科學(xué)微距

前沿

供稿/駐外記者李青

地震給人類和自然環(huán)境帶來的災(zāi)害是巨大的：1906年發(fā)生在美國舊金山的大地震，引起了大火，使城市的80%毀于一旦；1976年發(fā)生在中國河北的唐山大地震，將整座城市瞬間夷為平地，死傷慘重；近十年來發(fā)生的有2008年的四川汶川大地震；2011年日本沿海強(qiáng)震引起的海嘯，造成福島核電站嚴(yán)重核泄漏；還有2017年9月發(fā)生的墨西哥大地震。如果我們能在震前及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)布地震預(yù)警，留出足夠的時(shí)間做撤離準(zhǔn)備，那么我們就能最大限度地減少人員和財(cái)產(chǎn)的損失。可問題來了，我們能預(yù)測地震嗎？答案是：目前還不能。不過，利用科學(xué)數(shù)據(jù)，我們可以估算出未來發(fā)生地震的概率，并在震后數(shù)秒內(nèi)發(fā)出警告，為人員和牲畜的撤離爭取寶貴的時(shí)間。

雖然地震還不可預(yù)測，但是古往今來，世界各地的科學(xué)家們都沒有放棄對地震監(jiān)測的研究。中國東漢時(shí)期的張衡，在公元132年發(fā)明了世界上最早的地動儀，開創(chuàng)了人類使用科學(xué)儀器測報(bào)地震的歷史。英國地理學(xué)家約翰·米爾恩于1880年發(fā)明了第一臺精確的地震儀。之后，隨著英國物理學(xué)家邁克爾·法拉第提出電磁感應(yīng)原理，俄國王子鮑里斯·格里芩于1906年發(fā)明了第一臺電磁地震儀。第二次世界大戰(zhàn)之后，科學(xué)家們不斷改進(jìn)地震儀，現(xiàn)代的探測系統(tǒng)已經(jīng)能客觀、及時(shí)地監(jiān)測和記錄地震波的波譜。

地震監(jiān)測系統(tǒng)需要安裝很多的傳感器，而裝備這些傳感系統(tǒng)是很昂貴的。最近，斯坦福大學(xué)地球物理學(xué)教授比翁多·比昂迪（Biondo Biondi）和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種廉價(jià)的方法。他們在斯坦福大學(xué)校園里鋪設(shè)了4.8千米的光纜，利用光纜因地表振動會伸縮的原理，再排除其他產(chǎn)生振動的因素（比如路過的汽車），從2016年9月到現(xiàn)在記錄到了800次地震，包括最近發(fā)生的墨西哥地震。這意味著什么？意味著光纜不但能傳輸數(shù)據(jù)，還能用作地震傳感器。要知道，世界各地已經(jīng)鋪設(shè)了成千上萬千米的通信光纜，所以材料是現(xiàn)成的。不可否認(rèn)，光纜的監(jiān)測效果目前還不如標(biāo)準(zhǔn)地震傳感器，但其造價(jià)便宜，敏感度也更高。比昂迪和他的團(tuán)隊(duì)將于2018年展開另一項(xiàng)測試，試圖監(jiān)測到那些傳統(tǒng)地震觀測臺監(jiān)測不到的小地震。

給鋼板穿上防火的“油漆”大衣

供稿/朱崇愷

鋼結(jié)構(gòu)房屋最大的問題是：一旦起火，高溫將迅速降低鋼材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使其面臨倒塌的危險(xiǎn)。建筑物中現(xiàn)有的鋼結(jié)構(gòu)通常涂有阻燃層，即使著火，它們也能保證給鋼材提供2小時(shí)的保護(hù)，從而確保屋內(nèi)人員有足夠的安全撤離時(shí)間。但是，科學(xué)家們并不滿意其效果，因?yàn)橐_(dá)到安全需求，涂層必須相當(dāng)厚，價(jià)格也很高昂。近日，新加坡南洋理工大學(xué)和新加坡工業(yè)地產(chǎn)發(fā)展商裕廊集團(tuán)（JTC）聯(lián)合發(fā)布了他們新研發(fā)的鋼材表面涂料，并將其命名為FiroShield。

新涂料的基材由合成樹脂制成，使用起來就像油漆一樣。為達(dá)到防火和耐腐蝕性能，團(tuán)隊(duì)在其中增加了一些常見化學(xué)品的組合，當(dāng)材料吸熱時(shí)它們會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使涂層牢固地黏附在鋼表面上?！半m然傳統(tǒng)的防火阻燃層也會形成燒焦層，但這些阻燃層是泡沫狀的，容易脫落，并將鋼暴露在火中。我們的目標(biāo)與傳統(tǒng)的膨脹型涂料不同，它可以在高溫下長時(shí)間地黏在鋼表面上。此外，我們還可以添加顏料到混合物中，從而達(dá)到類似油漆的美觀功能?！毖芯繄F(tuán)隊(duì)的材料科學(xué)與工程學(xué)院助理教授阿拉文德（Aravind Dasari）和土木與環(huán)境工程學(xué)院教授陳江海（Tan Kang Hai）這樣介紹他們的新涂料。

