科学家们解释称,镜像宇宙有很多方面与我们身

2019-07-10 15:00:34 作者:管理一号  阅读:123 次  点赞:0 次  鄙视:0 次  收藏:0 次  由 www.agg.me 收集整理

科技日报北京7月8日电 (记者刘霞)据英国《独立报》近来报导,美国橡树岭国家试验室的科学家们方案今年夏天进行一项试验,希望对或许潜伏在国际暗处的“镜像国际”惊鸿一瞥,现在设备已准备就绪,假如这个平行国际真的存在,将有助于揭开高能国际射线的“面纱”。

科学家们解说称,镜像国际有许多方面与咱们身处的国际相同——好像看着镜中的现有国际。它具有镜像粒子、镜像行星乃至镜像生命。试验负责人利亚·布鲁萨德标明,这个国际“适当乖僻”。

此前,两个独立的试验发现中子以不同的速率衰变,而不是像预期的那样以完全相同的速率衰变成质子。在一个试验中,自在中子被磁场捕获进入圈套内;而在另一个试验中,自在中子“变身”为随后从核反应堆中流出的质子。研讨标明,后者的平均寿命比前者长9秒。

有科学家以为,这可以为“镜像国际”的存在供给一个可信的解说:存在着两个独立的中子生命周期,或许有约1%的中子能穿越咱们的实际国际与镜像国际之间的距离,然后再回过头来释放出一个质子而被科学家探测到。

为此,新试验将朝着一堵不行穿透的墙射出一束中子。在墙的另一侧,放置一台中子探测器。假如探测器确实记录了中子的存在,那么,它们或许经过“振动”穿越墙面,进入镜像国际,变为镜像中子,然后再次出现在咱们的国际中。

尽管如此,布鲁萨德说:“我诚心希望什么都丈量不到,但假如咱们确实在墙的另一边发现了中子,那么将发生深远影响,游戏也将彻底改变。”

布鲁萨德标明,镜像国际的存在能够解说咱们的国际为何缺少同位素锂7。物理学家以为,现存同位素锂7的数量与大爆炸发生的数量不符;此外也有助于揭开来自银河系之外的高能国际射线的“面纱”。由于这些高能国际射线实在是太强壮了,或许不只穿越了现在观测到的国际,假如它们振动到镜像国际然后再回来,就能够合理解说了。

据外媒报道,LightSail 2是一个名为LightSail的众筹太阳帆项目的一部分,该航天器是周五行星协会更新的主题。根据该项目反面团队的说法,群众现在可以通过其新推出的任务控制仪表板直接访问航天器的最新数据。 有了这个 网站 ,任何人都可以看到LightSail 2的情况、方位等。

根据行星协会的说法,LightSail 2航天器每隔几秒就传输相当于334行文本文件的信息。此信息供应航天器的其时情况,包括其电池电量、温度和其时旋转。现在,该信息将在项目的任务控制网站上自动呈现给群众。

这些有望成为业余科学家的坚实数据来历。用户可以通过任务控制网站的“下载最近数据”链接下载无缺的遥测数据存档。行星协会解说了该网站的每个部分。

例如,“电池充电”部分列出了航天器的8个4.2v电池的均匀电量,而“飞翔情况”部分则闪现LightSail 2的太阳帆现在是否已安置。任务控制网站上的地图还闪现了航天器现在位于地球上方的哪个部分。

LightSail 2于6月25日被发射到地球轨道,团队希望它成为第一个仅通过阳光在这个轨道上行进的太空船。太空船的轨道将跟着时间的推移而升高,假设悉数按计划进行,它可能会证明太阳能作为为CubeSats卫星供电的可行解决方案。

火星是太阳系八大行星中第四颗,是一颗类地行星。古时分,我国人一贯称火星为荧惑星,意味着莹莹火光,离离乱惑之意。在西方一贯用古希腊神话传说中英雄名字命名火星。真实的火星是什么姿势的呢,在人造卫星上看,火星上面既有像沙漠、像流过河流的戈壁滩,也有山丘等地貌。火星上的河流是没有液态水的,但是在火星南北极下面有许多冰川地下水。

 

火星的地质情况跟月球是非常靠近的。火星的大小介于地球和月球之间,重量大约是地球的非常之一,体积恰当于地球的六分之一。在火星上一年大约恰当于地球上两年。

 

我们都非常想知道地球的以前与未来。有一门学科叫比较行星学,经过比较八大行星中其他行星演化的情况来看地球的以前跟未来。在约45亿年前,世界构成的初期,火星和地球是相同的,它的表面也是有流水,到了30亿年前左右,地球上出现了光合作用,发作了生命。火星到后边水消失了,变成了一个又冷又干的星球。所以探求火星的气候变化以及地质的演化,关于保护地球,拓展我们人类生计的边境,有非常重要的意义。火星是我们整个深空勘探领域,除月球以外的第二个重要研讨的星球。

科学家想要看火星的什么?要从三个方面看:生命、气候、地质。

我们先要知道,在火星上面是否有过生命的出现,有没有生命的一些痕迹。第二个方面,由于火星上是有大气的,了解火星气候演化的进程以及前史很有意义。其他是研讨火星表面和地质演化的进程,能够更好地帮忙了解地球的前期演化前史和生命的来历。

