【菜科解读】

银河系边缘的太阳运行速度较慢 银河系核心的暗物质含量可能比之前估计的要少。

图像：uux.cn/皇家天文学会每月通知 2024年。

DOI: 10.1093/mnras/stae034

神奇的地球uux.cn据麻省理工学院 詹妮弗·朱：通过记录银河系中太阳的速度，麻省理工学院的物理学家发现，与距离银河系中心较近的太阳相比，银河系盘面较远的太阳运行速度比预期的要慢。

这些发现提出了一个令人惊讶的可能性:银河系的引力核心可能比以前认为的质量更轻，包含的暗物质更少。

新的结果是基于该团队对盖亚和远地点仪器采集的数据的分析。

盖亚是一个轨道宇宙望远镜，可以跟踪银河系中10亿多颗太阳的精确位置、距离和运动，而远地点是一个地面测量。

这些物理学家分析了盖亚对33，000多颗太阳的测量结果，包括银河系中一些最远的太阳，并确定了每颗太阳的“圆周速度”，即太阳在银河系盘面上的旋转速度，前提是太阳与银河系中心的距离。

科学家们绘制了每颗太阳的速度与距离的关系图，以生成一条旋转曲线——这是天文学中的一个标准图表，代表了物质在距离宇宙岛中心给定距离的情况下旋转的速度。

这条曲线的形状可以让科学家了解整个宇宙岛中分布着多少可见物质和暗物质。

麻省理工学院物理学助理教授Lina Necib说:“我们真正惊讶地看到，这条曲线在一定距离内保持平坦、平坦、平坦，然后开始下降。

”“这意味着外层太阳的旋转速度比预期的要慢一点，这是一个非常令人惊讶的结果。

”

该团队将新的旋转曲线转化为暗物质的分布，可以解释外层太阳的减速，并发现由此产生的地图产生了比预期更亮的银河系核心。

也就是说，银河系中心的密度可能比科学家想象的要低，暗物质也更少。

“这使得这一结果与其他测量结果产生了矛盾，”Necib说。

“在某个地方有可疑的事情发生，弄清楚那个地方真的很令人兴奋，真的有一张银河系的连贯照片。

”

该团队在《皇家天文学会月报》上报告了他们的研究结果。

该研究的麻省理工学院合著者，包括Necib，是第一作者肖伟欧，安娜克里斯蒂娜艾勒斯和安娜弗雷贝尔。

“在虚无中”

像宇宙中的大多数宇宙岛一样，银河系像漩涡中的水一样旋转，它的旋转在某种程度上是由所有在其圆盘内旋转的物质驱动的。

20世纪70年代，天文学家薇拉·鲁宾第一次观察到宇宙岛的旋转方式不能纯粹由可见物质驱动。

她和她的同事测量了太阳的圆周速度，发现由此产生的旋转曲线出人意料地平坦。

也就是说，太阳的速度在整个宇宙岛中保持不变，而不是随着距离的增加而下降。

他们得出结论，一定是其他类型的不可见物质对遥远的太阳产生了作用，给了它们一个额外的推力。

鲁宾在旋转曲线方面的工作是证明暗物质存在的第一批有力证据之一。

暗物质是一种看不见的未知实体，估计比宇宙中所有的太阳和其他可见物质都重。

此后，天文学家在遥远的宇宙岛中观察到了类似的平坦曲线，进一步支持了暗物质的存在。

直到最近，天文学家才试图绘制我们银河系中太阳的旋转曲线。

欧指出:“事实证明，当你坐在一个宇宙岛中时，很难测量旋转曲线。

”

2019年，麻省理工学院物理学助理教授安娜-克里斯蒂娜·艾勒斯 Anna-Christina Eilers利用盖亚卫星公布的一批早期数据绘制了银河系的旋转曲线。

公布的数据包括距离银河系中心25千秒差距，约81，000光年的太阳。

根据这些数据，艾勒斯观察到银河系的旋转曲线似乎是平坦的，尽管与其他遥远的宇宙岛相似，只是略有下降。

根据推断，银河系的核心可能含有高密度的暗物质。

但这一观点现在发生了转变，因为望远镜公布了新一批数据，这次包括了距离银河系核心近10万光年的30千秒差距的太阳。

弗雷贝尔说:“在这些距离上，我们就在宇宙岛的边缘，那里的太阳开始逐渐减少。

”“没有人探索过物质怎么在这个外宇宙岛中运动，而我们实际上处于虚无之中。

”

