2025年天文学十大进展

天文茶餐厅

2026-02-01 10:56发布于上海知识官上海天文馆展教中心网络科普部部长、科普作家

刚刚过去的2025年，人类仰望星空的脚步铿锵有力，涌现了许多令人振奋的进展，宇宙画卷以前所未有的精度铺展。时域天文开启新纪元，宇宙终极加速器浮出水面，黑洞交响验证人类超前思想，星际访客带来太阳系外的问候。每一次突破，都是观测技术与理论智慧的璀璨碰撞；每一次发现，都在重写我们对宇宙形态与物理本质的理解。天文研究中心特别遴选出2025年天文学十大进展，与大家一同分享，共同见证人类迈向星辰大海的坚定步伐！

01 薇拉・鲁宾天文台首光：开启时域天文新纪元

2025年6月23日，薇拉・鲁宾天文台完成初步测试，公布了首批科学图像，令全球天文界震惊。

薇拉·鲁宾天文台原名大型综合巡天望远镜（Large Synoptic Survey Telescope），其核心是一台人类迄今建造的最大CCD相机。这台庞然大物镜头宽度超过1.5米，重达3吨，相机内部集成了189块独立、高灵敏度的科学级CCD传感器，拥有惊人的32亿像素！

首批科学图像中最为引人瞩目的是被称为“宇宙宝箱”（The Cosmic Treasure Chest）的超广域深空图像。它由1185帧照片拼接而成，覆盖天区达14平方度，其中包含了超过1000万个星系。核心是距离地球约5500万光年的室女座星系团。

更令人惊叹的是，在仅仅约11个小时的累计曝光测试中，LSST追踪到了大量太阳系小天体的踪迹。它不仅确认了约1800颗已知小天体的位置，更是一举发现了2104颗新的小行星。要知道，目前全球所有地面和空间天文台每年发现的小行星总数不过 2 万颗。

这台超级“视网膜”预计每年将发现数百万个新天体，包括近地小行星、超新星、引力波电磁对应体等。它将以极高的精度、极宽的视域改变天文观测的模式，开创“全景时域天文”，也将推动天文信息学的突破。

薇拉·鲁宾天文台首图（含标签） | 图源：NSF–DOE Vera C. Rubin Observatory

02 欧几里得（Euclid）首批巡天成果发布

北京时间2025年3月19日晚，“欧几里得”空间望远镜向全球公开了首批快速数据。这颗由欧洲航天局（ESA）主导并联合美国航天局（NASA）共同研发的望远镜，自2023年7月1日发射以来便一直备受瞩目。它的目标是经过6年的时间，绘制出河外星系的全天星图，尝试为暗能量和暗物质等长期困扰天文学家的难题提供新的解决方案。

2024年5月，“欧几里得”曾“剧透”了五张早期观测照片。相较于之前的结果，此次发布的数据更为全面且庞大。照片是“欧几里得”在短短7天时间里拍摄的，仅仅观测了三个天区总面积约63平方度。然而就在这当中，藏着至少2600万个星系，最远的距地球105亿光年，这充分展现了它卓越的性能。

“欧几里得”装备了先进相机与光谱仪。其配备的可见光波段相机（VIS）由6×6个CCD组成，总像素数高达6亿；近红外波段相机（NISP）由4×4个红外探测器拼接而成，拥有6500万个像素。配合多色滤光片和光谱仪，能够对超过15亿个星系进行低分辨率的光度测量，并对数百万个星系进行高精度的光谱观测。在接下来的6年里，“欧几里得”将自动扫描大约1/3的夜空。研究人员预计，最终的星图将包含约80亿个星系。

欧几里得南部深场 | 图源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi

03 拉索破解宇宙线“膝”形成之谜

11月16日，高海拔宇宙线观测站（LHAASO，拉索）公布了两项具有里程碑意义的科学成果。一是观测发现由黑洞吸积驱动的微类星体可能是银河系中拍电子伏特（PeV）粒子加速器源；二是发现宇宙线质子能谱“膝区”显现超出预期的高能组分。研究成果分别发表于《National Science Review》和《Science Bulletin》上。

黑洞是宇宙中最致密的天体，拥有强大的引力场。在一个密近双星系统中的黑洞，会源源不断吞噬伴星物质，这个过程叫吸积。它在“吃东西”时会产生速度极高、能量极大的相对论性喷流，形成所谓“微类星体”。拉索首次系统性地探测到来自银河系中五个微类星体的超高能伽马射线，加速的质子能量超过1 PeV，总功率高达约每秒10³²焦耳，是人类粒子加速器质子对撞能量的1000倍。拍电子伏特粒子加速器源究竟是哪一类天体？天文学家似乎为这个困扰多年的问题找到了一个可能的答案。

