2024年即将落幕，过去的这一年里，全球天文学家同心协力，我们对宇宙的认知边界又有了哪些突破？纵观2024年的天文学成就，宛如一幅壮丽恢弘的画卷：从多个探测器的发射，到“古银盘”的历史研究，从月球背面样品的采集和深空探测器的远航，再到“宇宙地图”的发布。这些突破不仅推动了学科的进步，更重新定义了人类对宇宙的想象……展望2025，我们有充足的理由继续期待。新的技术、更先进的设备，以及深化的国际合作，将持续引领我们走向更多的宇宙领域。
从10数到1，
一起回顾2024年那些激动人心的天文进展——
5/探月新篇：
中继之光与月背采样
2024年6月3日，嫦娥六号携带的“移动相机”，自主移动并成功拍摄、回传着陆器和上升器合影。版权／国家航天局
2024年，中国探月工程再次迎来两项里程碑式成就——鹊桥二号中继星成功发射和嫦娥六号任务圆满完成。这两项壮举标志着中国在深空探测领域的持续突破，也为后续月球探测和深空科研计划奠定了重要基础。从构建月球通信中继体系到推动月球背面采样返回，中国正在以坚定的步伐迈向国际月球探测前沿。
鹊桥二号中继星与运载火箭成功分离，太阳翼及伞天线顺利展开，图像左侧为天都试验星。版权／国家航天局
2024年6月，鹊桥二号中继星搭载长征系列运载火箭从文昌卫星发射中心成功发射，进入地月拉格朗日L2点轨道。作为服务嫦娥六号及未来探月任务的重要通信中继设施，鹊桥二号在前代的基础上，进行了性能的全面升级，搭载了全新研发的月基导航试验设备，这将为月球表面探测器提供更精确的位置服务，并助力后续的月球科研站建设。
与鹊桥二号的发射相呼应，嫦娥六号任务在2024年9月取得圆满成功，再次刷新了人类探月历史。嫦娥六号的主要任务是从月球背面的南极-艾特肯盆地采集样品并将其返回地球。这一地区因其古老的地质特性和丰富的科学价值，成为国际月球探测的热点。嫦娥六号探测器不仅携带了中国自主研制的科学载荷，还搭载了来自意大利、法国和欧空局的国际科学仪器。为中国与国际科学家提供了宝贵的合作机会，共同深入研究月球早期历史、撞击事件的记录以及月壤的组成特性，为理解月球的起源与演化提供独特的视角。
嫦娥六号返回样品的典型图像。（a）从 CE-6 铲取样品中挑选出的部分大于1毫米的岩屑颗粒。（b-e）不同结构特征的玄武岩屑，（f-g）角砾岩和（h）粘结岩的背散射图像（BSE）。典型玄武岩（i 和 j）、粘接岩（k）、浅色岩屑（l）和玻璃物质（m 和 n）的体式显微镜照片。版权／中国科学院国家天文台
从鹊桥二号成功架起月球背面的通信桥梁，到嫦娥六号首次从月球背面采样返回，中国探月工程正在实现技术与科学的双重突破。这两项成就不仅体现了中国科技的进步，也为国际月球探测合作注入了新的动力。鹊桥二号的通信中继能力和嫦娥六号积累的采样技术经验，将成为后续任务的坚实基础。通过这些不断推进的探测计划，中国正以开放与创新的姿态，为人类探索月球和深空带来更多可能性。
4/揭开高能面纱：
拉索的宇宙线探秘
LHAASO第一期星表在1-25TeV和>25TeV能段显著性天图。来源／Cao et al.（2024）
2024年，中国大型高海拔空气簇射观测站（LHAASO，拉索）在高能天体物理领域取得一系列突破性成果，为理解宇宙线起源及极端能量释放机制提供了新契机。其最新发现涵盖三个关键进展：首先，拉索在天鹅座恒星形成区发现巨型超高能伽马射线泡状结构，确认了首个能将宇宙线粒子加速至PeV（千万亿电子伏特）量级的超级加速源；其次，拉索第一期甚/超高能伽马射线星表正式发布，为全球天文学家提供最灵敏的高能巡天图谱；最后，拉索识别出一批PeV级微类星体（Microquasar），为解析宇宙线“膝”区拐折之谜带来新线索。这些成果标志着拉索已成为全球高能天文学研究的中坚力量，为人类近距离审视宇宙极限能量起源与结构演化迈出坚实一步。
