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(jìn)展，宇宙畫卷以前所未有的精度鋪展。上海天文館天文研究中心特別遴選出2025年天文學(xué)十大進(jìn)展，見證人類邁向星辰大海的堅(jiān)定步伐。

01 薇拉?魯賓天文臺首光：開啟時(shí)域天文新紀(jì)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(xué)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(yuǎn)鏡（LSST），其核心是一臺人類迄今建造的最大CCD相機(jī)。這臺龐然大物鏡頭寬度超過1.5米，重達(dá)3噸，相機(jī)內(nèi)部集成了189塊獨(dú)立、高靈敏度的科學(xué)級CCD傳感器，擁有驚人的32億像素。

首批科學(xué)圖像中最為引人矚目的是被稱為“宇宙寶箱”的超廣域深空圖像。它由1185幀照片拼接而成，覆蓋天區(qū)達(dá)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(tuán)。

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

更令人驚嘆的是，在僅僅約11個小時(shí)的累計(jì)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(rèn)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(wǎng)膜”預(yù)計(jì)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(yīng)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(shí)域天文”，也將推動天文信息學(xué)的突破。

02 歐幾里得（Euclid）首批巡天成果發(fā)布

北京時(shí)間2025年3月19日晚，“歐幾里得”空間望遠(yuǎn)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(dǎo)并聯(lián)合美國航天局（NASA）共同研發(fā)的望遠(yuǎn)鏡，自2023年7月1日發(fā)射以來便一直備受矚目。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(yù)計(jì)，最終的星圖將包含約80億個星系。它的目標(biāo)是繪制出河外星系的全天星圖，嘗試為暗能量和暗物質(zhì)等長期困擾天文學(xué)家的難題提供新的解決方案。

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

2024年5月，“歐幾里得”曾“劇透”了五張?jiān)缙谟^測照片。相較于之前的結(jié)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(shí)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(dāng)中，藏著至少2600萬個星系，最遠(yuǎn)的距地球105億光年，這充分展現(xiàn)了它卓越的性能。

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(xiàng)具有里程碑意義的科學(xué)成果。一是觀測發(fā)現(xiàn)由黑洞吸積驅(qū)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(zhì)子能譜“膝區(qū)”顯現(xiàn)超出預(yù)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(qiáng)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(zhì)，這個過程叫吸積。它在“吃東西”時(shí)會產(chǎn)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(zhì)子能量超過1 PeV，總功率高達(dá)約每秒1032焦耳，是人類粒子加速器質(zhì)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(xué)家似乎為這個困擾多年的問題找到了一個可能的答案。

拉索測得的“膝區(qū)”宇宙線質(zhì)子能譜（紅點(diǎn)）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(lán)色方塊）一起，揭示了銀河系內(nèi)存在多種類的加速源，每一類有各自獨(dú)特的加速能力和能量范圍，而“膝”正是產(chǎn)生高能組分的源的加速極限表現(xiàn)。| 圖源：中國科學(xué)院高能物理研究所

宇宙線能量分布圖上有一個關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)——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(qiáng)大的地面觀測裝置，精確測量了質(zhì)子的能譜。結(jié)果表明，能量分布規(guī)律比想象中更復(fù)雜，質(zhì)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。

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(xiàng)目發(fā)現(xiàn)：宇宙中的暗能量可能隨時(shí)間推移發(fā)生變化，而傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為它是一個恒量。

宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型認(rèn)為，宇宙中可觀測的普通物質(zhì)僅占不到5%，而有高達(dá)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(qiáng)度保持恒定不變。這一簡潔的假設(shè)是過去幾十年宇宙學(xué)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(rèn)知：宇宙的加速膨脹可能并非一成不變——暗能量的強(qiáng)度在宇宙早期更強(qiáng)一些。

