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作者：Kon 审核：Nancy   现代宇宙学理论认为星系从最初形成演化到现在的过程中会经历多次星系并合，由于整体过程的细节所涉及的解析过于复杂，因此借助计算机对大量点粒子进行直接数值模拟是最常见的研究手段。当然，天文学始终是一门用观测数据说话的学问，通过观测数据获得不同距离处星系的性质（距离越远，看到的宇宙则更古老，星系也更年轻）和数值模拟结果做对比，从而确认理论模型的准确程度。 德国马克斯普朗克研究所用数值模拟给出的宇宙大尺度结构图像，放大最大的部分代表一个大的星系团，其中每个小光点代表一个星系   重构星系的演化历史一直是天文学中非常重要的课题。另一方面，人类身处银河系中，银河系本身就是绝佳的星系研究对象，回溯银河系的演化历史是对现有理论的一个有效例证。如今观测技术的发展就使这项研究成为了可能，“银河系考古学”自然也成了大数据时代下天文学的热门领域。   所谓“银河系考古学”，就是通过研究银河系内恒星的化学与动力学性质，寻找出一些非常特殊的结构（如：星流，潮汐碎片）。恒星是有“记忆”的，年老恒星在刚形成时所处的环境必然和现在大不相同，不同类型的重元素含量也和现在不同，这些特性能从那些主序寿命较长的小质量恒星的大气层中反映出来。除此之外，恒星同样会保留原有的动力学性质，如果某一批恒星是银河系在某个阶段从其他星系那儿吸积过来的，这批恒星在动力学上会和银河系的“原住民”大相径庭，但他们内部却又是高度一致。因此，这类在化学与动力学性质上具有鲜明特征的子结构就如同“化石证据”般地存在。   如今，天文学家已经在银河系内部发现了许多这样的子结构，经研究发现，有一部分是球状星团潮汐瓦解后的产物，而另一部分就是银河系在历史上与别的矮星系并合后遗留下的痕迹。 目前已知的银河系中子结构的空间分布，出自arXiv：2002.04340

作者：斎藤信 审核：白烟   如果小编没算错，这篇文章会在大年初一（或者之后）被放到各位看官面前（gong kai chu xing）。小编在此注各位新年快乐！大年初一发文不易，小编不求三倍工资（mei gong zi），但求各位看官能细细阅读。如果能点赞三连（划掉）再转发就更棒了！ 祝大家新年快乐，身体健康！   大家应该听说了2020是个“双闰年”，鼠年有384天，比往常要多上一个月（闰四月）的班。道理我都懂，但为什么要加班？所以今儿个咱就来聊聊这历法中的置闰。   首先，让我们来了解一下什么是“历法”。   所谓历法就是指推算日、月、年的时间长度和它们之间的关系，是制定时间顺序的法则。历法中的月和年，其长度有的是按日月运行周期定出的，有的是人为规定的。最早制定的历法，多重视月相的盈亏变化，后来由于农业的需要，制定历法则规定寒暑有常，节所有序。这些规定就使得历书上的月、日的次序和太阳、月亮在天空中的视位置完全一致。如果不一致，将会造成寒暑颠倒、月相失常的混乱现象。   接着，让我们来了解一下“置闰”。   回归年是四季更迭的周期，朔望月是月相变化的周期。因此，制定历法必须精确定出这两个周期的长度。但是回归年（365.2422日）和朔望月（29.5306日）都不是整数，都不能简单通约。如果按年、月的实际长度作为年和月，那么年和月开始的时刻在一日中将是不固定的（谁知道0.2422天要怎么过呢），这对人们的生产和生活都很不方便。因此，历法中的年和月则人为规定为整数日。这种整日数的年和月称为历年和历月。而它们之间存在着一定的差值。如果对差值置之不理，时间一长，将会造成历法的混乱。对差值的适当处理，在历法中叫做置闰。   公历（即格里历），也就是阳历，它的置闰方式大家应该都懂。阳历是纯粹以回归年为基本单位，与朔望月毫无关系。把年堪称首要成分，力求使阳历历年的平均长度等于回归 ...

