關(guān)注氣候關(guān)注生命

許 涵 (本刊特約記者)

關(guān)注氣候關(guān)注生命

許 涵 (本刊特約記者)

2010年中國西南地區(qū)特大旱情牽動(dòng)了全中國乃至全球人民的心,氣候問題再一次成為科學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn),善待地球,善待自然,就是善待人類自身。

氣 候

中國西南地區(qū)持續(xù)干旱

自2009年9月以來,中國西南地區(qū)降水持續(xù)偏少,西南三省平均降水量比常年同期降低40%左右,是1952年以來最低值,為60年來最嚴(yán)重的。持續(xù)干旱的原因,引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。對西南干旱的成因存在各種猜測、說法,但是多位專家給出了一個(gè)幾近相同的答案:2010年發(fā)生在中國西南地區(qū)的特大旱災(zāi)是大自然的自身調(diào)整而非“人禍”所致。

2010年3月份在中國氣象局例行舉辦的新聞發(fā)布會(huì)上,對于西南干旱的成因,國家氣候中心氣候預(yù)測室主任任福民提出,以大氣環(huán)流形勢看主要有兩點(diǎn),一是2009年9月以來,來自印度洋和太平洋的水汽供應(yīng)非常弱;二是冷空氣長時(shí)間處于中國偏北地區(qū),冷暖空氣無法或極少在西南地區(qū)交匯,形成了一個(gè)不利于降水的環(huán)境場。9月以來中國南方大部地區(qū)被副熱帶高壓系統(tǒng)控制,導(dǎo)致來自北方的冷空氣和來自南海和孟加拉灣的暖濕氣流難以在江南和華南北部地區(qū)相遇,從而造成南方地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)高溫少雨天氣。先后登陸中國的“彩虹”“巨爵”和“芭瑪”3個(gè)熱帶氣旋,其中2個(gè)登陸海南,1個(gè)登陸廣東,位置都比較偏南,只能影響到華南南部和沿海地區(qū),不能直接或間接給我國南方大部地區(qū)帶來豐沛的降水,致使江南和華南北部等南方地區(qū)降水持續(xù)偏少。從溫度條件來看,9月以來旱區(qū)的溫度與常年比較是持續(xù)偏高的。總的來說,導(dǎo)致此次干旱的直接原因就是降水持續(xù)偏少、氣溫持續(xù)偏高、水汽蒸發(fā)量大。當(dāng)然,氣候變化和雨季的提早結(jié)束也是引起持續(xù)干旱重要因素。

也有學(xué)者認(rèn)為西南干旱可能與海平面升溫、青藏高原的積雪偏少有關(guān)。近幾年海上溫度高了,陸地上特別是中國北方或者東部地區(qū)冬天都比較冷,陸地上比較冷,海洋上比較暖,不利于海風(fēng)的形成。中國主要是北方的干旱,特別是華北的干旱比較多。西南地區(qū)干旱屬于第二位,過去發(fā)生的次數(shù)、頻率,僅次于華北。西南省份受“世界屋脊”的影響較大,青藏高原冬季積雪偏少。雖然2009冬有數(shù)次冷空氣影響中國,但大多數(shù)冷空氣在北方開始偏東移動(dòng)。另外,溫室效應(yīng)也是導(dǎo)致氣候極端化的可能原因。

中國科學(xué)院院士、2009年度世界自然基金會(huì)(WWF)“愛丁堡公爵保護(hù)獎(jiǎng)”獲得者陳宜瑜表示,西南地區(qū)發(fā)生的旱情是正常的、是周期性的自然災(zāi)害,“水災(zāi)、旱災(zāi)的發(fā)生都是正常的,因?yàn)榈厍蚩偸窃谧兊?。氣候異常是肯定?毫無疑問的,但區(qū)域的環(huán)境和整個(gè)大環(huán)境的關(guān)系并不是直接相關(guān)的,像美國雪災(zāi)、歐洲雪災(zāi)都非常厲害。2010年是整個(gè)全球氣候異常,很突出,中國的旱災(zāi)也是全球氣候異常表現(xiàn)的一部分?！敝袊h(huán)境科學(xué)研究院院長孟偉研究員也認(rèn)為,西南旱災(zāi)是大自然的調(diào)整過程,只是人類的活動(dòng)加劇了這一調(diào)整的難度,人為的干預(yù)越來越大。中國人均水資源實(shí)際上只有全世界人均水資源的四分之一,而且地區(qū)分布又很不均衡,可以說,中國水資源非常緊缺。這次旱災(zāi)再一次為國人敲響了警鐘,提醒我們一定要善待自然,人類只是自然的一部分。

