現(xiàn)代天文學的很多內容都是在最近百年而且主要是第二次世界大戰(zhàn)后的幾十年中發(fā)展起來的，這些進展與天文觀測設備的不斷建造、新的觀測波段和窗口的不斷開啟密切相關。雖然歷史上不乏偉大的理論，但天文學的基礎還是以觀測和對觀測數據的分析為主，需要天文儀器和工具來夯實。

2018年，Gaia衛(wèi)星發(fā)表了包含超過10億個源的星表，這個巨大的星表使得很多此前停留在理論上的研究項目成為可能，例如確定了銀河系是在100億年前與一個大星系并合形成的。除此之外，暗能量巡天（DES）也發(fā)布了一個巨大的星表，這個星表同樣將催生很多后續(xù)研究。面對這些星表，天文學家可以充分發(fā)揮自己的想象力。2018年天文學家還對2017年的熱點——引力波事件GW170817、太陽系外來客奧默默進行了后續(xù)研究。2018年同樣也有一些首次發(fā)現(xiàn)，比如首次探測到來自耀變體的中微子、首次探測到宇宙早期的中性氫吸收、首次對新誕生的行星進行成像；帕克太陽探測器對日冕進行了首次近距離直接探測；洞察號著陸了火星，對火星內部結構開展探測；中國發(fā)射了嫦娥四號探測器，開啟了首次月球背面軟著陸之旅。
?

1 觀測和基礎研究進展

1.1   Gaia衛(wèi)星第二次數據發(fā)布

天體的位置、視差（可以轉換為距離）和自行的測量是天文學研究的基礎?；谖恢煤鸵暡羁梢耘袛嗵祗w之間的關系，這也是尋找星團和星系團的依據。Gaia衛(wèi)星的第二次數據發(fā)布為全世界的天文學家提供了一個非常好的天體的大樣本數據。

Gaia衛(wèi)星是一顆用于對天體的位置、視差和自行進行高精度測量的衛(wèi)星。這顆衛(wèi)星在2018年8月進行了第二次數據發(fā)布。Gaia團隊的領導者Brown也被《自然》雜志評為2018年年度十大科學人物。Gaia此次發(fā)布的星表包含了超過10億個源（其中大部分是銀河系內的恒星，占銀河系恒星總數的1%）的高精度視差和自行以及亮源的視向速度。

這次數據發(fā)布使得天文學家可以對銀河系更廣泛的區(qū)域進行研究。借助高精度的視差和視向速度測量可以更好地了解銀河系的結構和動力學演化，一個重要的結果就是發(fā)現(xiàn)銀河系是在100億年前與一個大星系并合形成的（圖1）。

圖1：100億年前銀河系與一個大星系并合想象圖（圖片來源：ESA）

 奧默默（Oumuamua）是2017年探測到的一個來自太陽系外的天體，這是人類第一次探測到進入太陽系的系外天體。2018年借助Gaia衛(wèi)星發(fā)布的數據，天文學家推測了奧默默可能的來源恒星。這個工作也展示了Gaia的巨大數據集無可估量的價值。

基于Gaia發(fā)布的星表，天文學家還研究白矮星和星團；搜尋了高速恒星；測量了脈沖雙星的距離和速度。通過搜尋具有往復自行的恒星可以發(fā)現(xiàn)潛在的雙星系統(tǒng)，包括激變變星、X射線雙星、脈沖星雙星。Gaia發(fā)布的這個數據集足夠大，還有很多未知供我們探索。

1.2  發(fā)布第一版引力波事件源表及GW170817事件的后續(xù)研究

引力波是探測黑洞并合最主要的途徑。引力波探測為天文學觀測打開了一個新的窗口，增加了一個新的信使。從探測到第1個引力波事件GW150914到探測到雙中子星并合的引力波事件GW170817，人類在引力波探測上取得了很大進展。截至2018年11月，引力波探測器LIGO和Virgo已經探測到超過10個引力波事件，并以星表的形式發(fā)表（表1）。這標志著探測到的引力波事件數有了量級的變化，引力波的研究開始從個別研究向樣本研究轉變。

表1：確信探測到的引力波事件

在這些引力波事件中，GW170817具有劃時代的意義。對它的觀測實現(xiàn)了引力波與電磁波的多信使觀測（人類最初的多信使觀測是觀測中微子和電磁波）。此次由兩顆中子星并合造成的引力波事件在2017年引起了轟動，到2018年仍然熱度不減，其后續(xù)研究解決了一系列天文學問題。

天文學家用大張角外流解釋了GW170817的射電光變曲線以及伽馬射線和X射線輻射；基于GW170817對中子星質量和物態(tài)方程給出了限制。GW170817引力波信號和電磁波信號幾乎同時到達，這對引力理論給出了很強的限制，排除了一些修改引力的理論。