奥秘的紧张气氛

弗雷贝尔、内西布、欧和艾勒斯跳到了盖亚的新数据上，希望在艾勒斯的初始旋转曲线上进行扩展。

为了完善他们的分析，研究小组用远地点的测量结果补充了盖亚的数据。

远地点是阿帕奇点天文台的银河演化实验，该实验测量了银河系中70多万颗太阳的极其详细的属性，例如它们的亮度、温度和元素组成。

“我们将所有这些信息输入一种算法，试图学习它们之间的联系，从而可以更好地估计太阳的距离，”欧解释说。

“这就是我们怎么向更远的地方推进的方法。

“

该团队确定了33，000多颗太阳的精确距离，并使用这些测量结果生成了散布在银河系中大约30千秒差距的太阳的三维地图。

然后，他们将这张地图整合到一个圆周速度模型中，根据银河系中所有其他太阳的分布情况，模拟任何一颗太阳的运动速度。

然后，他们在图表上绘制了每颗太阳的速度和距离，以产生银河系的最新旋转曲线。

“这就是奥秘的地方，”内西布说。

研究小组没有看到像以前的旋转曲线那样的温和下降，而是观察到新曲线在外端的下降幅度比预期的更大。

这种出乎意料的下降表明，虽然太阳在某一距离上的速度可能一样快，但在最远的距离上它们会突然减速。

郊区的太阳似乎比预期的移动得更慢。

当研究小组将这一旋转曲线转换为整个银河系中必须存在的暗物质数量时，他们发现银河系核心所含的暗物质可能比之前估计的要少。

“这一结果与其他测量结果相矛盾，”Necib说。

“真正理解这一结果将产生深刻的反响。

这可能会导致更多的隐藏质量超出银河系盘的边缘，或者重新考虑我们银河系的平衡状态。

我们试图在即将到来的工作中找到这些答案侦破纪实：使用类似银河系的高分辨率模拟。

”

托卡马克：人造太阳的 “磁约束熔炉”

一、名字与起源名称含义：俄语缩写，全称 “环形真空室磁线圈装置”（环形 toroidal、真空室 kamera、磁 magnit、线圈 kotushka）。

诞生：1950 年代由苏联库尔恰托夫研究所发明，1954 年建成首个装置 T-1，1968 年 T-3 装置突破关键温度，奠定主流地位。

二、核心原理：磁场 “牢笼” 困住上亿度等离子体核聚变需要1 亿℃+高温，没有任何材料能直接接触，托卡马克用磁约束解决：环形真空室：形似 “轮胎”，内部抽成真空，注入氘氚燃料（氢同位素）。

三重磁场约束环向磁场：外部环形线圈通电，产生绕真空室的 “跑道型” 磁场，防止粒子径向逃逸。

极向磁场：中心螺线管线圈（变压器初级）感应出等离子体电流（变压器次级），电流产生垂直方向磁场，约束粒子纵向运动。

螺旋磁场：两种磁场叠加，形成螺旋形磁力线，让等离子体粒子沿磁力线螺旋运动，牢牢锁在中心，不碰内壁。

加热到聚变温度欧姆加热：等离子体电流自身电阻产热（类似电炉丝）。

辅助加热：微波、中性束注入（高速氢原子束），把等离子体从千万度加热到 1 亿℃以上，满足氘氚聚变条件。

聚变反应与能量输出氘 + 氚氦 + 高能中子 +17.6MeV 能量。

带点粒子（氦核）被磁场约束，维持高温；

不带电中子穿透磁场，撞击内壁 “包层”（锂材料），动能转化为热能，加热水成蒸汽，驱动发电机发电。

副产品：氦气（无放射性），锂受中子轰击还能再生氚，形成燃料闭环。

三、关键结构真空室：环形，耐高温、防杂质污染。

磁体系统：环向线圈、中心螺线管、极向线圈，多为超导材料（如铌钛合金），降低能耗。

包层：内壁核心部件，承担能量捕获 + 氚增殖双重任务。

偏滤器：排出杂质和废热，保护真空室。

四、代表装置EAST（东方超环，中国）：世界首个全超导托卡马克，2021 年实现1.2 亿℃维持 403 秒，稳态运行全球领先。

EAST东方超环托卡马克装置ITER（国际热核聚变实验堆，法国）：全球 7 方（中、欧、美、俄、日、韩、印）共建，人类最大托卡马克，目标 2035 年首次氘氚聚变，实现输出能量 > 输入能量（Q>10）。

ITER国际热核聚变实验堆JET（欧盟）：历史最久的大型托卡马克，1997 年创下Q=0.67（输出 / 输入）纪录。

五、核心挑战稳态约束难：上亿度等离子体易失控、逃逸，需长期稳定约束（目标数千秒）。

能量增益低：目前实验Q 输出），需突破Q>10才能商业化。

材料寿命短：中子轰击、高温等离子体冲击，内壁材料易损伤。

氚自持难：氚天然稀缺，需高效增殖技术实现燃料自给。

六、优势与前景优势：燃料（氘）取自海水，储量几乎无限；

无碳排放，放射性废料极少（远低于裂变），安全性高。

前景：若 2035 年 ITER 达成目标，2050 年前后有望建成首座商业聚变电站，彻底解决人类能源危机。

黑洞里面是什么？人造黑洞或可模拟黑洞吃太阳

目前，全球已有多个科研机构正在加紧实施人造黑洞项目，黑洞吞噬地球，甚至黑洞吞噬太阳的可能性，都可能通过人造黑洞模拟来加以验证。

黑洞里面是什么？人造黑洞或可模拟黑洞吃太阳 据了解，人造黑洞的设想最早提出于20世纪80年代，由加拿大不列颠哥伦比亚大学的威廉-昂鲁教授提出，他认为声波在流体中的表现与光在黑洞中的表现非常相似，如果使流体的速度超过声速，那么就可以在该流体中建立一个人造黑洞。