人類活動(dòng)強(qiáng)化澳洲南極反常氣候

研究人員最近發(fā)現(xiàn)了澳洲大陸西南角與南極東部地區(qū)一個(gè)有趣的氣候關(guān)系。一旦前者經(jīng)歷了一場干旱,后者便會(huì)大雪紛飛。更讓人意想不到的是,一些氣候模型顯示,人類的活動(dòng)能夠強(qiáng)化這一聯(lián)系。相關(guān)的研究報(bào)告發(fā)表在2010年2月7日出版的Nature Geoscience網(wǎng)絡(luò)版上。

在對采集自拉奧冰帽——Poinsett角附近的一處冰原,位于澳大利亞西南端的正南方——的南極冰芯進(jìn)行了將近30年的研究后,科學(xué)家注意到了這一聯(lián)系。這一區(qū)域在幾十年的時(shí)間里經(jīng)歷了不同尋常的大量降雪,同時(shí),澳大利亞西南部在同一時(shí)間段發(fā)生了幾次嚴(yán)重的大旱。研究人員對采自拉奧冰帽的750年來冰芯記錄進(jìn)行了分析。他們隨后將這些冰芯記錄與旨在測量澳大利亞西南部降水模式的氣象記錄,以及南半球過去40年來的大氣環(huán)流模式進(jìn)行了對比。研究人員發(fā)現(xiàn),拉奧冰帽的降雪量變化情況能夠反映澳大利亞西南部約40%的降雨量變化。更有趣的是,在過去幾十年中,拉奧冰帽的降雪模式似乎得到了強(qiáng)化。

實(shí)際上,氣候模型預(yù)測顯示,這樣反常情況的出現(xiàn)與人類在20世紀(jì)向大氣中排放的CO2氣體有很大的關(guān)系。根據(jù)這些模型,大氣層中CO2氣體的增加和臭氧的減少,在南大洋上空產(chǎn)生了一個(gè)大氣環(huán)流模式,從而將更加干燥的空氣帶到澳大利亞西南部的農(nóng)業(yè)地區(qū),并使拉奧冰帽降下更多的雪。然而根據(jù)這一模型顯示,隨著CO2氣體的增加以及臭氧的減少,正常的循環(huán)將被打斷,這便發(fā)生了人們現(xiàn)在所看到的情況。研究人員表示,這是人類活動(dòng)影響區(qū)域氣候的“一個(gè)非常扎實(shí)的證據(jù)”。

南海珊瑚灰度記錄反映人類引起氣候變化

《科學(xué)通報(bào)》2010年第一期封面文章發(fā)表了中國科學(xué)院南海海洋所人類活動(dòng)引起的氣候變化研究論文“南海珊瑚灰度記錄中反映人類引起的氣候變化信息”。

20世紀(jì)全球地表溫度增暖是全球變化的重要標(biāo)志。生長熱帶海洋珊瑚包含很好的氣候記錄的代用指標(biāo),已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在人類活動(dòng)對地球氣候系統(tǒng)變化影響的研究中。過去的珊瑚古氣候研究主要是分析珊瑚骨骼化學(xué)元素同位素或地球化學(xué)的代用指標(biāo),大都只能重構(gòu)一種環(huán)境與氣候變量信息。比較而言,珊瑚生長密度帶能綜合反映珊瑚的生長環(huán)境狀況,且更容易測量。20世紀(jì)全球地表溫度增暖的背景下影響著珊瑚生長密度帶的長期變化趨勢,南海熱帶海洋珊瑚生長密度帶的研究表明,南海珊瑚生長密度帶能夠揭示出近200年以來人類引起的氣候變化歷史。

