2025年天文學十大進展

剛剛過去的2025年，人類仰望星空的腳步鏗鏘有力，涌現(xiàn)了許多令人振奮的進展，宇宙畫卷以前所未有的精度鋪展。時域天文開啟新紀元，宇宙終極加速器浮出水面，黑洞交響驗證人類超前思想，星際訪客帶來太陽系外的問候。每一次突破，都是觀測技術與理論智慧的璀璨碰撞；每一次發(fā)現(xiàn)，都在重寫我們對宇宙形態(tài)與物理本質的理解。天文研究中心特別遴選出2025年天文學十大進展，與大家一同分享，共同見證人類邁向星辰大海的堅定步伐！

01 薇拉?魯賓天文臺首光：開啟時域天文新紀元

2025 年 6 月 23 日，薇拉 ? 魯賓天文臺 完成初步測試，公布了首批科學圖像， 令全球天文界震驚。

薇拉· 魯賓天文臺原名大型綜合巡天望遠鏡（ Large Synoptic Survey Telescope ），其核心 是一臺 人類迄今建造的最大 CCD 相機。這臺龐然大物鏡頭寬度 超過 1.5 米，重達 3 噸 ， 相機內部集成了 189 塊獨立、高靈敏度的科學級 CCD 傳感器， 擁有驚人的 32 億像素 ！

首批科學圖像中最為 引人矚目 的是被稱為“宇宙寶箱”（ The Cosmic Treasure Chest ） 的超廣域深空圖像 。它由 1185 幀 照片 拼接而成，覆蓋天區(qū)達 14 平方度，其中包含了超過 1000 萬個星系。核心是距離地球約 5500 萬光年的室女座星系團 。

更令人驚嘆的是，在僅僅約 11 個小時的累計曝光測試中， LSST 追蹤到了大量太陽系小天體的蹤跡。它不僅確認了約 1800 顆已知小天體的位置，更 是 一舉發(fā)現(xiàn)了 2104 顆新的小行星。要知道，目前全球所有地面和空間天文臺每年發(fā)現(xiàn)的小行星總數(shù)不過 2 萬顆。

這臺 超級“視網膜” 預計每年 將 發(fā)現(xiàn)數(shù)百萬個新天體，包括近地小行星、超新星、引力波電磁對應體等。 它 將 以極高的精度、極寬的視域改變 天文觀測的 模式 ， 開創(chuàng)“全景時域天文”，也將推動天文信息學的 突破 。

薇拉·魯賓天文臺首圖（含標簽） | 圖源： NSF–DOE Vera C. Rubin Observatory

02 歐幾里得（Euclid）首批巡天成果發(fā)布

北京時間 2025 年 3 月 19 日晚， “歐幾里得”空間望遠鏡 向全球公開了首批快速數(shù)據(jù)。這顆由歐洲航天局（ ESA ）主導并聯(lián)合美國航天局（ NASA ）共同研發(fā)的望遠鏡，自 2023 年 7 月 1 日發(fā)射以來便一直備受矚目。它 的目標是經過 6 年的 時間， 繪制出 河外星系的 全天星圖，嘗試為暗能量和暗物質等長期困擾天文學家的難題提供新的解決方案。

2024 年 5 月，“歐幾里得” 曾“劇透”了 五張早期觀測 照片。 相較于之前的 結果 ，此次 發(fā)布 的數(shù)據(jù)更為全面且龐大。 照片是 “歐幾里得” 在 短短 7 天時間里 拍攝的，僅僅 觀測了三個 天區(qū) 總面積 約 63 平方度 。然而就在這當中，藏著至少 2600 萬個星系 ，最遠 的 距地球 105 億光年， 這 充分展現(xiàn)了 它 卓越 的 性能 。