除了耐火性能和易用性外，F(xiàn)iroShield還可以保護(hù)鋼表面免受腐蝕，目前市場上還沒有其他防火涂料可以做到。由于顯著降低了防火層的厚度，F(xiàn)iroShield實(shí)現(xiàn)了降低材料價(jià)格的目的。同時(shí)，類似于油漆的性質(zhì)使它能方便地涂覆到鋼材表面，從而降低施工成本。

科學(xué)家提高量子點(diǎn)太陽能電池的世界紀(jì)錄

供稿/朱崇愷

量子點(diǎn)是一種納米級別的半導(dǎo)體材料，由于其尺寸驚人的?。ㄍǔ?～20納米），原來連續(xù)的能帶因?yàn)榱孔酉抻蛐?yīng)而變得分立，在有外界激發(fā)時(shí)電子會表現(xiàn)出一些有意思的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)。日前，美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室化學(xué)材料和納米科學(xué)組運(yùn)用量子點(diǎn)材料，創(chuàng)造了太陽能電池轉(zhuǎn)化效率的新世界紀(jì)錄，達(dá)到13.4%。

量子點(diǎn)太陽能電池作為新技術(shù)出現(xiàn)在2010年。最初的量子點(diǎn)太陽能電池使用硫化鉛材料，效率為2.9%。之后經(jīng)過不斷改善，使硫化鉛的效率突破2位數(shù)，2016年多倫多大學(xué)創(chuàng)下了12%的紀(jì)錄。

最新的技術(shù)發(fā)展來自于完全不同的材料——三碘銫化鉛（CsPbI3），它屬于最近出現(xiàn)的鹵化物鈣鈦礦材料家族。在量子點(diǎn)形式中，三碘銫化鉛在開路時(shí)產(chǎn)生特別大的電壓，約1.2伏特。科學(xué)家兼項(xiàng)目負(fù)責(zé)人約瑟夫·盧瑟（Joseph Luther）表示：“這種電壓與材料的帶隙相結(jié)合，使其成為多結(jié)太陽能電池頂層的理想選擇?！表攲拥碾姵乇仨毷歉咝У?，且對較長波長的光是透明的，以允許這部分陽光到達(dá)下層。串聯(lián)工作的電池可以提供比傳統(tǒng)的硅太陽能電池板更高的效率。

數(shù)字

2000噸

全球首艘2000噸級新能源純電動船在廣州南沙區(qū)龍穴島下水試航。該電動船實(shí)現(xiàn)了五個(gè)“第一”：世界上第一艘全部采用鋰電池作為全船動力的內(nèi)河貨運(yùn)船舶；世界上第一艘采用直翼舵槳推進(jìn)系統(tǒng)的內(nèi)河大型運(yùn)輸船舶，直翼舵槳為國家發(fā)明專利產(chǎn)品；國內(nèi)第一艘采用新型輕型移動式貨艙蓋的內(nèi)河貨運(yùn)船舶；國內(nèi)第一艘采用封閉式卸煤運(yùn)輸系統(tǒng)的自卸式運(yùn)煤船；國內(nèi)第一艘具有綠色…標(biāo)志的內(nèi)河大型運(yùn)煤船。

該船安裝有重達(dá)26噸的超級電容+超大功率鋰電池，整船電池容量約為2400千瓦時(shí)，相當(dāng)于40臺比亞迪E6汽車的電池容量，理論上2小時(shí)可以充滿電。船舶在滿載條件下，航速最高可達(dá)12.8千米/小時(shí)（約7節(jié)），續(xù)航力可達(dá)80千米。船舶在航行中全程不消耗燃油，實(shí)現(xiàn)碳、硫等廢氣污染物及PM2.5顆粒零排放，達(dá)到《內(nèi)河綠色船舶規(guī)范》中的最高等級。endprint

7天

美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）日前宣布，將開始部署聯(lián)合極軌衛(wèi)星系統(tǒng)（JPSS），該系統(tǒng)第一顆衛(wèi)星JPSS-1已于11月10日發(fā)射升空。NOAA官員稱，JPSS-1衛(wèi)星將極大地提升NOAA天氣預(yù)報(bào)的精準(zhǔn)度，使氣象學(xué)家能夠提前7天預(yù)報(bào)極端天氣事件。

JPSS是美國最新一代氣象衛(wèi)星系統(tǒng)，計(jì)劃包括4顆衛(wèi)星。據(jù)JPSS首席項(xiàng)目科學(xué)家米奇·戈德堡介紹，JPSS-1衛(wèi)星上將裝備多種先進(jìn)儀器，包括先進(jìn)技術(shù)微波探測儀、可見光紅外成像輻射儀套件、交叉跟蹤紅外探測器、臭氧監(jiān)測和廓線裝置，以及云與地球輻射能量系統(tǒng)等。這些先進(jìn)儀器將極大提升衛(wèi)星的監(jiān)控能力，為科學(xué)家提供全面的全球氣象觀測數(shù)據(jù)。

根據(jù)NOAA計(jì)劃，JPSS系統(tǒng)的另外3顆衛(wèi)星JPSS-2、JPSS-3和JPSS-4將分別于2021年、2026年和2031年發(fā)射。