研究團(tuán)隊(duì)分析了南海西北部珊瑚生長帶的長期趨勢變化,珊瑚生長帶資料提供了綜合的氣候環(huán)境變化信息。研究表明,近兩個(gè)世紀(jì)南海西北部珊瑚年平均密度的變化趨勢與全球大氣CO2濃度的變化相吻合。在19世紀(jì)末之前,二者長期變化趨勢都很微弱;之后二者的趨勢變化非常顯著,尤其是從20世紀(jì)60年代到90年代(該珊瑚記錄的結(jié)束日期)從19世紀(jì)末期到20世紀(jì)末,珊瑚密度表現(xiàn)出穩(wěn)定的下降趨勢。因此,南海北部珊瑚密度的年變化趨勢能夠揭示出人類引起的氣候變化的歷史。這一結(jié)果與其他地區(qū)器測以及其他代用氣候記錄的結(jié)果一致,提出了一個(gè)簡單的基于珊瑚生長帶的代用指標(biāo)來重構(gòu)過去兩個(gè)世紀(jì)人類引起的氣候變化資料。

癌癥研究

首次發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡開關(guān)

美國科羅拉多大學(xué)博爾德分校的研究小組通過研究線蟲,首次發(fā)現(xiàn)引起細(xì)胞凋亡的“開關(guān)”,此項(xiàng)研究結(jié)果可用于治療人類由于“非正常細(xì)胞凋亡”引起的癌癥等疾病。相關(guān)研究成果發(fā)表在2010年3月12日出版的Science雜志上。

研究人員表示,這項(xiàng)新研究結(jié)果在理解細(xì)胞程序死亡或者細(xì)胞凋亡方面邁出了一大步。細(xì)胞凋亡是細(xì)胞的自殺過程,通過自殺方式去除體內(nèi)非必需細(xì)胞或即將發(fā)生變異的細(xì)胞。細(xì)胞凋亡不同于創(chuàng)傷性死亡,它可以幫助人類預(yù)防諸如癌癥和自身免疫性疾病。

研究小組在小型土壤線蟲上進(jìn)行試驗(yàn),小型土壤線蟲是常用于遺傳和生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)用的有機(jī)體。研究線蟲的細(xì)胞死亡機(jī)制,其結(jié)果可用于了解人類細(xì)胞死亡機(jī)制,并研究出解決人類因?yàn)椤安贿m當(dāng)?shù)募?xì)胞凋亡”而導(dǎo)致的疾病的方法。研究小組利用線蟲的半胱天冬酶(caspase)進(jìn)行試驗(yàn)。半胱天冬酶是細(xì)胞凋亡的“酶劊子手”,因?yàn)樗闹饕饔镁褪乔袛嗪推茐募?xì)胞的蛋白質(zhì)。但是,研究小組在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)半胱天冬酶對Dicer酶具有不同的作用,當(dāng)半胱天冬酶分裂Dicer酶后,它并沒有殺死Dicer酶,而只是改變了Dicer酶的功能,使其由RNA切割酶轉(zhuǎn)變?yōu)镈NA切割酶,Dicer酶開始分裂染色體,并殺死細(xì)胞。研究人員還表示,通過對線蟲的研究,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了對細(xì)胞凋亡非常重要的基因。細(xì)胞凋亡共分為5個(gè)步驟,這些步驟包括確定死亡細(xì)胞、激活細(xì)胞死亡程序、開始細(xì)胞殺死過程、吞噬死亡細(xì)胞尸體以及降解細(xì)胞碎片。

細(xì)胞防癌機(jī)制新發(fā)現(xiàn)

