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杂谈

拂晓时,附近营火噼噼啪啪地响着,鸟儿在啄食。这种波因此被称为合唱波,它们造成了北极光,但也造成了高能“杀手”电子,这些电子可以破坏航天器。在最近发表在《自然通讯》(Nature Communications)上的一项研究中,作者描述了围绕太阳系其他行星的异常合唱波。由GFZ的Yuri Shprits和波茨坦大学领导的科学家们报告表明:在木星卫星木卫三(Ganymede)附近,合唱波的强度是这些行星周围平均水平的100倍,而在靠近木卫二的地方,这种强度是它们的100倍。这是伽利略号飞船对木星波动环境系统研究得出的新结果。

博科园-科学科普:这项研究的主要作者,同样隶属于加州大学洛杉矶分校的GFZ/波茨坦大学的Yuri Shprits教授说:这是一个非常令人惊讶和困惑的发现,一个有磁场的卫星可以在波的力量中产生如此巨大强度。合唱波是发生在极低频率下的一种特殊无线电波。与地球不同的是,木卫三和木卫二在木星巨大磁场的内部轨道运行,作者认为这是推动这种波的关键因素之一。木星的磁场是太阳系中最大的,大约是地球磁场的20000倍。

这张木卫三的自然彩

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杂谈

在45亿年前太阳系诞生时形成的陨石中发现有机物的起源可能为理解地球上生命诞生提供关键线索。它也可以帮助天文学家研究其他太阳系的潜在宜居性,这是根据曼彻斯特大学一项新研究得出的结论。这项发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的新研究证实,在球粒陨石小行星上聚集的有机物质很可能是在太阳系的婴儿阶段通过基本的化学反应形成的。碳质球粒陨石是起源于球粒陨石小行星的陨石,和太阳系一样古老。由曼彻斯特地球与环境科学学院的罗曼·塔特塞博士领导的研究人员一直在分析在这些特定陨石中发现的有机物质中氧的同位素组成。

  • 1864年在法国西南部发现了一颗名为Orgueil的碳质陨石,这块陨石的主要质量可以在巴黎国家博物馆的陨石展上看到,这块陨石的展台大约有30厘米宽。图片:K.H. Joy

博科园-科学科普:同位素是同一种元素的原子,它们拥有相同数量的质子,但中子数不同。同位素分析为科学家们提供了一种化合物的同位素特征,这种化合物可以作为其形成过程的指纹。通过这样做,研究小组帮助查明了陨石中含有的有机物

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杂谈

浩瀚宇宙中存在着奇异而强大的宇宙事件,可以说彻底改变了我们看待宇宙和自己的方式。超远距离使得A空间和B空间的比较难以实现。但这并不能阻止人类对恒星的关注,并试图弄明白这一切。在过去的近三十年里用哈勃太空望远镜观测宇宙。过去一段时间的估计表明,可观测宇宙中大约有1000到2000亿个星系。然一些天体物理学家认为,这可能是低估了宇宙的真实空间,并认为实际上可能有2万亿个星系。

  • 艺术构想图展示了一个最原始的超大质量黑洞(中央黑点),它位于一个年轻、恒星丰富的星系核心。图片:Photo12/UIG via Getty Images

不管怎样,我们所知道的可观测宇宙是深不可测的浩瀚,这还没有考虑弦理论和其他可能的维度。在这个位于遥远星系中心和距离数百亿光年外围的大宇宙中,人类研究了外太空中一些最迷人的现象。从宇宙中神秘黑洞引擎中喷射出来的类星体,像瀑布一样落下,垂死的恒星在宇宙中闪耀着比整个星系还要明亮的光芒,这些都是宏观世界的巨人。

黑洞和类星体爆炸

黑洞是具有不可思议质量和密度

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杂谈

在显微镜下观察到的一粒小行星尘埃看起来就像一缕奇怪的“外星”毛发。日本的“隼鸟”号宇宙飞船在首次小行星样本返回任务中,获得了这颗小行星25143 Itokawa的小点。2005年Hayabusa试图登陆小行星并从其表面获取样本,但失败了几次。2005年当它降落到Itokawa星球时成功地收集了大约1500颗这样的小尘埃。Hayabusa在2010年将这些样本带回了地球,科学家们仍在研究这些颗粒以了解更多的小行星。欧洲航天局在一份声明中表明:这些海草沙粒极其珍贵,已经成为全世界科学研究的焦点。