“ 歐幾里得 ” 裝備了先進相機與光譜儀。 其配備的 可見光波段相機 （ VIS ） 由 6 × 6 個 CCD 組成，總像素數(shù)高達 6 億 ； 近紅外波段相機 （ NISP ） 由 4 × 4 個紅外探測器拼接而成，擁有 6500 萬個像素。配合多色濾光片和光譜儀，能夠對超過 15 億個星系進行低分辨率的光度測量，并對數(shù)百萬個星系進行高精度的光譜觀測。在接下來的 6 年里， “ 歐幾里得 ” 將自動掃描大約 1/3 的夜空。研究人員預計，最終 的星圖 將 包含 約 80 億個星系 。

歐幾里得南部深場 | 圖源： ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi

03 拉索破解宇宙線“膝”形成之謎

11 月 16 日，高海拔宇宙線觀測站（ LHAASO ，拉索） 公布了 兩項具有里程碑意義的科學成果 。一是 觀測 發(fā)現(xiàn)由 黑洞吸積驅動的微類星體 可能是 銀河系中拍電子伏 特 （ PeV ） 粒子加速器 源 ；二是 發(fā)現(xiàn) 宇宙線質子能譜“膝區(qū)”顯現(xiàn)超出預期的高能組分。 研究成果分別 發(fā)表 于 《 National Science Review 》 和 《 Science Bulletin 》 上 。

黑洞是宇宙中最 致密的天體，擁有強大的引力場。 在一個密近 雙星系統(tǒng)中的黑洞 ，會源源不斷吞噬 伴星物質 ，這個過程叫吸積。它在“吃東西” 時 會 產生 速度極高、能量極大的 相對論性噴流，形成 所謂 “微類星體”。拉索首次系統(tǒng)性地探測到來自 銀河系中 五個微類星體的超高能伽馬射線 ，加速的 質子能量超過 1 PeV ，總功率高達約每秒 10 32 焦耳， 是人類粒子加速器質子對撞能量的 1000 倍。 拍電子伏特 粒子加速器 源究竟是哪一類天體 ？天文學家似乎為這個 困擾 多年的問題 找到了一個可能的答案。

宇宙線能量分布圖上有一個關鍵轉折點 —— 在 大約 3 PeV 處，能量更高的宇宙線數(shù)量急劇減少 —— 因 其形狀酷似人的膝蓋 而被 稱為“膝”。 要解釋這個現(xiàn)象， 必須精確測量宇宙線 各種 成分的能譜及各自的“膝”。拉索巧妙利用其強大的地面觀測裝置，精確測量 了 質子 的能譜。結果表明，能量分布規(guī)律比想象中更復雜，質子能量在“膝”的位置上存在更高能量組分，能量 明顯高于超新星遺跡的加速極限 。微類星體是其中一種加速器，可作為這一現(xiàn)象的合理解釋。

拉索測得的“膝區(qū)”宇宙線質子能譜（紅點）與AMS-02測得的低能組分（黑色方塊）、“悟空號”測得的中能組分（藍色方塊）一起，揭示了銀河系內存在多種類的加速源，每一類有各自獨特的加速能力和能量范圍，而“膝”正是產生高能組分的源的加速極限表現(xiàn)。| 圖源：中國科學院高能物理研究所

