| 沙漠之虎 | 2021-05-03 10:14 |
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（图片说明：宇宙大爆炸历程示意图） 这个理论听起来有些难以接受，但它的确有着大量的理论支撑。大约一百年前，科学家们发现了宇宙是在膨胀的。随后有人反推后得出结论，那就是宇宙曾经聚集在一个点内，然后通过大爆炸形成，并且将膨胀的状态延续到今天。奇点，是通过爱因斯坦的广义相对论推导出来的一个概念，由于没有体积，奇点的密度无限大，温度无限高，时空曲率也无限大。 另外，作为描述相邻物质运动模式的雷乔杜里方程能够预测物质的轨迹是收敛还是发散，它也是大爆炸理论的佐证之一。  （图片说明：直到今天，我们的宇宙仍然在不断膨胀） 正是在这些理论向前的推导下，科学家们也更加相信了宇宙大爆炸理论。 大爆炸宇宙论的问题 但是，这里也有一个问题。根据爱因斯坦的理论，在奇点里或者接近奇点的状态下，我们已知的所有物理定律就会失效。然而，科学家们在继续推测时，又似乎发现物理定律不会瓦解，这就出现了矛盾。 正因如此，位于蒙特利尔的麦吉尔大学理论宇宙学家Robert Brandenberger才指出：“所以说，在讨论宇宙从大爆炸中诞生时，我们还真的无权说得如此肯定。” 同时，在讨论黑洞的奇点时，科学家们还会面临另一个巨大的矛盾，那就是广义相对论和量子力学之间的矛盾。这个矛盾我们已经并不陌生了，这也是爱因斯坦和玻尔之间辩论的焦点。  广义相对论是一种确定的理论，也就是说当我们知道某个天体在某时刻的相关参数，那么它在下一秒会如何运行就已经明确了。而量子力学则大不相同，在微观世界，即使我们知道足够多的参数，也无法判断一个粒子下一秒会出现在什么位置上，而只是知道它可能出现在哪些位置上，以及出现在某个位置的概率有多大，绝对无法保证它一定在哪里。 这就是广义相对论和量子力学之间的矛盾之一，而且在讨论奇点时，二者的矛盾也尤为明显。那么，科学家们是否有好的办法呢？ 量子修正  来自于加拿大阿尔伯塔省莱斯布里奇大学的理论物理学家Saurya Das和他的同事们对这个问题非常感兴趣，为了找寻这个问题的答案，他们找到了一个比哥本哈根学派更早的理论，那就是玻姆力学（Bohmian mechanics）。 在这个理论中，还有一个隐藏的变量可以影响微观粒子的诡异行为。和量子力学所提出的不确定性相反，该理论认为这个隐变量可以使得量子同时具有确定的位置和动量，也就是说可以用明确的轨迹线来进行描述。 正是利用了这个理论的形式，Das等人计算出了一个修正项，而这个修正项又可以包含在爱因斯坦的广义相对论中。  于是，惊人的结果出现了：当他们将时间延续到极长的尺度下后，竟然发现宇宙并不会被追溯到一个奇点，而是拥有着无限的过去。也就是说，这个理论的结果暗示我们：宇宙没有起点，它的历史没有尽头，是无限古老的！ Das表明：“我们的理论指出：宇宙的年龄或许是无限大的。” 理论验证 尽管这个理论结果令人震惊，但确确实实是他们推导出来的。而且，Das还发现，他们这个方程中的量子修正项还可以解释宇宙中的暗物质。 我们知道，宇宙中有一种暗物质，占宇宙总质量的85%左右。它们可以提供引力，但是不与可见物质发生其他相互作用，因此极难被我们观测到。而且不论是相对论还是量子力学，都没有阐释暗物质的本质是什么，而Das等人的研究在暗物质方面也有所贡献。  他指出，如果他们的理论是正确的，那么宇宙中可能就充满了由一种假设的粒子所组成的超流体，这种粒子可能是所谓的引力子，也就是可以形成引力的一种粒子；也可能是传说中的轴子，同样是一种存在于理论上但仍然没有被发现的神秘粒子。 