01 地球的一天正在变长
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对比原子时与世界时，科学家发现地球的一天正在变长。地球的自转决定了地球一天的长短。在过去的几十年间，地球的自转一直在加速，这导致了我们的一天变得越来越短。但自2020年以来，科学家发现地球的自转变慢了，意味着我们的一天又越来越长了，而原因到目前为止还是个谜。
虽然我们手机中的时钟表明一天有24小时整，但地球自转一周实际花费的时间每次都略有差异，很少是刚好的86400秒整。这些差异可以发生在数百万年以上的时间内，比如与月球潮汐相关的摩擦效应一直使地球自转在变慢，这个过程使地球一天的长度每一百年增加大约2.3毫秒，推算可知，数十亿年前的地球日只有大约19个小时。而在过去的2万年间，另一个过程一直在相反的方向上工作，导致了地球自转的加速。当最后一个冰河时代结束时，融化的极地冰盖降低了地球的表面压力，地幔开始稳步向地极移动。就像芭蕾舞舞者将手臂收紧到身前时，其自身旋转速度会变得更快；当地幔移动到更靠近地球自转轴时，地球的自转也会变快。这个过程在一个世纪中会使一天缩短约0.6毫秒。除了这些长时间的变化外，在短时间内，天气和气候、大陆和海洋的运动、季节性的积雪和降雨等都会对地球自转产生影响，使自转有时变快、有时变慢。
自二十世纪六十年代以来，在地面射电望远镜被广泛应用于天文观测时，地球的自转速度可以被非常精确地得到测量。当天文测量的世界时和原子钟比较时，科学家发现从2020年开始，地球的自转周期已经从变短向变长转变。这种转变是过去的50年间从未发生的。
导致这种转变的原因科学家尚不清楚。最近的猜测认为，地球自转速度的神秘变化可能与“钱德勒摆动”有关。钱德勒摆动是地球自转轴相对于地球表面的小幅度运动，周期大约为433天。自1891年发现以来，钱德勒摆动的变化幅度一直在改变，但造成这种变化的原因并不明确，因为没有一个运动可以固定驱动地球的这个摆动。射电望远镜的观测结果表明，最近几年钱德勒摆动正在减弱，它的减弱与地球自转速度变慢可能存在联系。
如果地球的一天变的越来越长，我们可能需要调整现有的时间系统，这可能会对GPS、北斗等应用科技产生重要影响。
02 测量宇宙距离的新标准烛
利用GRB测量宇宙距离的概念图。图源：NAOJ
近日，由日本国立天文台的研究人员领导的一个由23名天文学家组成的国际研究团队，发现了一种测量遥远宇宙距离的新方法。这项研究发表于2022年7月21日的《天体物理学杂志增刊》系列中。
在一个空间中，如果没有地标，则很难获得对空间大小或空间深度的感知。在天文学领域，为了感知宇宙空间、准确测量遥远天体的距离，天文学家也在寻找宇宙中的地标，即“标准烛光”。标准烛光可以是一种天体或一种天文事件。内在的物理过程决定了同种的标准烛光会具有相同的绝对亮度，对此种标准烛光进行观测，通过对比绝对亮度与视亮度，就可以计算出我们与此标准烛光的距离。
天文学家发现多种天体都可以作为标准烛光用于测量距离，比如天琴座RR变星、造父变星、Ia型超新星等。不同的标准烛光适用的距离范围并不相同：天琴座RR变星用于测量银河系内的距离，造父变星可测量数千万光年的距离，Ia型超新星可测量数亿光年的距离。对于研究更加早期的宇宙，需要更加明亮的标准烛光。该项研究之前，天文学家没有找到足够明亮的标准烛光用以测量超过110亿光年的距离，这阻碍了人们对遥远宇宙的研究。伽玛射线暴（GRB）可能可以帮助天文学家突破此限制。