04 DESI巡天發(fā)現(xiàn)暗能量狀態(tài)可能隨宇宙演化發(fā)生變化

暗能量光譜巡天（ DESI ）項目 發(fā)現(xiàn)： 宇宙中的暗能量可能隨時間推移發(fā)生變化，而傳統(tǒng)觀點認為它是一個恒量。 宇宙學標準模型認為 ， 宇宙中可觀測的普通物質僅占不到5%，而有高達68%被一種神秘能量占據(jù)，正是它推動著宇宙加速膨脹，我們稱其為暗能量 ，強度保持恒定不變 。 這一簡潔的假設 是 過去幾十年宇宙學研究的 底層邏輯 ， 有著 大量觀測數(shù)據(jù) 的支撐 。 然而，最新的 DESI 觀測數(shù)據(jù)正在 顛覆傳統(tǒng)認知 。宇宙的加速膨脹可能并非一成不變 ——暗能量的強度在宇宙早期更強一些。9月29日，國際科學期刊《自然·天文》在線發(fā)表了國家天文臺趙公博研究團隊的重要學術成果：宇宙的加速膨脹可能并非一成不變——暗能量的強度在宇宙早期更強一些。該現(xiàn)象與我國天文學家張新民團隊在2004 年4月提出的“精靈”（Quintom）理論相吻合。這項研究成果也被美國物理學會（APS）旗下《物理》雜志評選為2025 年國際物理學領域重大進展。

DESI 項目聯(lián)合 了 全球 70 余家科研機構、 900 多名研究人員， 是當今全球最重要的暗能量觀測計劃之一。 它 依托一臺 4 米口徑的光學望遠鏡 ，通過 5000 個光纖 微型 “機器人” 精確定位并捕捉遙遠星系的光譜。 2025 年 3 月 DESI 發(fā)布了第一期光譜巡天數(shù)據(jù) ，包含了 超過 1800 萬個目標源的光譜，覆蓋天區(qū)范圍超過 9000 平方度 ， 構建了迄今最大的宇宙三維地圖。

需要注意的是，這項成果 遠未達到粒子物理學通常所需的決定性的置信度，并非 暗能量的最終答案，仍有待更精確的觀測 進行判定 。

暗能量的“強度”用狀態(tài)方程參數(shù) w表示，曾被嚴格設定為恒等于-1。暗能量狀態(tài)方程是否能夠穿越 ?1，被認為是區(qū)分不同理論范式的關鍵判據(jù)。基于DESI的超1500萬個星系的數(shù)據(jù)分析顯示，w的值在宇宙早期（高紅移，橫軸的右側）小于-1，表示暗能量更強；而在近期（低紅移，橫軸的左側）大于-1，大約在紅移0.5處（約50億年前）穿越了-1。| 來源：Gu, G., Wang, X., Wang, Y. et al. 2025

05 小行星2024 YR4觸發(fā)首次小行星撞擊預警

2025 年 初， 一則消息轟動全球： 小行星 2024YR4 將在 2032 年 12 月以極小的距離接近地球 ， 與地球相撞的概率超過 1% 而 被正式評定為都靈指數(shù) 3 級 ， 成為都靈指數(shù)自啟用以來，首 個 達到該等級的小行星 案例，并且觸發(fā)了聯(lián)合國和平利用外層空間委員會 （ COPUOS ） 的小行星防御機制，也是該機制設立以來的首次 。

之所以發(fā)現(xiàn)初期的撞擊概率較高是因為觀測數(shù)據(jù)不足， 理論推算出許許多多條“可能的”軌道，而地球就處在這個范圍內。 隨著 后續(xù) 觀測數(shù)據(jù)越來越多， 這顆小行星 軌道的不確定性也迅速下降。至 2025 年 6 月中旬， 2024 YR4 在 2032 年撞擊地球的概率已經降至 不足 0.0000 1 % ，最終 還是 “虛驚一場” 。 然而有意思的是 ， 根據(jù) JWST 的最新觀測數(shù)據(jù)， 地球 已然 安全 ，但 撞擊月球的概率 卻悄然 上升至 4% 左右。 于是， 天文學家 陷入了 既 害怕又期待的矛盾心理中……

歐洲南方天文臺甚大望遠鏡（VLT）對小行星 2024 YR4 的追蹤 | 圖源：ESO/O. Hainaut et al.

