假如月球是个煮鸡蛋,“蛋白”里面会藏着啥?

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2019年1月3日,来自中国的着陆器和巡视器——嫦娥四号月球探测器和月球车玉兔二号,首次代表人类拜访月球背面。

(左)月球背面的南极-艾特肯盆地和冯·卡门撞击坑。底图数据来自LROC WAC;(右)嫦娥四号着陆点(东经177.5991°,南纬45.4446°,地势相比于月球平均半径1737.4公里低了5935米)。底图数据来自CE-2 COM。

玉兔二号从此开始了月球背面的巡游之旅——它利用自身携带的多种科学仪器,一步一步一个脚印地对月球背面进行着深入探测。

玉兔二号月球车(左)和嫦娥四号着陆器(右) | 航天科技集团

就在今天(2019年5月16日),中国科学院国家天文台李春来团队,在顶级期刊《自然》(Nature)在线发布了玉兔二号第1个月昼的光谱探测数据获得的初步成果,为揭示上月幔物质组成的科学难题带来了新的线索[1]

月幔里有什么?

我们从小就知道,地球不是一颗从内到外均质的“土豆”,而是有着多层内部结构的“鸡蛋”。事实上,不仅是地球,月球、火星、水星、金星这样的大型固态天体全都是这样。

那月球的壳、幔、核分别是由什么物质组成的呢?既然大家都经历了相似的热分异过程,原本又都是岩质天体,因此人们推测,月核里应该有大量铁镍金属,月壳和月幔大概主要是硅酸盐。

不过壳和幔层的成分有啥区别?硅酸盐都是什么盐?具体到每颗岩质天体,差别还挺大。举个例子,地壳(陆壳)的平均成分更接近于安山岩(最上层主要是花岗岩);而原始月壳则大部分由亮色的斜长岩组成——这也是我们如今在月球上看到的亮色高地的颜色。

月球上的亮色区域主要是斜长石(斜长岩90%以上的成分是斜长石)的颜色。底图来源:LROC

所以,这个问题也真挺难解答的。

月壳还好说些,毕竟暴露在外面。望远镜和探测器可以给月球表面拍照;各种遥感仪器可以探测到月球表面的矿物成分;阿波罗可以带回月球岩石和土壤样本……这些都能帮助天文学家们推测月壳的组成。

但是,深层的月幔就很难判断了。什么?你说挖出来看看?别闹了,迄今为止咱们连挖穿地壳一探地幔究竟都做不到呢,何况是遥远的月球……

重力场和月震研究可以帮一些忙。这些观测和分析可以粗略地“透视”地下,告诉我们月球内部分了多少层,每层有多厚,每层的平均密度是多少,比如总体平均下来月幔的密度肯定要比月壳高(废话!)。

对月球岩浆海洋假说的理论研究[2],以及对地球地幔物质的认识也能给我们提供不少参考。

比如,橄榄石就是一种被重点观测的矿物质。天文地质学家们认为[3]:月幔和地幔相似,岩浆海洋冷却分异的过程中最先结晶出来的物质之一就是橄榄石,因此月幔里很可能存在不少橄榄石。

橄榄岩(左)中含有大量的橄榄石(右)。橄榄石晶体是一种硅酸镁铁矿物。来源:维基

如何验证这一假设呢?

答案是:等待大自然的鬼斧神工把一些来自上月幔的物质带上月表。

橄榄石去哪儿了?

月海玄武岩可以提供一些参考。

月海玄武岩被认为来自月幔,因为相比于亮色的高地物质(斜长石)有着较高的橄榄石和辉石成分,呈现出镁铁质的暗黑色——这就是如今的我们在月球上看到的这些被称为“月海”区域暗黑色的由来。

月球上的暗色区域主要是玄武岩的颜色。底图来源:LROC

但是呢,这些玄武岩中的橄榄石并不是月幔演化历史早期结晶形成的“原生”橄榄石,因为这些玄武岩是后来来自月幔的岩浆随着火山活动上涌到月表之后,再冷却结晶固化形成的,而且月幔物质在上涌的过程中本身也会不断发生演化。所以最终形成的月海玄武岩只能帮助我们推测月幔成分,并不能等同于月幔成分。

不过,我们还是基本上能确定月幔里有比月壳更加富镁铁质的物质。

月海玄武岩来自月幔的岩浆上涌。不过图里的月球分层结构只是目前的猜想中的一种。改编自:[4]

大型撞击盆地也能提供很多线索。小行星和彗星的撞击可以挖掘出大量原本掩埋在地表以下的物质——撞击规模越大,挖掘得就越深。也就是说,月球上的一些大型撞击形成的盆地,就很可能能撞穿月壳,直接把月幔上层的原生月幔物质挖出来。

重力场观测数据间接证实了这种可能性。2011年发射的NASA GRAIL探测器,获得了高精度的月球全球重力场数据。通过这些数据,我们可以估算月壳的厚度分布。结果显示,月球上的一些大型撞击盆地中的月壳非常薄,有些地方(莫斯科海、危海中)甚至近乎于0。这么薄的月壳意味着当年的小行星撞击很可能撞穿了这些地方的月壳,把上月幔物质挖掘和抛射到了月球表面[5]

GRAIL重力数据估算的月壳厚度(参数选择:月壳孔隙率12%,月幔平均密度3220 kg/m^3)。来源:[5]

遥感数据也确实在月球上的大型撞击盆地附近发现了一些富橄榄石区域,这些橄榄石就很可能来自月幔[6]。这一发现也似乎可以和重力数据互为佐证。

日本的月亮女神号探测器在红色正方形标记的地方明确发现了富橄榄石的光谱信号。来源:[6]

但这些暴露出来的富橄榄石物质,相比于月球早期密集的撞击和大型撞击盆地的规模来说,好像还是少了点。如果上月幔真的富橄榄石的话,似乎应该遍布在月球表面的样子。

于是有些天文地质学家也提出了另一种猜测:会不会…其实月球的上月幔里本来就是低钙辉石(LCP)为主,压根没有什么橄榄石呢?[7]这样尽管上月幔的物质被大型撞击盆地挖掘出来,飞溅到了月球表面各个地方,但因为这些溅射物里本来就没什么橄榄石,所以才只找到这么点。

总之,上月幔里如果没有富含橄榄石,又含有什么成分呢?如果富含橄榄石,这些橄榄石又去了哪里呢?

嫦娥四号探测器给出了新的线索。

嫦娥四号着陆区可能发现了橄榄石

嫦娥四号的着陆区——直径2500千米的南极-艾特肯盆地,是月球上最大、最古老的撞击盆地,这意味着它也是月球上最可能挖掘出月幔物质的撞击盆地之一。

但之前的研究都没有在南极-艾特肯盆地内部找到橄榄石的迹象。

早在1994年的克莱门汀探测器,就已经发现南极-艾特肯盆地一带略微有点富铁(相比于月球高地)。

克莱门汀的紫外/可见光相机和近红外CCD相机获取的月球表面铁元素丰度分布。来源:NASA/LPI

但富铁还不意味着富橄榄石,毕竟天文地质学家们已经知道,南极-艾特肯盆地一带的非玄武岩区域里含有大量斜方辉石(Opx,也叫低钙辉石LCP)——辉石也是富铁的。

再之后更精确的遥感光谱观测,也只在这一带的两个撞击地貌——薛定谔盆地和塞曼撞击坑中发现过富橄榄石的区域——但这两个地方都位于南极-艾特坑盆地的外围。

日本的月亮女神号探测器在红色正方形标记的地方明确发现了富橄榄石的光谱信号。来源:[6]

来自中国的月球车玉兔二号携带红外成像光谱仪(VNIS),在第1个月昼里对沿途的两处探测点(CE4_0015和CE4_0016)的土壤进行了光谱探测。

玉兔二号第一个月昼的巡视轨迹(左)和两处开展了光谱成分探测的区域(右)。来源:[1]

这两个探测点的光谱数据表明:嫦娥四号着陆区第1个月昼里获取的光谱数据,与位于雨海中的嫦娥三号着陆区光谱明显不同。

(1)嫦娥四号探测区的反射光谱图中吸收峰较弱,光谱线斜率也更大(也就是所谓的“光谱偏红”),表明嫦娥四号着陆区比嫦娥三号着陆区表面受到了更强的空间风化作用。

嫦娥四号0015和0016号探测点的反射光谱数据和嫦娥三号0008号探测点的对比。如果看不懂的话,知道嫦娥四号的光谱线斜率更大就可以了~来源:[1]

(2)嫦娥四号着陆区矿物的光谱吸收特征显示着陆区一带的镁铁质组分中可能含有显著的低钙辉石(LCP)和橄榄石(OL)成分,而月海玄武岩典型的组分单斜辉石(Cpx,或者叫高钙辉石HCP)的相对含量却不高。

归一化处理之后的反射率趋势可以明显看到1微米和2微米处镁铁质组分特征性的吸收峰,其拟合结果与低钙辉石和橄榄石为主的混合成分吻合。来源:[1]

橄榄石从何处来?

这些橄榄石是从哪里来的?反推起来其实也没那么容易。

要知道,虽然嫦娥四号着陆于南极-艾特肯盆地中,但出于着陆安全的考虑,具体的着陆区却位于冯·卡门撞击坑中一片平坦的玄武岩覆盖区域,也就是说,这里的镁铁质组分里似乎应当以高钙辉石(HCP)为主才对。

作者给出的解释是:它们来自位于冯·卡门撞击坑东北方向,芬森撞击坑的溅射物。

也就是说,很久之前,一颗小行星撞击月球表面形成芬森撞击坑的同时,挖掘和溅射出来的物质辐射状飞溅开来,飞到了冯·卡门撞击坑内原本被玄武岩覆盖的区域之上。事实上,不管在可见光影像还是光谱数据中,都可以在嫦娥四号着陆区一带,看到与玄武岩背景明显不同的来自芬森撞击坑的溅射物。

右图这个亮线,就是来自芬森撞击坑的溅射物的颜色。浅蓝色区域标注的范围是玄武岩覆盖区域。底图数据来自CE-2 DOM

总之,嫦娥四号着陆区一带不仅仅有原本的玄武岩,还有来自芬森撞击坑的镁铁质物质。

那来自芬森撞击坑里,富低钙辉石和橄榄石的物质又是哪里来的呢?