9月29日，國際科學(xué)期刊《自然·天文》在線發(fā)表了國家天文臺趙公博研究團(tuán)隊(duì)的重要學(xué)術(shù)成果：宇宙的加速膨脹可能并非一成不變——暗能量的強(qiáng)度在宇宙早期更強(qiáng)一些。該現(xiàn)象與我國天文學(xué)家張新民團(tuán)隊(duì)在2004 年4月提出的“精靈”（Quintom）理論相吻合。這項(xiàng)研究成果也被美國物理學(xué)會（APS）旗下《物理》雜志評選為2025 年國際物理學(xué)領(lǐng)域重大進(jìn)展。

DESI項(xiàng)目聯(lián)合了全球70余家科研機(jī)構(gòu)、900多名研究人員，是當(dāng)今全球最重要的暗能量觀測計(jì)劃之一。它依托一臺4米口徑的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，通過5000個光纖微型“機(jī)器人”精確定位并捕捉遙遠(yuǎn)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(biāo)源的光譜，覆蓋天區(qū)范圍超過9000平方度，構(gòu)建了迄今最大的宇宙三維地圖。

暗能量的“強(qiáng)度”用狀態(tài)方程參數(shù)w表示，曾被嚴(yán)格設(shè)定為恒等于-1。暗能量狀態(tài)方程是否能夠穿越 ?1，被認(rèn)為是區(qū)分不同理論范式的關(guān)鍵判據(jù)?；贒ESI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(cè)）小于-1，表示暗能量更強(qiáng)；而在近期（低紅移，橫軸的左側(cè)）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

需要注意的是，這項(xiàng)成果遠(yuǎn)未達(dá)到粒子物理學(xué)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(jìn)行判定。

05 小行星2024 YR4觸發(fā)首次小行星撞擊預(yù)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(dá)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(jī)制，也是該機(jī)制設(shè)立以來的首次。

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

之所以發(fā)現(xiàn)初期的撞擊概率較高是因?yàn)橛^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(nèi)。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(jīng)降至不足0.00001%，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(xué)家陷入了既害怕又期待的矛盾心理中……

06 第三顆星際天體3I/ATLAS經(jīng)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(bào)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(nèi)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?！肮笨臻g望遠(yuǎn)鏡（HST）和詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）迅速對其進(jìn)行觀測，確認(rèn)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。

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

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(jī)會進(jìn)行觀測。而且，它的軌道與黃道面比較接近，運(yùn)動方向相反，因此有機(jī)會與地球、火星、木星等行星，以及運(yùn)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、美國“專家”號、歐洲火星快車在內(nèi)的多個火星探測器轉(zhuǎn)向夜空，對準(zhǔn)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(yuǎn)鏡、宇宙學(xué)探測器，共計(jì)近20個投入了這場史無前例的追蹤監(jiān)測。

07 引力波觀測證實(shí)霍金的黑洞面積定律

在一項(xiàng)發(fā)表于《物理評論快報(bào)》的研究中，科學(xué)家從引力波GW250114信號分析得出了兩個意義非凡的結(jié)論：證實(shí)了并合黑洞的性質(zhì)與克爾（Kerr）黑洞的性質(zhì)一致；驗(yàn)證了霍金在半個世紀(jì)前提出的黑洞面積定理。

克爾黑洞是指旋轉(zhuǎn)的黑洞，由新西蘭數(shù)學(xué)家克爾（Roy Kerr）1963年從愛因斯坦引力場方程中得到。當(dāng)物質(zhì)坍縮成黑洞之后，電磁波等信息無法逃脫，只剩下質(zhì)量、角動量和電荷三個基本守恒量。這就是黑洞“無毛定理”?？藸柡诙从珊诙吹馁|(zhì)量和自旋兩個參數(shù)所描述。恒星都有自轉(zhuǎn)，而星際介質(zhì)具有中和作用，因此一般認(rèn)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(zhì)量和32.2倍太陽質(zhì)量的兩個黑洞并合所產(chǎn)生。關(guān)鍵是這個信號異常清晰，信噪比高達(dá)80（首例引力波信號信噪比僅為26）。天文學(xué)家從中解析出兩個符合理論預(yù)期的波形——頻率和持續(xù)時(shí)間僅由黑洞的質(zhì)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(zhì)。

