宇宙学的进展
2007-11-18
宇宙学的进展
在物理学研究深入发展的同时，人们也在力求对时空大尺度上，即从整体上认识宇宙。宇宙的起源、结构和演化都是人们关心的课题。物理学与高科技的结合，创造了口径相当于25米的巨型光学望远望、空间X射线和红外线望远镜以及地域甚大的天线阵列射电望远镜，这不仅使人们观测宇宙的窗口从红外、可见光一直延伸到X射线和γ射线整个波段，还使观测宇宙的时空尺度伸展到了170亿光年。如今，在人类面前，已展现出一幅生动壮丽的宇宙画面。……
科学家发现神秘太阳能量波 时速900万英里
2007-11-14
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科学家发现神秘太阳能量波 时速900万英里（图）
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作者：不详 发布时间：2007-09-03 16:25 阅读次数: 578 次 来自：腾讯科技
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据报道，日前，科学家首次探测到太阳释放神秘的能量波将能量传播至太空之中。 这种神秘能量波叫做“阿尔文波”，研究人员希望它能够揭示其他的太阳现象，比如：太阳磁场、太阳超炽热日冕和遥远大气层等。目前，最新视频显示太阳阿尔文波处于活跃状态。大气研究国家中心（NCAR）空间科学家史蒂夫•汤姆齐科说，“阿尔文波为我们提供了太阳运行及对地球影响基本原理的状态窗口，让我们对太阳有了更深一步的认识。” 太阳的能量波是沿线传播的，阿尔文波沿着太阳磁场线向太空延伸。在此之前，天体物理学家曾探测到这些能量波沿远离太阳方向释放，但是他们从未如此近距离探测过。阿尔文波很微弱，传播速度很快以至于研究人员观测时只能发现它是一个斑点。 为了掌握这些难心捉摸的太阳能量波，汤姆齐科和同事们采用了位于新墨西哥州萨克拉曼多太阳峰值天文台的日冕多波段偏振计（CoMP）仪器，每隔15秒拍摄一张照片，科学家捕捉到阿尔文波以900万英里/小时（1450万公里/小时）的速度快速向太空方向传播。科罗拉多州西南研究组织的空间科学家斯科特•麦金托什说，“我们惊奇地发现，这些能量波在任何时候都是可见的，它们出现在日冕的周围。”这些能量波将有助于解释能量是如何传播到太阳的日冕，日冕的温度达到数百万摄氏度，远比太阳表面炽热许多。目前，汤姆齐科和同事们的这项研究报告已发表在8月30日出版的《科学》杂志上。 |
哈勃望远镜拍下两个星系表演太空探戈
2007-11-14
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哈勃望远镜拍下两个星系表演太空探戈（图）
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作者：不详 发布时间：2007-11-01 10:26 阅读次数: 468 次 来自：新浪科技
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据报道，哈勃太空望远镜最近拍下一张令人惊叹的新照片：两个巨大的星系上演了一场壮观的太空探戈。 一个星系的“手臂”轻轻地抱着另一个星系的“身体”，这对星系在重力的作用下缓慢地用优美的舞步旋转着。两个星系—共同被称为Arp 87的巨大的恒星云和气体—的舞蹈发生在距地球3亿光年之外，远在银河系的边缘之外。 尽管天文学家们过去已经发现了数百个正在融合的星系，但Arp 87是最漂亮的一个。两个星系都含有数十亿颗恒星。虽然左边的那个星系从侧面看得见，但两个都是螺旋状。恒星、气体和尘埃从右边那个较大的星系流出来，形成包住较小那个“邻居”的一支“手臂”。美国宇航局的一位发言人说：“哈勃拍到的这张照片的分辨率展现了精致的细节和优美的结构，这在上个世纪70年代第一次发现Arp 87时没有观察到。”从较大那个星系伸出来的螺旋状手臂表明，一些恒星和气体被困在较小那个星系的重力牵引中。