火星探险

整个深空勘探都是在科学政策牵引下,结束探求与技术相结合。

记住当时做嫦娥项目的时分,欧阳自远院士说过一句话,假设科学家把探求的政策想清楚了,在技术的支撑下,才华结束这些科学的期望。实践上世界上的科学界,对世界的探求也是走的这样一条路。

火星勘探风险是很大的,我国2020年要发射一颗火星勘探器。但实践上在2011年,我们随从俄罗斯的福布斯-土壤勘探器现已搭载过一颗火星勘探器,这颗火星勘探器是由上海航天八院研制的,很不幸这个发射器升空往后,由于俄罗斯人过早的把计算机系统转入自动的导航方式,效果由于里面的软件有点bug,导致勘探器没有脱离地球轨道,变成了地球上的一颗卫星,而且轨道不高,所以抢救了几个月往后,这颗卫星终究坠入大气层就毁掉了。从整个世界来说,火星勘探的成功概率不到50%。

2020年我国第一次用全新研制的长征五号火箭,要一次结束绕、落、巡这三个政策,难度非常大。美国的海盗1号和海盗2号,在1976年第一次成功进入火星轨道,下降到火星上去。现在火星勘探以美国为主,然后是欧盟ESA、日本,我们也期盼着,2020年往后我国的火星勘探越来越多。

 

从上面的图中能够看到,环绕着水的寻找,人类从环绕器的三个勘探器加上“机遇号”火星车,展开了许多研讨作业。环绕着可居住性发射了轨道勘探器、微量气体勘探器以及“猎奇号”火星车,进行了各种勘探活动。最近一次人类成功在火星上下降的是“观察号”火星着陆器,它是研讨磁场和大气是怎样的情况、多久消失的,其他还要进行类地行星的研讨。

不论是NASA、ESA仍是我国,着陆器或许火星车,其实都是要研讨可居住性和生命的痕迹。现在现已做了寻找水的探险,水是必定有的,但是水不在表面,在火星表面的底层,这点在现在科学研讨效果中是百分之百承认的,由于在火星上既发现了水流的痕迹,还测到氢的元素。第二个是可居住性,火星上二氧化碳、水这两个元素比月球环境要好许多。第三个方面,火星以前终究有没有生命存在,这个研讨做的比较少。

探求火星的应战

我们要去火星的探险和月球的探险有很大的差异。

第一个,火星距离很远,最远逾越4亿公里,近的时分约是5500万公里,一般选择在大约8000万公里的距离发射勘探器。第二个是温度,到了晚上会非常冷,抵达零下143摄氏度,白日最热的当地在赤道附近,也就是35摄氏度左右。其他大气非常淡漠,而且还有沙尘暴。

环绕这三个特征,工程师怎样处理呢?

不是每时每刻飞去火星都是适合的,由于我们要找一个距离适合的时间,每隔26个月有一个火星发射窗口。我们国家本来在2018年准备发射一个火星勘探器的,但是由于种种原因没有搞成,后来就拖到2020年。2020年的夏天,不论是欧洲、美国仍是我国,都将往火星发射自己的勘探器。飞到火星要花7个月的时间,从地球去月球只需求9天。在火星上要10多分钟才华把一个信号传输回来,而且信号传输的速率是很低的,我们现已用上了5G,速率非常高,但是火星到地球也就是百k量级的比特,低传输功率约束了科学的探求。

落到火星上往后边临三个应战。

第一是沙尘暴,沙尘暴来了往后,火星车有必要要把自己保护好,否则整个仪器会被掩盖掉。而且沙尘暴来了往后,太阳能帆板上面的沙尘会下降动力的转化功率。

第二是光照问题,由于火星离太阳很远,在火星上接收到的太阳光能量只需月球表面的40%。我们国家的月球车是两块帆板,但是我们的火星车要由四块帆板构成的,这样才华能量坚持大致恰当。

第三是火星上的重力,月球的重力只需地球的六分之一,但是火星重力没有那么小,在火星上面要跑相同重量的火星车,需求的能量也比月球上要高。这三个问题给火星车的运用带来了一些新的问题。

我们要去火星上的一个当地,首要要去选择着陆点,这是非常重要的,先从工程上来说,既不能是孤岛,又不能是陡坡,还不能是非常软的当地,不能让火星车下去就无出路、倾倒、或陷进去;其他,由于火星上有高山、峡谷,不能进去往后把太阳挡住了,没有光照就没有动力;而且还要考虑到通讯,从科学家的角度,非常期望去的方位有很好的科学研讨价值。

下图是美国NASA七次火星勘探的着陆点,我们能够看到2020年我国预定着陆区是在这两个当地(赤色符号),为什么要选两个预定着陆区?由于火星上有不承认的大气流和风暴,我们要根据实践情况来进行下降。左边的下降区的长处是我们会跟美国NASA的着陆点比较靠近,我们都会在一块大的区域来一同对火星表面进行探求和研讨,科学数据能够进行世界化的同享。

我国2020年预定着陆区

着陆进程是最触目惊心的。我们我国月球勘探30分钟叫“黑色30分钟”,在火星上有“惊骇7分钟”,现在在世界上有三种下降办法,一个叫气囊式,“勇气号”、“机遇号”都采取了这种办法——一个气囊下来往后弹跳,终究用不倒翁的原理翻开,保证火星车从里面出来。第二种办法是支架式,恰当于有四条腿,像一张桌子一个板凳相同下去,当然先是下降伞,由于有大气所以都要用下降伞,差异在于挨近火星表面的时分。第三种是起重机天抓式,由于火星表面的各种坑、石头特别多,支架式落在石头上会翻身,那车就要翻掉了,所以采取了一种像直升机相同,能够把火星车放下来,上面的着陆器平移,来找一块相对平坦的区域。