1. 确认首个超级加速源：巨型伽马射线泡的诞生
拉索位于四川省稻城县海拔4410米的高原上。作为国家重大科技基础设施，它整合多种子探测器（电磁粒子阵列、缪子探测阵列、WCDA水切伦科夫阵列、广角切伦科夫望远镜）协同工作，在数十TeV至PeV能区具备无与伦比的灵敏度和能量分辨能力。
长期以来，理论预测银河系内存在可将宇宙线加速至PeV级的天体，但缺乏直观观测证据。2024年，拉索团队在天鹅座恒星形成区首次识别出一个巨型超高能伽马射线泡状结构，其伽马射线能谱特征显示该区域可将粒子加速至几十PeV量级；弓形激波与湍流磁场为粒子多次散射和反复加速提供条件。这一研究成果标志着理论假设向实证研究的转变。这一发现不仅为恒星形成区的粒子加速模型提供了重要支持，也为探索高能粒子传播路径和机制提供了关键数据。
2. 最灵敏高能巡天：拉索首批星表发布
在确认超级加速源的同时，拉索发布了拉索第一期甚/超高能伽马射线星表。该星表聚焦数十TeV至PeV能区，是目前最灵敏的高能伽马射线巡天成果之一。通过精确定位和翔实的数据资料，这份星表勾勒出前所未有的高能天空图景，记录了多种高能天体，包括超新星遗迹、脉冲星风云、恒星形成区以及其他潜在加速源。
这一星表为后续研究奠定了基础。借由多波段、多信使的综合分析，有助于研究各类天体的能量分布、时间演化和粒子加速过程，为暗物质模型检验、广义相对论适用性测试及星际介质动力学研究提供宝贵依据。
3. PeV级微类星体：破解宇宙线“膝”区之谜的钥匙
宇宙线能谱在PeV能量附近呈现出“膝”结构，一直是宇宙线研究的未解之谜。人们虽推测超新星遗迹或脉冲星风云可解释部分现象，但对“膝”的确切成因仍缺乏直接观测证据。2024年，拉索在分析数据时识别出一批PeV级微类星体，这些由紧致天体（中子星或黑洞）与正常恒星组成的双星系统拥有喷流和吸积盘，可在紧凑空间内释放强大能量。
这些PeV微类星体的发现极大拓展了人类对宇宙线加速源类型的认知。以往聚焦超新星遗迹的视角得到补充：微类星体的特殊环境和磁场结构可为粒子加速提供全新路径，从而为解释“膝”区拐折带来新方案，更深入理解宇宙线能谱拐折背后的物理本质。
拉索的系列发现从不同维度深化了我们对高能宇宙的认知，其成就彰显出中国在高能天体物理领域的技术实力与国际影响力。这些成果不仅为单一学科问题提供解答，也为全球学术界开辟出一条行之有效的探索路径。当技术日益进步、观测手段持续拓展，我们有理由期待，无论是检验暗物质猜想，还是精确描绘星际介质的动力学，抑或揭示宇宙线加速起点的终极秘密，多信使时代下的高能天文学必将为这深邃星河增添明亮注脚。拉索，正是指引这一进程的敏锐眼睛，让我们在无限宏大的宇宙中看得更远、更深、更清晰。
3/追溯银河起源：
古银盘与LAMOST的辉煌
极早期银河系想象图。来源／LAMOST运行和发展中心
自2012年全面投入科学运行以来，郭守敬望远镜（LAMOST）凭借其独特的技术优势和卓越的数据获取能力，在天文学研究领域取得了诸多重大成果。作为全球最大规模的光谱巡天项目，LAMOST为探索银河系的结构与演化、恒星的物理特性以及河外天体的动力学行为提供了宝贵的数据支持。2024年，LAMOST在揭示银河系形成历史和构建国际化数据发布平台方面再次取得突破性进展，为天文学研究注入了新动力。
1. 揭示银河系“古银盘”的起源
2024年10月10日，中国科学院国家天文台研究人员领导的科研团队基于LAMOST和欧洲空间局盖亚（Gaia）卫星数据的研究成果，成功揭示了银河系中一个极其古老的银盘结构。研究显示，该银盘结构的形成可追溯至距今130亿年以前，是目前已知最古老的星系盘结构。