1.3  首次探測到來自耀變體的中微子

長期以來，人類觀測宇宙的信使只有電磁波。隨著粒子物理學的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)中微子和光子一樣，可以作為觀測宇宙的信使。由于中微子與物質的相互作用很弱，難以探測，在中微子發(fā)現(xiàn)后的幾十年里，中微子探測器只能探測到來自距離地球最近的強天體中微子源——太陽的中微子。直到1987年，日本的中微子探測器探測到了超新星1987A爆發(fā)產生的中微子。這是人類第一次探測到來自太陽系外天體的中微子，也可以認為是中微子天文學乃至多信使天文觀測的開端。這次觀測對中微子的速度給出了限制，這也成為了否定早前幾年“超光速中微子”的一個強有力證據。之后多年，雖然建造了多臺中微子探測器，但再也沒有像超新星1987A那樣同時探測到同一事件的中微子和電磁波。直到2018年7月，位于南極的IceCube中微子天文臺首次報道了在2017年9月22日觀測到來自耀變體TXS 0506+056的中微子。在探測到耀變體中微子的同時，其他望遠鏡也觀測到了成協(xié)的伽馬射線爆發(fā)。中微子和電磁波的同時觀測也能對中微子的性質給出限制（圖2）。

圖2：同時發(fā)出伽馬射線和中微子的耀變體TXS 0506+056藝術想象圖

（圖片來源：IceCube）

1.4   探測到早期宇宙中的中性氫吸收

早期宇宙中充滿了中性原子氫氣體，這些中性氫氣體只有在第一代恒星形成之后才能被觀測到。理論預言，由于第一代恒星的形成產生的紫外光子改變了當時充滿宇宙的中性氫氣體的激發(fā)狀態(tài)，這些中性氫氣體會在背景輻射譜上產生一個吸收坑。

這個觀測是直接的，但難度很大，容易受到射電干擾的影響，必須在射電寧靜的臺址使用非常穩(wěn)定的射電望遠鏡進行。2018年3月，Bowman等在《自然》雜志發(fā)表文章，報道了使用位于射電環(huán)境非常寧靜的澳大利亞西部的一臺射電望遠鏡觀測到了這種宇宙早期中性氫氣體的吸收。觀測到的吸收信號強度是理論預言最大值的2倍，一些假說認為這可能是由于暗物質對中性氫氣體的額外冷卻造成的。由于此結果是1臺望遠鏡得到的，未來仍然需要更多望遠鏡的觀測來進行證實或證偽。

1.5  暗能量巡天發(fā)布第一批數據

暗能量占宇宙質量約70%。最初，暗能量存在的證據只是Ia型超新星觀測發(fā)現(xiàn)的宇宙加速膨脹?？梢酝ㄟ^弱引力透鏡、星系團計數等方法證實或證偽暗能量的存在，這需要大的星系樣本，暗能量巡天（dark energy survey, DES）就是為這個目的設計的。

暗能量巡天于2018年發(fā)布了前3年（2013年8月至2016年2月）科學運行的數據，包括基于光學/近紅外成像得到的圖像和星表。這些數據中包含了大約3.1億個星系和8千萬顆恒星。這些星系足以提供大樣本的引力透鏡星系和星系團，幫助天文學家判別不同的暗能量模型。除了判別不同的暗能量模型，基于大樣本的研究也將極大地增進我們對星系和恒星的認識。我們也有望在其中發(fā)現(xiàn)特殊種類的星系和恒星，看到前所未見的現(xiàn)象。

1.6  首次觀測到死亡恒星爆發(fā)的完整過程

超新星是恒星死亡時的劇烈爆發(fā)，完整觀測超新星爆發(fā)過程對于全面了解超新星爆發(fā)的物理過程必不可少。然而，通常在人們看到超新星時，這個爆發(fā)已經開始一段時間了。天文學家很少能看到死亡恒星完整的爆發(fā)過程，因為很難在超新星爆發(fā)前找到將要爆發(fā)的恒星。只有對一批天體進行監(jiān)測才有可能完整觀測到死亡恒星的爆發(fā)過程。

2018年2月，借助開普勒望遠鏡（K2），天文學家觀測到了Ia型超新星2018oh爆發(fā)前、爆發(fā)開始時以及爆發(fā)過程中的光變曲線（圖3）。這是人類第一次如此完整地記錄了一顆超新星的爆發(fā)過程。借助這次觀測，天文學家能改進Ia型超新星的物理模型。由于Ia型超新星是宇宙學中重要的標準燭光，更好的物理模型也將改進對宇宙膨脹速率的估計。

         圖3：超新星2018oh的光變曲線（圖片來源：arXiv:1811.10061v1）
?