細(xì)胞防止自身無節(jié)制分裂導(dǎo)致生成癌細(xì)胞有兩種方式——細(xì)胞凋亡和細(xì)胞衰老。而發(fā)表在2010年3月16日出版的Cancer Cell雜志上的一項(xiàng)最新研究成果顯示,細(xì)胞凋亡和細(xì)胞衰老之間存在關(guān)聯(lián),這一發(fā)現(xiàn)可能對癌癥治療具有重要意義。

一般情況下,醫(yī)生會(huì)通過化療促使細(xì)胞凋亡從而幫助治療癌癥。一種叫“Myc”的基因也會(huì)引起細(xì)胞凋亡,導(dǎo)致細(xì)胞“自殺”,舍己來保護(hù)整個(gè)機(jī)體。細(xì)胞衰老則是由另一種名為“ras”的基因啟動(dòng)的。細(xì)胞衰老會(huì)中斷細(xì)胞生長周期,使細(xì)胞不再分裂。與凋亡不同的是,此時(shí)細(xì)胞依然存活并能代謝。以往普遍認(rèn)為,細(xì)胞凋亡和細(xì)胞衰老這兩種細(xì)胞保護(hù)過程的啟動(dòng)相互并無關(guān)聯(lián)。

馬克斯·德爾布呂克分子醫(yī)學(xué)中心和沙里泰大學(xué)醫(yī)院的研究人員利用動(dòng)物進(jìn)行淋巴瘤研究時(shí)首次發(fā)現(xiàn),“Myc”基因在沒有“ras”基因存在的情況下對激活兩種細(xì)胞保護(hù)機(jī)制都有重要作用:首先“Myc”基因會(huì)觸發(fā)淋巴瘤細(xì)胞凋亡,凋亡的細(xì)胞又會(huì)引起免疫系統(tǒng)的巨噬細(xì)胞去吞噬已死亡的淋巴瘤細(xì)胞。因此,被激活的巨噬細(xì)胞此后又會(huì)分泌出“轉(zhuǎn)化生長因子β”等信號(hào)分子?！稗D(zhuǎn)化生長因子β”能在癌癥早期阻止癌細(xì)胞生長。研究人員認(rèn)為,這一發(fā)現(xiàn)可能對深入了解各種癌癥的發(fā)病機(jī)理都有意義。如果能通過激活細(xì)胞衰老的方式抑制那些化療無法殺死的癌細(xì)胞的生長,這將為治療癌癥提供一種新的可能性。

阻斷基因Skp2

2010年3月18日出版的Nature雜志刊登了美國科學(xué)家的最新研究成果,通過阻斷一種名為Skp2的基因,能夠使癌細(xì)胞老化并死亡。這一發(fā)現(xiàn)或許能為治療癌癥提供一種新方法。

研究人員表示,阻斷癌細(xì)胞中的Skp2基因能夠觸發(fā)“衰老進(jìn)程”,迫使癌細(xì)胞像體細(xì)胞暴露在陽光下那樣“干死”,無法無限分裂、在人體內(nèi)轉(zhuǎn)移。研究人員以兩組老鼠為對象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這些老鼠在基因經(jīng)過改造后會(huì)患上一種前列腺癌,但其中一組老鼠的Skp2基因遭阻斷。6個(gè)月后,這組老鼠沒有長出腫瘤,而Skp2基因未遭阻斷的另一組老鼠長出腫瘤。從那組沒有長腫瘤的老鼠身上提取淋巴腺和前列腺組織,發(fā)現(xiàn)其中許多癌細(xì)胞開始老化,細(xì)胞分裂速度變慢。

研究人員向?qū)嶒?yàn)鼠體內(nèi)植入人類癌細(xì)胞,結(jié)果也發(fā)現(xiàn)這些癌細(xì)胞發(fā)生老化。這說明,這種相關(guān)Skp2基因的老化進(jìn)程看起來僅對癌細(xì)胞起作用,對其他細(xì)胞沒有影響。