银河系老龄恒星的空间分布结构参数。横坐标为标长，纵坐标为标高。呈现出盘结构（标高小于标长）的恒星年龄高达130多亿年。来源／Xiang et al.（2004）
通过分析LAMOST获取的大量恒星光谱数据，研究人员对古银盘的结构参数、恒星形成率以及它们随年龄的演化进行了精确刻画，首次发现年龄130-135亿年的极古老星族仍呈现出盘结构，这表明星系盘可以在宇宙早期形成并得以长期维持，为深入理解星系的早期形成和演化提供了直接证据。研究指出早期银河系所处的环境可能比此前认为的要更加宁静，这可能为极古老银盘的形成和维持创造了条件。古银盘的发现对研究银河系形成历史具有里程碑意义。这一成果不仅深化了我们对银河系结构起源和演化的理解，还为探索星系形成的普适规律提供了重要方向。
2. 数据发布平台的国际化发展
2024年11月19日，世界互联网大会领先科技奖在浙江揭晓。“LAMOST天体光谱数据处理和发布平台”项目荣获2024年度世界互联网大会领先科技奖。截至目前，LAMOST天体光谱数据处理和发布平台已向全球公开发布了2246万条光谱数据，是国际上其他光谱巡天项目发布总和的两倍以上，连续十年保持全球最大光谱数据库的领先地位。
未来，LAMOST将进一步提升光谱巡天能力，计划开发高分辨率光谱仪，以获取更加精细的光谱数据。这些改进将为研究微弱天体、稀有天体及宇宙早期天体提供更强大的支持。LAMOST还将扩大观测覆盖范围，重点对银河系外围区域和河外天体进行深入观测，补充现有数据的空白。从揭示银河系古银盘的形成到获奖的数据发布平台建设，LAMOST的最新进展不仅提升了中国天文学的国际影响力，也为人类探索宇宙奥秘提供了有力支持。
2/聆听星空脉动：
FAST的千星之旅
中国天眼FAST发现脉冲星数量突破1000颗，贡献脉冲星领域多项重大成果。版权／中国科学院国家天文台
2024年，中国天眼FAST继续引领国际天文学的前沿研究，取得了一系列突破性成果。作为全球最大、灵敏度最高的单口径射电望远镜，FAST自2016年建成并投入使用以来，凭借其无与伦比的技术性能和多元化的观测模式，成为了探索宇宙奥秘的重要工具。在脉冲星探测、快速射电暴研究、引力波搜寻及星际介质精细测绘等众多领域，FAST不断刷新科学认知，巩固了其在国际天文学界的核心地位。
FAST坐落于贵州平塘的天然喀斯特洼地中，其500米口径反射面由4450块反射单元拼接而成，可高效聚焦深空中极为微弱的射电信号。通过创新的主动反射面技术和数千个驱动器的精密调控，FAST实现了超高灵敏度的观测性能。其作为一台单口径望远镜的独特优势在于，既能探测极微弱信号，又可在较短时间内完成对大面积天区的覆盖。自开放运行以来，FAST吸引了全球科学家的目光。
截至2024年11月，FAST在脉冲星领域的探测成绩斐然，发现的脉冲星数量已突破1000颗，包括大量毫秒脉冲星和脉冲星双星。这些新发现为理解脉冲星的形成与演化提供了关键依据，也为检验广义相对论、测量低频引力波以及研究星际介质结构奠定了重要基础。
2024年的一系列成就再度证明了FAST在国际天文学研究中的领导地位。从银河盘区的脉冲星快照巡天，到多目标同时观测模式CRAFTS的成功应用，再到对毫秒脉冲星、星际介质和引力波探测的重大突破，FAST正以卓越的观测能力和不断优化的技术手段，为人类理解宇宙的深层奥秘贡献力量。FAST将在射电天文学的道路上继续领跑，为全球天文学界不断书写新的科学篇章。
展望未来，FAST仍将不断突破自我。在FAST建成八周年之际，为进一步提升其观测能力并保持科学优势，科研团队启动了“FAST核心阵”试验样机建设计划，目标是通过阵列技术显著提高空间分辨率和灵敏度，为射电暂现源的精准定位、综合孔径成像以及新型天体的发现提供支持。