作者给出的一种可能性是:来自南极-艾特肯盆地一带的上月幔。也就是说,可能是一颗很大的小行星撞击月球表面带来月球深部物质。总之,这些物质可能原本来自上月幔,最终经由芬森撞击坑的挖掘抛射过程飞到了嫦娥四号着陆区一带。如果是这样的话,很可能上月幔也会含有大量的低钙辉石和橄榄石成分。

不过,这并不是唯一的可能性,作者也给出了另一种可能性,那就是这些低钙辉石和橄榄石也有可能并不是来自上月幔原本的“原生矿物”,而是在后来撞击产生的熔融物质中分异结晶出来的产物[8]

步履不停

一转眼五个多月过去了,嫦娥四号和玉兔二号已经顺利完成了5个月昼的科学观测,获得了丰硕的科学成果。而这篇论文,才仅仅是第一个月昼里的近红外光谱仪(VNIS)这一个仪器的初步探测结果——还有大量的科学数据等待天文地质学家们去解译和探索。

玉兔二号也不会停下它的脚步。至今一切健康的玉兔二号,还会继续走的更远,看到更多月球背面的风景,也探索更多这片神秘土地的奥秘。(编辑:Yuki)

参考文献:

  1. Li, C., Liu, D., Liu, B., et al. (2019). Chang’E-4 initial spectroscopic identification of lunar far-side mantle-derived materials. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1189-0
  2. Shearer, C. K., Hess, P. C., Wieczorek, M. A., Pritchard, M. E., Parmentier, E. M., Borg, L. E., … & Canup, R. M. (2006). Thermal and magmatic evolution of the Moon. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 60(1), 365-518.
  3. Lucey, P. (2010). Mantle of the Moon exposed?. NatureGeoscience, 3(8), 517.
  4. http://minerva.union.edu/hollochk/moon_rocks/background.html
  5. Wieczorek, M. A., Neumann, G. A., Nimmo, F., Kiefer, W. S., Taylor, G. J., Melosh, H. J., … &Konopliv, A. S. (2013). The crust of the Moon as seen by GRAIL. Science,339(6120), 671-675.
  6. Yamamoto, S., Nakamura, R., Matsunaga, T., Ogawa, Y., Ishihara, Y., Morota, T.,… & Haruyama, J.(2010). Possible mantle origin of olivine around lunar impact basins detected by SELENE. Nature Geoscience, 3(8), 533.
  7. Melosh, H. J., Kendall, J., Horgan, B., Johnson, B. C., Bowling, T., Lucey, P. G., & Taylor, G. J. (2017). South Pole–Aitken basin ejecta reveal the Moon’s upper mantle. Geology, 45(12), 1063-1066.
  8. Vaughan, W. M., & Head, J. W. (2014). Impact melt differentiation in the South Pole-Aitken basin: Some observations and speculations. Planetary and Space Science, 91, 101-106.

做完这件事,科学家终于找到河鲀好吃的秘密了!

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大家好,我是一只生长在黄海海滨的快乐的小河鲀……

至少曾经是的。

嗯,这就是我。摄影:刘源

长期以来,人类热衷于我们河鲀的美味,却始终没有弄明白我们为什么这么好吃。

于是,有一群科学家为了解开这个世纪难题,把我们带进了实验室里,去毒剔骨、搅拌炙烤、过滤分食再打分点评……终于给出了他们的答案。

接下来,就由我来亲自为大家讲述一下我们河鲀美味可口背后的秘密。

人类能体验的基本味道有五种:酸、甜、苦、咸和鲜。酸甜苦咸这四种味道,大家在生活中再熟悉不过了。而鲜味呢,是食物中的谷氨酸盐水解后,伴随着两种核苷酸——鸟苷酸和肌苷酸,与舌尖细胞表面的G蛋白偶联受体结合,从而引起大脑愉悦的一种味道。可以说,鲜是代表了健康和生机的蛋白质的味道[1],举个例子,《流浪地球》里日本老哥最后执念的味增汤,其灵魂就是鲜味啦。

《流浪地球》剧照。

而我们鱼类,更是鲜味的优秀代表。

那人类还有没有第六种味觉呢?这是一个尚有争论的问题。有人说,第六种味觉是淀粉味,也就是香喷喷的大米饭的味道;有人说,第六种味觉是脂肪味,是肥肉入口油汁喷溅的味道;还有人说,第六种味觉是醇厚味[2]。什么是醇厚味呢?或许是热吻后满口溢香、回味悠长的味道吧——英文中heartiness和mouthfulness的描述大概可以传达一二。

人类的第六种味觉到底是淀粉味、脂肪味还是醇厚味,我作为一只没有热吻经历的河鲀,不予置评。但是我知道,我的味道能够让人满口溢香、回味悠长。

这不是我的自夸,是感官评价小组这么告诉我的[3]

感官评价小组对我表达了充分的尊重。他们品尝我的时候,始终待在一个通风良好、光照适宜的屋子里。他们将我维持在舒适的25摄氏度,也会在每一次品尝前使用恒定在25度的漱口水,以保证尝到的每一口河鲀都是一次崭新的体验。当然,鼻夹也是必不可少的,这样逸散的气味就不会亵渎我融化在嘴里产生的美味。

后来我才知道,感官评价小组为这一刻做了许久的准备。他们经过专门的训练,能够从各样入口的复杂物质中分辨出酸、甜、苦、咸、鲜与醇厚这六种味道,并对每一种味道进行单独打分——超纯水各项都是0分,而固定浓度的柠檬酸、蔗糖、硫酸奎宁、氯化钠、谷氨酸钠(味精)与谷胱甘肽则被规定为各类的最高分4分。

在这样的评价体系之下,我的鲜味与醇厚味得到了2.6与2.5分,而酸味、甜味和苦味则不超过0.5分,难怪会让人类欲罢不能!

河鲀味道评分表。0分表示完全尝不到相应味道,4分表示最强烈的味道。图片来源:参考文献[3]

我曾以为,我们河鲀让人欲罢不能的鲜味与醇厚味是上天给我们的礼物。但冷酷的人类一五一十地摆出了证据,打破了我的幻想,颠覆了我的世界观[3]

他们是这么操作的。

第一步,提取河鲀体内可能产生美味的物质。

这是一段我不是很想回忆的经历。

他们把我的肌肉与超纯水混合,在均质器中搅拌成肉浆。接着,是长达三小时的100度蒸煮。然后是过滤——这个过程中,我失去了我所有的脂肪。最后是高达10, 000转每分钟的离心——洗衣机最高转速不会超过2, 000转每分钟,你们感受下。这样,离心后上层的液体(天然提取物)就包含了可能影响食物味道的物质。

对了,感官评价小组品尝的就是河鲀的天然提取物。也许你想问,这样一通操作下来,得到的食物还有没有灵魂?不妨想一想,是谁在对你讲这个故事吧。

第二步,创造出毫无感情的河鲀替代品。

一些研究人员测量了河鲀天然提取物中可能对食物味道产生影响的分子的浓度,包括28种自由氨基酸、核苷酸、有机酸、有机碱与无机离子。然后,他们按照测量的浓度,把购买来的相关试剂溶解到了超纯水里,又让感官评价小组来品鉴。他们把这种混合物称为味道重组完全样本。而感官评价小组表示,除了略微有点苦味,味道重组完全样本几乎就是天然提取物的翻版。

我虽然不喜欢看着自己被一罐罐试剂替代,但是作为一只理性的河鲀,我不得不怀着悲愤的心情承认,我们河鲀也许不过就是几十种毫无感情的化学物质。

第三步,创造味道重组最小样本。

这些好奇的人类想知道,最少需要多少种物质,才可以模仿出河鲀的美味。

食品界中有一种被称为三角测试的方法。测试中,实验员会准备三组样本,其中两组样本完全一致,另一组样本有所差异,通过观察试味员是否能发现有差异的样本,来判断这两种产品是否有口味上的区分。这种方法,比仅仅比较两种产品的两组样本可信度更高[4]

三角测试法示意图。供图:作者手绘

这时,感官评价小组的职责就改变了。他们需要分辨的,是面前的两组味道重组完全样本,与一组移除了某种分子的不完全样本。通过这种方法,他们最终确定了12种会对河鲀味道产生重大影响的分子,这些分子的组合被称为味道重组最小样本。

终于,我意识到,一只有血有肉的河鲀在人类的嘴里可以被浓缩成12种化学物质:谷氨酸,丝氨酸,脯氨酸,精氨酸,赖氨酸,单磷酸腺苷,肌苷酸,琥珀酸,钠离子,钾离子,磷酸根离子,氯离子。

当然,还有其它一些物质对河鲀的味道有正面贡献。例如,一类被称为呈味肽的小蛋白对食物的风味有加成作用,它们的存在也能够丰富河鲀的鲜味与醇厚味[3][5]

诸多物质构成了河鲀的美味。图片来源:Pixabay

如果你以为这就是我们河鲀的美味终极奥义,那可能还是有些天真了。

作为一只善良的河鲀,我决定把最后一个秘密也告诉你们——其实这12种物质中,有8种也常常在其它水产兄弟中出现,但它们的味道仍然无法与我们河鲀媲美。也许是独特的组合与剂量的差别让我们河鲀脱颖而出。

而作为一只被吃光了的河鲀,我已经不能再揭开这最后的一点秘密了,就让后来的河鲀兄弟再继续为大家讲这个故事吧。

温馨提示

由于河鲀的内脏、血液和眼睛等均含有剧毒,一定要去正规的有宰杀资质的饭店品尝。如果实在想品尝河鲀又找不到靠谱的地方,那么不妨将上面提到的12种物质混合,自己DIY一碗高仿“河鲀汤”吧。(编辑:Ceo、Yuki)

参考文献:

  1. Yamaguchi, Shizuko, and Kumiko Ninomiya. “Umami and food palatability.” The Journal of nutrition 130.4 (2000): 921S-926S.
  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Taste
  3. Zhang, Ninglong, et al. “Sensory-Guided Analysis of Key Taste-Active Compounds in Pufferfish (Takifugu obscurus).” Journal of agricultural and food chemistry(2019).
  4. https://www.sensorysociety.org/knowledge/sspwiki/pages/triangle%20test.aspx
  5. Zhang, MeiXiu, et al. “Isolation and identification of flavour peptides from Puffer fish (Takifugu obscurus) muscle using an electronic tongue and MALDI-TOF/TOF MS/MS.” Food chemistry 135.3 (2012): 1463-1470.