考 古

恐龍最古老親戚化石

最近一國際科研小組在非洲坦桑尼亞南部找到了距今約2.45億年的生物化石,這是迄今為止恐龍家族最古老的親戚,要比目前已知的最古老恐龍大1 000萬歲。該新發(fā)現(xiàn)或?qū)⒏膶懣铸埖倪M(jìn)化史。相關(guān)研究發(fā)表在2010年3月11日出版的Nature雜志上。

新發(fā)現(xiàn)的恐龍名為Asilisaurus,體長1m至3m,重30kg,牙齒為三角形,具有類似于鳥喙的嘴巴。研究顯示,Asilisaurus生活在三疊紀(jì)(距今2.5億年至2.03億年)中期,距今約2.45億年,屬于目前已知的西里龍(silesaurs)家族中的一員。研究人員表示,Asilisaurus可能是恐龍最古老的親戚,它與恐龍的關(guān)系就好比黑猩猩和人類的關(guān)系。此前科學(xué)家一直認(rèn)為,恐龍最近的親屬是肉食動(dòng)物,依靠兩條腿走路,但Asilisaurus用四條腿走路,或許是個(gè)素食主義者,也可能是雜食動(dòng)物,以植物和肉類為生。研究人員認(rèn)為,能夠以植物為生讓Asilisaurus可以找到更大范圍的棲息地。

這一新的發(fā)現(xiàn)為科學(xué)家提供了關(guān)于恐龍如何進(jìn)化的重要信息。Asilisaurus和恐龍具有很多相同的特征,它是介于更古老的爬行動(dòng)物和恐龍之間的物種?；涗洷砻?Asilisaurus在地球上生活了約4 500萬年后滅絕,而恐龍?jiān)诘厍蛏仙盍舜蠹s1.65億年。

單爪龍類恐龍化石

中國科學(xué)家在河南西峽恐龍蛋化石點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)單爪龍類恐龍的新屬種,該新屬種是由中國科學(xué)院古脊椎與古人類研究所徐星研究員和河南國土資源科學(xué)研究院王德友研究員領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合考察隊(duì)發(fā)現(xiàn)的,這一成果發(fā)表在2010年3月29日出版的《動(dòng)物分類學(xué)》雜志上。這個(gè)被命名為張氏西峽爪龍的恐龍化石是中國首次發(fā)現(xiàn)的單爪龍類恐龍,對于研究這一類群的演化具有重要意義。單爪龍類恐龍是恐龍家族中最奇特的類群之一,它修長的后腿和短粗的前肢形成鮮明的對比?；话惴植加诎讏准o(jì)最晚期沉積的地層中。

此次發(fā)現(xiàn)于河南西峽周家溝的單爪龍類化石產(chǎn)自晚白堊世中期的馬家村組,代表世界上已知最早的單爪龍類之一。張氏西峽爪龍的許多形態(tài)特點(diǎn)顯示了后期單爪龍類形態(tài)特征的初始狀態(tài)。通過分析張氏西峽爪龍的脊柱和后肢形態(tài),科學(xué)家們推測它是一種奔跑能力非常強(qiáng)的恐龍。科學(xué)家們推測,單爪龍類可能是一類食蟻型動(dòng)物,它們的超強(qiáng)奔跑能力可能是在穿梭于不同蟻穴之間時(shí)形成的。

西峽恐龍蛋化石點(diǎn)以產(chǎn)出恐龍蛋化石世界聞名,但恐龍化石非常稀少。張氏西峽爪龍化石的發(fā)現(xiàn)是西峽恐龍蛋化石點(diǎn)的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)。另據(jù)了解,科學(xué)家還在周家溝出露的馬家村組發(fā)現(xiàn)了一枚大型獸腳龍類牙齒,很可能是從未在亞洲地區(qū)發(fā)現(xiàn)過的重爪龍類牙齒。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)史前巨魚

科學(xué)家在博物館里對幾乎被遺忘的古生物化石進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)了兩種巨大的濾食性史前魚類物種。這兩種大魚曾經(jīng)統(tǒng)治地球海洋上億年,它們在生態(tài)系統(tǒng)中的位置之后被鯨魚和鯨鯊占據(jù)。