研究团队认为，通过这个推论，我们就可以利用暗物质在宇宙中的分布情况，看它是否符合他们修正的量子理论所描述的超流体特性，来判断这个理论的正确性。“如果我们的结果与此相匹配，甚至仅仅是大致匹配，那就是一个足够好的消息了。”他说。 宇宙的起点 当然，这也不是唯一能够调和相对论与量子力学的理论。众所周知，目前最有希望统一它们的，就是弦理论了。  弦理论中有一个弦气宇宙学的分支，它也对宇宙的演化历程有过描述，认为宇宙曾经在相当长的一段时间里处于一个相对静止的状态。这一点非常特别，因为其他理论几乎都是认为宇宙曾经不止静止，甚至还有一段收缩的状态，在收缩到非常小的时候重新开始膨胀。 不论是哪种理论，不论奇点是否真的存在过，但这些理论都达成了一个共识，那就是我们的宇宙的确经历过空间非常小、物质非常密集、温度非常高的时期。 那么，当我们再往前追溯，宇宙到底有没有过那一次大爆炸呢？如果没有经历，那么宇宙在进入到这个收缩到极限的时期之前，又经历过什么呢？难道它真的拥有一个无限远的过去吗？  这些问题恐怕都将在相当长的一段时间里悬而未决了，也许我们需要从更高的维度才能理解这个宇宙的诞生和时空的概念，那这个答案的浮现恐怕真的要等到很远之后了。 人类第六感被科学家证实  人类第六感被科学家证实 第六感是标准名称“超感官知觉”（英文简称ESP）的俗称，又称“心觉”，此能力能透过正常感官之外的管道接收讯息，能预知将要发生的事情，与当事人之前的经验累积所得的推断无关。 有很多人比较相信人类的第六感，但是绝大多数人都觉得这是虚无缥缈的，其实人类的第6感已经得到了科学的证实，根据研究发现人类大脑可以感应磁场，并且会对磁场的变化做出非常强烈的反应。 科学家认为地球周围存在着一个较大的磁场，而这个磁场可以为密封鸟类的生物进行导航，可以有效地帮助他们在世界各地迁徙，但是人类究竟能否感应这个磁场，却一直未能发现。 尽管之前有很多人一直在这里研究，人能够感应到磁场，但是研究的结果却难以重复，所以说一直没能够得到确切的证据，不过这一次科研人员首次从神经科学层面获得到了证据表明，人类在一定程度上确实可以感应到磁场。 地球磁场如何影响地球生物？其实地球周围的磁场是由液态的地和运动产生的，而这也能够很好地解释指南针为什么会指向北方的原因，不过在地球的表面上次场是比较弱的。 在研究磁场的时候，科学家也已经通过研究，发现像是细菌，藻类等原生生物和各种动物，确实可以探测并且感应到地球的磁场，就比方说蜜蜂对地球的磁场非常的敏感，而人类也能够训练狗找到藏起来的条形磁铁。 其实科学家在一些软体动物的牙齿当中发现了生物性磁铁晶体，与此同时也发现在细菌和其他生物体内也有生物性磁铁精铁，其中就包括了人类的脑组织。可即便如此科学，家依然不认为人类可以感应磁场。 人类大脑可以感知磁场变化，通过法拉第笼，科学家做了一次实验，并且记录了34年参与实验者的脑电波活动。 实验的过程中，科研人员通过改变磁场与参与实验者的大脑相对方向，只是大脑并没有发出任何信号去移动头部，这个实验和人坐在车里的感觉是比较类似的，虽然说坐在旋转的车当中却依然能够感觉到空间位置和磁场发生了变化。 虽然说参与实验的人并没有明显的感受，但是脑电图就显示某些磁场变化，引发强烈回应，可以重复的大脑反应，而这一发现也被视为人类能够感应到磁场的有力证据。 那么为什么在做实验的时候都以失败告终呢？主要是因为人类的大脑会自动的过滤掉这些比较强的信号。 不同个体的“第六感”存在差异。