  代数是研究数、数量、关系、结构与代数方程（组）的通用解法及其性质的数学分支。初等代数一般在中学时讲授，介绍代数的基本思想：研究当我们对数字作加法或乘法时会发生什么，以及了解变量的概念和如何建立多项式并找出它们的根。代数的研究对象不仅是数字，还是各种抽象化的结构。   作者：delta   代数是当今数学中最重要的分支之一。在它下面还能分出许多其他的分支，比如初等代数、高等代数，而高等代数还能分出更多枝叶。如果说数学是尤克特拉希尔的话，那么代数就是其中的阿斯加德。   顺带一提，几何是华纳海姆。   显然，近世代数在阿斯加德中拥有着等同于英灵殿的奥丁相同的权能。我们此行的目的便是觐见奥丁。然而，无论哪个国家，不先从守门人那里拿到通行证，我们都不可能直接觐见国王。所以，至少让我们先走上比弗罗斯特，跟海姆达尔——初等代数来一场交心的攀谈。 起源   目前普遍认为，公元前三世纪的古希腊数学家丢番图是代数学的鼻祖，而真正创立代数的则是古阿拉伯帝国时期的数学家花拉子米。后者常常因为名字而被中国的学生嘲笑。   然而，这种不恰当的嘲笑也没能给花拉子米带来多少名声。听说过他的终究只是少数人。相反，丢番图则因为他墓碑上的小学奥数练习题和著名的丢番图方程而被大多数人所知。   说来好笑，情况再次发生了戏剧般的转折：尽管很多人都听说过丢番图方程，但别说解决这类问题了，他们甚至连丢番图方程究竞是什么都不知道：仅仅停留在名词党的层面。   如果你以为这篇文章准备讲丢番图方程，那就大错特错了。我们说由简入繁，就要从真正的“简”入手：显然丢番图方程还不算真正的“简”，其本质才算。   方程的本质是什么？等式。   等式的核心是什么？“={=}=”。   让我们从等号开始，走入密米尔之泉。 等号   首先我们知道，如下的式子是正确的： 1=12=1+12×5−6=2×2\begin{alig ...

  鼠疫是历史上一种很有名的病原体，它对人类造成的危害足以引起我们对它的重视。鼠疫还有另外一种名字：“黑死病”，因为感染这种疾病而死的人的尸体大部分呈紫黑色。 作者：神州 审核：未名、Thinker 序言   有进攻才有防御，人体的免疫系统，就是用来阻挡外界病原体的入侵的。这次就由笔者带大家了解一下病原体们的进攻机制吧。   我们今天先了解一下历史上一种很有名的病原体——鼠疫，它对人类造成的危害足以引起我们对他的重视。鼠疫还有另外一种名字：“黑死病”，因为感染这种疾病而死的人的尸体大部分呈紫黑色。 鼠疫杆菌 Credit: Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH   “鼠疫”，看到这个名字我们应该就能想象到它的主要传染源是啮齿类动物，其中就包括旱獭。而旱獭，也就是我们平常所说的“土拨鼠”。 尖叫的土拨鼠 meme   旱獭主要分布在西藏等地区，因此西藏是鼠疫的主要疫源地。但这几年旱獭成为了一种网红动物，很多人因为旱獭“丑萌”的外表都很期待和它接触。然而，大部分人并没有意识到旱獭可能带来动物传染病的问题。   有些人认为，只要不被旱獭咬伤就没有事，但事实并不是这样。鼠疫是极其危险的，传染性也很强。而且它的主要传播途径并不是啮齿类动物的攻击，而是啮齿类动物身上的跳蚤在叮咬带病宿主之后又经过接触转移，最后在新宿主身上生活导致鼠疫被带到新的个体身上。而且在捕杀鼠类的过程中，剥皮、宰杀等行为也会使我们直接接触到鼠疫杆菌从而让我们患病。人类通常对鼠疫没有抵抗力，只要人体被病原体入侵，绝大多数被入侵者都要患病。   根据鼠疫杆菌入侵部位的不同，出现的症状也不同。大致分为常见的原发性的腺鼠疫、肺鼠疫、败血症型鼠疫，和不常见的眼鼠疫、皮肤鼠疫、和脑膜炎型鼠疫。   人被携带鼠疫菌的跳蚤叮咬后，鼠疫菌经过皮肤进入人体后，会从淋巴管进入局部淋巴 ...