聲音

隨著人工智能、云計(jì)算、深度學(xué)習(xí)的崛起，大數(shù)據(jù)成為行業(yè)繞不開的話題，更有“數(shù)據(jù)是不是越大越好”的討論。面對爭論，中國工程院院士高文在“JDD-2017京東金融全球數(shù)據(jù)探索者大會”的演講中給出了否定的答案。

高文院士判斷，只要滿足上述三個(gè)條件，就不需要外部數(shù)據(jù)，系統(tǒng)本身產(chǎn)生的數(shù)據(jù)就足夠使用?？梢韵胍姡灰獫M足上述三個(gè)條件，機(jī)器就一定會贏，不管是得克薩斯撲克，還是圍棋等類似的比賽。

高文院士還重點(diǎn)介紹了中國新一代人工智能的五項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：第一個(gè)是大數(shù)據(jù)智能；第二個(gè)是群體智能；第三個(gè)是跨媒體智能，要把聲音、圖像、文字、自然語言等聯(lián)結(jié)在一起研究智能；第四個(gè)是人機(jī)混合增強(qiáng)智能，人和機(jī)器混合起來后怎樣讓智能能力更高更強(qiáng)；第五個(gè)是自主智能系統(tǒng)，其實(shí)就是無人機(jī)。

趣聞

視力缺乏不對稱性或是閱讀障礙主因

閱讀障礙是一種最常見的學(xué)習(xí)困難現(xiàn)象，全世界共有7億多人深受其苦。近日，法國雷恩大學(xué)科學(xué)家在《英國皇家學(xué)會學(xué)報(bào)B》上發(fā)表論文稱，缺乏人類視力中的一種基本不對稱性，或是閱讀障礙的主因，并據(jù)此提出克服閱讀障礙的方法。

研究人員解釋稱，因缺乏必要的不對稱性，閱讀障礙者無法讓主要圖片與鏡像圖片同時(shí)成像后傳送到大腦，久而久之就形成了發(fā)音與視力表現(xiàn)上的不足。這個(gè)基本不對稱性，是指兩只眼睛中只有一只會關(guān)注并記住所看到的內(nèi)容。有閱讀障礙的學(xué)生，兩只眼睛的視錐細(xì)胞因不具有系統(tǒng)不對稱性，從而使視錐細(xì)胞與不同神經(jīng)細(xì)胞的連接沒有偏好性。

他們認(rèn)為，使用脈沖調(diào)制發(fā)光二極管，可讓兩種圖片到達(dá)大腦時(shí)出現(xiàn)些微延遲，從而能有效抑制閱讀障礙癥狀，未來有望成為克服閱讀障礙的新策略。

冒充黑洞吞噬光鮮的天體

在天文學(xué)家所有的觀測記錄中，會吞噬光線的只有一類天體——黑洞。黑洞之所以會吞噬光線，是因?yàn)楹诙吹囊κ撬幸阎祗w中最大的，大到足以吞噬光線，使其無法逃逸。然而，在最近的天文觀測中，科學(xué)家們竟意外地觀測到一顆“冒充”黑洞的天體，它居然也會“吞食”光線。

這顆奇異的天體距離地球1100光年左右，是一顆圍繞著名叫WASP-12的恒星公轉(zhuǎn)的巨行星。它由氣體構(gòu)成，體積是木星的2倍以上，表面溫度在2600℃，科學(xué)家將這類行星統(tǒng)稱為“熱木星”。但是真正神奇的是，它距離恒星這么近，恒星照射到它表面上的強(qiáng)烈光芒居然幾乎都被它“照單全收”。科學(xué)家經(jīng)過測定發(fā)現(xiàn)，僅有不足6%的光線被它反射出去，其發(fā)射率低到0.064！因此，這顆行星看上去是黑乎乎的一團(tuán)，仿佛就是一個(gè)“黑洞”。

吃恐龍的青蛙

澳大利亞阿德萊德大學(xué)國際生物學(xué)家研究團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家最近在《科學(xué)報(bào)告》上發(fā)表論文稱，生活在7000萬～6500萬年前恐龍時(shí)代的大型青蛙竟然以恐龍為食。

科學(xué)家將這種神秘的青蛙命名為“魔鬼蛙”，又叫“魔鬼蟾蜍”。早在2008年，科學(xué)家就懷疑這種“青蛙之王”可能以恐龍幼崽為食，現(xiàn)在這種假設(shè)得到了證實(shí)?？茖W(xué)家認(rèn)為，魔鬼蛙會借助草叢、泥地等環(huán)境偽裝自己，一動不動地盯著周圍的狀況，假如看見大型動物路過，就會保持不動，如果碰見蜥蜴或小恐龍通過，便會迅速出擊。

根據(jù)對史前青蛙化石強(qiáng)有力的下顎和牙齒的分析，以及按青蛙體型大小比例推算，研究人員估計(jì)已經(jīng)滅絕的魔鬼蛙的咬合力有2200牛頓，這樣的咬合力相當(dāng)于50千克的水放在一根手指指尖上帶來的壓力。endprint