宇宙线能量分布图上有一个关键转折点——在大约3 PeV处，能量更高的宇宙线数量急剧减少——因其形状酷似人的膝盖而被称为“膝”。要解释这个现象，必须精确测量宇宙线各种成分的能谱及各自的“膝”。拉索巧妙利用其强大的地面观测装置，精确测量了质子的能谱。结果表明，能量分布规律比想象中更复杂，质子能量在“膝”的位置上存在更高能量组分，能量明显高于超新星遗迹的加速极限。微类星体是其中一种加速器，可作为这一现象的合理解释。

拉索测得的“膝区”宇宙线质子能谱（红点）与AMS-02测得的低能组分（黑色方块）、“悟空号”测得的中能组分（蓝色方块）一起，揭示了银河系内存在多种类的加速源，每一类有各自独特的加速能力和能量范围，而“膝”正是产生高能组分的源的加速极限表现。| 图源：中国科学院高能物理研究所

04 DESI巡天发现暗能量状态可能随宇宙演化发生变化

暗能量光谱巡天（DESI）项目发现：宇宙中的暗能量可能随时间推移发生变化，而传统观点认为它是一个恒量。宇宙学标准模型认为，宇宙中可观测的普通物质仅占不到5%，而有高达68%被一种神秘能量占据，正是它推动着宇宙加速膨胀，我们称其为暗能量，强度保持恒定不变。这一简洁的假设是过去几十年宇宙学研究的底层逻辑，有着大量观测数据的支撑。然而，最新的DESI观测数据正在颠覆传统认知。宇宙的加速膨胀可能并非一成不变——暗能量的强度在宇宙早期更强一些。9月29日，国际科学期刊《自然·天文》在线发表了国家天文台赵公博研究团队的重要学术成果：宇宙的加速膨胀可能并非一成不变——暗能量的强度在宇宙早期更强一些。该现象与我国天文学家张新民团队在2004 年4月提出的“精灵”（Quintom）理论相吻合。这项研究成果也被美国物理学会（APS）旗下《物理》杂志评选为2025 年国际物理学领域重大进展。

DESI项目联合了全球70余家科研机构、900多名研究人员，是当今全球最重要的暗能量观测计划之一。它依托一台4米口径的光学望远镜，通过5000个光纤微型“机器人”精确定位并捕捉遥远星系的光谱。2025年3月DESI发布了第一期光谱巡天数据，包含了超过1800万个目标源的光谱，覆盖天区范围超过9000平方度，构建了迄今最大的宇宙三维地图。

需要注意的是，这项成果远未达到粒子物理学通常所需的决定性的置信度，并非暗能量的最终答案，仍有待更精确的观测进行判定。

暗能量的“强度”用状态方程参数w表示，曾被严格设定为恒等于-1。暗能量状态方程是否能够穿越 −1，被认为是区分不同理论范式的关键判据。基于DESI的超1500万个星系的数据分析显示，w的值在宇宙早期（高红移，横轴的右侧）小于-1，表示暗能量更强；而在近期（低红移，横轴的左侧）大于-1，大约在红移0.5处（约50亿年前）穿越了-1。| 来源：Gu, G., Wang, X., Wang, Y. et al. 2025

05 小行星2024 YR4触发首次小行星撞击预警

2025年初，一则消息轰动全球：小行星2024YR4将在2032年12月以极小的距离接近地球，与地球相撞的概率超过1%而被正式评定为都灵指数3级，成为都灵指数自启用以来，首个达到该等级的小行星案例，并且触发了联合国和平利用外层空间委员会（COPUOS）的小行星防御机制，也是该机制设立以来的首次。

之所以发现初期的撞击概率较高是因为观测数据不足，理论推算出许许多多条“可能的”轨道，而地球就处在这个范围内。随着后续观测数据越来越多，这颗小行星轨道的不确定性也迅速下降。至2025年6月中旬，2024 YR4在2032年撞击地球的概率已经降至不足0.00001%，最终还是“虚惊一场”。然而有意思的是，根据JWST的最新观测数据，地球已然安全，但撞击月球的概率却悄然上升至4%左右。于是，天文学家陷入了既害怕又期待的矛盾心理中……

欧洲南方天文台甚大望远镜（VLT）对小行星 2024 YR₄ 的追踪 | 图源：ESO/O. Hainaut et al.