GRB是宇宙中已知最剧烈的能量爆发之一，比如GRB在10秒内释放的能量比太阳在100亿年内辐射出的总能量还多。目前的理论认为GRB主要是由于中子星坍缩爆炸或者两颗邻近的致密天体（中子星-黑洞或黑洞-黑洞）并合而产生的。GRB足够明亮，但天文学家认为它们的亮度取决于爆炸的特征，之前并没有将GRB作为标准烛光。
该研究团队接受了挑战。研究人员分析了500个GRB的观测数据，数据来源于世界领先的地面和空间望远镜：斯巴鲁望远镜和Swift天文台等。通过研究GRB的光度曲线，即GRB如何随时间变亮和变暗，研究团队确定了一个包含了179个GRB的类别，这类GRB具有共同的特征，很可能是由相同的物理过程引起的。根据光度曲线的特征，研究人员能够计算出此类GRB的绝对亮度，并且以此计算出每个GRB的距离，结果表明了GRB可以作为宇宙学工具。这项研究工作将为这类GRB背后的物理机制提供新的见解，并为测量遥远的宇宙提供了新的标准烛光。
03 摇摆的喷流揭秘伽玛射线
图：喷流3D模拟的中心区域。倾斜的吸积盘（橘红色）导致了喷流（紫色）的摇摆。图源：Ore Gottlieb/Northwestern University
由美国西北大学领导的一个天文研究团队，针对恒星坍缩形成喷流的整个演化过程，创建了有史以来首个完整的3D模拟，揭示了为什么神秘的伽玛射线暴（GRB）看起来会闪烁，并指出GRB可能比天文学家想象的要罕见得多。
GRB是已知存在于宇宙中最亮和最剧烈的能量爆发之一，1967年首次被探测到。但是对于GRB以及相关喷流的性质我们仍然知之甚少。之前的研究表明，当一颗大质量恒星在其生命的末期发生坍缩时，中心会形成一个黑洞，其周围会环绕着一个吸积盘。在某些情况下，吸积盘上的物质可以被加速，摆脱黑洞的引力，形成喷流。而要触发明亮的GRB，喷流必须有足够的能量穿过坍缩恒星的包层，逃逸到周围空间中。具体的说，当喷流达到恒星大小的30倍或黑洞大小的一百万倍时，它会产生GRB。
之前的很多研究都试图模拟喷流，但这些研究不仅受限于计算机的能力，也包含了过多的假设。西北大学领导的该项研究创建了有史以来分辨率最高的喷流的大尺度3D模拟，对喷流从产生到后续传播的整个演化过程进行了建模，并且没有对喷流的结构等做出任何假设。该3D模拟可以揭示那些以前的研究中被忽视的过程。
该模拟首次揭示，当坍缩恒星的物质落到黑洞周围的吸积盘上时，下落的物质会使吸积盘像陀螺一样倾斜和摆动，这会导致喷流也随之倾斜。当喷流努力重新调整回它的原始轨迹时，它看起来就像在摆动，此时喷流的轨迹就并不是一条恒定的直线。这与之前天文学家的认知非常不同：所有先前的研究都宣称喷流是沿着一个轴传播的，并且从不偏离该轴。
喷流的这种摆动也解释了GRB最大的谜题之一—它们闪烁的本质。GRB的辐射在观测上总是不连续的，总会出现持续至少几秒钟的静默时间。以前的模型无法解释这些静默时间的来源，而该研究发现的摇摆的喷流则可以很自然的解释这种现象。就像来自灯塔的光束一样，GRB只有在产生它的喷流指向地球时才可以被观测到。当由于摇摆，喷流的光束偏离了地球时，我们就无法探测到它，也就造成了静默时刻。
这些摇摆不定的喷流也为GRB的发生率提供了新的见解。目前，空间卫星每天在太空中可以探测到大约一例GRB；然而，之前天文学家估计每天可能有多达500例GRB在我们不知情的情况下闪耀过。但该研究结果表明GRB实际上要罕见得多。摇摆不定的喷流意味着天文学家可以探测到不同方向的GRB，从而增加了发现它们的可能性。根据计算，GRB的可探测性是之前认为的10倍，这意味着GRB发生的实际数字可能是之前认为的十分之一，即一天中可能只有50例而不是500例GRB发生。该研究发表于2022年6月29日的《天体物理学杂志快报》。
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