作者：丛雨 审核：毫秒   说起年、月、日的长度，可能大家首先想到的会是生活中常用的365天、30天、24小时。不过在天文学中，年月日却是有很多不同的种类和长度，下面我们就来简介几种天文学里不同的时间长度。 恒星日与太阳日   日月星辰东升西落，这是由于地球的自转产生的现象，而地球的自转周期为23h56m4s，被称为一恒星日。很明显，它并不等于我们日常生活中所使用的一天24小时，也就是一平太阳日。为何两者会有所不同？因为我们的地球在自转的同时，还在绕太阳公转。大家可以想象，假如地球停止自转，那么在它绕太阳公转一圈的时间内，地球上的人们仍然会经历一次昼夜交替（只不过由于地球逆时针的公转，太阳此时会西升东落）。由于太阳日是指一昼夜的长度，如果我们考虑到地球公转的影响，那么恒星日和太阳日必然不会相等。如下图：   由图可见，当地球完成一恒星日的自转后，A点还需再转过一个小角度才能和太阳处于同一相对位置上，从而造成平太阳日大于地球自转周期。其实，由于地球公转速度不均，太阳日的实际长度是不固定的，而这个实际的昼夜长度被称作一真太阳日。 恒星月与朔望月   月球是地球唯一的天然卫星，作为天空中一道亮丽的风景，月相的变化也和我们所使用的农历月息息相关。月相的变化，是由于月球绕地球的公转，导致地球上的人们看到的月亮相对太阳的位置不同，因此所能看到的月亮被太阳照亮的部分也不同。月相变化的周期是29d12h44m3s（29.53天），称为一朔望月；而月球绕地球公转的周期，是29d7h43m11.5s（27.32天），称为一恒星月。   为何月相的变化周期，不等于月球的公转周期？这和刚才所说的恒星日不等于太阳日的原因是一样的，是由于地球绕日公转，或者说，是由于地球带着月球绕太阳公转。我们把环绕地球的月球放入上一问题的图中，会发现当月球完成一圈绕地球的公转时，却也绕太阳公转过了一个角度 ...

作者：丛雨   古往今来，日月星辰总能勾起人们对广袤星空的幻想，激发出文人墨客的创作欲望。我们不妨来领略一番这星空里的诗意，也欣赏一番这充满诗意的星空。 渔家傲 李清照 天接云涛连晓雾，星河欲转千帆舞。 仿佛梦魂归帝所，闻天语，殷勤问我归何处。 我报路长嗟日暮，学诗谩有惊人句。 九万里风鹏正举，风休住，蓬舟吹取三山去。   当一个婉约派词人变得气势磅礴、豪迈奔放时，这么一首气度恢宏、意境缥缈的作品便呈现在我们面前。“星河欲转千帆舞”，正如日月东升西落，众多星辰亦会因地球自转而斗转星移，此现象被天文学家们称作“周日视运动”。诸多天文摄影爱好者们精彩的“星轨”作品，便是天体周日视运动的最好体现。   而同样的，唐代诗人李商隐也曾在诗中描写过这一景象： 嫦娥 李商隐 云母屏风烛影深，长河渐落晓星沉。 嫦娥应悔偷灵药，碧海青天夜夜心。   屏风上烛影摇曳，银河渐落，晨星隐没，嫦娥偷吃灵药，如今却独处碧海青天之中，夜夜寒心。在这首同样描写周日视运动的佳作中，“晓星”一词或可指代启明星，即古代对金星的称呼之一。作为与我们的平均距离最近的一颗行星，金星是夜空中最明亮的星。要说金星的其他名称，不妨先来看一下这句诗： 长庚与残月，耿耿如相依。   这句诗选自苏轼的《和陶贫士七首其一》，描写了日落后金星与残月两者相依的景象。金星被古人称为“太白”，这颗内行星只能在日出前或日落后才能被我们所见，伴随晨光而升称之为“启明”，伴随昏影而落称之为“长庚”。此外，太阳系其他肉眼可见的行星自然也有其古时候的名称：水星谓之“辰星”，火星谓之“荧惑”，木星谓之“岁星”，土星谓之“镇星”。 秋夕 杜牧 银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。 天阶夜色凉如水，卧看牵牛织女星。   秋夜微凉，天色如水，萤火虫与夜空星辰构成了一幅精美的秋夕画卷。牛郎星，又名河鼓二，位于天鹰座；织女星即织女一，是天琴座的亮星。 ...