美国加州大学物理学教授史蒂夫-吉汀斯是这方面的专家，他对人造黑洞进行了认真分析，他认为：人造黑洞毁灭地球的理论纯粹是小说和电影里的虚构，真正的粒子碰撞制造出的人造黑洞不可能吞噬地球。

黑洞里面是什么？人造黑洞或可模拟黑洞吃太阳 粒子加速器，也被称之为大型强子对撞机(LHC)。

位于法国和瑞士交界处的世界上最大的粒子物理研究中心欧洲核子研究中心(CERN)已经开始在一个将近17英里长的圆形隧道里面建造这个被人们称之为世界最大的"黑洞工厂"的装置。

吉汀斯教授在报告中称，欧洲的科学家很快就会利用粒子加速器制造出人造黑洞。

目前欧洲核子研究中心的蒙加诺教授与吉汀斯教授的科研小组进行合作正在建设建设世界上最大的粒子加速器(对撞机)，而这个粒子加速器(大型强子对撞机)是世界上最先进的粒子研究工具，项目耗资80亿美元，历时14年之久，汇集了世界各地最著名的物理学家。

黑洞里面是什么？人造黑洞或可模拟黑洞吃太阳 科学家们将在实验中撞击质子，模拟宇宙大爆炸后一万亿分之一秒内的能量和条件，接着细致分析撞击产生的残骸，用以探求物质本质的线索和自然中新的力量和平衡。

吉汀斯认为，今年夏天如果人类首次制造出人造黑洞，也不会产生什么重大影响。

吉汀斯和蒙加诺两位教授在进行深入研究后得出结论：利用粒子碰撞产生的黑洞是无害的。

因为，所有的黑洞都要释放出宇宙射线，小的黑洞所释放的物质要远远多于其吸收的物质，因此，在它们吸收物质之前自己就早已瞬间蒸发了。

黑洞里面是什么？人造黑洞或可模拟黑洞吃太阳 事实上整个宇宙原本就是一个类似的粒子对撞机器，具有高能量的宇宙射线和粒子会经常碰撞在地球的大气表层、太阳或者是其它的白矮星和中子星的表面，每时每刻都在发生着这样的粒子碰撞。

如果这些粒子碰撞会产生危险的话，天文学家很早就会发现这一现象并对其展开研究。

其实一直以来地球就沐浴在足够可以形成黑洞的宇宙射线和粒子对撞之下，但地球一直也都没有被摧毁。

而且，几乎所有粒子加速器生成的黑洞都必须达到足够的速度才能逃脱地球的重力，即使一年生产出1000万个黑洞，也大约只能捕捉到其中的10个，让它们围绕加速器中心运转。

黑洞里面是什么？人造黑洞或可模拟黑洞吃太阳 而这些被捕捉到的黑洞又是如此的渺小，假设让它穿过一块相当于地球到月球距离厚度的铁块，它也不会撞倒任何东西。

它们吞噬一个质子也需要大约100小时的时间。

一个这样的黑洞吞噬100个质子大约需要花费一年的时间，因此，要吞噬1毫克地球物质就需要花费比宇宙年龄还要长的时间。

科学家表示，假如大型强子对撞机(LHC)在今年生产出了黑洞，那么它就证明了宇宙确实存在除空间和时间以外的维度。

吉汀斯承认，地球的未来以及人类的生命安全和健康都令每位科学家非常担忧。

特别是关于人造黑洞风险的争论，现在已经是一个非常具有争议的物理话题。

黑洞里面是什么？人造黑洞或可模拟黑洞吃太阳 特别是已经有科学家指出，欧洲核子研究中心的大型强子对撞机产生黑洞的风险足以吞噬地球，或者将产生一类名为"奇异微子"(Strangelet)的粒子，将地球变成一团沉寂、收缩的"奇异物质"。

还有很多政治家担心这种人造黑洞的技术被恐怖分子利用，成为继原子弹和氢弹之后人类最具有毁灭性的武器。

但是，吉汀斯肯定的说：现代物理学无法在地球上制造出具有破坏性的黑洞。

"欧洲建立大型强子对撞机(简称LHC)，是为了揭开宇宙大爆炸之谜，而不是制造黑洞毁灭地球。

"