1.7   多臺望遠鏡觀測彗星47P/Wirtanen

彗星是一種軌道偏心率非常大的天體，大部分時間遠離太陽。在靠近太陽時，彗星被太陽輻射加熱、被太陽風吹拂，釋放出氣體。天文學家對彗星非常感興趣，因為彗星攜帶了太陽系形成初期的物質，包括一些有機分子。

彗星47P/Wirtanen（圖4）是2018年最亮的一顆彗星，它在2018年12月16日前后達到亮度極大，世界上多臺望遠鏡對這顆彗星進行了觀測。中國科學院國家天文臺的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）和中國科學院國家天文臺興隆觀測站的1 m及2.16 m望遠鏡也對這顆彗星進行了聯(lián)合觀測，并成功得到了測光、光學光譜和射電頻譜。

圖4：位于近日點的彗星47P/Wirtanen（圖片來源：Wikipedia

 Stub Mandrel）

1.8   FAST與Fermi望遠鏡合作發(fā)現(xiàn)一顆毫秒脈沖星

自建成以來，FAST望遠鏡已經進行了一段時間調試觀測。在調試觀測中，FAST發(fā)現(xiàn)了一批脈沖星。

2018年初，FAST望遠鏡在對一個Fermi望遠鏡發(fā)現(xiàn)的伽馬射線點源的觀測中發(fā)現(xiàn)了脈沖星信號?；?/span>FAST發(fā)現(xiàn)的周期對Ferimi望遠鏡之前的數據進行折疊，證實了這個點源是一顆毫秒脈沖星。圖5為新發(fā)現(xiàn)的毫秒脈沖星PSR J0318+0253位置和積分脈沖輪廓，圖5為PSR J0318+0253所在伽馬射線巡天圖像的位置，圖5（a）為FAST 1 h跟蹤觀測獲得的射電波段積分脈沖輪廓，圖5（b）為折疊Fermi-LAT累積9年數據所獲得的伽馬光子積分脈沖輪廓，這是繼FAST望遠鏡發(fā)現(xiàn)一批脈沖星以來的又一重要成果。

圖5：毫秒脈沖星PSR J0318+0253位置和積分脈沖輪廓（圖片來源：FAST）
?

1.9  天文學家拍攝到行星誕生的圖像

系外行星探測是近年來天文學研究的一個熱門方向，已經使用視向速度法、掩星法和直接成像法發(fā)現(xiàn)了數千顆系外行星。理論上認為行星是原行星盤中的氣體和塵埃聚集形成的，此前從未拍攝到年輕行星誕生時的圖像。

2018年，天文學家使用歐洲南方天文臺的甚大望遠鏡（VLT）發(fā)現(xiàn)了圍繞年輕恒星PDS 70的一顆行星PDS 70b（圖6），這是一顆剛剛形成的行星。VLT第一次拍攝到行星誕生的圖像，它是行星在原行星盤中形成的理論圖像的直接證據。

圖6 ：行星PDS 70b圍繞恒星PDS 70的原行星盤形成圖

2.1   帕克號太陽探測器首次近距離觀測太陽

太陽是距離地球最近的恒星，我們可以對其進行細致的觀測。對太陽的研究區(qū)別于對其他恒星的研究，它是一個專門的領域。雖然如此，我們還是缺乏對太陽的直接探測，這使得我們對太陽的一些物理過程的認識仍然不足。帕克號（Parker）太陽探測器將彌補這個不足。

帕克號太陽探測器于2018年8月發(fā)射升空，10月底、11月初在近日點對太陽進行了觀測，最近距離太陽1.5×10⁷ km。這是人類探測器第一次在這么近的距離觀測太陽。圖7是帕克號太陽探測器拍攝的太陽冕流，圖中亮點是水星，暗點是背景改正產生的。太陽日冕層的溫度高達2×10⁶℃，而帕克號需要承受1377℃的高溫，但它有希望解決困擾科學家150年之久的日冕層加熱問題。帕克號探測儀器還探測遇到等離子體、磁場和波、高能粒子和塵埃，也對太陽探測器軌道附近以及日冕底部的偶極結構的日冕結構成像。在帕克號7年的任務期內，它將24次經過近日點對太陽進行探測。

圖7：帕克號太陽探測器拍攝的太陽冕流（圖片來源：NASA/NRL/Parker

 Solar Probe）

2.2  洞察號著陸火星

火星是吸引人類的紅色行星，很多人夢想將火星改造為宜居的行星。人類已經向火星發(fā)送了若干探測器，對火星大氣和表面進行了探測。但我們對火星內部結構還一無所知。了解一顆行星的內部結構最有效的方法就是探測這顆行星的“地震波”。