1/捕捉宇宙剧变：
高能天文卫星发射
2024年，中国在高能天文观测领域的两大空间天文项目——天关卫星（爱因斯坦探针EP）与中法联合研制的天基多波段空间变源监视器（SVOM）相继发射，为探索宇宙中最为剧烈与神秘的瞬变天象提供了崭新工具与广阔舞台。这一年，不仅是中国在高能天文观测技术上实现飞跃的里程碑，更是全球天文学家携手描绘宇宙画卷、共同迈向多信使天文学新时代的历史篇章。
2024年1月9日，中国成功发射了天关卫星。天关卫星是由中国主导，欧空局、德国马普所和法国宇航局参与的国际合作卫星项目。其核心关键探测器件由我国自主研发，专门用于探测瞬变与可变天体，涵盖黑洞潮汐瓦解恒星事件、引力波事件电磁对应体、超新星爆发、伽马射线暴乃至一系列高能剧变现象的观测。
天关卫星的技术核心在于其创新的龙虾眼宽视场X射线聚焦成像技术和CMOS探测器技术，使得其宽视场X射线望远镜能够快速、灵敏地捕捉宇宙中转瞬即逝的高能事件；窄视场X射线望远镜则可对锁定目标进行深入细致的观测分析；同时可以把高能事件的信息快速传输到地面，为后续多波段、多平台的跟进观测奠定基础。
天关卫星将为全球天文学研究提供了一个兼具宽场观测与最高探测灵敏度和空间分辨率的新发现平台。7月，天关卫星顺利完成在轨测试和仪器定标；10月31日正式交付科学团队，并正式命名。“天关”一词，为纪念中国宋代天文学家发现的“天关客星”（公元1054年观测到的超新星）这一对世界天文学的重大贡献，同时寓意为打开一扇通向宇宙未知的大门，昭示着我国在探究宇宙奥秘的征途上正奋勇前行。
SVOM卫星想象图。版权／法国航天局
2024年6月22日，由中国国家航天局与法国国家空间研究中心（CNES）联合研制的天基多波段空间变源监视器（SVOM）搭乘长征二号丙运载火箭，从西昌卫星发射中心成功升空，一颗专注于伽马射线暴研究的国际合作卫星。伽马暴是目前已知宇宙中最猛烈的爆发事件之一，其释放的伽马射线能量极高，持续时间从毫秒到数分钟不等。科学家认为，这些极端爆发现象与大质量恒星坍缩或中子星并合密切相关，然而具体机制仍有待进一步探索。SVOM卫星将为这一领域注入新动力。
SVOM配备了多种先进探测设备，包括伽马射线监测器、硬X射线相机、软X射线望远镜、可见光望远镜以及近红外望远镜。这套多波段协同观测体系可在伽马暴发生时迅速定位爆发位置，并对余辉进行多波段深入观测，从而为理解伽马暴的能量释放机制、磁场结构、喷流构型以及其所处的宿主星系环境提供关键证据。SVOM的发射与天关卫星的投入使用，将有助于形成一个涵盖高能瞬变事件从发现到深入分析的体系化观测链条。在这一过程中，全球其他先进设备与项目所提供的数据，将与天关、SVOM的观测成果形成互补，共同构筑一个多信使、多波段、跨学科的国际协同网络。
放眼未来，天关与SVOM的联合观测必将为我国乃至全球天文学家带来前所未有的机遇。随着多年来各国在空间天文学、数据处理与理论建模方面的经验积累与不断创新，人类有望在更短的时间里获得突破性的发现。
—— 节选自《中国国家天文》2024年第12期
致谢 /
感谢帮助审阅的众多老师，包括袁为民、魏建彦、 姜鹏、向茂盛、张建立、苏彦、王松、戴昱、薛随建、邹虎。因为他们的帮助，让文章内容更为丰富和准确。在此非常感谢。
作者简介 /
苟利军，中国科学院国家天文台研究员，中国科学院大学天文学教授。《中国国家天文》杂志执行总编，北京天文学会副理事长。主要研究兴趣为高能天体物理。曾获得中国国家优秀科普图书奖、国家图书馆文津奖以及全国优秀科普微视频一等奖等奖项。
本文转载自《中国国家天文》微信公众号
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