整理 | 周舒义、望乡
1.2亿年前,月球还“活着”
岩浆是星球的“血液”。早期研究认为,月球大约在30亿年前就已经停止了岩浆活动,成为一颗丧失地质生命力的死星(Dead planet)。2021年,对嫦娥五号月壤样品的精确定年结果表明:月球在20亿年前仍然存在较大规模的岩浆活动。这一发现将月球的地质生命延长了约10亿年。
还有更年轻的岩浆活动吗?一项9月5日发表于Science的研究表明,直到1.2亿年前,月球上仍然存在岩浆活动。这一结果再次大幅刷新了人们认知中月球岩浆活动的时限。
月球的火山活动产物除了较大规模岩浆活动形成的岩石外,还有较小规模火山喷发产生的火山碎屑。其中,岩浆气溶胶和悬浮颗粒快速冷凝会产生火山玻璃珠,对这些玻璃珠进行定年同样可以追溯月球岩浆活动的历史。
不过,陨石冲击月表会使岩石、月壤熔融,形成海量外表、成分与火山玻璃珠类似的冲击玻璃珠,为前者的识别带来困难。研究人员在大约3克的嫦娥五号月壤中挑选出了约3000颗玻璃珠。通过排除冲击特征结构、主量和微量元素识别、硫同位素特征判别,最终敲定了3颗火山玻璃珠。他们通过离子探针对其进行U-Pb同位素体系的定年,结果发现,这些火山玻璃珠是在123±15Ma(Ma:百万年前),即大约1.2亿年前形成的,代表月球这一时期还存在火山活动。
据推测,3颗火山玻璃珠富集的钾+稀土+磷(KREEP)等元素表明,其源区具有较多的放射性元素,长期衰变生热积累可能是造成如此晚期岩浆活动的原因。研究人员表示,虽然在月球上没有观测到较大规模的晚期岩浆活动,但仍可能存在局部升温引起的小规模火山喷发。这一成果对重新思考月球热演化模型具有重要意义,为研究小型天体火山活动演化持续时间提供了参考。
相关论文:https://doi.org/10.1126/science.adk6635
脑癌与手机使用并无关联
澳大利亚辐射防护与核安全局9月4日发布公报说,由其领导的一项世界卫生组织委托进行的系统性评估显示,脑癌与手机使用之间没有关联。这是迄今为止最全面、最新的循证评估。
评估结果显示,脑癌与超过十年的手机长期使用无关,与手机的使用频次和时长无关。“证据并未显示,手机与脑癌或其他头部、颈部的癌症有关联。”
负责此次调查的澳大利亚辐射防护与核安全局专家肯·卡里皮迪斯(Ken Karipidis)表示,世卫组织下属国际癌症研究机构(IARC)2013年将无线电波暴露列为潜在致癌因素,主要基于人类观察性研究的有限证据。而此次系统评估基于“更大数据集,还包含了更新、更全面的研究,所以我们可以更加确信,接触无线设备发出的无线电波不会对人类健康造成危害”。
公报说,无线设备对健康的影响是被研究得最多的健康课题之一。此次评估参考了1994年到2022年间发表的5000多份研究成果,并采纳其中的63份。结果表明,尽管过去20年无线技术的使用率大幅增加,但脑癌的发病率并没有上升。
相关来源:https://www.arpansa.gov.au/who-review-finds-no-link-between-mobile-phone-use-and-brain-cancer
为身体开一扇“观察窗”:常见色素让皮肤暂时变透明
因为找不到血管,护士扎针屡屡失败——这样肿痛交加的痛苦经历,你有过吗?一项新研究有望解决这个问题:使用一种常见的食用色素——柠檬黄(tartrazine),就能使活体动物的皮肤暂时透明化,为身体开一扇“观察窗”,让研究人员看到皮肤下面的血管和内脏器官。
研究人员将柠檬黄水溶液涂抹在小鼠头皮上,随着染料分子扩散,皮肤在几分钟后变得透明,大脑表面的血管逐渐清晰;涂在小鼠腹部,内脏器官的蠕动显现了出来;涂在腿部,可以直接观察肌肉如何收缩。
在皮肤等生物组织中,脂肪、蛋白质、细胞液等各种组分紧密地结合在一起,而这些组分的折射率不同,导致光线在通过界面时发生大量散射,于是在我们的眼睛看来,身上的皮肤就是一道不透明的屏障。