气囊式着陆

我们国家的计划是什么?由于我们有必要自给自足,所以我们也进行了创造。

我们把支架式和起重机天抓式相结合。我们的着陆器也是有四条腿,也有下降伞,但是我们四条腿的着陆器自身具有避障的方式,能够自主避障平移。这项技术是在探月工程里面来做的,探月工程着陆器在100米悬停的时分,在50×50米的区域,能够在250毫秒内对月表区域进行三维拍摄,然后找一个平坦的区域平移下降下去。嫦娥四号能够成功的落在月球的反面,月球反面的情况我们事前并不知道,由于月球反面陨石碰击坑非常多,由于有了这项技术,地形不论多么凌乱,都能够进行自主避障。2020年我国火星勘探计划,用了嫦娥奔月的技术,再加上载人航天回来大气层的下降伞减速两项技术的结合。

火星表面的元素勘探

NASA“猎奇号”上面搭载了α粒子X-射线光谱议,用激光枪击打物体的表面,做岩石矿产质成分的测量,首要来承认是否有水,是否有适合于生命存在的环境。我国的“玉兔一号”月球车跑了没多少米,“玉兔二号”到现在就跑了100多米。在火星上跑的时间最长的火星车现已有六年了,就是NASA “机遇号”火星车,它跑了45公里,在遭受一次巨大的沙尘暴往后,终究宣告它的任务结束。

NASA机遇号火星车

我们国家的着陆器上面搭载了许多设备,一共有30公斤的有效载荷。我们课题组研讨的是物质成分勘探仪,在上面占了16公斤,个头非常大。其他的还有导航相机,气象站等一些测量设备。

物质成分勘探仪是用来做什么的?它是用激光集合石头部分,气化发作等离子体(等离子体是原子里的外层原子脱节原子核绑缚成为自由电子,是一个电离的进程),等离子体在冷却进程中会辐射出原子光谱,原子光谱代表这个元素的“指纹”。只需能测到等离子体冷却进程中发作的光谱曲线的方位,就能知道它代表什么元素,信号的强度能够反映元素的含量。这就是激光诱导等离子体光谱技术。元素周期表里面绝大部分元素都能测,一次激起就能一同勘探多种元素。

除了用激光激起物体元素以外,还有被逼的短波红外光谱测量。被逼的短波红外光谱测量经过光谱分析进行分子层面的测量,能够测化合物的成分。

这个仪器上面有一个二维指向镜,能够摇头摆尾处处看。我们的月球车上面的光谱仪装在车上动不了,终究是车到哪里只能看哪里,玉兔一号的车轮子坏了停在那里,终究只能永远看一个当地。我们在火星车上面弄一个能够动的镜子,这样哪怕火星车不动了,还能够处处看。这个黑色的里面是一个望远镜系统,里面还有激光器,终究有个定标板。跟美国比较我们少了一个拉曼测量的功用。

我国的着陆器与火星车

火星勘探是由环绕器与火星车相结合,我们要进行星地的联动勘探。也就是说在环绕器上还要再装一个光谱议,和火星车上的主被逼结合,两个进行比对测量。在环绕器上装了一个火星矿产光谱分析仪,是一台推帚式的分子光谱勘探设备。这个光谱勘探设备能够供应多个波段的光谱信息,还有一个图像信息。

光谱测量能发现什么?我们以嫦娥四号为例说明。假设说月球是个白煮蛋的话,蛋白里终究装了什么?实践上大型的固态天体都存在这样的问题。科学家假定月幔和地幔是相同的,那么里面应该有橄榄石存在。嫦娥四号的着陆点非常巧,首要我们选择了一个艾特肯盆地,这是最陈腐的碰击盆地之一,一同落的那个当地冯·卡门碰击坑是个二次碰击坑,所以它有机遇经过陨石的碰击,把月幔里深层的物质抛射到月球的表面。也非常巧,玉兔二号正好下降到了这个区域,经过对两个勘探点土壤的光谱勘探,获得的数据闪现嫦娥四号着陆区的月壤物质中,橄榄石相对含量是最高的,低钙辉石次之。我们在实践数据搜集上面第一次证明了科学家的猜想,有新闻称我国发现了美国阿波罗计划都没有发现的一个新的科学发现。

我国的深空勘探

我国深空勘探规划

我国在2020年前现现已过嫦娥一号到嫦娥四号以及本年的嫦娥五号的发射,将结束对月球的“绕”、“落”、“回”第一个三部曲。在2020年往后2030年前,我们国家行将进行月球南极极区资源的开发利用。上个月特朗普给美国NASA增加16亿重返月球的经费需求,在2024年前美国要重返月球,要把第一个女宇航员送到月球,送到月球的南极极区。

为什么要去极区?在月球的极区,由于是永久阴影区,外来陨石带来的水都储存在那里,没有挥发掉,是固态水,所以我们都想到极区建一个永久的实验站,在那里能够支撑我们的底子物质需求。我们国家在2030年前要实施月球极区资源开发利用实验,中心要有好几个实验,我们要去勘探月球南极,然后再降到月球南极,再把无人的装备装上去,在2030年之前首要仍是进行无人的科学考察,但是在后期会考虑有人的实验。