其实参与实验的志愿者们根本就没有意识到磁场的变化，也没有意识到大脑会做出反应，只是在黑暗当中呆了一会，不过大脑的反应却有非常明显的差异性，有人的大脑是没有任何反应的，但是有的人在感受到磁场变化之后，α波减少到正常值的一半。 科学家在进一步研究的过程中提出是否能够训练人们感受到真正的磁场，从而加强第六感，不过科研人员猜测，人类的祖先应该是可以感受到磁场的，不过在进化的过程中慢慢的失去了。 多类型火箭建造中国空间站 蒋捷详细解释“三个火枪手”  数据地图：长征5 B火箭来源：中信。com。 作者郭朝凯 中国2021年航天发射预计将超过40次，全年发射次数和数量将达到新高。其中最引人注目的是多型号长征火箭联合发射的空间站建设任务。 长征5 B火箭将发射空间站核心舱，长征2 F火箭通过发射神舟载人飞船将航天员送入空间站，长征7号火箭将发射天州货运飞船。记者采访了中国人民政治协商会议全国委员会委员、中国科学院院士、中国航天科技集团第一研究院运载火箭专家蒋捷，详细阐述了建造中国空间站的“火箭三剑客”。 长五B火箭将首次完成应用性发射 空间站的建造是一个更加复杂庞大的系统，包括多次交会对接任务，需要火箭完成“零窗口”发射，需要火箭在预先计算好的时间和每分钟点火发射。这对新一代运载火箭长征5 B和长征7来说是不小的挑战。 根据计划，长征五号乙远程二号火箭将于今年上半年发射载人空间站核心舱，这也是长征五号乙火箭的首次实际发射。该任务是载人空间站关键技术验证阶段的基础，直接影响后续的货运飞船和载人飞船发射任务，是国家关注的问题，不能丢。 蒋捷说：“长征5 B是一级半火箭。它是世界现役火箭中唯一的(型)一级半直火箭。该系统简单，固有可靠性高。在研制中，克服了大推力直接轨道精密控制的技术难题，满足了有效载荷的高精度轨道要求。” 此外，长征五号乙火箭还采用了国内最大的整流罩，长20.5米，直径5.2米。在研制中，突破了大型整流罩的分离控制技术，满足了空间站舱的发射任务要求。  数据地图：长征2 F火箭来源：中信。com。 长二F火箭进入高密度发射阶段 今年将有3枚火箭进场，2枚火箭发射，1枚火箭值班。同时，为了保证宇航员100%的安全，长征二号F火箭还将执行应急任务，确保空间站的应急救援任务在紧急情况下能够第一时间执行。 为了适应和满足各种任务和后续任务的需要，长征二号F火箭进行了不断的改装和改进，以提高整个火箭的可靠性。与长征二号F远程十一火箭相比，远程十二火箭的108火箭技术状态变化中有72项涉及可靠性改进；姚13号火箭113次技术状态变化中，有77次涉及到可靠性提高。“长征二号F火箭飞行可靠性从0.97提高到0.98；同时，逃生系统也得到了适应性的改进，以进一步提高宇航员的安全性。”蒋捷说。 蒋捷说，2021年是载人空间站在轨建设的第一年，这是长征二号F火箭的重要里程碑。2021-2023年，长征二号F火箭预计完成7次发射任务，责任重大，也预示着长征二号F火箭将进入高密度发射阶段。  数据图：长征七号火箭 长七火箭将“窄窗口”发射天舟货运飞船 根据计划，长征7号远程3号火箭将发射天舟2号货运飞船，实现与轨道上核心舱的交会对接。由于载人航天任务的特殊性，火箭将采用“零窗口”发射技术。新一代运载火箭使用低温燃料，发射前流程复杂。特别是进入3分钟流程后，动力、控制、地面发射保障等系统项目较多，耦合严重。任何环节的任何问题都会导致错过启动窗口。 蒋捷透露，在空间站任务中，长征七号火箭采用了一种新的卫星导航计时和自校正出发时间的方法 在天州2号货运飞船的任务中，长征七号远程2号火箭将进行技术改进，如简化遥测参数和改进过渡段的涂层。