发布单位:台北市立天文科学教育馆

  色彩斑斓的大木林蛛不仅结网能力强,其蛛丝甚至被用于生物材料中的神经重建,日前,一项针对大木林蛛的研究表明,在无重力的情况下,这些蜘蛛可以利用光线定位方向,告诉自己哪个方向是「上面」。

  数十年来,科学家已经针对蜘蛛进行了无数次的重力实验,例如:在蜘蛛身上绑着小重物、在离心机里结网、水平方向结网或是在结网时不断旋转等等。以上这些内容都有一个重要因素:重力,于是就诞生了另一个问题,蜘蛛能否在无重力环境中结网?

  事实上早在1973年,就有两只欧洲花园蜘蛛在当时成为太空站实验的一部分,整个实验的过程对蜘蛛极不友善,食物跟水的供给不足,其不规律的蛛网,也许是因为它们的健康状况不佳所致。2008年,国际太空站的一项实验则使用了两只不同种的蜘蛛,一只为实验组,另一只为正常生活的对照组,这次科学家确实提供它们足够的果蝇群体成为食物来源;但对照组的蜘蛛在一次意外过程中跑进了实验组中,这意味着两只蜘蛛网相互干扰,不仅影响了实验目的,果蝇群体的数量也不受控制的增加,一个月后,果蝇的数量已经将窗户遮蔽了。

  2011年的第二次实验,没有蜘蛛逃脱,没有食物不足,没有爆量果蝇,每5分钟拍摄一张照片,头顶上的灯每12小时开关一次,以模拟日光;尽管在性别上区分错误(送上太空的四只雌蜘蛛中,有两只实际上是雄蜘蛛),但在国际太空站上为期两个月的实验结果相当成功。

  两只不结网的雄蜘蛛在失重环境下正常存活,并且返回地球后仍然健康,另两只雌蜘蛛在此期间结了34张网,蜕了三次毛,打破太空纪录,此外,正是因为那个指向下的灯光,造成了另一个惊人的发现。一般而言在正常重力环境下,不论灯光亮暗,蜘蛛总是会织出不对称的网,而蜘蛛总会停在正中心的圆上且面朝下,而由于灯光的存在,在失重情况下,光线方向也会影响蜘蛛结网。

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  ▲横轴为蜘蛛等待时距离蛛网中心方向的频率分布。所示为零重力和正常重力下以及白天(开灯)和晚上(关灯)的分布。水平黑线表示中位数值。样本数(照片数量)分别为6250、456、5395、1915。蜘蛛在正常重力下几乎总是面朝下。在零重力环境下,当光照打开时,蜘蛛倾向于脸朝下,而当光照关闭时,蜘蛛的方向则是随机的。

  在太空中,蜘蛛结网的对称性会更好,并且会利用光线做为参考点,将网织在靠近灯的那一面「天花板」上,蜘蛛在演化的过程中并没有经历过无重力环境,所以科学家对于蜘蛛能有一个备用的定位系统感到惊讶,而且幸运地是,他们装设的灯光只在一个方向,否则他们可能没有这项实验结果,至于其细部的原因,可能需要更多的蜘蛛太空实验才能得知,该研究发表于2020年12月《自然科学》期刊。(编译/台北天文馆研究组技佐许晋翊)

资料来源:Science Alert

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  因为无法获得挖掘所需的摩擦力,NASA宣布放弃InSight任务中「摩尔」(Mole,“鼹鼠”音译)部分的探测计划。

  「摩尔」(Mole)热探针是NASA InSight登陆器部署在火星上的HP3(探测热流和物理特性装置)仪器的一部分,由德国航空航天中心(DLR)开发和建造,约40公分长的打桩机,通过带有嵌入式温度感应器的系绳连接到InSight,一旦「摩尔」挖到至少3米深时,测量从火星内部流出的热量。用如此小的装置进行如此深的挖掘,「摩尔」可说是史无前例的装置。InSigh整个任务(使用地震调查,大地测量学和热传输进行的内部勘探)的重点就在于有关火星内部更多的探测。

