在關於社交距離的 COVID-19 規則生效後，我養成了早晨在家附近樹林中慢跑的習慣。最初幾個月，我專注於向上伸向天空的綠色樹枝，但最近我開始注意到地面上散落的樹幹殘骸。有很多這樣的殘骸，被白蟻啃食，腐爛，最終分散到下面的土壤中。瞥一眼森林，就會發現不同時期生生死死的樹木的歷史演化階段序列。
這種現象也發生在其他背景下。例如，我最近完成了為期九年的哈佛大學天文系主任任期。而直到現在，我才開始注意到散落在我周圍的前任系主任們，就像樹林裡的那些樹幹一樣。
進入人生的新階段可能會讓人感到謙卑。我們從回顧凝固的過去中獲得了一種虛假的永恆感，彷彿它是一座永遠不會被侵蝕的雕像。但這種觀點是短視的，因為每一刻也可以被看作是一個新的開始，受到我們無法控制的力量的影響，並在更宏大的尺度上旋轉。
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老式天文學也瀰漫著一種虛假的永恆感。天文學家收集宇宙的靜態影像，給人一種太陽之下——或太陽之上，也一樣——沒有什麼真正改變的印象。但正如我在樹林中漫步時的啟示一樣，這些快照展示了不同年齡、處於其歷史不同演化階段的恆星和星系。計算機模擬透過求解物質的運動方程，從早期宇宙時代宇宙微波背景上印刻的初始條件開始，幫助我們將整個故事拼接起來。透過生成類似於望遠鏡捕獲的人造宇宙快照，這些模擬揭示了我們的宇宙根源。由此產生的科學見解是，我們存在的可能起源是早期宇宙中的量子漲落。或許我們應該在每年的母親節和父親節慶祝活動中增加“量子力學日”。
然而，在由我們的觀測構成的相簿中，有一些頁面缺失：例如，被稱為宇宙黎明的時期，即第一批恆星和星系開始形成的時期。在未來十年，下一代望遠鏡，如詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (JWST)、地面“極大”望遠鏡和氫再電離時代陣列 (HERA)，將填補這些缺失的頁面。
為了揭示天空中更明顯的空白，事件視界望遠鏡最近拍攝了巨型星系M87中黑洞輪廓的靜態影像。下一個目標是獲得一系列影像或影片，顯示黑洞周圍吸積流的時間變化。
當處理像星系這樣以數十億年為時間尺度演化的系統時，靜態影像的傳統是有道理的。但宇宙也展現出在人類一生中爆發和變暗的瞬態煙火。觀測它們是維拉·C·魯賓天文臺的遺留空間和時間巡天 (LSST)背後的動機，它即將迎來首次光照。LSST 將是一個拍攝專案，在十年內記錄南方天空每個區域近一千張深多色影像，並記錄有史以來最廣泛的宇宙影片，其中包含大量壯麗的瞬變現象。
預計 LSST 的一些閃光將是 LIGO/Virgo 或 LISA 探測到的引力波源的對應物。它們的發現將迎來基於同一來源發射的引力波和電磁波的多信使天文學，為驅動這些瞬變現象的中心引擎提供新的見解。相關的“標準燭光”可以作為新的標尺，用於測量宇宙學中的精確距離。
在銀河系內，靠近地球的瞬態事件可能導致災難。例如，超新星爆發可能造成前所未有的大規模物種滅絕。如果一顆類似於 2013 年撞擊車里雅賓斯克附近無人居住地區或 1908 年通古斯事件的隕石撞擊紐約市，它可能造成的死亡人數和經濟損失將遠遠超過 COVID-19。或者考慮一下來自太陽的一團熱氣體的影響，這是一種所謂的日冕物質拋射，類似於 2012 年與地球擦肩而過的事件。這樣的事件可能會關閉通訊系統，使衛星失效並損壞電網。總而言之，關於此類天體威脅的天文警報對於確保我們物種的長期生存至關重要。
與我們的長期生存最相關的是識別出正在與地球碰撞軌道上的大型物體，類似於 6600 萬年前導致恐龍滅絕的希克蘇魯伯小行星。2005 年，國會通過了一項法案，要求 NASA 到 2020 年找到並跟蹤至少 90% 的所有大於 140 米的近地天體（足以造成區域性破壞）。到目前為止，天空中只識別出這些物體中的三分之一。在我最近與我的本科生阿米爾·西拉吉合作撰寫的一篇論文中，我們將希克蘇魯伯小行星的一些令人困惑的特性解釋為一顆長週期彗星在靠近太陽時潮汐瓦解的結果。如果未來的天空調查警告我們注意另一個碎片，其視大小在天空中迅速增長，我們最好有一個應急計劃來改變其軌跡——否則就立即給我們的房地產經紀人打電話。
在未來幾十年內跟上精確宇宙學的挑戰，可以證明描述宇宙膨脹率的哈勃常數並非真正恆定，這與預期的桑德奇-勒布測試一致。從長遠來看，唯一不變的是變化。在所謂的暗能量的影響下，宇宙的加速膨脹將是後 COVID-19 時代星系外社交距離的最終體現，阻止我們與銀河系外的文明進行任何未來的接觸。