为了进一步提高火箭系统和产品的可靠性，并从其他火箭质量问题中得出推论，长征七号远程三号火箭还将在火箭上和地面上改进产品的设计。 根据载人空间站建设规划，今明两年中国将陆续完成11项任务，并于2022年左右完成空间站在轨建设。“建造空间站的任务举世瞩目，同样的任务由多类型长征火箭执行，这也是中国航天史上的第一次。”蒋捷说。 如果没有磁场 太阳会变得无趣 资料来源：中国科学院紫金山天文台 中国第一颗综合太阳探测卫星——先进天基太阳观测站(ASO-S)正在紧张开发中。作为ASO-S的重要组成部分，全太阳矢量磁成像仪(FMG)的测量目标将是太阳物理中的“首次观测”——磁场。本文将着重探讨太阳磁场的变化以及FMG所扮演的重要角色。  如果没有磁场，太阳会变得暗淡。 —— EugeneParker 磁场 在地球上，我们手中的指南针可以根据地球的磁场结构很容易地给我们指明方向。地球磁场近似为偶极场，磁场强度约为0.5高斯。  地球的磁场结构。|图片来源：维基百科 但是如果把指南针放在太阳上(如果不会被高温融化)会怎么样呢？你会发现指南针在不同的区域指向不同的方向。即使在同一个区域，指南针在不同的时间指向不同的方向。究其原因，是太阳磁场比地球磁场复杂得多，始终处于变化状态。  太阳的不同区域有不同的磁场方向和强度。即使在同一个区域，不同时间的磁场也是不同的。图为不同时间太阳磁场的变化。|图片来源：NASA 活动区和安静区 太阳极其复杂的磁场也造成了许多引人入胜的显著特征，比如太阳黑子。太阳黑子是暗的，因为它的温度比周围低。太阳光球层的平均温度为5700K，而黑子的平均温度约为4700K。 典型的黑子通常由本影和半影组成。黑子会成对成群出现，形成活动区，是磁场的集中区域。活动区也是太阳磁场最强的区域，强度为2000~3000高斯。  有源区一般由正负磁极组成，由磁力线连接。太阳上的活动区域不是固定的，它有一个形成、演化和消失的过程。不同的有源区有不同的磁结构，从简单到复杂。 通过望远镜，天文学家可以观察到太阳表面简单偶极子活动面积增加的演化过程。磁流体力学(MHD)模拟显示，与活动区域相关的磁力线从太阳内部出现，向上扩展并穿过光球层、色球层、过渡区和日冕。  太阳偶极活动区磁浮现过程的MHD模拟。黑色区域为负，白色区域为正。|图片来源：陈、冯 太阳活动区以外的区域称为安静区。静区并不意味着没有磁场分布，而是那里的磁场很弱，强度在20~200高斯，磁场分布一般呈网状结构，所以也叫网络磁场。 随着望远镜空间分辨率和时间分辨率的提高，天文学家发现太阳上的安静区域并不安静。静区有许多与磁场变化有关的小尺度活动，如光球层中米粒的对流运动，色球层中针状体的运动和演化等。 太阳活动周期 19世纪40年代，德国药剂师、业余天文学家施瓦布发现，太阳黑子数经过长期观测，呈周期性变化。从太阳活动的高峰年到低谷年再到高峰年大约是11年。在太阳活动周期的高峰年，太阳表面可能有100个以上的黑子(太阳表面活动区多，太阳活动强烈)；在太阳活动的低谷年，太阳表面的黑子数量很少，有时几个月看不到黑子(太阳表面活动区很少，太阳活动稀少)。  太阳活动周(1749 -2020)。图像数据来源：silso数据/比利时皇家天文台2021 后来，在总结了之前的观测数据后，科学家将1755-1766年定义为第一个太阳活动周；第25个太阳周从2019年开始。  第24个太阳活动周。该图显示了在此期间太阳磁场的变化。蓝色代表负磁场，黄色代表正磁场。|图片来源：丽莎Upton-www.solarcyclescience.com 黑子对应的磁场也有一定的周期。