06 第三颗星际天体3I/ATLAS经过太阳系

2025 年 7 月 1 日，位于智利的小行星撞击地球末端警报系统（ATLAS）发现一个彗星，正以一条开口巨大的双曲线，超过 60km/s 的速度飞越内太阳系，被判定为人类发现的第三颗星际小天体，编号3I/ATLAS。“哈勃”空间望远镜（HST）和詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）迅速对其进行观测，确认是一颗来自太阳系外的彗星，但它来自银河系中的哪颗恒星尚不清楚。

相比于前两个星际小天体—— 1I/'Oumuamua 和 2I/Borisov，3I/ATLAS 早早地就被发现了，于是我们有更多的机会进行观测。而且，它的轨道与黄道面比较接近，运动方向相反，因此有机会与地球、火星、木星等行星，以及运行在黄道面附近的行星际人造探测器相遇。10月，阿特拉斯彗星近距离路过火星，包括中国天问一号环绕器（TW-1）、美国“专家”号（又称“马文”号，MAVEN）、欧洲火星快车（Mars Express）在内的多个火星探测器转向夜空，对准了这位星际访客。此外，还有多个太阳探测器、小行星探测器、空间望远镜、宇宙学探测器，共计近20个投入了这场史无前例的追踪监测。

“哈勃”空间望远镜拍摄的3I/ATLAS阿特拉斯彗星 | 图源：NASA, ESA, David Jewitt (UCLA); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI)

07 引力波观测证实霍金的黑洞面积定律

在一项发表于《物理评论快报》的研究中，科学家从引力波GW250114信号分析得出了两个意义非凡的结论：证实了并合黑洞的性质与克尔（Kerr）黑洞的性质一致；验证了霍金在半个世纪前提出的黑洞面积定理。

克尔黑洞是指旋转的黑洞，由新西兰数学家克尔（Roy Kerr）1963年从爱因斯坦引力场方程中得到。当物质坍缩成黑洞之后，电磁波等信息无法逃脱，只剩下质量、角动量和电荷三个基本守恒量。这就是黑洞“无毛定理”。克尔黑洞由黑洞的质量和自旋两个参数所描述。恒星都有自转，而星际介质具有中和作用，因此一般认为由恒星坍缩形成的黑洞都是克尔黑洞。

GW250114引力波是由33.6倍太阳质量和32.2倍太阳质量的两个黑洞并合所产生。关键是这个信号异常清晰，信噪比高达80（首例引力波信号信噪比仅为26）。天文学家从中解析出两个符合理论预期的波形——频率和持续时间仅由黑洞的质量和自旋决定。这就像从音乐中听出两件乐器的声音。并合后的黑洞也完全符合克尔黑洞的性质。

同时，科学家计算得到并合后新黑洞的表面积是原来两个黑洞表面积之和的1.67倍，完美验证了霍金在1971年提出的面积定理——黑洞事件视界的总表面积永远不会随着时间推移而减少。两个黑洞并合形成一个新黑洞，其质量小于初始黑洞质量之和，损失的质量便以引力波形式带走能量。但由于黑洞面积与质量的平方成正比（非线性关系），新的单一黑洞面积仍然超过最初两个黑洞的面积之和。人们曾在2021年检验过黑洞面积定理，当时的置信度只有95%，而现在已经达到了99.999%。

通过引力波的测量比较两个黑洞合并前的面积和合并后的面积 | 图源：L. Reading-Ikkanda/Simons Foundation

08 帕克探测器破解太阳磁重联七十年谜题

NASA宣布，“帕克”探测器通过直接穿越太阳大气获取的一手数据，直观揭示太阳磁力线断裂与重组全过程，为解释困扰科学界70年的日冕极端高温和太阳风暴成因提供决定性证据。该成果发表在2025年8月13日的《自然天文学》上。

1943年，瑞典物理学家艾德伦（Bengt Edlén）在日冕中发现了一条特殊的电离铁的谱线，表明日冕具有百万摄氏度的高温。外层大气温度显著高于太阳表面，这一违背热力学定律的现象成为天文学领域著名谜题。为此科学界提出了磁重联理论来解释：太阳内部对流运动不断搅动磁场，局部区域内能量持续积累，原本平行的磁力线会发生扭曲、缠绕，形成复杂磁场结构。当方向相反的磁场区域相互靠近时，狭窄区域内电流高度集中，磁场与等离子体的“冻结”状态被打破，原本闭合的磁力线突然发生断裂，随即又迅速重新连接。磁场所蕴含的巨大自由能就在这一瞬间转化为等离子体的动能和热能。这也是太阳爆发活动的能量来源。