英國牛津大學(xué)古生物學(xué)家馬特·弗里德曼教授有一次在參觀堪薩斯大學(xué)時(shí),偶然發(fā)現(xiàn)了一種遠(yuǎn)古巨魚化石。他將這種遠(yuǎn)古巨魚命名為“B.gladius”。據(jù)了解,這種巨魚的化石是在19世紀(jì)被發(fā)現(xiàn)的,并被錯(cuò)誤地歸類為利茲魚。弗里德曼研究發(fā)現(xiàn),最古老的“B.gladius”化石有1.72億年歷史,距今最近的“B.gladius”化石有6 600萬年歷史。在倫敦自然歷史博物館,弗里德曼發(fā)現(xiàn)了另外一種遠(yuǎn)古巨魚:“R.taylori”。不過這種遠(yuǎn)古巨魚的化石剛發(fā)現(xiàn)時(shí)卻被吉迪恩·曼特爾錯(cuò)誤定性,后來被其遺忘。曼特爾是19世紀(jì)英國地質(zhì)學(xué)家和古生物學(xué)家。他長期致力于中生代的古生物學(xué),并在白堊紀(jì)的地層中首次發(fā)現(xiàn)了著名的恐龍類爬行動(dòng)物。在2010年2月18日《科學(xué)》雜志上刊登的一篇論文弗里德曼和其他5名古生物學(xué)家發(fā)表了他們的研究成果,這兩種魚屬于已滅絕的pachycormids屬。它們會(huì)在水中緩慢游動(dòng),張開大嘴將浮游生物和其他海洋生物吞下。

從化石記載來看,“B.gladius”的消失同白堊紀(jì)大滅絕相吻合。在白堊紀(jì)大滅絕中,恐龍從地球上消失,地球上出現(xiàn)了鳥類、哺乳動(dòng)物和昆蟲。白堊紀(jì)大滅絕很可能是由于小行星撞擊或長時(shí)期火山活動(dòng)所導(dǎo)致的。小行星撞擊或火山活動(dòng)使得食物鏈底層的植物全部死亡。日內(nèi)瓦自然歷史博物館古生物學(xué)家萊昂內(nèi)爾·凱文在一篇評論中寫道:“由于以依靠光合作用的藻類為食,pachycormids屬巨魚不幸成為受害者,并因此滅絕?！痹贐.gladius消失1000萬年后,鯊魚和鰩魚開始占據(jù)重要地位。B.gladius消失2 500萬年后,進(jìn)化出現(xiàn)代鯨魚。

第112號(hào)化學(xué)元素正式命名

國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)盟(IUPAC)歷經(jīng)長期驗(yàn)證,確認(rèn)元素112號(hào)成功被合成,并于2009年6月正式認(rèn)可此發(fā)現(xiàn)。2010年2月19日德國重離子研究中心宣布,經(jīng)IUPAC確認(rèn),第112號(hào)化學(xué)元素獲正式名稱“Copernicium”,相應(yīng)的元素符號(hào)為“Cn”。

德國重離子研究中心于1996年在粒子加速器中用鋅離子轟擊鉛靶首次成功合成了第112號(hào)化學(xué)元素的一個(gè)原子,2002年重復(fù)相同的實(shí)驗(yàn)又制造出一個(gè)第112號(hào)化學(xué)元素的原子。此后,日本的一個(gè)研究機(jī)構(gòu)于2004年也合成了這種元素的兩個(gè)原子,從而證實(shí)德國科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)。新元素原子質(zhì)量約為氫原子質(zhì)量的277倍,是得到國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)正式承認(rèn)的最重的元素。