InSight 任务

  自2019年2月28日以来,这个名为「摩尔」的探测器一直试图钻入火星表面,希望获得火星内部温度产生的资讯,因为温度是火星地质演化的动力之一。但在 「摩尔」钻入约2或3公分深度时,由于意料之外的土壤结块使「摩尔」的尖头失去了所需足够的摩擦力,任务团队最后尝试使用InSight机械臂上的铲子,将土壤刮到探针上并夯实以增加其摩擦力,在2021年1月9日又进行了500次锤击,在依然没有任何进展之后,小组宣布任务终止。

  「摩尔」的设计是基于之前的火星任务所见的土壤,但这次「摩尔」所遇到的情况有很大的差异。

  HP3的首席调查员(DLR)的蒂尔曼·斯波恩(Tilman Spohn)说:「我们已经尽了最大努力,依然功败垂成,但幸运的是,我们因此学到了很多东西,除了了解该地区的土壤,这次的任务工程师也获得了操作机器人手臂的宝贵经验。他们以原计划之外的方式使用了机械臂和铲子,规划动作并正确地传送指令给InSight并完成工作。这将有助于未来深入地下探测任务的尝试。」

  InSight是NASA第一个试图钻入土壤的火星任务,这实验之所以重要,因为未来的太空人可能需要挖掘土壤以获取水冰,而科学家则希望研究火星地下物质的潜力以支持微生物生命。

  「我们为我们的团队感到骄傲,他们在数百万英里之外进行故障排除,为使InSight的「摩尔」更深入火星而努力。」NASA科学副主管Thomas Zurbuchen说:「我们必须突破技术极限,了解有效和无效的方法。从这个意义上讲,我们已经取得了成功;我们学到了很多东西,这些东西将使未来的火星及其它太空探测任务受益,这就是NASA的冒险精神。」(编译/台北天文馆刘恺俐)

资料来源:NASA

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  2020年4月15日,一阵短暂的高能光线扫过太阳系,触发几架NASA和ESA在太空的仪器。现在多国科学团队得出结论,认为爆炸是由位于邻近星系的磁星所产生。这一发现证实人们的长久怀疑,这种每天都会在天空中探测到的伽马射线爆发(GRB)是近距离的磁星所产生的强大闪焰。研究结果发表在NatureNature Astronomy上。

  GRB是宇宙中最强大的爆炸现象之一,即使距离达十亿光年也可以检测到。当一对中子双星结合时,会发生持续不到两秒钟的伽马射线爆发。天文学家在2017年的就曾观测到1.3亿光年外中子星合并造成的重力波与伽马射线爆发。磁星是另一种GRB来源。它是磁场强度比典型中子星强千倍的中子星,有时磁场会扰动而爆发,并产生持续数星期或更长时间的X射线爆发。极少数状况下,磁星会有更巨大的爆发,并产生伽马射线。在银河系中已发现29颗磁星中,大多数都有偶发的X射线活动,但只有两个产生过巨大爆发。2004年12月27日是最近的事件,尽管距离达28,000光年,却在地球的高层大气中产生了可测量的变化。之后,看到另一次爆发就是2020年4月15日!首先,NASA的2001火星奥德赛号的俄罗斯高能中子探测器观测到短暂而强大的X射线和伽马射线,约6.6分钟后触发NASA离地球150万公裡远的Wind太空船,再过4.5秒爆发到达了地球,触发NASA费米伽马射线太空望远镜,与ESA的INTEGRAL卫星和国际空间站上的ASIM仪器。这爆发称为GRB 200415A,仅持续140毫秒,由于众多仪器观测到,因此可精确定位它位于NGC 253星系的中央区域。NGC 253是旋涡星系,位于玉夫座约1,140万光年。

  研究人员表示,最近的20年天文学家才拥有适当仪器,可以以多种不同方式检测这些GRB事件,使GRB 200415A是有史以来观测最仔细的事件。若下次GRB发生在离我们较近的星系甚至在银河系内,地面上的无线电望远镜,如南非的MeerKAT就可能探测到,便能验证理论是否正确。(编译/台北天文馆助理研究员李瑾)

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资料来源:phys.org

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  就像玩具陀螺在转动变慢时会摇摇欲坠一样,火星在自转时,两极会略微偏离行星的自转轴,推估每200天左右偏离中心约10公分。这发表于2020年10月13日的研究报告使火星成为在地球之外,第二个出现这种钱德勒摆动(Chandler wobble)现象的行星。