第二条线就是在深空勘探这条线,我们不能只关心月球,月球离地球太近了,火星是最适合改造成人类居住的星球,所以我们在2030年前还有两次火星的勘探任务,还要把火星的样本从火星带回地球。还有一个就是小行星小行星带是阻挠地球冲出太阳系的阻碍,但是小行星带富含资源。打个比方,铂金是非常宝贵的,但是科学家经过远距离地舆观测,确认有单个小行星满是铂金,假设满是铂金的小行星被拖回地球的话,或许我们的戒指都不值钱了,而且有的小行星还富含水,所以小行星勘探、采样是现在深空勘探的抢手,日本在这方面做的比较好。我们国家在2030年前应该有一次小行星的勘探计划。

其他我们有个期望,就是要飞出太阳系,我们要进行一次木星穿越。《流浪地球》里面把木星炸了,我们在炸之前先要看一看,然后穿越木星,看看太阳系的边沿。这个是我们国家在2030年前的三个重要的深空勘探计划。

我们我国人在航天技术方面,是个后起者,东方红一号,1970年发射到现在短短的50多年。但是近些年跟着深空勘探整个计划的展开,我们我国人走向世界的号角也越来越响了。

我想人类探求不知道的期望,有非常大的热心。世界终究是怎样来历,怎样消亡的,我想不论效果怎样,人类的勇气和坚毅都将被镌刻在星空下。

据外媒报导,几年前,天文学家注意到一颗恒星正在以一种古怪的方法变暗,这引发了一种猜想,即或许有一种“外星超级结构”正在环绕它工作。后来则提出了一个更可信的解说--元凶巨恶是一群彗星。但现在,科学家们发现了一个更古怪的恒星体系,它看起来彻底是随机变暗的,并且没有一个惯例的解说好像能够说得通这个现象。

EPIC 249706694(或HD 139139)是一个双星体系,这意味着它是由两颗因引力而固定在一起的恒星组成。在开普勒第2次使命中,该体系被接连观测了87天,在这期间,它的光线被发现暗了28次。一般情况下,这些现象标明有行星通过了恒星的前面,而这意味着它遵从了一个严厉的时刻表。

但在这个情况下,它们彻底没有规律性可言。正在研讨该恒星体系的世界团队称这种现象为“随机凌日者(The Random Transiter)”,并玩笑道,“它们的抵达时刻就像是由随机数生成器发生的相同。每次变暗的程度则差不多。”

假如觉得这听起来有点耳熟,那或许是因为它跟Tabby's Star十分类似。2015年,Tabby's Star不规则的变暗成为了其时的头条新闻。一项特别风趣的研讨标明,这些变暗跟环绕恒星运转并搜集其能量的“外星巨型结构”或许呈现的形式相符。而更有或许的解说是,一群彗星或小行星正在绕着这颗恒星运转并周期性地遮挡了部分星光。

比较Tabby's Star,EPIC 249706694更令人入神。研讨小组对其展开了9种常见场景的研讨,这些场景一般能够解说成为不规则变暗现象,但是成果显现它们都说不通。

若想要解说清楚一切变暗的原因,这颗恒星周围有必要得有19颗行星--比任何已知天体体系都要多--并且它们之间的间隔有必要要足够近且“一年”的天数不超越90天才行。别的,它们的巨细也有必要要大致相同,但是很显然,这是不合理的。

与此同时,研讨小组也排除了其他一些盛行理论,比如一颗正在崩溃的行星、布满尘埃的小行星、环绕这两颗恒星运转的行星、人们在太阳上看到的恒星大“斑驳”等等。这使得天文学家们困惑不已。

据外媒报道,根据一项新研讨,Gliese 3470 b不同于我们太阳系中的任何行星。这是一个乖僻的世界 - 其质量介于地球和海王星之间 - 其绕着一颗质量大约是太阳一半的恒星工作,距离地球大约100光年。现在, 天文学家现已详细研讨了Gliese 3470 b的大气层 ,这是研讨人员第一次对这种外星世界的大气层进行分析。

天文学家运用美国宇航局的哈勃望远镜和斯皮策太空望远镜来测量Gliese 3470 b在绕恒星工作时吸收并反射的星光频率。美国宇航局上星期宣告,这颗行星的大气层相对清澈,主要由氢和氦组成。这类似于太阳的大气层,除了氧气和碳等重元素。分析闪现,这颗行星也有一个巨大的岩石中心。

Gliese 3470 b的轨道相对挨近它的恒星。这也许能够说明为什么其能够展开其非常规大气层的原因。一个假设是它能够从其恒星周围的原行星盘中捕获气体。一般当这种情况发生时,行星会成为被称为“热木星”的气态巨行星世界。但是Gliese 3470 b坚持相对较小,该团队估测,或许是因为在这颗行星能够胀大之前,天然原行星盘已流失。

在不远的将来,我们将会看到更多更高能的光子漂流到我们地球。

光,是我们无比了解的概念。物理学家奉告我们,光是由许多光子组成的。比如我们眼睛可以看到的的可见光就是可见光光子组成的。国际中还有各种不可见的“光”,它们也由能量各异的光子构成。那么,能量最高的光子可以高能到什么程度呢?