作者名片

不顾禁忌仰观星辰,这位清朝天文女侠有着怎样的传奇一生?

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一张来自国外的老旧明信片上,画着一个东方女子——发髻高扎,服饰鲜亮。

画中最令人讶异的是,她的手里,握着一架望远镜。

她叫王贞仪。她是清代的一名科学家。

王贞仪。

非典型古代女子

1768年,乾隆年间,王贞仪生于安徽天长。

名门望族,家境殷实,父亲是著名学者,祖父是朝廷大员。

按照古代中国女子的生活轨迹,这位富家小姐本应该:七八岁时学些女红,十岁左右识几个字,再好一点可以读一点《女诫》和《内训》之类的书,等到了十四五的年纪,就寻来门户登对的丈夫,成为某某夫人,相夫教子,此后余生。

但王贞仪并没有做到这些,在她这里,人生的轨迹是这样:

十一岁时,继承了祖父的万卷藏书,不分昼夜的阅读;

十六岁起,随着父亲游历山河,足迹遍布大江南北;

十七岁,跟着蒙古人学骑马射箭;

十八岁,发表文章,结交名士,写了十三卷诗和散文。

“足行万里书万卷,尝拟雄心胜丈夫”。这句王贞仪诗中的句子,无疑是对她自己最好的表述。

从各种意义上看,她都是个才女。

王贞仪饱读诗书。图片来源:sohu.com

弃文从理

然而,评价王贞仪是“才女”,终归是小瞧了她。

她,远远不止这些。

文字再美又怎样,更吸引王贞仪的,是真理。

18岁后,王贞仪定居南京,生活安稳了许多,当腻了才女的她,选择投身科学。

她首先沉迷的是数学,可能是源于祖父藏书中有大量祖冲之、张衡等人的著作。她最喜欢的数学家是清初的梅文鼎。梅的《笔算》和《筹算》,她不知翻看了多少遍。

中国古代数学典籍。图片来源:维基百科

然而,她对前辈们的文章还不甚满意,尤其是这些著作中论证太过繁琐复杂。王贞仪在数学上充满灵性,于是她就自己动手,精炼了偶像梅文鼎的书,将其中繁杂论证,用更为简单的方式进行了诠释,写成了《筹算易知》。

在阐述前人思想的基础上,王贞仪还有很多创新,比如将西方的数学运算方法,引入到中国的数学体系,还先后写了《西洋筹算增删》《重订策算证讹》《象数窥余》《重订策算证伪》《术算简存》一系列数学著作。

王贞仪在数学上充满灵性。图片来源:sohu.com

就这样,在科举盛行、数学几乎绝迹的大清,王贞仪,成了一个数学家。

天文女侠

但王贞仪更喜欢的,是天文。

数学与天文终归分别极大。数学是抽象的学问,在头脑中即可推演,顶多算是艰深。但在迷信的古代,“天文”是皇家的学问,民间是不可随便研究的,更别提一介女流。

但王贞仪没有退缩,她先是研读了大量翻译成中文的西方天文典籍,了解了哥白尼、第谷等学者的理论。年纪轻轻的王贞仪,甚至有了关于地球形状的朦胧认识。

在古代中国,“天圆地方”以及“地心说”早已根深蒂固。虽然当时西洋的“日心说”“地圆说”已经传入,但无奈知者甚少。

哥白尼提出了“日心说”。图片来源:Pixabay

为了宣传科学理念,王贞仪特意写了一本《地圆论》,在其中旗帜鲜明地批驳“天圆地方”。

王贞仪认为,地面的广度极大,而人所能观察的范围又很小。因此,虽然实际的土地是圆形,但从人的视角来说,所能接触的地面是平的。这种超出日常经验的理论,虽然不是世界的全部真相,但显然要比单纯的“天圆地方”先进了太多。

王贞仪更为著名的研究,是关于月食。

因为触犯皇家的忌讳,民间鲜少有人私自研究天文,更别提制造天文仪器。但星体运行的事情,研究起来,总得用些设备。王贞仪就从文献中学习方法,自己动手制作一些简单的观测仪器,就这么干了起来。

古观星台复杂的天文仪器。图片来源:bjp.org.cn

每当晴朗的夜晚,王贞仪就会一个人坐在院子里,静静地注视着天空,仔细记录浩渺夜空中的月和星辰。

为了防止被邻居发现,王贞仪还经常将自己关在屋子里,偷偷做些实验。

有一次,贞仪的母亲路过女儿房间,偶然窥伺到这样的景象:桌上的水晶灯,被悬挂在房梁上当作太阳,圆桌被放倒在灯下当作地球,而王贞仪手里拿着一面镜子当作月亮,一边移动,一边观察三者的位置关系。

借由那些简陋到近乎搞笑的装置,结合自己的常年的观察,王贞仪终于领悟到了月食的形成机理,其根本原因是日、月、地球三者相互位置变化,造成光线被遮挡。

月食过程。图片来源:pixabay

相关的成果,被她写进了《月食解》。在这篇著作中,她还细致分析了月亮的阴晴圆缺、星体运动轨迹等天文现象,相关的理论与现代天文学的阐述基本一致,这也是世界上第一份完备的月食成因解释。

这年,她才20岁。

爱情与早逝

醉心科研的王贞仪,自然会反对一些封建思想,甚至直接在信里批评父亲的迷信观念。

终其一生,王贞仪都坚持男女平等的理念,她在文章里说,男女之间,除了性别差异,没有不同,不存在孰优孰劣,男人能做到的事,女子同样能做到。

王贞仪终其一生坚持男女平等。图片来源:Instagram

如此强硬的姿态,终归等到了有人温柔的包容。

这个名叫詹枚的男子,家境并非富庶,但对贞仪喜爱备至,并且同样好奇于世间的万千真理。

25岁时,王贞仪与詹枚结婚,定居宣城。

然而不幸的是,贞仪生来体弱,加上早年的漫游奔波、苦读著述,嘉庆二年,染病不起。

婚后四年,王贞仪去世,时年29岁。

斯人早逝,灿若晚星。

詹枚顶着悲痛,整理校订妻子的手稿,直到去世。相关的手稿结集出版,受到了后世的高度评价,有人赞扬王贞仪是“班昭之后最伟大的女学者”。

后记

2000年,为了纪念王贞仪的科学贡献,国际天文学联合会把代号43259的小行星,命名为Wang Zhenyi。

王贞仪的故事也被记录在《Woman in Science》中。

在古代中国重男轻女、封建迷信的双重压力下,却仍然诞生出这样一位女子,这无论如何都是一种传奇。

愿贞仪那无畏探索的光芒,如她常常仰望的明月那般,永远照耀。(编辑:Yuki)

王贞仪在当今国外知名度很高。图片来源:etsy.com

女生学了“和尚专业”怎么办?内燃机博士有话要讲

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有这样一位博士,她的日常工作就是研究怎么让内燃机汽车开得更便宜和排放更环保。除了每天忙着写代码做仿真,她更是长跑爱好者,拥有2小时40分的半马成绩。真实的机械工程学博士是什么样子?她的生活还有哪些趣事?一起来看看机械工程学博士的日常吧!
(**专栏中所涉及的内容为嘉宾自身的经历,仅供参考,不同院校/专业/研究方向的博士在研究和生活方面都会有不同的体验哟**)

我的专业主要与能源打交道,有着悠久的历史——从工业革命发端时的第一台蒸汽机,到现代风力、太阳能等新能源的应用都少不了它的支持。前不久刚下水的我国首艘国产航母,其核心动力的内燃机,也凝结着我们的心血。

记得当年学校后勤一到寒暑假就以管道检修为由停供热水(实则为了节约开支),学生们在校园网站停供热水通知下纷纷留言谴责,我的一个博士师兄则另辟蹊径,诚恳地写道:“我是热能专业的博士,听说学校供热管道坏了,自愿放弃假期,投入到紧张的管道检修工作中,用自己所学,为早日供热尽一份绵薄之力。”后勤无语。

女生学了和尚专业,该怎么办?

如果上天再给我一次机会,我想说Let it go!当初本科来到热动专业属于调剂,后来发现挺感兴趣,成绩也可以,就坦然接受了。对于这个女生稀少的工科专业,找专业相关工作的可能性也远低于男生,被黑为“和尚专业”。但是,对于任何专业,有一项工作的男女比例基本稳定,那就是在大学任教。这可以作为很多热爱本专业、又对招聘中性别歧视感到忧虑的女生的最佳出路(划重点)。

对于大学任教来说,目前博士学历已经是标配了(有海外留学或交换背景为佳,对高校有更多选择性)。如果选择读博,这将是陪伴你一生的专业,请首先确保对科研的兴趣。如果没有兴趣,读博会很痛苦,到了工作单位,也会发现,不做科研几乎没有发展空间。所以一定要确定:我爱科研,我爱科研,我爱科研!

我申请读博士的原因有二:一是硕士第二年找工作时发现性别歧视非常严重;二是恰好有赴新加坡国立大学(NUS)留学读博的机会,便顺水推舟地入了坑。

汽车能烧地沟油吗?