06 第三顆星際天體3I/ATLAS經過太陽系

2025 年 7 月 1 日 ， 位于智利的小行星撞擊地球末端警報系統(tǒng)（ ATLAS ）發(fā)現(xiàn) 一個彗星，正以一條 開口巨大的雙曲線，超過 60km/s 的速度飛越內太陽系 ，被判定為 人類發(fā)現(xiàn)的第三顆星際小天體 ，編號 3I/ATLAS 。 “哈勃”空間望遠鏡（ HST ）和詹姆斯·韋布空間望遠鏡（ JWST ）迅速對其進行觀測，確認是一顆來自太陽系外的彗星，但它來自銀河系中的哪顆恒星尚不清楚 。

相比于前兩 個星際小天體 —— 1I/'Oumuamua 和 2I/Borisov ， 3I/ATLAS 早早地就被發(fā)現(xiàn)了， 于是 我們有更多的機會 進行觀測 。而且，它的軌道與黃道面比較接近，運動方向相反，因此有機會與地球、火星、木星等行星，以及運行在黃道面附近的行星際人造探測器 相遇。 10 月， 阿特拉斯彗星 近距離路過火星，包括中國 天問一號環(huán)繞器（ TW-1 ） 、美國 “專家”號（又稱“馬文”號， MAVEN ） 、歐洲 火星快車（ Mars Express ） 在內的多個火星探測器轉向夜空 ，對準了這位星際訪客。 此外，還有多個太陽探測器、小行星探測器、空間望遠鏡、宇宙學探測器，共計近 20 個投入了這場史無前例的追蹤監(jiān)測。

“哈勃”空間望遠鏡拍攝的 3I/ATLAS阿特拉斯彗星 | 圖源： NASA, ESA, David Jewitt (UCLA); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI)

07 引力波觀測證實霍金的黑洞面積定律

在一項發(fā)表于《物理評論快報》的研究中， 科學家 從 引力波 GW250114 信號 分析 得出了兩個意義非凡的結論：證實了并合黑洞的性質與克爾（ Kerr ）黑洞的性質一致 ； 驗證了霍金在半個世紀前提出的黑洞面積定理。

克爾黑洞是指旋轉的黑洞，由 新西蘭數(shù)學家克爾（ Roy Kerr ） 1963 年 從愛因斯坦引力場方程中得到。 當物質坍縮成黑洞之后， 電磁波等信息 無法逃脫 ， 只剩下質量 、 角動量和電荷三個基本守恒量。 這就是 黑洞“無毛定理”。克爾黑洞 由黑洞的質量和自旋兩個參數(shù)所描述。恒星都有自轉， 而 星際介質 具有 中和作用， 因此 一般認為 由 恒星坍縮形成的黑洞 都是克爾黑洞 。

GW250114 引力波是由 33.6 倍太陽質量和 32.2 倍太陽質量的 兩個 黑洞并合 所產生 。 關鍵是這個信號 異常清晰，信噪比高達 80 （ 首例引力波信號 信噪比僅為 26 ） 。 天文學家從中解析出兩個符合理論預期的波形—— 頻率和持續(xù)時間僅由 黑洞 的質量和自旋決定 。這就像從音樂中聽出兩件樂器的聲音。并合后的黑洞也完全符合克爾黑洞的性質。

同時，科學家 計算得到并合后新黑洞的表面積是原來兩個黑洞表面積之和的 1.67 倍，完美驗證了霍金在 1971 年提出 的面積 定理 —— 黑洞事件視界的總表面積永遠不會隨著時間推移而減少。兩個黑洞并合 形成一個 新黑洞 ，其 質量小于初始黑洞質量之和 ，損失的質量便以 引力波 形式帶走 能量 。 但由于黑洞面積與質量的平方成正比（非線性關系）， 新的 單一黑洞面積 仍然 超過最初兩個黑洞的面積之和。 人們曾 在 2021 年 檢驗 過 黑洞面積定理 ， 當時的 置信度只有 95% ， 而現(xiàn)在已經 達到了 99.999% 。