Chandler Wobble of Mars
科学家侦测到火星钱德勒摆动(Chandler wobble)的现象。Credit: NASA/JPL/USGS

  钱德勒摆动是以美国天文学家塞思•卡洛•钱德勒(Seth Carlo Chandler)命名,他在1891就发现了这种现象。此摆动在地球上更加明显:地球的两极摆动距离自转轴约9公尺,摆动轨迹呈圆形,周期约433天左右。

  根据Eos的说法,这种摆动对地球的影响微不足道,但其原因依然成谜。尽管科学家已经计算出该摆动会在开始后的一个世纪之内自然消失,但是地球当前的摆动却已经持续了远远超过这个期限。有研究指出,可能是受大气和海洋压力变化所影响,儘管确切的机制仍是不明,但它似乎不断地重新激发了这种摆动。

  关于火星的摇摆是研究团队使用绕行火星运行的三个火星探测卫星(Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter and Mars Global Surveyor),收集了18年的数据而探测到的,虽然成因未明。但科学家认为,火星两极的微小摆动也应该自然消退,虽然目前看来依旧活跃。

  由于没有海洋,火星的摆动可能仅受大气压力变化的影响,但还需要进一步研究确定。(编译/台北天文馆刘恺俐)

资料来源:SPACE.COM

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  棕矮星不是恒星也不算是行星;它们大小与木星差不多,但质量通常要大上几十倍。尽管如此,它们质量却比最小的恒星还小,因此核心没有足够的压力与温度,可以如恒星那样产生核融合。它们刚形成时很热,但逐渐变冷且微弱发光,这使它们很难被发现,而且也没有望远镜可以清楚地看到其大气。最近,月球与行星实验室的研究人员在The Astrophysical Journal期刊发表,以新技术研究棕矮星的大气。结果,团队发现棕矮星与木星极为相似:棕矮星的赤道有如木星的平行高速风。这些风将大气混合,重新分配从内部所散发出来的热,也像木星一样,旋涡主导其极地区域。

  团队是使用NASA的凌日系外行星巡天卫星(TESS)研究离地球最近的两个棕矮星,它们是距地球仅6.5光年的Luhman 16 A和B。虽然两者的大小与木星大致相同,但其质量与密度更大。Luhman 16 A质量是木星的34倍,而Luhman 16 B约是28倍。

  团队表示:TESS虽然是为寻找系外行星而设计,但也提供了丰富的数据。通过团队开发的演算法,能够获得非常精确的亮度测量值。因为棕矮星会旋转,当明亮的大气区域面对我们,棕矮星会变亮,而当此位置旋转出去时,则变暗。由于太空望远镜能提供极其精确的观测值,因此该团队能依观测数据,建立棕矮星的大气环流图。研究结果表明,太阳系行星的大气环流与棕矮星有很多相似处。小组也希望以此技术探索棕矮星和系外行星的大气,如云、风暴系统和环流带等。(编译/台北天文馆助理研究员李瑾)

棕矮星

资料来源:Science daily

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  即使是「时间」也无法幸免于多灾多难2020年。

  行星的自转始终随气压、风、洋流和核心运动的改变而稍有变化 ,但是这对于国际计时员来说是不方便的,因此,他们使用超精确的原子钟来计量「世界时」(UTC)。当天文时间(由地球自转一圈所需的确切时间)偏离世界时超过0.4秒时,世界时就会进行调整。

行星的自转始终随气压、风、洋流和核心运动的改变而稍有变化。
行星的自转始终随气压、风、洋流和核心运动的改变而稍有变化。

  到目前为止,在6月或12月底添加一个「闰秒」(leap second)的所做的这些调整,使天文时间和原子钟时间恢复一致。

  但是,因为从1960年代末及1970年代初开始有精确的卫星测量,发现地球自转一直有减缓的趋势 。因此根据美国国家标准与技术研究院 (NIST)的数据,自1972年以来,科学家平均每1.5年增加闰秒 。最后一次是在2016年的除夕,在23小时59分59秒时添加了一个额外的闰秒。