我们课题组研究的主要内容是可再生燃料在压燃内燃机(也就是柴油机)中的应用。可再生燃料主要是通过一些技术手段从动植物中得到生物柴油或醇类燃料等。要知道,世界上第一台柴油机就是烧的花生油,而不是柴油。

丘吉尔对内燃机的评价

研究柴油机有两大终极目标:

1、提高燃烧效率,即提高燃料利用率;

2、降低污染物排放。柴油机的主要污染物来自NOx和碳烟,例如老旧的拖拉机、大卡车冒着黑烟,主要就是碳烟引起的。

为了实现这两个目标,可以从三个方面着手:

1、寻求替代燃料,也就是从源头改变,通过改变使用的燃料,实现清洁燃烧,与此同时能够缓解能源危机;

2、通过控制内燃机一些参数,改善内燃机内燃烧过程,实现清洁高效燃烧;

3、尾气后处理技术的完善。前两项,便是我们课题组的主要研究方向。

绿色燃料引擎。图片来源:参考文献[1]

首先,我们寻找生物柴油作为替代燃料。生物柴油的原料可以来自各类植物油(超市都能买到),也可以是废弃食用油(又名地沟油),也可以用腰果壳(东南亚特别多,有毒不可食用)等进行榨取制作获得,来源广泛。东南亚地处热带,植物生长茂盛,有充足的生物柴油原料,所以更多地偏向于研究生物柴油。

新加坡国立大学废弃食用油回收广告

然后,我们提出不同的技术方案,通过参数控制,使得燃烧路径改变,减少碳烟(soot)和氮氧化物(NOx)的生成。可以控制的参数包括喷油正时、喷油策略(如脉冲喷射等)、废气再循环率等。

内燃机实验

具体的实现方法,就是通过数值计算方法对燃烧过程进行模拟,并将结果与实验比对。做过数值仿真的同学都知道,数值仿真具有参数变化灵活的特点,可以通过正交设计快速地找出影响结果的原因,是发paper的利器。但因网格划分、未考虑变量的干扰等因素,结果会与真实情况存在差异。因此,开展数值模拟,最重要的工作永远是与实验数据进行对比,以验证模拟模型的准确性,及可信赖性。

费曼认为再完美的理论,与实验不符,都是错的

至于平常工作的感觉,怎么说呢,有点像上帝造人,一拿到模型,就有一种参数在手,天下我有的感觉,至于结果嘛……

上帝在改进内燃机的时候

说到仿真计算,这里不得不赞一下NUS的管理体系。与国内大多数学校不同,NUS有专门的计算中心(computing center),从硬件购买、软件授权到日常维护都是由学校统一完成,避免了各课题组自行购买服务器、装软件的麻烦,深受学生和老师喜爱。

业余做什么——博士的自我养生

曾经有人把博士研究比作在人类知识大圆上的一点点突破,但需要注意的是,有时候选择比努力更重要。有的地方可能很容易突破,然后paper如流水,有的地方可能很难突破,所需要的时间会超出博士的毕业年限,还有的地方甚至根本无法突破。排除懒惰和智力的因素,有些人可能读到博士第三年都毫无建树,才发现得换题目,对于一路走上来的天之骄子们,这可能是他们人生第一次遇到重大挫折,造成的焦虑可想而知。这也是很多博士发际线上移的重要原因之一。因此找一两个爱好,学会劳逸结合,是十分必要的。

焦虑,是很多博士发际线上移的重要原因

我的主要爱好是长跑,因为长跑能带给大脑大段时间的放空,最有利于灵感的激发。新加坡是个一年四季维持在夏天的国家,还没有台风的侵袭,只要不下雨,每天都适合跑步。我除了每天晚上在操场上跑圈,还参加过新加坡小有名气的Sundown(日落)马拉松。这个马拉松是晚上开始的,完全不用担心白天烈日的炙烤,也不用担心因为交通压力导致的过短关门时间,更不存在国内最揪心的抽签,是广大新加坡长跑爱好者的盛宴。我有幸参加了一次,最后取得了2小时40分的半马成绩。

日落马拉松奖牌

还有,发现生活中的乐趣,也是一种不错的调节方式。新加坡作为一个还没有北京二十分之一大的国家,能够同时挤下几种语言,交流中也常常发生有趣的事情。电梯里刚跟你说完“你好”的大叔,可能接下来就要用英语发表长篇大论了;迎面走来的伊朗同学想了半天称呼,最后会憋出一句“吃了没”。最有趣的是刚来新加坡的时候,对印度菜的那些红红绿绿的咖喱还不敢尝试,有次在印度菜窗口前徘徊好久,突然打饭的印度大叔,指着一道菜对我说“羊肉”,然后竖起大拇指说:“好吃!”,说着胡子还跟着翘了几下,一副享受美味的样子。

博士脱坑后干什么——去下一个坑?

作为全球第一大能源——化石能源的应用专业,也有着较广阔的就业前景,专业方向主要包括:电厂,空调、汽车、船舶制造厂,燃烧和传热学相关研究机构以及大学。这里主要介绍大学任教。

读博士之后的工作方向,是去大学任教,还是去企业搞研发,最好在读博之前就能想好。因为它决定了读博时的时间安排。读博可以说是一场赌博,用几年的时间去交换未来的方向。排除一些读博期间发现商机,弃学从商的,大部分人主要纠结的是如何分配做项目和写论文的时间。NUS在这一点上做的比较好,与博士课题无关的项目,导师是不会强加给学生做的,会招聘一些专门的研究人员进行此项工作。

之后的工作方向最好在读博之前就想好。图片来源:Unsplash

有些同学可能还会关心做大学老师需要哪些能力,可以在读博阶段提前培养。

科研方面,我觉得最重要的就是独立科研能力,逐渐从硕士阶段的导师制定科研方向,到博士阶段与导师共同商讨科研方向,最终能够独立进行科研。读博期间,带一些本科生做毕业设计(Final Year Project),也可以加强这方面的能力。

教学方面,我主要培养了自己讲话的条理性和思维的科学性。前者多尝试讲要表达的内容先打腹稿,梳理好了再发言,练习得多了,讲课能力就会提高。或者担任助教,积累教学经验,对日后讲课和高校面试也有帮助。

科学思维方面,我认为这是老师最应该教给学生的,大学最重要的是培养学生学习的能力,具有科学的思维,学会质疑,不仅可以加深对知识的理解,对今后科研中发现问题也是很有帮助的。我的科学思维是博士阶段才慢慢萌芽的,这方面果壳给了不少帮助。

最后想说的是,目前不少人存在青教压力大的认识,这是不全面的。首先这里存在一定的幸存者偏差,压力大的青教更愿意在网上发声,也容易被人记住。其次,青教的压力主要来自于学校的考核,不同的学校考核标准不同,不达标的处理措施也不同。对于国内顶尖的学校,确实压力很大,而对于较低层次的大学,老师们科研授课之外,也有丰富的业余生活。如何取舍,还是要看个人对科研理想的追求和生活质量的重视程度。

最后,祝大家科研愉快,找到理想的工作!(编辑:Yuki)

参考文献:

  1. Breda Kegl, Marko Kegl, Stanislav Pehan. Green Diesel Engines-Biodiesel Usage in Diesel Engines. 2013. Springer.

作者名片

辽宁又现飞天怪龙!恐龙界的“蝙蝠侠”终于实锤啦!

|· 本文来自“我是科学家”·|

如今,越来越多的化石证据证明鸟类就是恐龙的后裔, “恐龙尚未灭绝” “恐龙可以飞”“恐龙有羽毛”等等说法早就不是什么大新闻了。

一系列的带羽毛恐龙化石发现让鸟类飞行起源渐趋明朗。图片来源:newscientist|Davide Bonnadonna

不过,生命演化的道路往往错综复杂,总有些恐龙家族的成员喜欢“不走寻常路”,另辟蹊径实现了自己的“飞天梦”,给人们带来新的惊喜。

最近,来自中科院古脊椎动物与古人类研究所的团队,就在辽宁省发现了一种不按套路出牌的小型恐龙——长臂浑元龙(Ambopteryx longibrachium)的化石标本。它不仅身披羽毛,还拥有像蝙蝠翅膀一样的翼膜,如同恐龙界里的“蝙蝠侠”,令人匪夷所思。

身披羽毛、长着“蝙蝠翅膀”的长臂浑元龙(复原图)。图片来源:参考文献[1]

这种别出心裁的飞行创意无疑是恐龙家族的一股清流,它的相关研究作为封面文章发表在今天(2019年5月9日)的《自然》(Nature)杂志上[1]

奇形怪貌的擅攀鸟龙一家

长臂浑元龙属于擅攀鸟龙类(Scansoriopterygidae),这是一个生活在侏罗纪中期到晚期的兽脚类恐龙,迄今虽然只发现三个属种且大多体型娇小,但个个身怀绝技,外貌清奇。

比如宁城树息龙(Epidendrosaurus ningchengensis)是目前发现的第一个具有明显树栖特征的恐龙,最外侧的手指特别的长,就跟现今的趾猴一样[2]

宁城树息龙拥有格外修长的手指。图片来源:Wikimedia Commons|Qilong

又如胡氏耀龙(Epidexipteryx hui),它保持着目前最早使用羽毛来炫耀显摆的纪录[3]

耀龙:我屁股上的四根大羽毛性感吗?图片来源:Wikimedia Commons

再就要说到出身名贵的奇翼龙(Yi qi)了,它因长有奇怪的翅膀而得名,登上了2015年的《自然》杂志。这种恐龙有加长的手指和翼膜,还长出一根特别长的棒状骨头,用来协助撑开翼膜[4]

奇翼龙是人们发现的第一只具有翼膜组织的恐龙,但由于化石仅有一件,保存情况不佳,加上翼膜和棒状骨在任何其他恐龙亲戚中都没发现过,有如横空出世。因此,这种恐龙是否真的具有能上天滑翔的神奇翅膀还有许多争议。

奇翼龙的化石标本,研究人员从中发现了棒状骨和翼膜组织。图片来源:参考文献[4]

而这一次,这一家族的新成员长臂浑元龙的现世,为研究人员提供了丰富的骨骼及外貌讯息。它为以往的争议画下了句号,同时也为鸟类飞行起源的演化增添一抹迷雾。

长臂浑元龙——似龙似鸟似蝙蝠?