通過引力波的測量比較兩個黑洞合并前的面積和合并后的面積 | 圖源： L. Reading-Ikkanda/Simons Foundation

08 帕克探測器破解太陽磁重聯(lián)七十年謎題

NASA 宣布，“帕克”探測器 通過 直接穿越太陽 大氣 獲取 的 一手數(shù)據(jù) ， 直觀揭示太陽磁力線斷裂與重組全過程，為解釋 困擾科學界 70 年的 日冕極端高溫和太陽風暴成因提供決定性證據(jù)。 該成果發(fā)表在 2025 年 8 月 13 日 的 《自然天文學》 上。

1943 年，瑞典物理學家艾德倫 （ Bengt Edlén ）在 日冕中 發(fā)現(xiàn)了一條特殊的 電離鐵的 譜線， 表明日冕具有 百萬攝氏度 的高溫。 外層大氣 溫度 顯著高于太陽表面 ， 這一 違背熱力學定律 的現(xiàn)象 成為天文學領域著名謎題。 為此 科學界提出了磁重聯(lián)理論 來解釋： 太陽內部對流運動 不斷 攪動磁場， 局部區(qū)域內 能量持續(xù)積累， 原本平行的磁力線會 發(fā)生 扭曲、纏繞，形成復雜磁場結構。當方向相反的磁場區(qū)域相互靠近時，狹窄 區(qū)域內 電流 高度 集中，磁場與等離子體的“凍結”狀態(tài) 被打破 ，原本閉合的磁力線 突然發(fā)生 斷裂 ，隨即又迅速 重新連接。磁場 所蘊含 的巨大自由能 就在這一 瞬間轉化為等離子體的動能和熱能 。這也是 太陽爆發(fā)活動的能量來源。

2018 年 - 2022 年 間 ， “ 帕克 ” 探測器多次近距離飛掠太陽。在一次飛掠中， “ 帕克 ” 記錄到磁場強度突然下降了 70% ，這是人類首次直接觀測到磁力線斷裂的信號。 也就是眨眼之間， 等離子體分析儀顯示溫度從約 30 萬攝氏度飆升至 120 萬攝氏度， 證實 了磁能快速轉化 為了 熱能； 而 粒子探測器則捕捉到速度超過 1000 公里 / 秒的高能粒子流， 完美驗證了 磁重聯(lián)理論 對粒子噴射速度的預期 。 美國科羅拉多州西南研究院的團隊花費近三年時間，對這些數(shù)據(jù)進行 了 細致分析 和重構 ，最終梳理出磁重聯(lián)發(fā)生的完整鏈條。

“帕克”探測到的太陽磁重聯(lián)區(qū)域 | 圖源： ESA/NASA

09 M87 * 黑洞磁場整體翻轉的觀測證實

2025 年 9 月 16 日 ， 事件視界望遠鏡（ EHT ）合作組發(fā)布了 M87 星系中心超大質量黑洞（即 M87* ）的新圖像，揭示了黑洞附近偏振輻射隨時間的演化，為人們理解黑洞周圍極端環(huán)境下的物理過程提供了新視角。

M87 星系距地球約 5500 萬光年，其中心黑洞質量是太陽的 60 億倍以上。 EHT 是由全球射電望遠鏡聯(lián)合組網的 等效于地球直徑的虛擬望遠鏡。 2017 年 起對 M87* 進行拍攝， 2019 年發(fā)布首張黑洞照片， 2021 年公布 其偏振結果 。 此后每年 EHT 都會對 M87* 進行觀測。令人感到驚奇的是 ， 2017 年至 2021 年間， M87 * 的偏振方向發(fā)生 了 翻轉 —— 2017 年磁場分布由里向外呈逆時針方向， 2018 年相對穩(wěn)定，而到 了 2021 年 磁場 完全反轉 ，呈 順時針方向。 EHT 合作組分析 認為 ，這種 偏振“逆轉”現(xiàn)象 可能源于 黑洞 內部磁結構與外部效應的共同作用 ，反映出該超大質量黑洞極為活躍，不斷有物質掉落黑洞。 而磁場在物質 墜入 黑洞方式以及黑洞向外釋放能量 的 機制方面發(fā)揮著關鍵作用。這一發(fā)現(xiàn)也 恰恰 說明 ， 在 超大質量黑洞 事件視界附近 ， 還存在許多 我們 尚未理解的事情。

