6月1日消息，最新研究揭示了金星上的水去哪了，JWST进一步证实种子黑洞的存在，这两项天文学领域的重大突破无疑为我们揭示了宇宙更深层次的奥秘。
1、JWST 进一步证明种子黑洞存在
我们知道，大部分星系中心都坐落着一个超大质量黑洞。通常来说，星系中心的黑洞其实还算安静，平时主要以吸积盘中的气体为食，偶尔也吃点恒星什么的零食。所以对于成熟星系来说，它的星系核亮度对星系整体来说并不占主导地位，星系的亮度主要还是靠内部的恒星光芒。
但是对于一个星系幼崽来说，它的中心黑洞就十分狂躁了。比如那些遥远的类星体，它中心的黑洞宛如饕餮一般在疯狂干饭。我们看到的类星体的光，几乎都是由那个活跃的星系核发出的。恒星在它周围宛如萤火虫环绕在探照灯旁，可以说几乎看不到。然而如今在 JWST 超高的灵敏度和分辨率下，天文学家首次在类星体的光芒中分辨出了来自恒星的“微弱”亮光。
前不久（2024 年 5 月），一篇发表于《天体物理学杂志》上的文章中，麻省理工的一个研究团队对 JWST 近红外相机拍摄的六个类星体（5.9<z<7.1）进行了光谱分析，然后通过图像拟合等手段，他们成功探测到了三个类星体宿主星系的亮光，这些恒星光仅占类星体光芒的 1%~5%。
基于这些微弱的光，研究团队估计了这些星系的质量以及它中心黑洞的质量。通过比较他们发现，这些类星体的中心黑洞实在过于巨大了，完全不像个 8 亿岁孩子该有的样子。研究人员估计，这些类星体中心黑洞的质量可以占到整个宿主星系质量的十分之一；而对于今天的成熟星系来说，这个数字通常仅有千分之一。于是问题来了：宇宙中究竟是先有的星系，然后星系中心的物质再聚集成了黑洞？还是说是先有的黑洞，物质再在黑洞周围聚集成了星系？
按照传统观点，宇宙诞生之初并没有黑洞，黑洞是随着恒星的出现才有的，也就是大质量恒星到了演化末期坍缩成的恒星级的黑洞。由于星系中心物质更为密集，大质量恒星接二连三地出现，于是大量的黑洞就被“量产”了出来。随着时间推移，这些黑洞不可避免的相互碰撞合并，最终形成了一个超大质量黑洞。
然而这种观点后来遇到了越来越多的问题，比如很多超大质量黑洞（尤其是那些上亿倍太阳质量的黑洞），如果按照黑洞合并的观点，它们耗费的时间远远大于星系的年龄，甚至于比宇宙年龄还要长。所以现如今的科学界普遍认为，这些星系中心的超大质量黑洞，它们应该有着其他形成机制，至少不是单纯的黑洞合并。比如说可能在宇宙诞生之初，由于某些原因宇宙中直接形成了一批原初黑洞。其中个头较大的那些成为了种子黑洞，后来的星系中心黑洞在它们的基础上继续“做大做强”，最终成为了异常巨大的超大质量黑洞。
当然，这只是其中一种解释。但不管哪种解释，总之，如今的观点认为这些黑洞都不是“白手起家”，而是继承了某种种子黑洞的“家业”。这次的研究算是用实际观测数据进一步印证了该观点。
2、金星上的水去哪了
虽然火星是继登月之后人类下一个要登陆的地外天体，但是太阳系行星中要说和地球最像的，那还数是金星。无论是质量个头还是结构组成，金星一直被誉为地球的“姊妹行星”。在探测器尚未抵达的年代，人们曾一度幻想，有着大气层的金星或许上面和地球一样存在着某种“金星生命”甚至是“金星人”。
然而后来人们发现，金星确实有大气层，但是它的大气层过于浓厚了。而且和地球大气不同的是，金星的大气主要由二氧化碳构成，这使得金星地表的大气压几乎是地球的一百倍。高浓度的二氧化碳带来的还有另一个后果，就是创造了太阳系最强的温室效应。太阳辐射的热量被牢牢锁在大气层中，这使得金星的表面温度长年保持在四百多摄氏度（735K），甚至比距离太阳最近的水星温度（695K）还高。
随着探测器的到访，现在我们知道，金星的表面完全就是地狱，别说类似地球的生命了，就是生命赖以存在的先决条件 —— 水都不可能存在。金星的表面虽然也会下雨，但是那里下的是硫酸雨。如果你要说“外星生命非得和我们一样吗？硫酸中就不能有生命吗？” 欸，你还真说着了，这个话题之前还专门说过，感兴趣的可以去杂谈系列找一下。
如今的金星可谓十分干涸，整个金星的水含量只有地球的十万分之一。虽然如此，但一些研究表明，在数十亿年前，金星的大气层并不是今天这样，当时的金星有着和现在的地球一样的大气层，表面也遍布着液态水。后来不知为何，金星的温室效应逐渐失控，地表水开始蒸发进入大气层。水蒸气作为温室气体的一种，进一步加剧了金星的温室效应。慢慢地，整个金星地表上的水被烘烤得一干二净。与此同时，大气层中的水分子在阳光的作用下被分解成了氢气和氧气（2H?O = 2H? + O?）。氢气本来密度就低，再被太阳风一吹，于是大部分氢就这样逃逸到了太空中。
虽然金星上的水（或者说大部分的氢）可以通过这种流体力学的方式逃走，但该方式并不能让金星“脱水”的如此彻底。就像你把杯子里的水全都倒掉，但里面总会残留几滴。因此金星上一定还存在其他未知的“脱水”机制。目前虽然有一些研究可以让氢继续逃逸，但是整个过程十分漫长，并不符合金星的现实情况。
前不久（2024 年 5 月），一篇发表于《自然》上的文章中，研究人员提出了一种通过解离重组（DR）反应让氢快速逃逸的新模型。这一模型其实原本是用来模拟火星大气的，后来发现这个过程似乎同样适用于金星。
研究人员认为，在早先的金星大气中存在许多由氢、碳、氧构成的带正电的离子（HCO?）。当它捕获一个电子后会生成一个一氧化碳分子（CO）和一个氢原子（H）。这个过程中产生的氢原子具有相当高的动能，以至于它可以逃逸到太空中。该解离重组过程大大加速了金星大气中氢的逃逸，而且该过程可能一直持续到今天。这么说的话，那之前发射的金星探测器有没有发现过这种离子呢？
很可惜，当年的探测计划并没有针对这一过程定制探测任务。但是在先前的探测数据中，研究人员确实发现了解离重组过程产生的相应反应物，这在一定程度上也算间接证明了该模型。希望未来的金星探测器会针对这一问题进行专门的验证。
[1] Minghao Yue, Anna-Christina Eilers, Robert A. Simcoe, Ruari Mackenzie, Jorryt Matthee, Daichi Kashino, Rongmon Bordoloi, Simon J. Lilly, and Rohan P. Naidu. EIGER. V. Characterizing the Host Galaxies of Luminous Quasars at z ? 6. The Astrophysical Journal (2024). 966(2)
[2] Chaffin, M.S., Cangi, E.M., Gregory, B.S. et al. Venus water loss is dominated by HCO+ dissociative recombination. Nature 629, 307–310 (2024)
[3] James F. Kasting, James B. Pollack. Loss of water from Venus. I. Hydrodynamic escape of hydrogen. Icarus (1983). 53(3): 479-508
[1] wikipedia: Venus
[2] TheConversation: Venus is losing water faster than previously thought – here's what that could mean for the early planet's habitability