作者：Star Life 审核：阿白特尔   晚上，我们仰望星空，在条件好的情况下，我们可以看见满天繁星。为了弄清这些天体，人们就要对这些天体进行观测和测量，根据观测到的数据进行理论计算，从而得到想要的结论。在天文学中，对于这些恒星、行星、深空天体和宇宙中其他天体进行观测，从而得到理论计算所需要的数值的学科，叫做天体测量学，这是天文学的一大分支。今天，就让我们来聊一聊如何测量恒星的距离。   我们都知道，恒星距离太阳的距离是不同的，但都非常遥远。因此在测量恒星距离的时候，我们不可能用地球上的长度计量单位。这时我们就要用其他的长度单位，光年就是其中之一。它的定义是指光在一年的时间中，在真空中所通过的距离，约为94605亿千米。恒星距离都非常遥远，比如最近的比邻星距离太阳也有4.2光年，而其他恒星就更远了，几百光年、几千光年甚至上亿光年。其实，我们测量恒星距离的单位不止光年。在测量距离相当远的恒星和其他河外星系时，光年这个单位也显得很小，于是人们又根据观测规定了另一个更大的单位——秒差距。   我们在夜空中看到的恒星的位置，其实都是视位置，即它们在天球上的投影（天球：恒星距离我们并不是无限远，但我们的视线却能够沿着恒星的方向延伸到无限远处，所以我们看到的恒星位置，都是在无限远的一个球面上的投影，这个球面称为天球）。那么，地球在围绕太阳运动，当地球运行到位于太阳两侧的相对的位置时，我们在地球上所观测到的同一颗恒星的位置肯定不同。那么，只要我们测出这个差异，就可以根据几何知识来求出恒星的距离。 一秒差   我们管这种因地球公转而导致恒星视位置变化叫做恒星周年视差。我们可以根据恒星周年视差来人为规定一种长度计量单位——当恒星周年视差等于一角秒（角秒是弧度单位，一角秒等于一度的三千六百分之一）时，恒星距离地球的距离为一秒差距。约等于3.26光年或30.8万亿千米。   计算恒星周 ...

诗一般的名字 在这个艺术概念图中，一个超大质量黑洞被一个旋转的物质盘所包围。黑洞上方略带紫色的光球是电晕的一个特征，它含有可以产生X射线的高能粒子。 Credit: NASA/JPL-CalTech   2019年，距地球5500万光年的一个黑洞首次被拍摄到。除此之外，它还得到了一个比其他黑洞有趣得多的名字，这个黑洞应该是黑洞史上头一个幸运儿。这个幸运儿的新名字叫“Pōwehi”，是夏威夷的土著语言，意为“无限美丽和创造的黑暗之源”，取名者是美国夏威夷大学希洛分校的夏威夷语专家拉里•木村(Larry Kimura)教授。 夏威夷大学拉里•木村教授 来源：英国《每日邮报》   作为给黑洞命名的人，木村在一份声明中说：“作为夏威夷人，我们能够像圣歌‘Kumulipo’中所唱的那样，连接到很久以前的身份，并为我们今天的生活带来这一宝贵的遗产，这真是太棒了。”他补充说：“能够有幸在第一次科学证实黑洞存在的时候，就给它取一个夏威夷名字，这对我和我的夏威夷血统来说，都是非常有意义的。我希望我们能够继续根据‘Kumulipo’圣歌命名未来的黑洞。”   “Pōwehi”一词取自18世纪描写夏威夷宇宙创生历程的一首颂歌“Kumulipo”，其中“pō”和“wehi”描述了古代圣歌中关于创造夏威夷宇宙的相关概念。EHT项目共使用了分布在世界各地的八座毫米波射电望远镜，其中有两座位于夏威夷毛纳基休眠火山上。而M87星系中心黑洞的发现，利用了位于夏威夷莫纳克亚的8.1米口径的弗雷德里克C吉列双子座望远镜。因此，木村便以夏威夷语给该黑洞起了这个名字。   “无限美丽和创造的黑暗之源”肯定比这个黑洞(或者其他黑洞)本来的名字更能引起人们的联想。专家告诉《生命科学》(Live Science)，本次展示的黑洞位于梅西耶87 (M87)星系的中心，通常被称为“M87*”，末尾的星号表明它位于星系的 ...