最近,中日合作的羊八井ASgamma实验的勘探器勘探到来自蟹状星云方向的24个能量逾越100万亿电子伏(100TeV)的超高能光子,其间能量最高的那个光子达到了450万亿电子伏(450TeV),是此前最高能量记载(75TeV)的6倍,是可见光光子能量的百万亿倍。相关作用对应的论文现已被物理领域顶尖期刊《物理议论快报》所接受,即将于七月下旬作为亮点论文出版[1]。 

这些超高能光子从何而来?研讨论文的作者们认为它们或许源于陈腐而低能的国际微波布景辐射[2]。那么,什么是微波布景辐射?它们怎样变为超高能光子?它们又是怎样被勘探到的?这篇文章以这批光子为主角,叙说它们奇幻漂流的终身。

国际大爆炸的余烬

大约138亿年前,我们的国际比沙子还小得多,全部物质挤压在极点小、极点热的狭小区域内。接着,国际“爆炸”,我们以这个时刻的国际年岁为零。爆炸后的国际急剧胀大。在国际年岁从零到38万年之间的阶段,国际中许多光子与其他粒子剧烈磕碰,阻遏中性原子构成——这些高能光子会把电子与原子核离散。

在国际年岁为38万年时,因为国际的胀大,那些高能光子的能量现已降到足够低,不能持续离散原子,它们终究一次与电子发生磕碰后,就成为国际中散落的布景光子,电子也总算可以安安稳稳地与原子核结合为中性原子,国际也总算从一团迷雾相同的情况变为透明情况。

这个时刻,那些刚成为国际布景的光子的温度大约是绝对温度3000多度,宣告暗红色的光。这是年轻时的国际的颜色。跟着国际持续胀大,这些光子的能量不断下降,到138亿年之后的今天,这些布景光子的温度现已只需绝对温度2.7度,相当于零下270摄氏度,比我们的南极还冷得多,对应的波长在微波波段,因此被称为“微波布景辐射”。

它们中的一部分在1964年被贝尔实验室的工程师威尔逊和彭齐亚斯意外发现,证明了国际大爆炸理论的正确性,二人也因此获得了1978年的诺贝尔物理学奖。下面,我们将微波布景辐射光子简称为“布景光子”。

图:WMAP 卫星9年勘探得到的微波布景辐射分布图,微波布景辐射没有颜色,图中颜色为伪色 | NASA / WMAP Science Team

在这漫长的138亿年,这些布景光子在能量下降的一同,不断漂流。但在我们叙说这些布景光子进一步漂流的故事前,我们还必须先叙说一个看似与它无关,实际上却密切相关的故事:超新星爆发。

恒星的壮烈去世:超新星爆发

距离现在大约1千万年前,位于地球金牛座方向的一个区域中的一团巨大的氢分子云总算点着了自己的中心,成为了一颗质量在8到10个太阳质量那么大的恒星,这颗恒星与地球的距离大约为6500光年,1光年约等于10万亿千米,因此这个距离约为6亿亿千米。

通过大约1千万年的演化,这颗恒星内部不再发生能量,巨大的引力占有优势,星体向内剧烈缩短,将中心紧缩为一个几乎完全由中子构成的细密星体——中子星,恒星的其他部分物质砸在巩固的中心上,然后向外反弹,中心天体宣告的中微子帮助反弹物质向外爆炸,构成了绚丽的超新星。

超新星爆发后宣告的剧烈光芒向外传达,通过大约6500年后,抵达地球上空,此时是公元1054年,我国正处于宋仁宗至和元年。北宋的地舆官员发现天空遽然出现了一颗新的星星,这就是出名的“天关客星”,也被称为“超新星1054”(SN 1054)。这颗新的星星持续近两年可以在夜空看到,以至于第二年,即宋仁宗至和二年,侍御史赵抃还上奏议:“臣伏见自上一年五月已来,妖星遂见,仅及周稔,至今光耀未退。”不仅如此,这颗超新星有23天可以在白日看到。[3]

图:《历代名臣奏议》中赵抃对1054年被观测到的超新星的描绘。

出名的梅西耶星表中的第一个天体M1,因其形状像一只螃蟹,因此也被称为“蟹状星云”。1921年,有两位地舆学家先后指出蟹状星云正在胀大,年岁大约为900年,地舆学家伦德马克(Knut Lundmark,1889--1958)根据这些结论,结合我国古代典籍记载,猜测:蟹状星云就是超新星1054的遗址。此后,哈勃(Edwin Hubble,1889-1953)通过观测与核算,证明了这个结论。

1967年,贝尔(Jocelyn Bell Burnell,1943-)初度观测到到脉冲星之后,人们很快在1968年发现了蟹状星云中心的脉冲星,这就是超新星1054遗留下来的中子星,这颗中子星每秒自转30次,并不断将自身的转动能转化为辐射,发生的“脉冲星风”照亮蟹状星云,使后者成为一个“脉冲星风云”。

图:哈勃太空望远镜(HST)摄影的蟹状星云的图像 | NASA / ESA, HST

上图为哈勃太空望远镜(HST)于1999年到2000年摄影的蟹状星云的多色图,它的半径现已扩展到6光年,即大约60万亿千米。因为其标准太大,HST分24次摄影了不同部分,然后把24张图拼接为一张图。

超新星遗址:巨大的加速器

全部的超新星在爆发几年后,都将成为“超新星遗址”。超新星遗址里有许多弥散的超新星物质。这些物质内部的剧烈磕碰或许中心遗留的中子星的剧烈辐射会发生剧烈的冲击波,这些冲击波将超新星遗址里面的质子和电子加速到极高的速度——极点靠近光的速度。因此,超新星遗址自身就是无比巨大的加速器。