两个星系的形状也在数十亿年的时间里由于彼此之间的重力相互作用被扭曲了。 美国宇航局表示，两个星系的“繁殖能力”令人难以置信，它们都能产生比正常数量更多的新恒星。一位发言人说：“有些正在融合的星系形成新恒星的能力是我们在附近宇宙中的任何地方所能发现的最高的。”Arp 87最初是由天文学家哈尔顿-阿普在上个世纪70年代发现的。这两个跳舞的星系只是哈勃拍下的一系列壮观太空照片中最新的一张。自它于1990年搭载一架航天飞机进入太空后，这架绕轨运行的望远镜已经发回了很多照片，其中包括我们的太阳系，巨大的恒星“托儿所”，遥远的恒星和星系，这些都是我们从地球上看不见的。 有些天体非常远，光都要花上100亿年的时间才能到达地球。它有望继续在太空拍照直到2013年，到那时，它将被更大更强的耗资23亿英镑的詹姆士-韦伯太空望远镜取代。 编 辑：刘君 |
原子拥有中子的能力超乎想象
2007-11-14
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原子拥有中子的能力超乎想象（图）
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作者：不详 发布时间：2007-10-26 15:41 阅读次数: 532 次 来自：科学网
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据报道：原子的“超载”能力比人们想象的要大得多，这是美国一个科学小组最新的研究发现。利用粒子加速器，他们创造出了超重铝、镁同位素，其中的中子数目大大超过质子数。这一成果有助科学家找到质子和中子结合成原子核的新理论，并加深他们对恒星元素形成以及衰变的理解。相关论文发表在10月25日的《自然》杂志上。 原子核是由质子和中子间的强力作用结合而成的，质子数目决定了不同的元素。质子数相同而中子数不同的元素互为同位素。两个质子之间和两个中子之间结合力的强度较弱（质子由于电性相互排斥），原子核能够稳定存在主要是由于质子—中子对之间的作用。因此，有理论认为，原子稳定存在的一个条件是原子核中的质子和中子数不能相差太多。如果这种平衡被打破，原子就会发生放射性衰变或者核分裂。 正因如此，核物理学家长期以来热衷于寻找这种稳定性的界限，称为“中子滴线”（neutron drip line）。科学家已经测定了氧元素的中子滴线，但对于一些更重的元素，它们含中子较多的同位素存在时间极短，因此要准确测定中子滴线十分困难。 然而，最新的研究带来了全新的认识。美国密歇根州立大学国立超导回旋加速器实验室（NSCL）的Thomas Baumann和同事不仅创造出了拥有更多中子的超重铝、镁同位素，而且发现这些同位素能够比较稳定地存在一定时间。 研究人员将一束加速过的高能钙离子射向钨层，这会产生新的元素。科学家在这些新元素中发现了含中子极多的铝和镁元素，它们在数毫秒后才会衰变。进一步研究表明，该镁-40同位素中含有28个中子，这是正常情况（12个）的两倍还多，而且多于科学家之前发现的含有26个中子的最重镁同位素。 更令科学家感到惊讶的是，他们还发现了拥有29个中子和30个中子的超重铝同位素。根据现行认识，中子个数是偶数的原子更加稳定，因此拥有29个中子的铝-42同位素理论上是无法稳定存在的。根据此次的发现，研究人员预测，铝的中子滴线可能一直扩展到34个，虽然这种同位素到目前为止还没被发现。 参与该项研究的Bradley Sherrill说，“此次的研究是对核子理论‘基准’的测量，它检验了我们的认识程度。”此外，新的研究结果还有望加深科学家对中子星的理解。Sherrill表示，对富含中子的原子核而言，质子往往会集中在中央，原子核的表面几乎完全被中子覆盖——而这恰好是中子星表面的样子。 编 辑：刘君 |
美科学家成功模拟光合作用（图）
2007-11-14
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美科学家成功模拟光合作用（图）