一个视频模拟的静态照片，显示了黑洞的阴影可能是什么样子。这部视频是由彼得·加利森（PeterGalison）和希尔德·金（ChyldKing）制作的一部关于事件视界望远镜（EventHorizonTelescope）项目的短片。2019年4月10日美国东部夏令时上午9点（北京时间21点）将在发布会上展示黑洞的第一张照片。 Image: © EHT Outreach/YouTube   前一段时间，EHT官方发布了将在2019年4月10日举办发布会的声明，以下为EHT的部分声明：   2019年4月10日，“事件视界望远镜”(EHT)合作项目将在全球多个地区同时举行新闻发布会，会上将展示研究的最新成果，以及由其研究相关者和附属机构组织的众多活动。新闻发布会将同时在布鲁塞尔(英语)、林格比(丹麦语)、圣地亚哥(西班牙语)、上海(汉语)、东京(日语)、台北(汉语)和华盛顿(英语)举行，于世界时间13:00（北京时间21:00）开始。   随后中国科学院上海天文台，以及台湾的中央研究院天文及天文物理研究所也发表声明，将在所在地举办新闻发布会。 中国科学院上海天文台 中央研究院天文及天文物理研究所   定于6个不同国家和地区的科学新闻发布会将于北京时间4月10日晚21点召开，这使天文学家们非常兴奋，因为黑洞的引力场十分之强，甚至连光都无法逃脱。它们对附近天体施加了强大的引力，科学家们研究这些天体之后现今普遍接受黑洞的存在，但实际上没有人“见过”它的真面目。它有很强的引力，足以让恒星以非常快的速度绕着它转，之前观测到的S-02天体的运行周期为15.2年，其公转速度甚至接近光速的3%（9000公里/秒），这是一个相当夸张的数字，换个角度来对比，太阳系绕银河系中心一周大约需要2.3亿年，其速度仅有约250公里/秒。   事件视界望远镜（EHT）不是想象中的一个大型望远镜，它是由分 ...

作者：马丁·加德纳 译者：涂泓 节选自《分形、取子游戏及彭罗斯铺陈》，上海科技教育出版社 图文选自公众号好玩的数学(ID:mathfun)   彭罗斯爵士（Roger Penrose，1931— ），英国数学物理学家，对广义相对论与宇宙学具有重要贡献，在趣味数学和哲学方面也有重要影响。本文节选自加德纳趣味数学经典汇编系列中的《分形、取子游戏及彭罗斯铺陈》。   1957年（科学美国人》有一个专栏是关于周期性地用全等凸多边形来铺陈平面［重刊于《时间旅行和其他数学困惑》（ Time ravel and Other Mathematical Bewilderments）一书中]，在那个专栏的结尾处，我承诺以后会写篇关于非周期性铺陈方式的专栏文章。本章重新刊载我履行的那一承诺一一这是1977年的一篇专栏文章，它首次公布了一种非凡的非周期性铺陈方式，这是由著名英国数学物理学家和宇宙学家彭罗斯发现的。首先，让我来给出一些定义和背景。   周期性铺陈方式是指你可以描出一个区域的轮廓，通过平移这个区域就可以铺陈整个平面，所谓平移就是在不通过旋转或者翻转的情况下移动这个区域的位置。荷兰艺术家埃舍尔【译者注：埃舍尔（M.C. Escher，1898－1972），荷兰版画家，因其绘画中的数学性而闻名，作品多以平面镶嵌、不可能的结构、悖论、循环等为特点，从中可以看到分形、对称、双曲几何、多面体、拓扑学等数学概念的形象表达。】对形似生物的形状进行周期性铺陈而创作了许多图画，从而闻名遐迩。下图就是他的一幅代表作。其中一对毗连的黑鸟和白鸟构成了一个平移铺陈的基本区域。想象这个平面上蒙着一层透明的纸，纸上描出了每片镶嵌片的轮廓。只有在铺陈方式为周期性时，你才能在不通过旋转的情况下将这张纸移动到一个新的位置，使得所有轮廓都再次恰好相符。   有无限多种形状一一例如正六边形一一只能按照周期性方式铺陈。 ...