超新星1054也不破例,它在爆发几年后也初步成为超新星遗址,即上面说的蟹状星云。看似人畜无害的蟹状星云里,也有剧烈的冲击波,这些冲击波将许多质子和电子加速到极点高速、极点高能的情况,四散开来。

极点高能电子与布景光子的磕碰

极点高能的电子四散开来之后,其间一部分朝着地球的方向飞来。这些极点高能电子执政着地球运动的进程中,充满到超新星1054附近的低能布景光子们等到了机遇,它们经常被高能电子碰击成高能光子。而我们这个故事中的主角们就是这群光子中的一部分。

在某个时期,被超新星遗址加速的一批超高能电子碰击了周围的那些低能布景光子,将许多能量传递给那些低能布景光子,使得这些漂流的布景光子的能量从10000分之1电子伏左右提升到100万亿电子伏以上,最高的达到了450万亿电子伏,能量提高到原本的大约4亿亿倍左右,是可见光光子能量的百万亿倍。

图:低能光子与高能电子磕碰,获得巨大能量 | 王善钦

这个进程就如同一个身上只需1元钱的流浪者遽然被给予几亿亿元钱,可谓一夜暴富。这些原本低能的光子从此成为披坚执锐的超高能光子,朝着地球方向奔袭而来。通过大约6500年,它们总算抵达地球。

光子与地球大气的磕碰:大气簇射

地球上空有一层厚厚的大气,大气里有许多的各类气体分子。从太空中袭来的各类国际线与大气分子中的原子核磕碰,力气被大大削弱。因此使得我们免受高能国际线的损害。 

那个超高能光子也在进入大气之后与大气分子中的粒子相互作用,发生了其他高能粒子,这些高能粒子又与周围的大气分子中的粒子相互作用,发生了更多其他粒子,这个连锁反应会发生多次,因此被称为“大气簇射”,其结果是一个高能粒子激宣告许多粒子。

图:高能粒子在大气中激起簇射的示意图 | 王善钦

由这些超高能光子激宣告的许多带电粒子中的一部分进入了位于西藏的羊八井ASgamma实验的勘探器阵列。这个阵列的中心是水切伦科夫勘探器。什么是水切伦科夫勘探器?它的原理是什么?

切伦科夫辐射与水切伦科夫勘探器

1934年,切伦科夫(Pavel Cherenkov, 1904-1990)研讨放射性元素释放出的射线穿过液体的现象,发现液体宣告蓝光,通过细心分析,他承认这暗淡的蓝光并不是荧光。这个辐射后来被称为切伦科夫辐射。1937年,切伦科夫的伙伴弗兰克(Ilya Frank, 1908-1990)和塔姆(Igor  Tamm, 1895-1971)说明切伦科夫辐射的成因:带电粒子在液体中的速度逾越了光在液体中的速度,因此宣告了蓝光为主的辐射。

根据爱因斯坦的相对论,真空中,任何物质的速度都不可能逾越光速。不过,在介质中,粒子的速度可以逾越介质中的光速。比如,光在真空中的速度是每秒30万千米,在水中,光的速度是每秒22.5万千米;假设带电粒子在水中的速度逾越每秒22.5万千米,这个高速粒子就会宣告切伦科夫辐射。因为发现和说明了切伦科夫辐射,切伦科夫、弗兰克和塔姆同享了1958年的诺贝尔物理学奖。

实际上,这一现象早在1888到1889年就被英国物理学家海维塞德(Oliver Heaviside, 1850-1925)在理论上所预言;1904年,德国物理学家索末菲(Arnold Sommerfeld, 1868-1951)也预言了这个现象。但因为1905年诞生的相对论认为物质运动速度不会逾越真空中的光速,这两人的作业灵敏被忘掉,直到20世纪70年代才被人从头发掘出来。事实上,爱因斯坦的相对论只是针对真空,不针对介质。观测方面,1910年,玛丽·居里(即居里夫人,Marie Curie,1867-1934)发现高浓度的镭溶液宣告了暗淡的蓝光,但没有进一步查询这类现象。

切伦科夫辐射被发现并被说明后,很快就被用来规划勘探器。假设勘探器的介质用的是纯水,就是水切伦科夫勘探器;同理,有重水切伦科夫勘探器、冰切伦科夫勘探器,甚至还有空气切伦科夫勘探器。下图为位于美国俄勒冈州里德学院(Reed College)的水下放射性反应堆的堆芯,放射性元素衰变释放出的高能电子在水中络绎,速度逾越水中的光速,宣告幽蓝的切伦科夫光。

图:位于里德学院的供科研运用的水下核反应堆的堆芯附近的蓝色切伦科夫光 | United States Nuclear Regulatory Commission

西藏羊八井ASgamma实验的勘探器的勘探

位于西藏海拔4300米处的羊八井的勘探器由多个装满高度纯净水的切伦科夫勘探器组成,每个勘探器里放着一种被称为“光电倍增管”的仪器。这个项目是中日合作项目,选择日本作为合作方,是因为日本在水切伦科夫勘探器方面的技术国际领先,出名的神冈勘探器与其晋级版——超级神冈勘探器都是水切伦科夫勘探器,在中微子科学领域做出了多项重要贡献,于2002年与2015年两次获得了诺贝尔物理学奖。