长臂浑元龙的化石标本发现于辽宁省侏罗纪晚期地层(约1.63亿年前),是迄今发现的擅攀鸟龙家族中最为完整的化石,研究人员甚至可以看到它胃里没被消化的食物,并推断它是一种杂食性的恐龙。

长臂浑元龙化石标本,右图中深灰色区域代表翼膜,靠左侧的se为特殊的棒状骨,蓝色区域则为未消化的胃容物。图片来源:参考文献[1]

通过对化石的仔细分析,研究人员收集到长臂浑元龙身上诸多“奇怪”的特征。它有着恐龙的血统,却长着鸟类一样迷你的尾巴,以及翼龙和蝙蝠一样有翼膜的翅膀。几乎成了集几种生物于一体的“混合龙”(这也是它名为“浑元”的原因)。

长臂浑元龙的体型娇小,体长仅32厘米,体重仅大约306克,比今天的鸽子还要小。我们印象中的恐龙大多有条长长的尾巴,但它的尾巴却非常短,就跟现今的鸟类一样。这样缩短的尾巴可以帮助它在飞行时重心靠前,以此保持平衡。

长臂浑元龙的复原图。图片来源:王敏

而最引人瞩目的当属长臂浑元龙的翅膀。研究人员在浑元龙的化石上发现了和奇翼龙类似的翼膜和独特的棒状长骨,这个发现就让先前奇翼龙备受争议的“奇翼”不再扑朔迷离,也证明了这种恐龙的确利用加长的手指撑起翼膜来飞翔。这么一来,它们能采用蝙蝠或翼龙一样的飞行方式征服蓝天就真正实锤了。

长臂浑元龙的复原图。图片来源:王敏

 除此之外,长臂浑元龙的长臂也不是浪得虚名。它的前肢异常的长(超过了后肢长度),霸王龙的小短手就不说了,甚至连中生代的许多鸟类的翅膀长度比例都比不上它[5],可谓名副其实的“长臂”龙了。

这样的长臂与其他会飞的鸟类有何区别?又怎样帮助它翱翔天际呢?研究人员运用演化模式和统计分析,解析了这个类群特别的演化趋势。

同为飞翔却各有所“长”

对于恐龙来说,想要飞翔,翅膀当然是必不可少的“硬件”,而足够长的前臂就成了首要条件。理论上讲,前臂越长翼展就越宽,意味着能够提供更多的动力。而手臂加长的趋势始于虚骨龙类中的近鸟类(paraves)这个演化分支。

近鸟类,顾名思义就是更接近鸟类的类群,其中包含了擅攀鸟龙类和鸟翼类(鸟翼类中有驰龙类、伤齿龙类、鸟类等)。

虚骨龙类中的近鸟类(paraves)的演化分支。图片来源:参考文献[1]

这一类恐龙的手爪都很修长,它们在探索飞行的过程中选择了不同的策略,走上两条明显不同的飞行演化之路。

鸟翼类中的代表——鸟类,采用了加长手掌(掌骨)搭配羽毛的方式实现飞行。这就类似你举起小手拍打手腕做出“兴奋到要起飞”的动作。鸟类轻巧而不对称的羽毛,可以控制空气动力,而更长的手掌也正好为羽毛提供更多的附着面积。

始祖鸟标本,可以看出掌骨相对较长。图片来源:Wikimedia Commons

而擅攀鸟龙类的策略,则是加长手臂(肱骨和尺骨)同时搭配翼膜。这就好比你正在假扮吸血鬼,双手抓着宽松的斗篷披风张牙舞爪要起飞。在这种情况下,手臂越长,就能抓住更宽更大面积的披风,一挥动时能撑起更多的空气让自己顺流而上,加长的手指也同样是为了这个效果。至于多出的那根棒状骨,则是为了稳定这个披风,不让它在空中时被掀翻。因此造就了长臂加翼膜的飞行方式。

长臂浑元龙修长的臂骨、指骨,以及用来稳定翼膜的奇特棒状骨(箭头所指)。图片来源:参考文献[1]

这两种飞行方式究竟孰优孰劣还难有定论,但可以确定的是,擅攀鸟龙类的这种蝙蝠式飞行仅是一次短暂的尝试。从目前的化石纪录来看,这种模式仅短暂地出现在侏罗纪的中期到晚期,到白垩纪就销声匿迹了。

而鸟类的飞羽模式则从侏罗纪晚期一直延续到白垩纪,甚至躲过了那颗毁灭其他恐龙的天外之灾,更是现今丰富度最高的四足动物,有超过10000种盘旋在世界各处的天际,成为了真正的“天空霸主”。(编辑:Yuki)

鸟类成为今天的“天空霸主”。图片来源:Pixabay

参考文献:

  1. Min Wang, Jingmai K. O’Connor, Xing Xu, and Zhonghe Zhou, (2019). A new Jurassic scansoriopterygid and the loss of membranous wings in theropod dinosaurs. Nature.
  2. Zhang, F., Zhou, Z., Xu, X. & Wang, X. A juvenile coelurosaurian theropod from China indicates arboreal habits. Naturwissenschaften. 2002, 89: 394–398.
  3. Czerkas, S.A., and Yuan, C. (2002). “An arboreal maniraptoran from northeast China.” Pp. 63-95 in Czerkas, S.J. (Ed.), Feathered Dinosaurs and the Origin of Flight. The Dinosaur Museum Journal 1. The Dinosaur Museum, Blanding, U.S.A.
  4. Zhang, F., Zhou, Z., Xu, X., Wang, X. and Sullivan, C. (2008). “A bizarre Jurassic maniraptoran from China with elongate ribbon-like feathers”, Supplementary Informtion. Nature, 455: 46pp.
  5. Xu, X., Zheng, X., Sullivan, C., et al., (2015). A bizarre Jurassic maniraptoran theropod with preserved evidence of membranous wings. Nature, 521 (7550): 70–73

作者名片

佟大为:人真的会被植入“虚假记忆”吗?

|· 本文来自“我是科学家”·|

我问科学家
在《如果可以这样爱》中,为了拆散耿墨池和白考儿,祁树礼在白考儿精神状态不稳定的情况下联合身边亲友给她灌输了虚假记忆。佟大为想知道:人真的会被植入“虚假记忆”吗?
听听心理学家黄扬名老师怎么说。

人真的会被植入“虚假记忆”吗?

 

大家好,我是佟大为。

在《如果可以这样爱》中,为了拆散耿墨池和白考儿,祁树礼在白考儿精神状态不稳定的情况下联合身边亲友给她灌输了虚假记忆,导致她出现真假记忆错乱的症状。我想知道,这样病症的出现是什么原理呢?

人真的会被植入“虚假记忆”吗?

Hi,佟大为,又见面了~

你描述到的这个现象呢,在电视剧的设置当中可能是一个戏剧冲突。但是我要告诉你,在日常生活中,我们每天都在创造很多虚拟的记忆。

很多人会觉得,如果我们的记忆是一本书,那把记忆放到大脑这个图书馆的过程就是“把整本书放进去,需要的时候再把整本书拿出来”。但实际上,我们记忆放到大脑图书馆的时候呢,这本书就被拆开来了,会根据它的属性放到不同的一个区域当中。那等到我们要提取的时候呢,大脑会根据这些线索把这些信息再拼凑在一起,创造出一个“以为”的一个记忆。那实际上过程中就有一些虚拟的元素了。

在日常生活中,我们每天都在创造很多虚拟的记忆。图片来源:图虫创意

美国有一位做记忆心理学很牛的科学家叫Elizabeth Loftus,她做过很多跟“错误记忆”有关的研究,其中一个研究是这样:

她找一些本科生来,请他的家人提供一些他小时候的照片还有一些发生过的事情。接着他们安插了两个错误的记忆。一个是“在商场中迷路”,另一个是“搭热气球”的一个记忆——并且,他们跟家人确认过了这些事情没有发生在这些孩子身上。

之后,研究者就让本科生看这些照片,并问他:你记得发生这些事情吗?

结果发现,多数人都会误以为自己曾经在商场中迷路或者曾经搭过热气球,而且有些人还可以讲出一些记忆细节。

那,难道我们就可以随便安插记忆,让人相信吗?

其实也不是的。

要成功可以安插一个记忆,必须要两个要素——

第一个要素是:这件事情不是完全不可能发生的;

第二个要素是:当事人没有办法直接否定这件事情曾经发生过。

虽然我们的记忆看起来非常脆弱,但是,多数时候,我们对记忆的主轴是非常清楚的,就像你会记得你可能一两周之前和哪一位朋友一起吃过饭,但是具体吃的什么或者大家穿什么衣服可能就不记得那么清楚了——但是,“你和朋友一起吃过饭”这件事,还是不那么容易被修改的。

多数时候,我们对记忆的主轴是非常清楚的。图片来源:图虫创意

为什么考古学家要研究10000年前的尿?

人类历史上最重要的转变之一是人类停止狩猎和采集食物,转而成为农民,开始种植作物和圈养牲畜。而在土耳其的考古遗址阿西里克霍伊尤(Aşıklı Höyük),科学家通过一个意想不到的来源探寻了这一重要过程——他们竟研究起了一万年前的尿液

科学家在土耳其考古遗址的发掘中找到了绵羊和山羊驯化过程的踪迹 | 参考文献1

所有人都撒尿

所有人都撒尿。曾经在这里的居民和他们的羊当然也不例外。通过估算沉积的古代尿液的量,乔丹·阿贝尔等人重现了一万年前在这里生活的人类和动物的数量。我们可以称之为“尿液考古学”。

“我认为这是一种全新的方法,而且非常富有创意!”北卡罗来纳大学教堂山分校的人类学家本杰明·阿巴克尔如此评价这一方法。

阿西里克霍伊尤的动物骨头和粪便表明,其居住者位列世界上第一批驯养绵羊和山羊的人之中。他们把那狂野的长着犄角的动物圈养在了自家旁;学会了选择性地宰杀年幼的公羊以最大化羊群的规模。

尿又看不见,怎么能注意到它?

不寻常的硝酸盐晶体吸引了阿贝尔团队的注意,他们猜测它可能来自于绵羊和山羊的尿液。“地球上很少有地方能形成硝酸盐晶体,”阿贝尔说。研究团队收集了113份样本——他们对“贝丘”尤为感兴趣,这是堆积人类和动物废物的古老垃圾堆。他们确保样本采自不同的地层,跨越人们居住在这里的一千年。

尿液样本从不同的地层中采集而来 | 参考文献1

回到实验室,阿贝尔在每个样本中寻找尿液的化学特征——钠、硝酸盐和氯。但棘手的是,这些盐也可能来自其他地方。实际上,在雨水集中地和遗址周围的天然沉积物中也可能发现不同浓度的硝酸盐。因此,阿贝尔建立了一个模型,试图证明这些盐到底来自哪里

为了确保他的假设不偏离正轨,他将阿西里克霍伊尤的尿液盐浓度与现代牲畜饲养场的尿液盐浓度进行了比较,结果发现它们十分相似。根据该模型的最终计算结果,在长达千年的定居期间,平均每天有1790人和动物在这里撒尿

遗址依偎在梅伦迪兹河旁,其居民曾是世界上最早驯养绵羊和山羊的人之一 | 参考文献1

此外,研究小组还发现,在长达千年的居住时间后,尿液盐浓度增加了10到1000倍。这表明阿西里克霍伊尤的居民越来越多,不论是人类或是动物。不幸的是,考古学家没有办法用这种方法将人类和动物的尿液区分开来。不过,如果这一模型经得起考验,这些尿液沉积物便可以被看作是人类从单纯地打猎过渡到圈养牲畜的有利证明

想要用尿做研究,还需要了解更多

“尿液考古学”的问题是它非常依赖假设。格罗宁根大学的动物考古学家嘉楠·萨基尔拉(Canan Çakirlar)称该技术“非常有前途”,但同时她也指出,人们对于尿液在沉积的数千年内发生了怎样的化学变化并没有足够的了解。

此外,其他影响因素也可能发生了变化——比如人和牲畜在一万年前的饮食结构与现在不同,这可能导致尿液中的盐浓度也有所不同。

阿贝尔希望明年能从阿西里克霍伊尤收集更多数据,从更多地区采集更多沉积物以便让研究结果更加精确。他还想从当地的绵羊身上取一些尿液。

遗址附近的羊群 | 参考文献1

自人类第一次在这里学会如何圈养羊已过去了一万年,它们今天依然漫步于此。

编译:八云

编辑:游识猷

参考来源: 

1. Why Archaeologists Are Studying 10,000-Year-Old Urine, SARAH ZHANG

2. Ancient pee helps archaeologists track the rise of farming, Michael Irving

3. Urine salts elucidate Early Neolithic animal management at Aşıklı Höyük, Turkey, J. T. Abell, J. Quade, G. Duru4, S. M. Mentzer6, M. C. Stiner, M. Uzdurum and M. Özbaşaran

编译来源

佟大为:心脏病人受刺激,是不是真的会加重病情?| 我问科学家

|· 本文来自“我是科学家”·|

我问科学家
佟大为在电视剧《如果可以这样爱》中饰演的耿墨池是一位心脏病患者。他想知道:心脏病患者受刺激是不是真的会加重病情呢?
听听北京安贞医院的心内科医生戴天医怎么说。

心脏病人受刺激,是不是真的会加重病情?