  • 在显微镜下观察,这颗小行星上的微小颗粒看起来就像人类的头发。日本的Hayabusa太空船在2005年收集了这颗小行星的样本,并在2010年将其送回地球。图片:ESA

博科园-科学科普:利用这个特殊的样本,欧空局科学家Fabrice Cipriani正在研究这种材料的静态充电特性,以了解小行星表面环境的影响。因为小行星没有大气,它们的表面暴露在太阳风下——太阳风是一种从太阳流出的带电粒子流,这些带电粒子将电荷沉积到小行星的外表面。静电可以相互排斥这些

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杂谈

科学家已经确定了太阳系外的一组行星,这些行星的化学条件可能与导致地球上的生命存在的相同条件。来自剑桥大学和医学研究委员会分子生物学实验室(MRC LMB)的研究人员发现,在像地球这样的岩石行星上生存的机会与宿主恒星发出光的类型和强度有关。研究发表在《科学进展》上,提出发出足够的紫外线光的恒星,可以像在地球上发展的那样,以同样的方式在轨道行星上启动生命。在地球上,紫外光能产生一系列的化学反应,产生生命的基石。研究人员已经确定了一系列的行星,在这些行星上,来自它们主恒星的紫外光足以让这些化学反应发生,而且它们位于可居住的范围内,液态水可以存在于行星的表面。

博科园-科学科普:这项研究使我们能够缩小寻找生命的最佳地点的范围,这让我们更接近解决宇宙中是否只有地球有生命的问题。这篇新论文是卡文迪什实验室和MRC LMB之间正在进行的合作的结果,它将有机化学和系外行星研究结合在一起。它建立在约翰·萨瑟兰教授(John Sutherland)的研究基础之上。萨瑟兰教授是目前这篇论文的合著者,他研究了地球生命的化学起源。MRC LMB实验室的Sutherland教授的团队提出,氰化物虽然是一种致命的毒药,但实际上是地球上所有生命起源的原始汤

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杂谈

我们知道,材料通常被分为绝缘体导体。但有一种神奇的材料,它的内部是绝缘的,界面却是可以导电的,这种材料被称为拓扑绝缘体。自发现以来,拓扑绝缘体一直是凝聚态物理的研究热点。

 

  • 拓扑绝缘体的能带示意图。通常绝缘体的导带(conduction band)与价带(valence band)之间存在能隙,电子无法传导,而在拓扑绝缘体的表面存在一些位于能隙间的量子态——拓扑表面态(topological surface state),允许电子传导。图片:Wikipedia

然而,人们一直不清楚的是,拓扑绝缘材料能否在室温下应用于现实设备。在一项最新的研究中,来自东京理工大学电气与电子工程系的科学家将拓扑绝缘体的研究提升到一个新的水平。他们开发出了世界上性能最好的纯自旋流(pure spin current,自旋角动量的流动形成纯自旋流)源,它由锑(BiSb)合金制成,被认为是拓扑绝缘体第一次应用于工业领域的最佳候选对象。这一成果标志着自旋-轨道转矩磁阻式随机存储器(SOT-MRAM)的发

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杂谈

有史以来第一次,科学家首次在太空中发现了一种放射性分子——它来自于一场古老的恒星爆炸。在17世纪,天文学家看到一颗新星在火神座闪耀,虽然他们可以用肉眼看到恒星,但直到2013年天文学家才能够将不同寻常的同位素分子气体与恒星事件联系起来,重新燃起对新星的兴趣。现在在一项新研究中,一个由哈佛-史密森天体物理中心的托马兹卡米斯基领导的国际研究小组已经证明,新星很可能是由两颗新星合并而成的,即所谓的“红新星”。在一颗红色新星中,两颗恒星在爆炸事件中合并,冷却,然后在这个“冷却阶段”产生大量的分子气体和尘埃。