羊八井项目分别由我国科学院高能物理研讨所和日本东京大学国际线研讨所担任中日两头的事务,于1990年结束第一期,此后多次晋级。2014年,制作成位于地下的水切伦科夫勘探器。这个新制作的地下勘探器使羊八井实验组成为勘探超高能国际线方面最活络的小组。

那些漂流的超高能光子激宣告的许多高速、高能带电粒子穿过羊八井实验组安排在地下的水切伦科夫勘探器后,发生切伦科夫光,这些光打到光电倍增管,后者将信号扩展,传输到终端,勘探结束。

至此,这群漂流的光子及其能量的“继承者”们的奇幻旅程总算结束。

在勘探到信号之后,中日科学家通过精确的核算与分析,反推出这些发生辐射的粒子的源头是一批超高能光子,其间24个能量逾越100万亿电子伏,逾越此前的勘探记载;其间,能量最高的达到了450万亿电子伏,是此前被勘探到的最高能光子的能量的6倍。

LHAASO:更强的勘探器

2018年6月,我国初步制作位于四川海拔4410米的稻城、占地1.36平方千米的“大面积高海拔国际线观测站”(LHAASO),估量耗资12亿元,现在现已建成一部分。LHAASO由多个广角空气切伦科夫勘探器、上千个地下的水切伦科夫勘探器、占地近8万平方米的地上的水切伦科夫勘探器和几千个闪烁液勘探器构成,可以用来勘探三个能量范围内的伽马射线和“国际线”。这个项目的活络度比羊八井勘探器的活络度高至少几十倍,将对超高能带电粒子和超高能光子的研讨发生更深远影响。

在不远的将来,我们将会看到更多更高能的光子漂流到我们地球。

 北京时刻7月5日音讯,据美国日子科学网站报导,人们经常说:“钻石是永久的!”,因而它成为永久爱情的标志。之所以这样以为或许是因为钻石是具有10亿多年前史的突变体岩石,它们在地球深层地幔经受了屡次揉捏压力和火热温度的检测,但事实上钻石并不是人们所幻想的那样奇特。

不管怎样,一大块碳需求很长时刻才干结晶构成一颗闪闪发光的钻石,事实上钻石构成时刻太长了,以至于科学家对其怎么构成的并不确认。一种盛行理论以为,当海床板块层(海洋板块的一部分)在大陆板块之下研磨,期间会构成钻石。

在这一过程中,大洋板块和海底一切矿藏质都深化地幔之下几百公里深处,在比地球外表温度高数千倍的高温文高压条件下缓慢结晶。终究这些晶体与叫做“金伯利岩”的火山岩浆结合在一起,以钻石的方式出现在地球外表。

支撑这一理论的依据还能够在海洋矿藏中发现,正是这些矿藏构成了闻名的蓝钻,例如:具有奥秘蓝色的——“期望之钻”。蓝钻是地球上挖掘最深、最稀有、价格最贵的钻石之一,因而很难进行研讨剖析。现在宣布在5月29日《科学发展》杂志的研讨报告为钻石的海洋来源供给了新的依据。在这项研讨中,研讨人员调查了一种更为常见的岩石结构——纤维状钻石,其内部有含盐沉积物。

与大多数用于婚礼钻石不同的是,纤维状钻石布满少数盐、钾和其他物质,关于珠宝商而言,它们的商业价值不高,可是关于那些揭晓其地下来源的科学家来说,这是一种十分有研讨价值的钻石。

研讨报告榜首作者、澳大利亚麦考瑞大学迈克尔·福特斯(Michael Forster)在一份声明中称,有一种理论以为,保存在钻石内部的盐分来自海水,但无法进行测验。

因而,福特斯和搭档并未盯梢剖析钻石的远古来源,而是企图在试验室里进行模仿试验,重建海底矿藏下沉到地幔时发作的超高热、超高压反响。研讨人员将海洋沉积物样本放在一个装有橄榄岩矿藏的容器之中,橄榄岩是一种火山岩,广泛存在于人们以为钻石构成的地球深处。然后,他们将混合物暴露在模仿地幔的超高温、超高压环境中。

研讨人员发现,当混合物接受4-6吉帕压力(平均海平面大气压40000-60000倍),温度到达800-1100摄氏度时,橄榄岩将构成具有纤维钻石相似特点的盐晶体。换句话讲,当远古海床滑入地幔深处“坩埚”中,磕碰效果将为钻石构成发明完美的条件,用纯碳制成、不含任何沉淀物的钻石也能够运用该办法制作。

福特斯说:“咱们知道,在钻石构成的过程中其周围必定存在某些含盐液体,现在咱们已证明,海洋沉积物契合该条件。该试验还制作出对金伯利岩构成至关重要的矿藏质,在火山爆发期间,钻石通常会附着在金伯利岩外表。”

因而,钻石或许见证了地球远古海洋的前史,它是在地球极点环境下构成的。近期《天然》杂志宣布研讨报告称,钻石中含有微量发光矿藏质,很或许源自46亿年前一次中子星磕碰事情的,其时太阳系下了一次“珠宝雨”。

《天然-通讯》最新上线了一篇艾滋病研讨范畴的重磅论文。科学家们开发了一种联合疗法,将继续投递抗逆转录病毒的给药体系与CRISPR-Cas9基因修改技能相配合。依据官方新闻稿,这种疗法初次从活体动物的基因组中消除了HIV-1的DNA。