2018年-2022年间，“帕克”探测器多次近距离飞掠太阳。在一次飞掠中，“帕克”记录到磁场强度突然下降了70%，这是人类首次直接观测到磁力线断裂的信号。也就是眨眼之间，等离子体分析仪显示温度从约30万摄氏度飙升至120万摄氏度，证实了磁能快速转化为了热能；而粒子探测器则捕捉到速度超过1000公里/秒的高能粒子流，完美验证了磁重联理论对粒子喷射速度的预期。美国科罗拉多州西南研究院的团队花费近三年时间，对这些数据进行了细致分析和重构，最终梳理出磁重联发生的完整链条。

“帕克”探测到的太阳磁重联区域 | 图源：ESA/NASA

09 M87 * 黑洞磁场整体翻转的观测证实

2025年9月16日，事件视界望远镜（EHT）合作组发布了M87星系中心超大质量黑洞（即M87*）的新图像，揭示了黑洞附近偏振辐射随时间的演化，为人们理解黑洞周围极端环境下的物理过程提供了新视角。

M87星系距地球约5500万光年，其中心黑洞质量是太阳的60亿倍以上。EHT是由全球射电望远镜联合组网的等效于地球直径的虚拟望远镜。2017年起对M87*进行拍摄，2019年发布首张黑洞照片，2021年公布其偏振结果。此后每年EHT都会对M87*进行观测。令人感到惊奇的是，2017年至2021年间，M87*的偏振方向发生了翻转——2017年磁场分布由里向外呈逆时针方向，2018年相对稳定，而到了2021年磁场完全反转，呈顺时针方向。EHT合作组分析认为，这种偏振“逆转”现象可能源于黑洞内部磁结构与外部效应的共同作用，反映出该超大质量黑洞极为活跃，不断有物质掉落黑洞。而磁场在物质坠入黑洞方式以及黑洞向外释放能量的机制方面发挥着关键作用。这一发现也恰恰说明，在超大质量黑洞事件视界附近，还存在许多我们尚未理解的事情。

超大质量黑洞M87*偏振影像 | 图源：EHT合作组

10 贝努小行星样本揭示生命起源化学线索

当地时间12月2日，三篇论文齐发，宣布了从小行星贝努样本中检测到的与生命起源相关的重要线索。

第一篇文章由日本东北大学古川善博（Yoshihiro Furukawa）领衔的团队完成。他们通过气相色谱-质谱联用技术，在样本中发现了核糖（五碳糖）和葡萄糖（六碳糖）。虽然这些糖类本身并非生命的证据，但这一发现再加上此前发现的14种氨基酸、5种核碱基和羧酸，表明构建生命必需的全部组分都已经在贝努小行星上发现。生命所需的重要能量来源（葡萄糖）或在早期太阳系中便已存在。

第二篇论文由NASA艾姆斯研究中心（Ames Research Center）领导完成。他们在贝努样本中检测到富氮富氧的有机高分子化合物，类似于地球上的聚氨酯，但结构更为无序。它曾是柔软可塑的，但现在已硬化，因此被昵称为“口香糖”。科学家推测，这种物质前身可能追溯到贝努的母体小行星形成之初，氨和二氧化碳通过某种过程形成了水溶性的氨基甲酸盐，随后慢慢聚合成更大、更复杂的、不溶于水的长链分子。这种复杂的有机物对于研究生命起源和生命是否存在于地球之外具有重要意义。

第三篇论文由NASA约翰逊太空中心（JSC）阮安（Ann Nguyen）带领的团队发表。分析了贝努样本中两种不同岩石类型中前太阳颗粒（Presolar Grains）。这种特殊的星际尘埃颗粒来自于太阳形成之前的上一代恒星，可能通过超新星爆发留下。结果显示，贝努样本中源自超新星的尘埃含量是其他已知样本的6倍。这为探寻太阳系身世之谜，以及生命片段的来源提供了宝贵的线索。

这三项成果共同描绘了一个让人浮想联翩的图景：核苷酸、氨基酸、能量糖类以及复杂有机聚合物等生命分子的“原材料”，很可能早在地球形成前，就已在贝努这样的小行星上“备齐”了，然后通过陨石把生命材料“快递”到年轻的地球。

小行星贝努（101955 Bennu） | 图源：NASA/Goddard/University of Arizona

星空是如此深邃，星空又是如此亲近！不管是高深莫测的宇宙学，还是近在咫尺的小天体，天文学的发现与突破从来不是冷冰冰的数据，而是人类智慧绽放出的礼花。已经进入到“第四代巡天”的现代天文学，插上了数智化的翅膀，即将开始新的腾飞。新的一年，怎能不叫人期待呢！

作者：施韡（上海科技馆天文研究中心）

科学审核：林清（上海科技馆天文研究中心）

编辑：晓天

审校：李岩松、李渊渊

图源：已在文中标注