該元素的全稱是Copernicium,其實(shí)是化學(xué)元素通常使用的英文結(jié)尾ium(化學(xué)元素很多的英文結(jié)尾都帶ium,比如鋁就是aluminum)與哥白尼(Copernicus,1473—1543)這個(gè)英文名的結(jié)合,是為了紀(jì)念哥白尼,因?yàn)楦绨啄崴岢龅娜招恼f與化學(xué)中的原子結(jié)構(gòu)(拉塞福模型)有很多相似之處。按照化學(xué)元素通常的簡寫方法,最多不超過前三個(gè)字母,所以德國重離子研究中心于2009年7月向國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)提出了上述用Cp命名建議,但后來發(fā)現(xiàn),Cp這個(gè)縮寫已經(jīng)被一種很常用的化合物環(huán)戊二烯(Cyclopentadiene)用掉了,而且Cp也曾是元素镥的舊稱(Cassiopeium),為避免歧義就用Cn來簡寫。國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)經(jīng)與發(fā)現(xiàn)第112號(hào)化學(xué)元素的研究小組協(xié)商,最終將新元素的元素符號(hào)定為“Cn”漢語譯名為“鎶”。該聯(lián)合會(huì)選擇2月19日為新元素正式冠名是因?yàn)檫@一天是哥白尼的生日。

黑洞的自轉(zhuǎn)速度

宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)等研究小組的最新研究成果顯示,黑洞自轉(zhuǎn)速度其實(shí)只有光速的五分之一。這是世界上首次測定黑洞的自轉(zhuǎn)速度。研究小組以位于銀河中心的射手座A星目標(biāo)觀測天體,該天體質(zhì)量相當(dāng)于太陽的400萬倍。在此次觀測中,研究小組采用了新方法,計(jì)算出黑洞的自轉(zhuǎn)速度為光速的22%,否定了之前不少科學(xué)家提出的假想:大型黑洞自轉(zhuǎn)速度為光速的45%。研究認(rèn)為在自轉(zhuǎn)中,黑洞可能越轉(zhuǎn)越慢,這可能是因?yàn)樽赞D(zhuǎn)使黑洞損失部分能量,而這些能量可能催生銀河系中其他星體的形成,也可能成為高速宇宙噴射系統(tǒng)的能量源。這一研究結(jié)果表明,巨大黑洞的自轉(zhuǎn)速度比眾多科學(xué)家認(rèn)為的要慢得多。該研究成果發(fā)表2010年3月出版的英國《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》上。

研究小組提出了一個(gè)嶄新的測定巨大黑洞自轉(zhuǎn)的方法,就是利用氣體向黑洞落下時(shí)的旋轉(zhuǎn)氣體圓盤(吸積盤)產(chǎn)生的共振現(xiàn)象。由于黑洞幾乎不發(fā)光,直接觀測很困難,但其周圍存在著旋轉(zhuǎn)氣體圓盤,氣體邊圍繞黑洞公轉(zhuǎn)邊向黑洞中心墜落。圓盤的氣體之間摩擦產(chǎn)生高溫,釋放出X射線、γ射線等各種電磁波。在黑洞周圍公轉(zhuǎn)的氣體會(huì)出現(xiàn)相反方向的運(yùn)動(dòng)和使之復(fù)原的動(dòng)力,產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象。恒星質(zhì)量黑洞成長為巨大黑洞時(shí),通過旋轉(zhuǎn)的降落圓盤吸收巨大質(zhì)量的氣體和角運(yùn)動(dòng)量,因此巨大黑洞的自轉(zhuǎn)速度應(yīng)該更大。但此次研究得出的數(shù)值卻顯示,巨大黑洞的自轉(zhuǎn)速度和較小的恒星質(zhì)量黑洞沒有大的差別。研究小組認(rèn)為有兩個(gè)理由可以對此作出解釋:一是旋轉(zhuǎn)軸方向的左右角運(yùn)動(dòng)量互相吸收;二是黑洞的自轉(zhuǎn)能量被抽取。

巨大黑洞的自轉(zhuǎn)能量,據(jù)認(rèn)為是像黑洞射流一樣成為星系中心發(fā)生的爆發(fā)現(xiàn)象的能量源。以接近光速噴發(fā)的宇宙射流,不僅對星球的形成,對星系的形成活動(dòng)也會(huì)造成巨大影響。通過對星系中心巨大黑洞自轉(zhuǎn)的測定,可以為了解巨大黑洞的成長以及揭開宇宙演化之謎提供重要手段和線索。