在活动区，前面的黑子为前导黑子，后面的黑子称为跟随黑子，跟随黑子的磁场极性与前导黑子的磁场极性相反。 活跃在同一个太阳下 周，北半球活动区的前导磁极性趋向于是同一磁极性，南半球的前导磁极性趋向于是另一磁极性。在下一个太阳活动周，黑子的磁场极性发生反转。一个太阳磁活动周为两个太阳活动周，大约22年。在24太阳活动周，北半球活动区的前导极性为负极，后随极性为正极；南半球活动区的前导极性为正极，后随极性为负极。  在25太阳活动周，磁场极性发生反转，北半球的前导极性为正极，南半球的前导极性为负极。 太阳爆发 太阳活动区的浮现过程，以及剪切、旋转运动，会产生相关磁力线的扭曲、缠绕、甚至打结，从而聚集大量的自由磁能。自由磁能超过了一定的限制，便会释放出来，转换成热能、动能，从而触发耀斑和日冕物质抛射。  2013年，太阳喷发出的物质。| 图片来源：SDO/GODDARD/NASA/FLICKR 在太阳活动峰年，太阳爆发频繁，经常会产生大的耀斑或日冕物质抛射。太阳耀斑爆发释放巨大的能量，一次X级耀斑爆发能够释放1032尔格的能量，相当于数千万次强烈火山爆发的总能量。日冕物质抛射能够释放大量的物质，一次巨大的日冕物质抛射能释放数十亿吨的物质。 地基和空间观测 虽然人们对太阳的观测有着悠长的历史，但我们对它的真正深入理解则始于上个世纪初：  全日面矢量磁像仪 ASO-S三大载荷之一的全日面矢量磁像仪（FMG），与SDO卫星上的日震和磁成像仪（HMI）相仿，但具有相对更好的磁场测量精度，将用于全日面太阳矢量磁场的高时间分辨率、高空间分辨率和高灵敏度测量。  FMG系统共有三种工作模式：常规模式、爆发模式、定标模式。系统默认为常规模式，该模式下时间分辨率2分钟。在接收到外部指令后可以切换进入其它模式。外部指令有两个来源：一是ASO-S的其它两个载荷（HXI或LST）探测到太阳爆发现象时发来的指令，这时候触发FMG的爆发模式；另一个是观测者通过测控指令，要求FMG进入爆发模式或者定标模式。 FMG基于双折射滤光器，相较于日出卫星（Hinode）的Stokes参数仪，具有更大的视场、更高的观测效率和时间分辨率；相较于SDO卫星和SOHO卫星的磁像仪，观测模式简单，磁场测量灵敏度高。FMG观测的原始数据是偏振信号，需要将原始数据校正、定标、反演后才能获得矢量磁场数据。 ASO-S卫星成功发射后，FMG获得的矢量磁场数据不仅可以帮助我们更好地理解空间天气因果链中磁能的传输、积累和释放问题，也可以帮助我们深入理解耀斑和日冕物质抛射过程中的能量积累、触发、释放和传输机制，并为空间天气事件预报提供观测基础。 人类为什么要去月球建基地？ 北京时间3月23日，新浪网讯，人类登上月球已经50年了。20世纪六七十年代，阿波罗计划成功地将被束缚的人类带到了崎岖不平的月球表面，这是我们最近的天体邻居。  宇航员巴兹奥尔德林在月球表面行走1969年，当尼尔阿姆斯特朗和巴兹奥尔德林成为人类历史上第一批登上月球的宇航员时，人们梦想着未来的太空任务会更加令人兴奋。不幸的是，自20世纪70年代阿波罗17号任务以来，人类再也没有登上过月球，更不用说在其他星球的表面行走了。从那以后，机器人探测器偶尔会访问月球，但没有人会亲自去那里。事实上，在过去的50年里，宇航员离开地球最远的距离是去200到300英里外的国际空间站。  国际空间站地球上空的火星或月球 最近，火星任务吸引了很多人的注意力，人们热情地讨论人类将如何征服和改造这颗红色星球。然而，考虑到这项工作背后的后勤挑战，殖民火星可能是几十年后的事了。然而，再次踏上月球似乎是一项更容易的任务。