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作者：不详 发布时间：2007-11-14 10:05 阅读次数: 16 次 来自：新浪科技
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据报道，美国科学家近日称，他们最近在实验室成功地用计算机模拟了植物的光合作用，并据此培育出品种更加优良的植物。这种新植物不需要额外增加养份，就可以长出更茂盛枝叶和果实。 美国伊利诺伊大学植物生物学和作物科学教授斯蒂夫-隆表示，目前研究人员能够在超级计算机上模拟整个光合作用过程，并对所有可能的排列进行测试。在农作物，如小麦，结出谷粒前，绝大部分被吸收的氮都变成了植物叶片中的用来促进光合作用的蛋白质。为此，研究人员们提出了一个简单的问题：“我们能不能像植物那样给不同的光合蛋白质准备一定数量的氮，甚至比植物做得更漂亮呢？” 首先，研究人员建立了一个可靠的光合作用模型，以便精确模拟植物对环境变化的光合反应。为了完成这个艰巨的任务，科学家们使用了由美国国家超级电脑应用中心提供的计算资源。负责实现此模型的科学家包括国家超级电脑应用中心的植物生物学家朱新广、隆教授以及伊利诺斯州计算数学专家艾里克-斯特勒。在确定光合作用中每种蛋白质的相对数量后，研究人员设计出了一系列连锁微分方程式，每个方程模拟了光合作用中的一个步骤。通过不断的测试和调整模型，研究小组最终成功预测了在真实叶片上进行实验的结果，其中包括叶片对环境变化的动态反应。接下来，研究人员们对模型进行编程，以随机改变光合作用过程中每种蛋白酶的含量水平。 模型运用“进化算法”搜寻各种酶，以提高植物的产量。一旦实验证明某种酶的相对高浓度可以提高光合作用的效率，该模型就会利用此实验结果进行下阶段的测试。科学家们通过这种方法确定了许多可以大大提高植物生产力的蛋白质。这个最新发现也印证了其他一些研究人员的研究结果，他们发现，在基因改造植物中，当这些蛋白质中某一种的含量得到增加，植物产量就会随之提高。斯蒂夫-隆说：“通过改变氮的投入，我们几乎可以使光合作用效率提高两倍。然而，随之而来的一个显而易见的问题是，为何植物的生产力可以提高如此之多，为何植物还未能进化到可以自身进行如此高效的光合作用？这个问题的答案可能在于，进化的目的是生存和繁殖，而我们实验的目的是增加产量。模型中显示的变化很可能会破坏植物在野外的生存，因此这种模拟只适合在农民的农场中进行。” 斯蒂夫-隆教授说，目前全球每年通过光合作用能够固定2200亿吨生物质，相当于世界上所有能耗的10倍。要植物产生更多的生物质，就需要提高光合效率。通过高新技术转化，我们甚至可以让有些藻类在光合作用的调节与控制下直接产生氢。光合作用与农业的关系同样密切，水稻与小麦的高产品种的光合作用效率可以达到1%至1.5%，而甘蔗或者玉米的效率则可达到5%或者更高。如果人类可以人为地调控光能利用效率，农作物产量就会大幅度增加。要彻底揭开这一谜团，在很大程度上依赖于多学科的交差进行研究，依赖于高度纯化和稳定的捕光及反应中心复合物的获得，以及当代各种十分复杂的超快手段和物理及化学技术的应用与理论分析。事实上，当代几乎所有的物理、化学学科中，最先进的设备与技术都可以用到光合作用研究中来。 光合作用是植物、藻类和某些细菌利用叶绿素，在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为葡萄糖，并释放出氧气的生化过程。植物之所以被称为食物链的生产者，是因为它们能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量。通过食用，食物链的消费者可以吸收到植物所贮存的能量，效率为30%左右。对于生物界的几乎所有生物来说，这个过程是它们赖以生存的关键。而地球上的碳氧循环，光合作用是必不可少的。 编 辑：刘君 |
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