  根据《Time and Date》(timeanddate.com),最近地球自转的加速使科学家第一次讨论负闰秒,可能不再需要增加一秒钟,而是要减去一秒钟。

  这是因为一天的平均长度为86,400秒,但2021年的天文时间平均要短0.05毫秒。在一年的累积下,这将使世界时的时间上总共提早了19毫秒。

  因此,有关闰秒的未来,是否永久终止闰秒,将进行国际讨论。

  2005年最短的一天是7月5日,地球自转一周比起86,400秒加快了1.0516毫秒;2020年最短的一天是7月19日,地球自转一周比86,400秒快了1.4602毫秒。

  闰秒制度有其优缺点,它们可以确保天文观测与时钟时间同步,但是对于某些数据资料和电信基础结构而言,可能就会产生麻烦。

  国际电信联盟的一些科学家建议让「天文时间」和「原子钟时间」之间的时间间隔扩大,直到需要一个「闰」的时间才做调整,以最大限度减少对电信的干扰。(但与此同时,天文学家必须进行自我调整。)

  法国巴黎的国际地球自转和参考系统服务(IERS)负责确定是否需要增加或减去闰秒。(编译/台北天文馆刘恺俐)

资料来源:Science Alert

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  阿提米丝1号(Artemis 1)是美国NASA领导的国际阿提米丝计划的第一次飞行,目的是在2024年之前让太空人重返月球。这将包括一艘无人驾驶的猎户座太空船,将进行为期三周的绕月飞行。它与地球的最大距离将达到45万公里——这是任何能够运载人类的太空船飞向太空最远的距离。目前,Artemis 1的发射时间预定于2021年下半年。

  今年2月,火星将迎来自几个国家的探测任务。阿拉伯联合大公国的Al Amal(希望号)火星探测器是阿拉伯世界的首个星际任务。它将于2月9日抵达火星轨道,将用两年的时间来监测火星的天气和消失的大气层。

  中国国家航天局的天问一号将在Al Amal(希望号)后的两周内到达,其由轨道飞行器和地面漫游车组成。探测器将进入火星轨道几个月,然后将漫游车部署到火星表面。如果成功,中国将成为第三个登陆火星的国家。该任务有几个目标,包括绘制地表矿物成分图和寻找地下水沉积物。

  美国NASA的毅力号(Perseverance Rover)漫游车将于2月18日在耶泽罗陨石坑(Jezero Crater)着陆,寻找可能保存在粘土沉积物中的古代生命迹象。重要的是,还会将火星样本运回地球。

  2021年3月,印度太空研究组织(ISRO)将发射第三次月球任务——月船3号(Chandrayaan-3)。如果一切顺利,月船3号探测车将在月球南极的(Aitken)盆地着陆,因它被认为蕴藏着大量的地下水冰。

  詹姆斯·韦伯(James Webb)太空望远镜是哈勃太空望远镜的后继者,但发射的过程一波三折。最初计划于2007年发射,但已经晚了将近14年,在明显被低估和超支之后,花费了大约100亿美元,这与哈勃望远镜有着相似的经历。韦伯反射镜的口径为6.5米比哈勃的2.4米要大得多,这对于提高图像分辨率至关重要。韦伯目前定于10月31日用亚利安5号(Ariane 5)火箭发射。(编译/台北天文馆吴典谚)

资料来源:phys.org

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  eROSITA是德国与俄罗斯合作的Spektr-RG太空X光望远镜附属的仪器,一个国际天文学家团队通过分析eROSITA赤道最终深度调查(eFEDS)的数据,发现新的超星系团,并发表论文

  超星系团是宇宙中最大的结构之一,包含着各种质量不同的结构物,从庞大而密集的星系团到低密度的桥,纤维状结构与巨墙等。马克斯·普朗克地外物理研究所领导的团队,分析140平方度eFEDS的星场,发现8个星系团组成的超星系团,其红移为0.36。

  eFEDS J093513.3+004746,是其中最大最亮的星系团,估计其质量达580兆太阳质量。eFEDS J093546.4-000115和eFEDS J093543.9-000334是该超星系团中质量最小星系团,其质量约为太阳的130兆倍。其馀5个星系团的质量估计在140至250兆太阳质量之间。数据也显示,在最北端的星系团的北部和东南部地区存在两个无线源和一个拉长的的无线电晕,这也支持星系团正在进行的合并活动。团队表示,发现和研究超星系团能增进我们对宇宙结构和演化的了解。(编译/台北天文馆助理研究员李瑾)