这次，我们不会满足于短暂的月球之旅。相反，我们的目标是建立一个月球基地，宇航员可以在那里生活和工作几周、几个月甚至几年。  那么，我们为什么要在月球上建造基地呢？在回答这个问题之前，我们应该先搞清楚月球基地是什么。月球基地不是地球上车时的繁华大都市马立克如龙。事实上，月球基地更像是一个简单的前哨站，有一个实验室。科学家可以在这里工作很长时间，——，可能几个月，就像在国际空间站工作一样。 为什么要在月球上建基地？ 建造月球基地最有说服力的理由之一是，月球基地可以作为我们的训练场和集结地，为未来更雄心勃勃的任务做准备，比如火星殖民。 接近地球 月球平均距离地球约38.4万公里。所以月球基地可以是离我们最近的太空基地，方便我们执行其他更远的太空任务。 阿波罗计划可以使人类在三天内到达月球。另一方面，登陆火星可能需要几个月的时间。一旦发生什么事情，我们可以在短时间内到达月球，这使我们能够在地球上迅速部署救援任务。  从地球到月球，几乎实时通信只需要三天 我们和宇航员之间的通信依赖于电信信号。这些电信信号是以光速(约30万公里/秒)传播的电磁波。粗略估计，电信信号从月球传输到地球大约需要1.3秒。电信信号从火星传到地球可能需要5分钟到20分钟。相比之下，与月球宇航员沟通的这一点点延迟根本不是问题。仅仅一两秒钟的延迟几乎不会影响我们与地球上月球宇航员的实时定期音频或视频通信。 了解人体如何适应空间环境 作为一个物种，如果我们想在地球之外的宇宙中建立一个新的家园，我们可以把月球作为我们的第一块踏脚石。登陆月球并在那里长期停留，可以帮助我们为殖民其他星球(比如火星)做好准备。长期生活在月球上，可以帮助我们了解人体在低重力环境下的行为和反应。我们可以更好地理解我们在月球上的生活将如何影响我们的健康、睡眠和精神状态。月球基地上的生命也可以为我们研究人类在几乎没有大气、温度变化剧烈的外星天体上的适应性提供一些线索。 月球基地也可以作为理想的天文台。由于月球自转缓慢，太阳下的观测可以持续几个地球日。NASA的阿耳忒弥斯计划是人类重返月球的任务之一，备受期待。 美国宇航局登月计划——阿尔特弥斯计划 2019年，NASA宣布了一项雄心勃勃的登月计划：阿尔特弥斯。该计划的长期目标之一是建立月球基地。美国宇航局已经决定在2024年将人类送上月球，其中包括第一位登上月球的女性。  20世纪60年代的阿波罗登月任务都是短暂的。这些任务在证明人类有登月的技术能力上更有意义。21世纪的阿尔特弥斯计划会更详细。美国宇航局计划让宇航员在月球上停留几周。 NASA强调，阿耳忒弥斯的目标之一是将月球变成其他更大任务的聚集地，例如火星殖民任务。从财务角度来说，登月比登陆火星便宜。 通往宇宙的大门 阿耳忒弥斯项目最引人注目的特点之一就是发射月球门户。我们可以把它当作宇航员往返月球的中间平台。月球入口将是月球轨道上的前哨站，可以为月球表面的基地补充食物、燃料和其他必要的物质，以延长宇航员在月球基地的停留时间。月球入口的另一个优点是 果位置合适，我们可以从这个门户发射更加深远的太空任务！ 月球基地的全球竞争 美国不是唯一一个希望在月球上建造基地的国家。印度、日本、俄罗斯和加拿大的航天机构也各自制定了未来的月球任务。 数百万年来，皎皎明月照亮了地球上的黑夜。未来，月球将成为人类太空探索任务的发射站。我们的月球，不仅照亮了黑夜，也将照亮人类未来的生存之路，帮助人类在太阳系其他未被探索的行星上继续繁荣发展。 世界之大，无奇不有！ |
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