 

 

在《如果可以这样爱》中,我饰演的耿墨池是一位心脏病患者。剧中,他多次经历打击导致病情加重。在此我想向专家提问:心脏病患者受刺激是不是真的会加重病情?

《如果可以这样爱》中佟大为饰演一位心脏病患者耿墨池。

 

你好,佟大为,我是北京安贞医院的心内科医生戴天医。

你的问题答案是肯定的,心脏病人确实不能受气。大部分病人本来就比一般人更容易出现情绪不好,受气有可能会导致疾病的发作或病情加重。

心脏病分为很多种,其中最常见的是冠心病。非常激动的情绪有可能让病人发生心绞痛或心肌梗死,出现胸闷或胸痛、咽部发紧、左肩以及左臂的疼痛,病情轻的话,情绪平稳下来就会好,重的话可能需要药物或者手术的治疗。

图片来源:Pixabay

第二类是房颤、早搏这些心律失常,情绪的改变有可能会突然发生心动过速,病人感觉心慌、没有力气等。

第三类是心力衰竭,非常开心或者不开心的情绪都会加重心脏的负担,让病人的胸闷气短症状加重。

但以上这些心脏病都不是因为受气才得病的,心脏病本来就长期存在,“受气”只是心脏病容易发作的原因之一。

预防和治疗心脏病最根本的还是要做到:规律服药、健康饮食、坚持运动、维持理想的体重、戒烟限酒、控制好血压、血脂和血糖。

平衡饮食。图片来源:图虫创意

即使没有心脏病的人在非常生气之后,也可能会出现胸闷胸痛、心脏的变大、收缩无力,这种比较少见的情况叫做“心碎综合征”,所以一定要爱护好身边的心脏病人,无论有没有心脏病,自己都要保持好心情。

汪凯:为什么谣言总是比真相跑得快?

本文为2019年4月27日“我是科学家”演讲活动第十期——对谣言说“不”| 汪凯 演讲实录:

为什么我们会对一些谣言特别是食品健康的谣言感到恐慌呢?原来除了对科学知识的不了解,还有文化的影响,对身份的认知这些因素。浙江大学传媒与国际文化学院副教授汪凯跟大家分享科学谣言及其社会传播的故事。

大家好,我是社会科学研究者。我关注的是,谣言在社会传播过程中间是如何产生的。

去年这个时候,《Science》杂志发表了一篇很重要的文章:在社交媒体上,谣言比真消息要传播得更快、更广、更深。

这其实是挺值得关注的一个话题。如果要给出一个简单粗暴的解释的话,在我看来,其实就是:谣言在很多时候,更容易跟人性的某些弱点相结合。

今天我不用数据,而是跟大家讲三个我亲历的、跟科学谣言有关的故事。

第一个是:念博士期间,我看到一则新闻,叫《荷兰科学家提出骇人假设 太阳六年后会爆炸?》。今天,可能大部分人会对这种新闻不屑一顾。毕竟这么大一个事儿,社交媒体上一定会有大批的科学家出来反驳——但2003年,我们还没有社交媒体。

这则新闻最厉害的地方,在于做得有鼻子有眼:它有科学家,而且是不同消息来源的科学家;甚至还有我们媒体人经常讲的“多元消息来源”,能互相印证;还专门配了一幅图片,叫“俄罗斯科学家正在用天文望远镜观察太阳的活动情况”,看起来非常靠谱。而且《环球时报》是把它登在科学版上。

我当时正在为写博士论文而焦虑。看到这个消息后,既感到恐慌、又感到一丝放心——也许我就不用写了。当然后来,我还是本着一个传播学学生的求实精神去追索了消息的来源:我换了一些英文关键词搜索,又给我以前在美国学天文的一个朋友发了电子邮件。

最后证明,它就是编造的。始作俑者是美国的一份小报,它特别擅长编造“科学假新闻”。其实美国很多媒体都知道这份小报,但是《环球时报》不知道,就把它转到了科学版。我后来又看了一下雅虎,雅虎把它转在了娱乐版上。

这个消息,听起来可能很可笑。但是问题在哪里?

我们可以注意到,科学谣言、伪科学、或者是科学假新闻——我在这里没有仔细地区分这三个概念——它们虽然有点不一样,但其实都有一个共同的特点,就是:盗用科学的修辞,冒充科学的权威。

所以我觉得,如果大家接受的仅仅是零碎的科学知识,仅仅是把科学当成一种有力量的权威而加以接受的话,那么很多时候,伪科学同样可以盗用科学的修辞去塑造这种权威。

上图就是高仿版科学报道的文本,使用了一系列“超新星”等等看起来非常科学的词汇。

第二个例子,跟黑洞的图片有关。事实上,几年之前有一个关于黑洞的假新闻——其实不能讲是假新闻,而是一个在传播过程中不断让人感到震惊和充满戏剧性的谣言。

其实最早,新闻来源于NASA发布的一个通知。开头的时候,它没有说究竟发现了什么,只是说将要发布一个“令人惊讶的消息”,或者说“令科学家感到惊讶的消息”。这个消息在社交媒体、大众媒体之间不断传播后,就逐步演变成了我们看到的版本,叫“NASA将发布足以令全人类震惊的消息”。

事实上,NASA发布的这个消息是什么?是科学家第一次发现了一个由人类亲眼看着长大、成长了31年的黑洞。而且这个黑洞,距离人类、距离地球很近,只有5000万光年。

大家一定不会觉得这个消息有什么神奇的地方。所以这里面也涉及到,科学家和普通人对科学发现的评价是持有不同的标准的。我们普通人更关注的,其实是科学发现中那些新奇的、有人情味的研究;甚至是负面的、造成恐惧的那些部分。

所以,这则新闻之所以被传播成 “足以令全人类震惊的消息”,从我们做新闻生产的人来看,是因为它具备了成为一个爆炸性新闻所有“新闻价值”的要素:比如说负面性,与NASA发布的显著相关性,新奇性等等。

媒体人很多时候会使用一些经验性的话语,来概括非常具有传播效应的新闻。经常有这样的一些话,比如“狗咬人不是新闻,人咬狗才是新闻”,“我们报道飞机失事,但我们不报道没有失事的飞机”,还有“坏消息是好新闻(Bad news is good news)”。

所以,社会传播过程中,“真”其实不是人们传播信息的唯一标准。甚至在我看来,它可能都不是最重要的标准——人们不会仅仅因为“真”而去传播一个东西。但“新闻价值”,其实也不仅仅是新闻行业的经营标准——很多时候,它也是普罗大众在信息交流中间的人性标准。

下面,大家可以做个小测试:这三位科学家,各位认识谁?

先说中间这位,大家可能都认识,霍金(Stephen William Hawking),因为他太具有特征性了。左边那位,大家认识吗?纳什(John Nash),只有少数人会知道。如果我提到《美丽心灵》那部电影的话,也许很多人能回想起来:博弈论里“纳什均衡”的提出者,也是诺贝尔奖获得者。

最右边这位,我不知道哪些朋友可能会认识。这位叫爱德华·威滕(Edward Witten),他是一位物理学家,同时也是一位数学家,是数学“菲尔兹奖”的获得者。

我查了一些资料,他是当今最有影响力的物理学家(用评价学者科学成果影响力的H因子来讲,他在当今物理学家中间是最高的),也被称为当代“弦理论”的领军人物。

有一年,他们一起来中国参加“国际数学家大会”。但是媒体上大家能看到的、经常提及名的,最主要是霍金,偶尔也有纳什,不会有多少媒体会提到爱德华·威滕。

为什么,难道他不重要吗?