Supercluster

资料来源:phys.org

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  在这2021年初,来自外太空最好的跨年礼物,莫过于前几日从太阳系深处空降至澳洲沙漠的一个小包裹了。尽管里面那些黑色的小颗粒一眼望去像个脏煤炭,但其价值却远超过煤炭。

  这些样本是由日本的隼鸟2号任务收集的,经历了五年的旅途,详尽周密的计划及执行力,最终对着小行星龙宫,取得这些宝贵的石头。在2010年,最早的隼鸟号太空船从丝川小行星返回时,带回了第一个近地天体的直接样本,但其表面物质的总量不到1毫克,即便如此,仍足以得出关于这颗小行星的年龄、地质历史等重要资讯。

  2019年,从龙宫采集到的样本,其总量比天文学家们预期地要多得多,大约有5.4公克,这些宝藏被认为有超过45亿年的历史,亦即我们早期太阳系的遗迹,可能含有形成我们太阳及其行星的古代物质。

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▲A密封舱内,来自龙宫小行星的样本(Ⓒ:JAXA)

  科学家们小心翼翼地开箱C舱内的密封盒,发现其中有许多直径超过1毫米的粒子,这是由于本次着陆前,利用子弹故意制造的一个小型陨石坑所致,除了大小以外,这些样本含有大块的地下物质,以往所收集的小行星样本都仅来自表面,在这些直接样本出现前,我们对于小行星的知识大多数来自陨石。

  但是C舱密封盒里也有一场意外,在图中左上角的物体或许是人造材料,起因虽然仍在调查中,但其可能来源是在着陆后发射子弹搅动材料时,从太空船的采样器喇叭上不小心刮下来的铝纸。

Ryugu
▲C密封舱内的左上角,似乎有意外的人造材料(Ⓒ:JAXA)

  现在科学家们已经开始着手分析这些新样本,其中也包含了一些气体,这些气体也被认为属于龙宫小行星,如果科学家的认知是正确的,那么这同时也是世界上第一个从外太空返回的气体样本。(编译/台北天文馆研究组技佐许晋翊)

资料来源:Science Alert

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  最近有一组中国与意大利、冰岛等研究人员所组成的团队,尝试以机器学习的演算法自动辨识并记录月球上超过了十万个陨石坑的位置,是原数据的十倍以上。在发表于《自然-通讯》期刊中的论文上,研究团队描述了演算法的架构,及如何利用中国发射的月球轨道卫星收集数据,用来训练电脑辨识陨石坑。

  过去在月球上绘制陨石坑的地图是一个旷日废时的过程,通常都是由是科学家一个一个纪录,并把卫星影像中的陨石坑等观测结果转移到月球的地图上。而该团队利用人工智能的方法,以机器视觉来辨识陨石坑,将大幅增加计数的效率。

  月球陨石坑可能存在多种形式,因此教电脑识别月球陨石坑并不容易。陨石坑可能有部形状,年份也不同,定义好的特征可能也会随时间演化。但科学家还是想在月球上绘制所有陨石坑的地图,并为每个陨石坑标记年份,能提供一种方式来研究太阳系的历史。

  研究团队利用中国嫦娥一号和嫦娥二号的数据获取广阔的月球视野,该数据也用来分析嫦娥五号降落地点收集的资料。机器学习帮助辨识了月球中低纬度地区的陨石坑,这项全新的演算法共纪录了109,956个陨石坑,节省下来的人力成本可用于陨石坑的个别地质分析中。(编译/台北天文馆虞景翔)

参考资料:Chen Yang et al. Lunar impact crater identification and age estimation with Chang'E data by deep and transfer learning, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-20215-y

