常活动导致辐射上升，火星车能保证72小时内车里不受辐射影响。
15，最后，我们再来看一眼电影《火星救援》里的火星探险车。
看起来和NASA的火星探险车很像，毕竟 NASA 也是这部电影的顾问之一。
火星遭流星撞击所产生的地震活动可揭示火
研究人员现在通过两项研究证明，这一事件和同年早些时候探测到的另一地震事件是由一颗流星撞击引起的；研究人员用该次撞击产生的表面波来分析火星壳部的结构。
一颗行星的壳部和幔部结构可为其起源和演化提供有关的重要信息。
沿着行星表浅层面传播的地震波被称为表面波，它们可被用来绘测这些结构特征。
然而，到目前为止，除了地球之外，还没有在任何行星上探测到这种波。
尽管在这颗红色星球上的地震性震动和流星撞击并不罕见，但探测和描述它们一直颇具挑战性。
然而，发生在2021年下半年的两次地震事件的规模特别大。
在第一项研究中，Liliya Posiolova和同事利用火星勘测轨道飞行器拍摄到的火星表面图像证明，这两次事件是由流星撞击引起的。
这些碰撞形成了两个巨大的撞击坑(直径>130米)，其产生的表面波回荡于整个火星。
在第二项研究中，Doyeon Kim和同事利用这些表面波（它们是第一次在火星上探测到的表面波）来更好地了解InSight登陆器下方的火星内部结构。
Kim等人发现，火星的壳部比之前推测的要更致密。
这些变化可约束火星壳部的组成、形成和厚度模型。
Yingjie Yang 和 Xiaofei Chen在一篇相关的《视角》中写道：“InSight登陆器预计将在2022年12月结束其运行，因为它的太阳能电池板上积聚了尘埃。
然而，持续对已经记录的地震数据进行研究应能继续做出有关火星结构的新发现。
”