美國國家航空航天局發(fā)射的洞察號（Insight）火星探測器荷載一個火星“地震波”探測器，它將幫助我們了解地球、月球、火星這樣的巖石質星體是如何形成的。洞察號火星探測器從地球出發(fā)，經過近7個月的旅程，于11月26日成功在火星表面著陸，開始了對火星內部結構的探測。圖8是洞察號著陸火星后的自拍照，展示了它的太陽能電池板和甲板，以及甲板上的科學儀器和著陸器的天氣傳感器。洞察號上配備了一個地震儀，可以監(jiān)聽這顆紅色行星上的地震活動，即火星地震。此外，一枚熱探測儀將深入16英尺(4.8 m)，測量火星的溫度，幫助科學家更好地了解火星的地質情況。

圖8：洞察號在火星的自拍照（圖片來源：百家號/仰望星際）

2.3   嫦娥四號發(fā)射

月球是人類最早踏足的地外天體。自20世紀人類登月以來，人類已經對月球進行了很多探索。但我們對月球的了解仍然有限，尤其是還沒有航天器在月球背面著陸。

月球探測近年來再次成為了太空探索的熱點。中國探月工程已經先后發(fā)射了嫦娥1號、2號、3號探測器。繼嫦娥四號中繼星發(fā)射之后，2018年12月8日，中國又成功發(fā)射嫦娥4號月球探測器，開啟了人類首次在月球背面軟著陸之旅。

嫦娥四號探測器由著陸器與巡視器組成，巡視器命名為“玉兔二號”（圖9）。作為世界首個在月球背面軟著陸和巡視探測的航天器，其主要任務是著陸月球表面，繼續(xù)更深層次、更加全面地科學探測月球地質、資源等方面的信息，完善月球的檔案資料。月球正面和背面的電磁環(huán)境非常不同，月球背面電磁環(huán)境非常干凈，屏蔽了來自地球的無線電信號干擾，是天文學家夢寐以求開展低頻射電研究的場所。搭載了低頻射電頻譜儀的嫦娥四號可以填補射電天文領域在低頻觀測段的空白，將為研究恒星起源和星云演化提供重要資料。嫦娥四號著陸區(qū)南極-艾肯特盆地是月球遠面的重要標志，該區(qū)域地形起伏達6 km，是太陽系中已知最大的撞擊坑之一。同時，這個火山坑的地殼很薄，以至于可以看穿地幔。收集這個區(qū)域巖石的數據可以幫助科學家們更好地理解組成月球的巖層，對研究月球和太陽系早期歷史具有重要價值。

圖9：玉兔二號巡視器拍攝的嫦娥四號著陸器（圖片來源：中國探月）

2.4   BepiColombo水星探測器發(fā)射

水星是距離太陽最近的行星。水星面向太陽的一面溫度可高達400℃以上，而背離太陽的一面溫度則可低至-100℃以下。天文學家在水星北極（圖10）的永久黑暗的隕石坑中發(fā)現(xiàn)了冰，向水星發(fā)送探測器是了解水星最直接的途徑。

歐洲航天局于2018年10月底發(fā)射了BepiColombo水星探測器。這個探測器將在2025年底到達水星，對水星的物質組成和歷史開展研究。BepiColombo這次飛行使用了先進的太陽能離子推進器，并且將繞行地球軌道1次、金星軌道2次、水星軌道6次，以結合9次來自地球、金星和水星的引力協(xié)助，幫助BepiColombo抵擋太陽的巨大引力并滑入穩(wěn)定的水星軌道。此次任務一個很大的創(chuàng)新是采用2個航天器從不同的位置同時對行星進行探測，這對了解太陽風對水星的表面和磁層的作用具有重要意義。BepiColombo將在“信使號”基礎上進一步推進對水星和太陽系起源問題的研究，并將會對其他領域有所啟發(fā)，比如對靠近恒星運行的系外行星的研究。

圖10：水星北極（圖片來源：NASA）

2.5   MeerKAT在南非揭幕

平方公里射電陣（SKA）是國際合作的下一代射電望遠鏡陣。建成之后將是世界上靈敏度最高的射電陣列，有望回答關于早期宇宙、脈沖星、星際介質的一系列問題。SKA有2個臺址，分別位于南非和澳大利亞。南非和澳大利亞各有一個SKA先導陣列，其中南非的SKA先導陣列稱為MeerKAT。

MeerKAT由64面13.5 m口徑的天線組成，最長基線達8 km。MeerKAT于2018年7月在南非揭幕，并發(fā)布了一張到目前為止最清晰的銀心的圖像（圖11），目前MeerKAT已經開始接受觀測申請。

圖11：MeerKAT發(fā)布的迄今最清晰的銀心圖（圖片來源：MeerKAT）