不,他同样重要。

问题在哪儿?他太正常了。他没有那些可以被媒体抓住、作为吸引眼球的人性化的东西。当然我这里不是说媒体不该传播纳什或者是霍金,只是说,媒体跟“科学共同体”判断科学的标准,很多时候是不一样的。而这种标准的差异,会导致科学发现、科学成果,在社会传播的过程中间被误解。

第三个谣言,就是我参与的跟转基因科普有关的一个研究项目。我看到社交媒体中间,有很多关于转基因的新闻——或者说不能讲新闻,关于转基因的信息。它谣言的程度,让人匪夷所思。

比如说,“转基因食物是某些西方国家制造出来,让中国人‘亡国灭种’的武器”,这个谣言挺有代表性的。还有一类来自养生的角度,“转基因食物是反自然的科技”。甚至会跟社会阶层的分化结合起来,“转基因食品是用于喂养穷人的,而富人不会吃转基因食品”。

所以转基因食物在社会中产生的“复杂的话语呈现”是我感兴趣的话题:为什么关于转基因食物的谣言如此之多、如此之复杂?我觉得,很大程度跟文化有关。

从营养学的角度来看,食物是供给我们营养的东西;但是对于人类学家,食物也是一个文化体系:它承载着我们的情感、记忆、社会交往等等,很多东西。

前两年,《舌尖上的中国》和《风味人间》的热播,绝对不会仅仅是因为大家觉得它们呈现了美味——那还不如我们亲自去吃一顿。而是说在里面,承载了很多记忆和情感。所以,有人甚至会夸张地说“人如其食”、“告诉我你吃些什么,我就能够说出你是一个什么样的人”。

从深层次看,食物跟“自我认同”有关。所以这也可以解释,为什么在转基因食物的谣言中,我们会把转基因跟非转基因的差异,跟很多其他的对立关联起来——包括中国跟西方、穷人跟富人、反自然的跟遵循自然的、合理的跟不合理的——形成一种新的、更为复杂的反转基因话语。

转基因食物的谣言的产生,还在于饮食是一种“日常文化”,而科学关于转基因的种种言说,更多作为一种“书面文化”来呈现。显然对普通人来讲,书面文化没有日常文化更有影响力。

 “纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”——但问题是,我们不是那么“躬行”的。我们看到的、大部分人接受的,更多的是这样一些东西——

左边这张图,是我在网上搜的一段顺口溜,教人们怎么去挑非转基因的食物——其中不一定每句话都直接反转基因,但是教给你的实践,长期以来让你形成了一个观念,就是“我得挑非转基因的食物”。

右边那张图,是我在超市门口,随便拍了一张大米公司推销大米的广告,讲了一系列大米多么好,有各种各样的优点——包括有生命、会呼吸,下面一个接的就是“非转基因”。像这种修辞联系在一起,会告诉你一个观念,好像非转基因大米就没有生命、也不会呼吸一样。

受到此类日常文化的影响,再跟很多其他东西联系起来,人们就会形成这样一种错误的观念。所以我们能理解,日常文化对科学、书面文化的阻滞性作用。

我作为一个传播学专业的人,好不容易找到一张把所有的社会影响因素都画进去的传播过程图。所以传播,实际上是一个非常复杂的社会过程,是在一个特定的、社会与文化的情境中间,其中有我们“并不时时都是理性的”选择与加工。传播和受众构成一个反复互动、并且中间有噪音的循环。

从这个意义上讲,我作为一个社会科学研究者,能理解为什么科学家有时候很着急。他们会觉得,“为什么我们讲的是真理,但是你们却不相信”。

原因就在于,科学研究的过程是非常理性的,它在特定共同体的边界内,受到一系列规范、价值和方法的制约。所以科学研究,可以用竺可桢先生那句话来概括,叫“只问是非,不计利害”——我只问在真理意义上它是对还是错,而不考虑对于所有人来讲,功利为何。

但是在社会过程中间,我们经常会体会到另外一种说法,其实就是挪用了王国维先生评价西方哲学两个不同的路径的话语:“可信者不可爱,可爱者不可信”——从理性上觉得是对的东西,但感情上觉得是很难亲近的;在感情上很容易亲近的东西,可能有很多科学证明其实是有问题的。

是非与利害之间,可信与可爱之间,实际上体现了科学研究中“纯粹理性”(至少可以说“高度理性”)的过程,与社会传播过程中复杂的、加入了各种各样其他因素的传播过程之间的差异。

所以从这个角度来看,谣言很多时候是可以被理解的。我要说,不一定是谣言带来了恐惧,而更可能是恐惧产生了谣言;也不一定是谣言带来了混乱,而可能是混乱产生了谣言。

有很多研究者都指出来,其实谣言对于个人来讲,有一种“精神口香糖”的功能:当你在信息非常匮乏的时候,有时候可以替你缓解焦虑;而对于群体来讲,很多时候在混乱期,谣言也是沟通信息的一个媒介。

不妨回想一下,像2003年的SARS期间,在缺乏信息的公开和充分供应的时候,就产生了各种各样关于SARS的谣言——以至于我们很多人都跑到超市里去抢大米和白醋,还有板蓝根。所以,其实可以理解为什么在社会传播过程中间会产生谣言。

既然如此的话,我们能够为“减少谣言”做些什么?

首先,当然是辟谣,很多机构、媒体都在做这样的一些工作。但如果提一点不一样的东西的话,从长远来看,与其忙于扑杀谣言或者是惩治造谣传谣者,我们不如去改善产生谣言的文化土壤。

第一个,我们可以去增加高质量的科学信息的供应。有一个比较古老的“真理的自由市场”的一个假说:你只要让真理参与到意见的自由市场中,在自由而公开的斗争中,它迟早能够战胜那些谬误的意见而存留下来。

我个人非常认同这句话。但是由于涉及到很长的时间,你可能也没有办法去做实证的检测。但从历史经验来看,封杀一个自由的思想市场和言论市场,只会造成更大的恶果。所以,如果很难禁止,那么不妨就让更多的、更好的科学信息去参与市场中间自由而公开的斗争。

而且很多时候,我们并不是从书面接受真理的——我们需要首先有谬误,然后用真理来修正,才能够更好地去接受真理。

第二个,我们(尤其是科普人)也应该反思与改进科学传播。很多时候,我们会看到,政治宣传者们会为了政治而去宣扬科学和科学的伟大成就;商人可能利用科学的权威和力量去推销产品。而对于很多科普人来讲,他们所介绍的也都局限于科学知识的范畴。

在我看来,科学传播可能更多的需要帮助人们去完善他们对科学方法和科学精神的理解。美国学者伯纳姆(John C. Burnham)考察了美国的科学与卫生普及的过程,他发现,实际上大多数人拥有的都是科学成果,而不是科学的方法和原理。

所以从这个意义上来讲,对于大部分现代人,科学是作为一种有力量、而不是科学精神的形象被接受的。

第三个,还有一个科学与人文的对话问题。

其实这个议题被凸显出来,是1959年C.P.斯诺(C. P. Snow)在剑桥的一个演讲。他当时提到,20世纪是科学急剧地介入到人们生活中的一个世纪。但是在当时的英国社会,普遍存在的情况是:很多人文学者们没有办法去理解科学,对科学的成就一无所知;而那些科学家们也不屑于去了解人文。所以他认为这造成了两种文化之间的割裂。

那么此种现象,在今天是否存在?我个人认为依然是存在的,而且很多时候可能更严重了。今天很多科学的发展已经远远地超过20世纪中叶,我举几个例子,比如说基因技术、人工智能。这些科技成果,实际上已经不仅仅是社会影响问题了,还影响到我们关于人类本性的看法。

所以我的理解是,在今天我们可能更需要人文与科学之间的深刻对话。我在想,如果说没有科学的世界,是一个蒙昧的世界的话,那么,只有科学的世界,它可能也是一个冰冷的世界。

谢谢大家。

演讲嘉宾汪凯:《“不信谣、不传谣”——为什么说起来容易做起来难?》

92岁院士叶叔华:我愿为年轻同志搭舞台,敲锣打鼓,摇旗呐喊

本文为2019年3月23日“我是科学家”年度盛典——科学与你,探寻万物的联结 | 叶叔华 演讲实录:

坚守天文六十余载,叶叔华院士为中国的天文事业发展贡献了自己的力量。“我今年92岁了,我现在想奋斗两个东西,一个是SKA到中国来,另一个是在空间里搞两个VLBI卫星。” 叶叔华院士跟大家分享她的科学故事和她现在想做的两件事情。

其实不是说“我想做两件事情”,我只能说“92岁了,我还能做什么”。我只能给我们年轻的同志搭舞台,去敲锣打鼓,摇旗呐喊,希望以后中国能够在我们的天文事业上,真正做出“看起来是真正一件事”的好项目出来。

我希望我们真正做到领导需要我们所做的那样,让我们的科学从跟跑到并跑,再做到领跑。现在实现了吗?有些项目实现了,举例来说,我们的量子通讯卫星,就领着人家跑了。

演讲嘉宾叶叔华:《我今年92岁,我想做两件事情》

天文方面呢?我们500米口径的“天眼(500米口径球面射电望远镜,也即FAST)”,在相关技术方面就领先了。但是还不够,我还希望我们有更多的天文项目能够领先。

我们国家已经参加的最大的国际合作项目,是ITER(国际热核聚变实验堆,后用英文缩写表示)。热核反应是什么?是从天文、从太阳来的概念。太阳50亿年间不断产生能量,是通过“热核反应”。两个氢原子合成一个氦原子,还多出一点点的能量,E=mc²。这个能量后来被用在什么地方?很不幸,首先用在氢原子弹上。

而ITER是想研究,能不能控制热核反应,将它应用到发电装置上——氢原子有很多,它们合成氦原子以后,也不会造成危害。如果可行,地球上的电就怎么用都用不完了。这个项目现在还在进行中。

另外一个大型项目就是SKA(平方公里阵列射电望远镜,用英文缩写表示)。

不久以前(3月12日),我们中国有幸作为七个原始发起国之一,在罗马签了一个天文台公约(“罗马合同”),标志着SKA项目开始了。

有哪七个国家呢?

有观测基地所在的南非(负责SKA中频部分)和澳大利亚(负责SKA低频部分),有总部所在的英国(英国是最早做射电天文的国家之一)。这三个国家很重要,此外还有中国、意大利、荷兰和葡萄牙。签订了协议会吸引一些持观望态度的国家坚定信念、陆续参加进来,所以预计共有十个以上正式成员国家参与SKA。

SKA是什么呢?是一个接收面积达到一平方公里的射电望远镜阵列。图左上角是一个15米的望远镜。这种15米的望远镜,要做2500个,铺开放在南非的类似沙漠又很宽阔的地方。另外还有低频望远镜的阵列(图右下角)。其中,一根杆子就是一个天线;好多杆子合起来成为一个台站单元;许多台站合起来,成为低频阵列。低频部分和中低频部分总共合起来,接收面积要达到一平方公里。

SKA是目前最大的天文合作项目,开始于上世纪末。当时,世界上所有的射电天文学家(也包括我们中国的),一起商量,想了很多主意。其中一个主意就是说,不是由很多小望远镜,而是通过数十个大望远镜合成。虽然这个提议后来没有被采纳,但是促成了我们国家“天眼”的建成。

亚洲第一的射电望远镜——天马望远镜的模型。图片来源:东方IC

去年国际天文协会99周年大会(即国际天文学联合会第30届大会)的时候,我们的“天眼”做了一个非常漂亮的模型,放在会场前面,吸引了好多外国朋友观看、照相。

虽然“天眼”没有被选成SKA的一个单元,但是它仍然能够支持中低频的射电天文研究,对于我们参加SKA也是一个很有利、也很有力量的帮助。应该说“天眼”是给我们中国天文界争光的一件事情,我们都期待它能跟SKA完全配套,做出很好的成绩。

SKA有很多研究目标。比如引力波——大家都非常想知道,地外文明——大家也很关注,宇宙磁场——地球磁场是其中之一。

有一个很有名的理论——宇宙爆炸以后,开始是黑暗、没有亮光,后来开始有恒星,再变成星系,逐步发展为我们今天所看到的宇宙。但是宇宙怎么样从黑暗变成光明呢?这是一个很值得探究的题目。另外,后来光明变成好多大大小小的星系、再连成更大的结构,这个又是怎么过来的?