 

研讨机构评论说,这项研讨“标志着在开发新疗法,治好人类HIV感染的路上,迈出了要害一步”。

 

依据联合国艾滋病规划署(UNAIDS)的估量,全世界每一天新增的HIV-1病毒感染者超越5000人。现在,感染者首要依托各种抗病毒药物进行医治。抗逆转录病毒医治(ART)能够有用下降患者体内的病毒载量,一起下降病毒感染的危险。

 

在科学家们的不懈努力下,现有疗法现已把从前的绝症变成了可控的缓慢疾病,而科学家们还在朝着治好艾滋病的方针行进。

 

ART疗法要求感染者毕生服药,由于这种疗法能够按捺HIV病毒的仿制,却不能将病毒从体内消除。假如停药,体内的HIV病毒会东山再起,从头仿制并促进疾病打开。

 

而HIV之所以有“反弹”才能,是由于病毒在进犯人体的免疫体系时,会将DNA序列整合到细胞的基因组中,然后藏匿于人体。

 

要真实消除HIV到达“治好”作用,就要从感染的细胞和安排中去除被病毒整合进去的DNA片段。

 

美国内布拉斯加大学医学中心(University of Nebraska Medical Center)的Howard Gendelman教授、坦普尔大学刘易斯·卡茨医学院(Lewis Katz School of Medicine at Temple University)的Kamel Khalili教授及搭档开发了一种旨在消除HIV病毒的联合疗法,由一种ART投递新方法和CRISPR基因修改技能组成。

▲该研讨的两位通讯作者Howard Gendelman教授(左)和Kamel Khalili教授(右)(图片来历:研讨机构官网)

具体来说,Gendelman教授及其合作者共同开发了一种长效缓释ART疗法,将结构经过改进的抗病毒药物分子包装在纳米颗粒中,由纳米颗粒将药物送入HIV的藏身之处。这种给药方法能够在数周内缓慢开释药物,到达在较长时间内按捺病毒活性的意图。

而Khalili教授团队使用CRISPR-Cas9开发的技能能够在受感染的细胞内“剪去”HIV的DNA片段。当长效缓释ART疗法将HIV病毒的仿制按捺在较低水平的一起,CRISPR-Cas9开端发挥作用。

研讨团队经过动物实验验证了这种联合疗法的可行性和有用性。他们首要制作了HIV感染的人源化小鼠模型。然后,分两次独立实验,给总计13只承认感染的小鼠施用了联合疗法。

▲感染并施用疗法的研讨示意图(图片来历:参考资料[1])

经过接连的医治,承受医治今后的5周内,经过多项技能对血液、淋巴安排、骨髓和脑安排进行检测。成果显现,承受联合疗法的小鼠中近三分之一没有检测到HIV病毒,能够被以为小鼠细胞和安排里的HIV病毒DNA被彻底消除。

相比之下,独自承受其间某一种疗法的小鼠中,很简单就能检测到HIV。此外,检测成果还显现未检测到CRISPR-Cas9脱靶。

小鼠实验的活跃成果显现了这种联合疗法治好艾滋病的远景,据Khalili教授在研讨机构发布的新闻中泄漏,他们方案打开进一步的研讨,在一年内推动非人灵长类动物的实验,并有可能在人类患者身上打开临床实验。

 

科技日报北京7月9日电 (记者刘霞)据物理学家组织网8日报道,一个国际科研团队称,结合引力波和射电观测,再加上理论建模,可将中子星对的并合变成“国际标尺”,用以测量国际膨胀率——哈勃常数,或可处理现在测得的国际膨胀率不一致的问题。

国际膨胀率可用来承认其大小和年岁,也可作为说明其他观测的重要东西。现在,科学家首要凭仗测量国际大爆炸后的余晖——国际微波布景辐射和Ia型超新星爆发来取得,但这两种方法给出了不同的效果。

最新研讨中,天文学家运用美国国家科学基金会(NSF)的超长基线阵列、卡尔·詹斯基超大阵列和绿湾射电天文望远镜,对2017年两颗中子星磕碰发作引力波后的情况进行了研讨。美国国家射电天文台的库纳尔·摩尼说:“中子星并合为我们供应了一种测量哈勃常数的新方法,有望让我们处理两个值不一致的问题。”

摩尼说明说,当两颗中子星磕碰时,它们会发作爆炸和一股引力波。引力波信号的形状会奉告科学家引力波爆发多么“明亮”,测量在地球上接收的引力波的“亮度”(强度)可以取得引力波的距离。摩尼说:“这是一种完全独立的测量方法,我们希望可以取得哈勃常数的真正值。”

当然,该方法也存在一个问题:引力波的强度随它们相对于两个中子星轨道平面的方向而改动。假如从地球上看,在垂直于轨道平面的方向上,引力波更强。为此,研讨团队运用射电望远镜测量从爆炸中喷出的超高速物质射流的运动,凭仗这些测量效果和详细的流体动力学仿照,承认了方向角,从而使他们可以凭仗引力波来承认距离。

研讨团队标明,这一工作的单次测量还不足以承认哈勃常数。研讨负责人、普林斯顿大学的肯塔·霍特克扎卡说:“运用引力波和射电望远镜可以观察到其他15个此类工作,帮忙处理哈勃常数不一致的问题,将是我们在了解国际方面取得的一个重要开展。

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