超大質量黑洞 M87*偏振影像 | 圖源：EHT 合作組

10 貝努小行星樣本揭示生命起源化學線索

當?shù)貢r間 12 月 2 日，三篇論文齊發(fā)， 宣布了 從小行星貝努樣本中檢測到 的與生命起源相關的重要線索。

第一篇文章 由 日本東北大學 古川善博（ Yoshihiro Furukawa ） 領銜 的團隊 完成。 他們 通 過氣相色譜 - 質譜聯(lián)用技術 ， 在樣本中發(fā)現(xiàn)了核糖（五碳糖）和葡萄糖（六碳糖）。 雖然這些糖類本身并非生命的證據(jù)，但 這一 發(fā)現(xiàn) 再 加上此前發(fā)現(xiàn)的 14 種 氨基酸、 5 種 核堿基和羧酸，表明構建 生命 必需的全部 組分都已經在貝努小行星上發(fā)現(xiàn)。 生命所需的重要能量來源（葡萄糖） 或 在早期太陽系中便已存在。

第二篇論文 由 NASA 艾姆斯研究中心（ Ames Research Center ）領導完成。他們在貝努樣本中檢測到富氮富氧的有機高分子化合物，類似于地球上的聚氨酯，但結構更為無序。它曾是柔軟可塑的，但現(xiàn)在已硬化 ， 因此被昵稱為“口香糖” 。科學家推測，這種物質 前身 可能 追溯到 貝努的母體小行星形成 之 初，氨和二氧化碳通過 某種 過程形成了 水溶性的 氨基甲酸鹽， 隨后慢慢 聚合成更大、更復雜的 、 不溶于水 的長鏈分子 。這種復雜的有機物對于研究生命起源和生命是否存在于地球之外具有重要意義。

第三篇論文 由 NASA 約翰遜太空中心（ JSC ）阮安（ Ann Nguyen ）帶領 的 團隊 發(fā)表。 分析了貝努樣本中兩種不同巖石類型中前太陽顆粒（ Presolar Grains ）。這種 特殊的星際塵埃顆粒 來自于 太陽形成之前的 上一代 恒星 ，可能通過超新星爆發(fā)留下 。結果顯示，貝努樣本中源自超新星的塵埃含量是其他 已知 樣本的 6 倍。 這 為探尋太陽系身世之謎，以及生命片段的來源提供了寶貴的線索。

這三項成果共同描繪了一個 讓人浮想聯(lián)翩 的圖景：核苷酸、 氨基酸 、能量糖類以及復雜有機 聚合物 等 生命分子 的“原材料” ，很可能早在地球形成前，就已在貝努這樣的小行星 上“ 備齊 ”了 ，然后通過隕石把生命材料 “快遞”到 年輕的地球。

小行星貝努（ 101955 Bennu） | 圖源： NASA/Goddard/University of Arizona

星空是如此深邃，星空又是如此親近！不管是高深莫測的宇宙學，還是近在咫尺的小天體，天文學的發(fā)現(xiàn)與突破從來不是冷冰冰的數(shù)據(jù)，而是人類智慧綻放出的禮花。已經進入到“第四代巡天”的現(xiàn)代天文學，插上了數(shù)智化的翅膀，即將開始新的騰飛。新的一年，怎能不叫人期待呢！

作者：施韡（上海科技館天文研究中心）

科學審核：林清（上海科技館天文研究中心）

編輯：曉天

審校：李巖松、李淵淵

圖源：已在文中標注