再远一点,对整个宇宙学来说,也有许多问题需要解决。暗物质是怎么样的?大尺度结构是怎么样的?

大尺度结构,还有最初乔治·伽莫夫(George Gamow)讲的“4K”的问题。到底有没有大爆炸?后来发现整个宇宙中都有绝对温度3K多的背景辐射残余,就证明确实有。

此外还要看看未来的世界。中国很有名的一部科幻电影《流浪地球》,就是讲地球快要危变、快要不行了以后,我们人跑到哪里去,怎么找一个新的家园?

所以你可以看到SKA它所涉及的问题很多,有很多跟理论物理的研究直接相交,还有很多跟我们人类“到哪里去”也有关系。

SKA是中国参加的第二个国际合作大工程,它要在非洲南部建2500个15米的蝶形天线,在澳大利亚西部建130万个对数周期天线,投资很大。

SKA的观测,跟我们平常把几个望远镜或者几十个望远镜搞在一块,完全不是一回事情。SKA有几千个碟形天线、上百万个低频望远镜,结果就是产生的数据多得不得了。

 产生海量数据以后,就要求有区域数据中心来接收,再把数据转化成科学产品,供科学家分析使用。

这些数据跟我们平常接触的完全不一样,是真正的大数据:现在全世界已有的所有数据加起来都不及它的1/10。平常几个、十几个或者三十个望远镜合在一块,获得的数据已经很多了、都来不及弄;而现在有几千个、几万个望远镜。何况目前只开始第一期建设,后面完全建成后数据还会增长,所以数据规模对科学、技术都是很大的挑战。

这么多的数据,怎么变成要用的东西?我们平常都习惯在一个视场里头寻找目标。但SKA不像视场那样简单,来的是密密麻麻、一大堆东西。这些数据要变成天文家能够用的形式,再做成天文结果,需要很多中间过程,而且还要不断地修正、改良,想新的处理方法出来。所以我觉得数据中心很重要。

数据中心里头,应该有天文学家们讨论、研究的地方。但是这部分不应该仅限一处,而应该在更多的地方——天文家们更愿意一个小组、几个小组地进行数据处理和科学问题的提炼。但是也该有个集中的地方,每年或者每几年大家开个会,讨论如何为中国争取更好的结果。

经过20多年酝酿,到最近SKA的方案才定下来。早期准备做个1/10的规模,要是觉得装置、运行都没有问题,就马上把它扩建到整体。SKA第一阶段建成大概要到2030年,运行估计可以用50年。

这个大科学装置确实对天文界来说,是一件很大的事情,所以我们觉得国家能够参加,是令人非常高兴的。

2018年12月3日,英国总部的菲利普·戴蒙德(Philip Diamond,图左五),现任的SKA的总干事应邀到上海来。他来了以后,我们就邀请分管科技的吴清副市长(图右四)来跟他见面。这一排,最矮的这个就是我(图左四),我左边两位是现任台长(沈志强,图左三)和前任台长(洪晓瑜,图左二),还有这位是为了SKA奔走了多年的年轻的科学家(安涛,左一)。右三是市政府副秘书长(陈鸣波),右二是市科委主任(张全),还有我们中国科学院上海分院的院长(王建宇,右一)。

我们政府听闻有一个SKA的总干事来访,就组织了一次谈话。在这次谈话中,他(Diamond)向副市长介绍了SKA是什么。他非常盼望中国能够参加,也特别希望有一个区域数据中心能够在中国建设,尤其是上海。当时,副市长表示了对这个项目的支持,我们听了以后都非常高兴。

如果我们在上海做一个数据中心,这个中心应该首先是为中国科学家服务的。但我们希望它以后不光是中国的,还是亚洲的——日本、韩国、泰国、马来西亚这一片东亚的用户和科学家就都可以参与进来。甚至不仅是亚洲的,能变成亚太地区一个大的中心。估计全世界一共会有四、五个最大规模的数据中心,也不会太多,毕竟要有相当大的投资。

现在我们中国肯定是要参加了。但接下要做什么呢?

技术方面,中国也参加了不少SKA的工作包。前面说到,要做2500个望远镜放在非洲,我们中国工业部门、电科集团的五十四所,他们设计的望远镜已经通过验收,即将被采用。那这些望远镜归谁造呢?当然现在我还不确定是否2500台都归中国造。要是这样,我们不但成本都可以收回来,也许还有盈余了。

除此之外,技术方面还有时间讯号的传递问题。这个好像是清华大学在做,他们已经在国际上得到一些承认了。

总而言之,SKA首先考验的是国家整体技术力量。同时,SKA项目对我们望远镜技术的提高,对我们参加到国际竞争上面去的帮助,是毫无疑问的。

但是我们也要记得,SKA是天文界的项目。国家投入了这么多钱,所以在刚刚列出来的好多科学问题里,要考虑清楚干什么、希望在哪一方面取得突出性的成果。

目前,我们中国一个很有力的SKA科学家——武向平院士,已经跟很多科学家——包括好几个天文台的、大学的同行——一起为中国参加的SKA列出十个重要的研究方向;而且出了一本很厚的白皮书,给大家参考。

武向平院士很早之前就单枪匹马跑到新疆去,自己做了一个很好的观测系统——它的作用跟SKA差不多,但是规模比较小、功能比较单一。听说他现在还做另外一个,还要搭一台东西。

SKA确实在技术上有很多挑战,但它是将要带动整个天文界的“大工作”,需要不止50年的持续研发。最后得到的科学结果,是天文界要共同努力去完成的一件事情。我在上海天文台,也花了几年功夫去推介,使得更多的人了解SKA、愿意参与其中。

我十分希望各位青年同志,甚至还在上小学的小朋友,以后能投身到SKA事业当中,为中国争取荣誉。

这是我所期望的第一件事情。

除了这个项目之外,我最近还做一点科普。我在前几年向市里头提议,应该有一个好的天文馆,就是我们上海天文馆。左图就是外部的建筑全部完成的样子,比较奇怪,但是非常符合我们天文人的口味。

除了SKA项目之外,我和我上海天文台的同仁还想做一个技术的推广,叫“VLBI(甚长基线干涉测量技术,后用英文缩写表示)”。

左边这张照片,是美国天文学家马歇尔·柯恩(Marshall H. Cohen,右五)来推介VLBI时拍摄的。

VLBI技术在1967年成功,我在1970年就想在中国干这个活了。当时我想,在中国建设,应该响应很快。我当时就考虑在上海、乌鲁木齐、昆明搞一个三角网(如图)。

VLBI的秘诀在哪里?基线有多长,就相当于有这么长、这么大口径的分辨率。虽然可能灵敏度不够,但是分辨率是很可以的。

当时我们做的是25米射电望远镜,但是只做了两个;在昆明的没做成,因为没有钱了。国家当时也没有钱,能够支持做两个,已经很了不得了。

但是后来有一个机会,我们参加了嫦娥工程。当时有个障碍,就是不能把飞船变轨前后的轨道测得很准。我跟上海天文台几位同志,就自告奋勇去争取这个任务:我们来帮助进行测轨、定轨。

整个过程,是望远镜先独立进行观测,再将数据传输到上海,由上海的处理机进行相关处理和计算。当时设立的目标,是从观测开始,10分钟之内把轨道上报。

这件事情我在国际天文学联合会(IAU)的会议上讲过,大家都冷场,没有一人发言。因为天文学家的观察,是如果今天做不成,第二天你还会再做;没有人说10分钟一定出结果,当时还没有人能做到这样。但是后来我们最后做到平均6分钟出结果,更快。

现在的射电望远镜是65米了,灵敏度更高。而最近嫦娥四号的要求是1分钟。我听了以后,心里都吓一跳:要是1分钟做不出来怎么办?结果负责的同志说,1分钟完全能做出来,甚至有一次只用了半分钟。

嫦娥工程做完了以后,还要到火星、木星上、小行星上去。现在还提议,是否能够测太阳系边缘。我想问题不大,因为当时美国去探测冥王星的时候,我们也试过,都还有讯号。

除此之外,我还想让VLBI走向空间。刚刚说到宇宙黎明(宇宙大爆炸黑暗时期结束之后的光明),这一段的观测只能用低频射电,好多人都在尝试做这个事情,SKA里头也有这样一个项目,而且是最重要的科学方向。

既然是低频,那为什么不可以到空间去?当然可以,并且已经有过先例:先是有日本的小望远镜(口径8米),再是有俄罗斯的一个大望远镜(口径10米),所以能做的事情不是很多。

我们现在建议放两个口径30米的射电望远镜。它们可以和地面上的大望远镜(包括SKA、FAST等等)组合;也可以在空间上设置专门的VLBI,自己联线起来。

虽然地面上两米光学望远镜不算什么,但是美国将它放到空间以后,得到了很多现在看来还很宝贵的结果。因为中低频射电在地面上的干扰非常严重,到了空间,这些干扰都没有了。

所以我跟天文台的几位同志,想把中低频射电望远镜搬到空间中去。这个方案在技术上,我们中国承担得起,但是仍然希望有更多的国家来参加,因为可以做更多事。

比如,在地面上要看引力波,波长有限。两个观测站之间的距离顶多是地球的直径,因此你所探测的实际上是高频引力波,低频引力波就没办法。

在我看来,对SKA项目,中国会做出很重要的补充:FAST是地面上的补充,空间VLBI是空间上的补充——对我们中低频射电天文的研究是十分重要的。

国家现在对我们的要求很高,

要求我们要领跑,做到一些别人还没做到的事情。

我们应该做到,我们可以做到。

如何做到呢?希望我们在座的青年同志、中年同志都能够多多地想,多多地做。我只能在这里敲锣打鼓,摇旗呐喊,谢谢大家。

演讲嘉宾叶叔华:《我今年92岁,我想做两件事情》