资料来源:Nature

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  木星有着全太阳系中最着名的风暴——大红斑,但这并不代表能吸引着全世界天文学家的目光,实际上在遥远的海王星上也有着一个奇特的风暴——大黑斑。虽然风暴在冰巨行星上并不罕见,但这是第一次观测到风暴向赤道移动后又返回中纬度地区,行星科学家仍不确定其改变轨道的原因,一旦了解其机制就可以让我们更了解海王星上的气体动力学。

  与太阳系中的其它行星相比,海王星实际上难以观测,与地球的平均距离在45亿公里远处,故直到1989年航海家二号飞掠海王星时,人们才注意到海王星上有两场强烈风暴正在发生,从那之后,哈勃太空望远镜就成为唯一能做到这点的仪器,而由于其颜色比周围的大气更暗故被命名为黑斑。一般而言,这些风暴的行为模式相当类似,出现于中纬度地区,并在向赤道迁移的过程中,受到科氏力的影响逐渐缩小消失,过几年后又会出现另一个。然而就在哈勃见到第四次风暴,即NDS-2018,它是个例外,当2018年发现它时,直径约为11000公里,科学家推测它已经出现在那边一段时间了,而当2020年1月对该风暴的观测,正如当初预期的那样,从中纬度向赤道移动,若是按照之前的特性,NDS-2018应会在赤道地区逐渐被消失及遗忘。

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▲大黑斑的右侧有一个较不明显的小暗斑,图源自哈勃太空望远镜第三代广域相机。

  然而就在这次的观测中发现了奇怪的事情,哈勃在其附近看见了一个较小的暗斑出现在大黑斑的附近,天文学家认为这场较小的风暴可能是大黑斑的一部分,当时的大黑斑已缩小至7400公里,而小黑斑则也有6200公里;接着在2020年8月,大黑斑再次向北移动,而小黑斑不见了。

  天文学家对这个现象感到相当兴奋,起初,天文学家认为小黑斑是由于大黑斑的部分被打断了,因为小的那个离赤道更近,比大黑斑的位置更不稳定,可能并不属于天然形成的涡漩,但这仅仅只是推测,他们无法证明这两者之间的关联性。与此同时,研究人员也在更密切地检视现有资料,以了解小黑斑的更多细节。本篇研究成果于2020年美国地球物理学会秋季会议上公布。(编译/台北天文馆研究组技佐许晋翊)

资料来源:Science Alert

发布单位:台北市立天文科学教育馆

棕矮星,褐矮星

  天文学家使用昴星团望远镜与凯克天文台直接观测到棕矮星的影像,该星围绕一个离地球仅86光年,年龄约15亿年如太阳的恒星运行,距离母恒星为20天文单位。是少数拍摄到环绕如太阳的恒星,距离尺度与太阳系相近的棕矮星或系外行星,相关研究发表于The Astrophysical Journal Letters期刊上。

  研究团队表示这颗天体首先在2018年10月昴星团望远镜系外行星成像系统(SCExAO / CHARIS)影像中检测出,后续也使用凯克天文台自适应光学(AO)技术观测其红外影像,确认该物体是恒星HD 33632 Aa的伴星,而不是背景恒星。研究人员经观测HD 33632 Ab位置变化而得到直接质量,与其他直接成像的行星或棕矮星,是基于年龄与亮度而以模型推断其质量不同。估算HD 33632 Ab的质量约为木星的46倍。

  棕矮星是比恒星小,但比木星重的天体。它们被称为“失败的恒星”,是因为质量不足以点燃其核心的核融合而发光。行星与棕矮星的质量没有明显分界,但HD 33632 Ab的质量属于棕矮星。团队还观测到HD 33632 Ab的大气层可能含有水和一氧化碳。

  团队表示,先前直接成像观测大多是“盲目”搜索,检出率非常低。他们则根据盖亚任务(Gaia)数据中的速度变化筛选观测目标,由于恒星的速度变化可能是伴星正在拖曳恒星,因此检测到HD 33632 Ab代表这种方法可行。天文学家希望通过观测,更加了解行星和棕矮星大气的年龄和质量,温度与化学性质等各方性质。(编译/台北天文馆助理研究员李瑾)

Brown dwarf
(左)HD 33632 Ab的光谱,该光谱是大气中的水和一氧化碳分子吸收形成的。(右)对HD 33632 Ab的轨道进行建立模型。

资料来源:phys.org