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

同時(shí)，科學(xué)家計(jì)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(yàn)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(yuǎn)不會隨著時(shí)間推移而減少。兩個黑洞并合形成一個新黑洞，其質(zhì)量小于初始黑洞質(zhì)量之和，損失的質(zhì)量便以引力波形式帶走能量。但由于黑洞面積與質(zhì)量的平方成正比（非線性關(guān)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(yàn)過黑洞面積定理，當(dāng)時(shí)的置信度只有95%，而現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了99.999%。

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?jǐn)?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(xué)界70年的日冕極端高溫和太陽風(fēng)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(xué)》上。

1943年，瑞典物理學(xué)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(xué)定律的現(xiàn)象成為天文學(xué)領(lǐng)域著名謎題。為此科學(xué)界提出了磁重聯(lián)理論來解釋：太陽內(nèi)部對流運(yùn)動不斷攪動磁場，局部區(qū)域內(nèi)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(fù)雜磁場結(jié)構(gòu)。當(dāng)方向相反的磁場區(qū)域相互靠近時(shí)，狹窄區(qū)域內(nèi)電流高度集中，磁場與等離子體的“凍結(jié)”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(yùn)含的巨大自由能就在這一瞬間轉(zhuǎn)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。

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

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(qiáng)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(shí)了磁能快速轉(zhuǎn)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(yàn)證了磁重聯(lián)理論對粒子噴射速度的預(yù)期。美國科羅拉多州西南研究院的團(tuán)隊(duì)花費(fèi)近三年時(shí)間，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了細(xì)致分析和重構(gòu)，最終梳理出磁重聯(lián)發(fā)生的完整鏈條。

09 M87 * 黑洞磁場整體翻轉(zhuǎn)的觀測證實(shí)

2025年9月16日，事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）合作組發(fā)布了M87星系中心超大質(zhì)量黑洞（即M87*）的新圖像，揭示了黑洞附近偏振輻射隨時(shí)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(zhì)量是太陽的60億倍以上。EHT是由全球射電望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合組網(wǎng)的等效于地球直徑的虛擬望遠(yuǎn)鏡。2017年起對M87*進(jìn)行拍攝，2019年發(fā)布首張黑洞照片，2021年公布其偏振結(jié)果。此后每年EHT都會對M87*進(jìn)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(zhuǎn)——2017年磁場分布由里向外呈逆時(shí)針方向，2018年相對穩(wěn)定，而到了2021年磁場完全反轉(zhuǎn)，呈順時(shí)針方向。

超大質(zhì)量黑洞M87*偏振影像 | 圖源：EHT合作組

EHT合作組分析認(rèn)為，這種偏振“逆轉(zhuǎn)”現(xiàn)象可能源于黑洞內(nèi)部磁結(jié)構(gòu)與外部效應(yīng)的共同作用，反映出該超大質(zhì)量黑洞極為活躍，不斷有物質(zhì)掉落黑洞。而磁場在物質(zhì)墜入黑洞方式以及黑洞向外釋放能量的機(jī)制方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。這一發(fā)現(xiàn)也恰恰說明，在超大質(zhì)量黑洞事件視界附近，還存在許多我們尚未理解的事情。

10 貝努小行星樣本揭示生命起源化學(xué)線索

當(dāng)?shù)貢r(shí)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(guān)的重要線索。

第一篇文章由日本東北大學(xué)古川善博（Yoshihiro Furukawa）領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)完成。他們通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，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(gòu)建生命必需的全部組分都已經(jīng)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(lǐng)導(dǎo)完成。他們在貝努樣本中檢測到富氮富氧的有機(jī)高分子化合物，類似于地球上的聚氨酯，但結(jié)構(gòu)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”?？茖W(xué)家推測，這種物質(zhì)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(fù)雜的、不溶于水的長鏈分子。這種復(fù)雜的有機(jī)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(lǐng)的團(tuán)隊(duì)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(jié)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。

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

這三項(xiàng)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(fù)雜有機(jī)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。

新的一年，你期待宇宙帶給你什么驚喜呢？