如果能精细调控各组分折射率,使其与周围组分的折射率匹配,就能减少光线在交界面的散射。当可见光畅通无阻地直接穿过细胞,生物组织就变透明了。研究人员意识到,光吸收剂分子在溶解于水后,将按照Kramers-Kronig关系改变水介质的折射率,使其与脂质等组分的高折射率匹配,从而达到透明的效果。
柠檬黄溶液 | University of Texas at Dallas
柠檬黄是一种橙黄色的水溶性合成色素,主要用作食品、饮料和日用化妆品的着色剂。研究表明,柠檬黄溶液能有效减少不透明悬浮液的光散射,特别是在红色光谱区域,从而实现光学透明。此外,这种作用是临时、可逆的,洗掉染料后,皮肤很快就恢复成正常的不透明状态。测试还发现,残余的柠檬黄染料也会在48小时内随尿液排出体外,暂未观察到其对活体动物产生长期影响。
研究人员表示,使用这种生物相容性染料,能以非侵入性、可逆的方式观察活体动物体内的深层组织和器官,了解其结构与活动。这项技术有望改进现有的光学成像研究方法,还可以应用在很多方面,比如让静脉穿刺变得更清晰,有助于癌症的早期检测和治疗。相关论文9月6日发表于Science。
相关论文:https://doi.org/10.1126/science.adm6869
叶军领衔新突破,超精密核钟新时代启幕
美国实验天体物理联合研究所(JILA)叶军、张传坤团队在一项新研究中直接激发并测量了钍-229原子核的跃迁频率,并首次将钍-229原子核与锶-87原子钟的跃迁频率直接关联。叶军表示,新研究标志着研究人员首次将核钟的所有部分“同时运行”。相关论文9月4日发表于Nature。
目前最先进的光学原子钟计时极为精确,运行396亿年误差不到1秒钟。但现在,许多研究人员正将目光投向下一代超精确计时器——核钟。核钟是基于原子核能级跃迁的计时设备,其精度远高于光学原子钟,这是因为原子核的跃迁频率远高于电子,且其结构紧凑,对外部电磁场和温度波动的敏感度大大降低。
激发原子核所需的能量远远超过传统激光的输出。不过钍-229原子核是个例外,它是已知唯一一种拥有电子伏特量级激发态的原子核,其同核异能素能量仅约8.4 eV,甚至低到可通过真空紫外(VUV)波段的激光来激发;寿命也不短,长达103秒,有望被打造成基于真空紫外激光的超精确核钟。
研究人员使用真空紫外光频梳直接激发固态CaF2基质材料中的窄钍-229,测定其跃迁频率。光学频率梳(OFC)在时域上是等时间间隔、相位锁定的超短脉冲序列,在频域上是一系列等频率间隔的相干谱线,像一把梳子,“梳齿”之间的间距均匀且已知。他们将基频光梳稳定至JILA的锶-87原子钟,并使用飞秒增强腔将基频相干地上变频到VUV范围内的七次谐波。这种VUV光频梳在原子核能级与电子能级之间建立了频率联系,使研究人员能够直接测量钍-229核钟和锶-87原子钟跃迁的频率比。
结果显示,钍-229的核跃迁频率为2,020,407,384.335(2) kHz,与锶-87原子钟的频率比为4.707072615078(5)。频率测量精度比以往提高了约6个数量级,极大推进了钍-229核钟的研究。此外,研究还精确测量了钍-229核四极劈裂的精细结构,揭示了同核异能素的内禀性质。
德国国家计量实验室PTB的物理学家埃克哈德·佩克(Ekkehard Peik)称,“他们迈出了实质性的一步”。鲁汶大学的物理学家桑德罗·克莱默(Sandro Kraemer)说,“这个领域的发展迅速,势头强劲,真是令人惊叹”。
相关论文:https://www.nature.com/articles/s41586-024-07839-6
地震“震出”巨大金块
对黄金的追逐曾让文明崛起,也曾让其灰飞烟灭。长期以来,地壳中天然金块的形成机制一直让科学家感到困惑。一项新研究提供了一种可能解释:地震活动期间,石英中的压电效应有助于金块形成。
天然金块主要出现在石英矿脉中。传统解释认为,含金的热水溶液通过地震形成的裂缝渗出,在石英矿脉处沉积形成金块。然而,金在热液中的浓度只有约1 ppm,而石英中金的局部浓度可达50%,产生的金块重达数十甚至数百公斤,这些金块可能需要数百万公斤的热液才能形成。石英是一种化学惰性物质,金为何独独大量积聚于此,成为一个未解之谜。