  • 彩色再现显示了星云的不同部分,在它的“冷相”中,围绕着恒星CK Vul. 26AlF(同位素26在AlF的左上角),这是第一个在太空中被发现的放射性分子,可以在青色、绿色和黄色中看到。图片:T. Kamiski; ESO/Y. Beletsky/ALMA photo

博科园-科学科普:这个研究小组已经观察到了这种分子气体:26AlF(26在AlF的左上角(同位素表示在这里打不出来,下文均是这样)),一种铝的放射性同位素,26Al在

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杂谈

科学就像生活中的许多事情一样,总是在进行中。虽然成功的科学理论有一些问题可以回答,自然现象可以准确地描述,以及它能做出有力的预测,但它在任何时候都是有限的。任何理论,无论多么成功,都有有限的有效性范围。在这个范围内,理论可以很好地描述现实;但走出这个范围,其预测不再与观察或实验相匹配,这对于任何理论都是正确的。

  • 当来自遥远引力波的涟漪穿过太阳系(包括地球)时,它们就会稍稍压缩并扩展周围的空间,由于在这个领域的测量结果,可以非常严格地限制替代方案。图片:EUROPEAN GRAVITATIONAL OBSERVATORY, LIONEL BRET/EUROLIOS

博科园-科学科普:牛顿力学在小(量子)尺度和高(相对论)速度下崩溃,爱因斯坦的广义相对论在奇点处失效,达尔文的进化论在生命起源时崩溃了(生命刚诞生何谈进化?)。即使我们今天最好的理论也可能被明天的科学所取代,事情是怎样发生的的呢?当然如标题所述只需三步就能推翻某科学理论,但事实并非那么简单,任何一个新生或试图推翻已有的理论,走完这三步的算是成功了,反之

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杂谈

几千年来,人们一直在苦苦思索,在整个苍穹之上的银河系。在近代,伽利略发现银河系由无数的恒星组成。然而直到20世纪天文学家才成功地破译了它的形式和它的真实性质。我的第三个发现与银河系的性质有关,不管用望远镜的哪个部分,都能找到大量的恒星,其中有几颗相当大,非常引人注目;然而小恒星的数量是绝对不可测,这些文字是1610年一个人用他自己建造的望远镜研究未知的世界,正是这项工作使他在历史上赢得了一个位置——伽利略。他所描述的这片区域简直就是这个世界之外的地方,在“星际信使”(Sidereus Nuncius)这本书中,这位意大利数学家和天文学家展示了他对木星、地球卫星和银河系的观测。

  • 银河系,被称为星系,就像一个巨大的螺旋,大约有两千亿颗恒星,其中之一就是我们的太阳。图片:Robert Hurt/SSC/Caltech/JPL/NASA Robert Hurt

在那之前一直是个谜,而且首先是神话的主题。希腊自然哲学家德谟克利特早在公元前5世纪就宣称,天空中弥散的发光地带——非洲人称之为“黑夜的脊梁”——由无数的弱星组成。然而,

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杂谈

在一眨眼的时间里,一颗距地球20亿光年的巨大恒星在与引力的斗争中失去了100万年的生命,并在其恒星中心引发了一颗超新星并形成了一个黑洞。美国国家航空航天局(NASA)尼尔·盖恩斯·斯威夫特天文台(Neil Gehrels Swift Observatory)探测到了这颗新生的黑洞,它向地球喷射出了一股名为“伽马射线爆发”(GRB)的伽玛射线。7秒后,爆炸产生的伽马射线从视野中消失,而爆炸产生波长较长的光——包括x射线、可见光和无线电——持续了数周。这使得天文学家能够利用许多地面观测站,包括国家科学基金会的超大阵列,研究这一被称为GRB 161219B充满活力的惊人事件后果。

博科园-科学科普:然而,阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)的独特能力,使天文学家得以对这一毫米波长的爆炸进行扩展研究,对这一特殊的伽马射线爆及其强大喷流的大小和组成有了新见解。加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的天文学家坦莫伊·拉斯卡尔(Tanmoy Laskar)是美国国家射电天文台的Jansky博士后说:阿尔玛观察到的是毫米波长的光,它可以传递有关喷流如何与周围的尘埃和气体相互作用的信息,因此它是对这些剧烈宇宙爆炸的有力探索,该研究发表在《天体物理学》上。

 

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