“打結(jié)”的光線

英國科學(xué)家利用電腦控制的全息圖和理論物理學(xué),成功地給一束光打了結(jié),相關(guān)研究成果發(fā)表在2010年1月17日出版的《自然·物理學(xué)》雜志上。研究人員表示,這種給光打結(jié)的工藝技術(shù)不僅能制造出一些非常美麗的圖案,更重要的是,這一突破也為未來的激光技術(shù)和激光裝置的研發(fā)鋪平了道路,從測速槍到高精度的測量領(lǐng)域都可見激光技術(shù)的“倩影”。

該論文的主要作者、英國布里斯托爾大學(xué)的首席研究員馬克·丹尼斯說:“在空間中穿行的光束猶如在河流中流淌的水。雖然光線通常沿直線傳播,但是,它也能呈螺旋狀彎曲前進(jìn),這種旋轉(zhuǎn)的光被稱作光旋渦(optical vortices)。光沿著螺旋路線運(yùn)行,最終達(dá)到奇點(diǎn),也就是沒有了光。丹尼斯進(jìn)一步解釋說,我們周圍的光充滿了這種暗線,只是我們看不到它們。我們的工作就是彎曲這些黑色物質(zhì),給光束打結(jié)。他們利用扭結(jié)理論(一種抽象數(shù)學(xué)分支),制作了全息圖,呈現(xiàn)出了光漩渦。全息圖就像一根引入光的纖維,控制光波的狀態(tài),讓光沿著黑色結(jié)點(diǎn)運(yùn)行。隨后,科學(xué)家在光漩渦中成功給光打結(jié)。該科研組還通過激光場嚴(yán)密監(jiān)視照相機(jī),拍到了光打結(jié)的圖片。

研究人員知道,可以通過全息圖制成光學(xué)旋渦。全息圖對光的流向起到引導(dǎo)作用。通過利用所謂的纖維紐結(jié)理論(fibered knot theory),丹尼斯和同事們制成了全息圖,并通過反射作用,讓常規(guī)激光束遠(yuǎn)離它。纖維紐結(jié)理論是在日常打結(jié)的啟發(fā)下,出現(xiàn)的一種抽象數(shù)學(xué)分支。

丹尼斯認(rèn)為全息圖就像一根引入光的纖維,跟教堂里的彩色玻璃窗非常相似。經(jīng)過一面彩色玻璃窗后,光會(huì)出現(xiàn)窗戶的彩色圖案。不過它們之間也存在差異,彩色玻璃窗控制顏色,全息圖控制光波的狀態(tài)。因此全息圖上的每個(gè)點(diǎn),就像窗玻璃上的每一個(gè)小格子,改變部分光束上的光波周期里的每一個(gè)點(diǎn)。他們制成的全息圖可以改變光的狀態(tài),讓它沿著黑色結(jié)點(diǎn)運(yùn)行。雖然所謂的結(jié)點(diǎn)理論對類似于黑色結(jié)點(diǎn)的數(shù)學(xué)問題進(jìn)行了研究,但是這項(xiàng)最新研究通過遵循光傳播規(guī)律的數(shù)學(xué)函數(shù),制成這些結(jié)點(diǎn)。另外,跟制成的與其他結(jié)點(diǎn)紐結(jié)在一起的黑色結(jié)點(diǎn)不一樣,丹尼斯和他的同事們在光束里生成單一黑色結(jié)點(diǎn)。

丹尼斯說:“對我們來說,它顯示了物理學(xué)家是如何適應(yīng)現(xiàn)有純數(shù)學(xué)的(例如結(jié)點(diǎn)理論),并在自然現(xiàn)象里發(fā)現(xiàn)它的。它還顯示了我們可以利用全息圖控制激光流和激光傳播。這種控制手段有可能會(huì)被應(yīng)用在未來的激光裝置上?！?/p>

(2010年4月2日收到)

(責(zé)任編輯:方守獅)

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