石英是一种压电矿物,在机械应力作用下会产生电场。地震活动中,矿脉里的石英晶体会经历大量偏应力作用。研究人员模拟了石英在地震中可能产生的压电电压,利用这些数据,他们试图在实验室里复现金的沉积过程:将石英晶体浸入含金溶液中,模拟地震,施加振荡应力使晶体发生应变,产生压电电压。结果发现,石英产生的电压足够从含金溶液中电化学沉积金,在其表面积聚金纳米颗粒。
此外,石英是绝缘体,而金是导体,研究发现沉积的金颗粒会成为进一步生长的核心。研究人员认为这一机制可能有助于解释大块金块的形成过程。相关论文:https://doi.org/10.1038/s41561-024-01514-1
“星舰”试射爆炸致电离层短暂出现巨大“空洞”
8月26日发表于Geophysical Research Letters的一项研究报告说,去年美国太空探索技术公司(SpaceX)新一代重型运载火箭“星舰”试射失败爆炸后,在地球高层大气的电离层炸出一个巨大的“空洞”。这个“空洞”绵延数千公里,并持续存在近一个小时。
去年11月18日,“星舰”实施第二次试验发射。“星舰”第一级与第二级分离后不久,在墨西哥湾上空约90公里处爆炸。几分钟后,第二级的自毁装置启动,在约150公里的高度发生爆炸。
研究人员想要了解如此大规模的爆炸对电离层有何影响。电离层是因受太阳高能辐射激发等原因而电离的大气层,从距地表约50公里一直延伸到约1000公里,飞机、船只导航和手机通信使用的无线电波就在电离层中传播。
研究团队分析了北美和加勒比地区2500多个接收卫星导航信号的地面站公开数据,发现“星舰”爆炸产生的冲击波速度比音速还快。爆炸在近一个小时内把电离层炸出一个中性大气区域——形成了一个绵延数千公里、覆盖从墨西哥尤卡坦半岛到美国东南部的“空洞”。即使在没有爆炸的情况下,火箭发射的燃料也会引发化学反应在电离层产生暂时的“空洞”,但爆炸形成的冲击波对电离层的影响要大得多。
研究作者指出,爆炸在电离层中造成的扰动程度让研究团队感到意外。电离层扰动不仅会影响卫星导航,还会影响通信和射电天文学研究。今后随着“星舰”试射频率增加,其影响可能会变得更严重。(新华社)
相关论文:https://doi.org/10.1029/2024GL109284
兀鹫的年龄越大,生活方式越固化,朋友越少
如果你宁愿窝在沙发里看电视,也不愿在派对上夜夜笙歌,那么你可能和年老兀鹫惺惺相惜。一项8月20日发表于PNAS的研究表明,随着年龄增长,兀鹫的生活方式会逐渐固化,朋友更少,也更固定。
兀鹫(Gyps fulvus)是一种大型秃鹫,生活在地中海、中东和印度,翼展可达9英尺。对这种食腐动物而言,动物尸体的位置无疑攸关利害,但问题是,尸体过期不候,而位置难以预测。因此,兀鹫的栖息地便成为“信息集散中心”——发现尸体的兀鹫呼朋引伴,分享食物来源,并借此建立友谊。
兀鹫 | Pierre Dalous
研究人员利用GPS数据,追踪142只单独标记的兀鹫长达12年,交叉比对兀鹫年龄和它们栖息地、社交互动的变化。结果发现,年轻兀鹫会频繁更换栖息地,很少在同一个地方过夜,但鹫过中年后(6至15岁),它们的栖息地开始趋于稳定,大约一半的夜晚在同一处栖息地度过,老年后(>15岁)兀鹫则更为“恋家”。
此外,随着年龄增长,兀鹫的社交联系也会逐渐减弱。它们的密友数量不会减少——小时候有五个,长大后还是有五个。但兀鹫与小圈子之外其他个体的相处时间急剧下降,年长秃鹫大部分时间都和这些密友在一起,它们的行动也变得更加规律。
研究人员表示,随着年龄的增长,动物会更加安于它们已知的地点和日常活动,并可能在社会关系方面变得更加挑剔。对于兀鹫来说,这或许意味着更好地保护重要的栖息地,并利用社交互动获取信息,来降低中毒风险。
相关论文:https://doi.org/10.1073/pnas.2407298121
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