2021年2月25日环球科学要闻

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                                2021年2月25日环球科学要闻
                               
                                构建高精度的数字孪生地球；陨石坑中的小行星尘埃支持恐龙“小行星灭绝论”；FAST望远镜捕获三例新的高色散快速射电暴；剖析石墨烯超导状态电子行为……
                               
                               
· 计算机 ·
构建高精度的数字孪生地球


图片来源：欧洲航天局（ESA）

为了确保由欧盟发起了两项计划——绿色协议（Green Deal，在2050年实现欧洲地区“碳中和”）和数字化战略（DigitalStrategy）顺利实现，气候学家和计算机科学家发起了“目的地地球倡议”（Destination Earth initiative）项目。这一项目旨在建立一个全面和高精度的数学孪生地球，在空间和时间上精确监测和模拟气候发展、人类活动和极端事件等，预计从今年中期开始执行，并运行长达10年时间。这一项目由欧洲中期天气预报中心（ECMWF）、欧洲航天局（ESA）和欧洲气象卫星开发组织（EUMETSAT）联合推动。近期发表于《自然·计算科学》的研究揭示了实施这一项目的具体措施、可能的挑战和解决方法。由这一数字孪生地球构成的庞大信息系统，将能开发和测试更可持续发展的情景，帮助更好地制定环境政策。


· 古生物 ·
陨石坑中的小行星尘埃支持恐龙“小行星灭绝论”


研究人员在分析2016年取回自希克苏鲁伯陨石坑内的样本。图片来源：University of Texas at Austin

自1980年代以来，科学家在白垩纪地层中发现了大量小行星尘埃（含有标志性的铱元素）。由于铱元素在地壳中很少见，在某些类型的小行星中含量较高，因此主流假设认为，恐龙灭绝是小行星撞击，而非火山喷发或其他全球性灾害造成的。上世纪90年代，墨西哥湾下方发现了直径约200千米的希克苏鲁伯陨石坑（Chicxulub impact crater），加强了小行星撞击和恐龙灭绝之间的联系。据一篇发表于《科学·进展》上的新研究，研究人员从海底的陨石坑中采集了近914米的岩心，在陨石坑环形峰顶部取回的岩心内发现了高含量的铱元素。这一结果证实陨石坑中存在大量小行星尘埃，并进一步确定在6600万年前，一颗直径10千米的小行星撞击地球，导致了地球上75%生物的灭绝，包括所有的非鸟类恐龙。


· 天文学 ·
FAST望远镜捕获三例新的高色散快速射电暴

快速射电暴（Fast Radio Burst，FRB）是一种持续约千分之一秒的神秘宇宙射电信号，其宇宙学起源的确认至今不到5年。以国家天文台牛晨辉博士为主的团队在FAST海量数据中搜寻出3例新的高色散快速射电暴。结合去年发表的FAST首例新FRB，这些发现预示了在FAST高灵敏度下每天可探测的FRB多达12万个。FAST探测到的这几例FRB事件具有流量通量低，色散值高的特点，填补了FRB的Fluence-DME相图中空白，补充验证了Fluence-DME反相关的关系。结合模拟计算表明，FAST探测的FRB样本可以延展到红移z>3，并且其色散分布将能约束FRB的本征光度函数，从而帮助我们揭开此类暴发现象的神秘面纱。目前论文已经被《天体物理学快报》接受，并公开在预印本网站上。（国家天文台）


· 物理学 ·
剖析石墨烯超导状态电子行为


图片来源：JC Charlier，UCLouvain（比利时鲁汶大学）

石墨烯是一种由碳组成的二维材料，与传统三维材料不同，其高度方向降低到了原子的极限尺寸，类似于一个碳原子平面。当两层石墨烯以1.1°叠加时会产生莫尔效应，同时，这一状态下的双层系统将出现惊人的超导电性，该角度被科学家们称为“魔角”。近日，在发表于《自然》杂志上的一项研究中，科学家深入剖析了“魔角”石墨烯超导状态下的电子行为。他们利用纳米拉曼技术，结合原子模型构建，有效地对小扭转角下，超晶格的电子和振动状态的局部密度进行了评估，并追踪了与超导性出现相关的电子-声子耦合行为的变化。这一工作提供了一种强有力的工具，未来可用于表征或进一步研究扭角现象和其他原始石墨烯中所没有的奇异现象，例如铁磁性、反常量子霍尔效应等。


· 人工智能 ·
能回溯过去并解决复杂任务的先进AI

强化学习（reinforcement learning）是近年较热门的AI训练方式之一，通过让人工智能探索环境，获得奖励，从而建立对外部环境的内部表征（representation）。然而在日常的生活环境中，反馈（包括奖励和惩罚）并不经常出现，让AI在这种环境中进行强化学习会造成极低的训练效率。在刊登于《自然》上的新论文中，OpenAI的研究人员设计了“Go-Explore”人工智能算法，能在全面探索环境的同时构建一个智能“档案库”，高效“记住”探索过的区域，同时评估这些区域的“成功概率”。这样，即使在没有频繁奖励的情况下，Go-Explore也能规划出最可能通往奖励的路径。在《玛雅人的冒险》等游戏中，Go-Explore的得分超过了人类均分，而此前的AI算法在该游戏中得分为0。


· 天文学 ·
天文学家首次发现超致密恒星“胚胎”


图片来源：ASIAA/Wei-Hao Wang/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Tie Liu/Sahu et al.

天文学家使用麦克斯韦望远镜（JCMT）和阿塔卡玛大型毫米及亚毫米波阵列（ALMA），首次在猎户座巨分子云中发现了超致密恒星“胚胎”及恒星“胚胎”的分裂。年轻新生恒星（如太阳）诞生于分子云中，分子云中最稠密的可能形成恒星的区域被称为“星前云核” （prestellar cores）。理论认为，“星前云核”会凝聚出超致密的结构，在1000天文单位尺度内粒子平均密度达107cm-3以上，即恒星的“胚胎”。从2018年起, 上海天文台刘铁博士领衔的ALMASOP团队利用ALMA对猎户座23个星前云核进行了超高分辨率（~100倍天文单位）的观测，系统探测了它们的内部结构。ALMASOP项目组天文学家首次在其中5个星前云核中发现了超致密的“恒星胚胎”，并发现其中的一个“恒星胚胎”G205.46-14.56M3正在分裂形成一对“双胞胎”恒星。该工作近日发表在《天体物理学快报》上。（上海天文台）


· 细胞生物学 ·
运动有益于骨健康和免疫力的原因


图片来源：UT Southwestern Medical Center

骨髓微环境促进新骨生长和制造免疫细胞，但随着年龄增长，骨髓微环境的改变会影响骨骼和免疫功能。据一项发表于《自然》的新研究，运动时的应力反应可有效维护骨髓微环境，增加骨强度和免疫功能。小鼠实验显示，行走或跑步时的应力可被成骨细胞表面的Piezo1受体感知，经成骨细胞及周边小动脉传导至骨髓。研究人员观察到在骨髓小动脉血管周围存在的、产生骨凝集素的LepR+细胞亚群能合成干细胞因子（SCF），维持附近的淋巴祖细胞形成。当敲除Piezo1后，小鼠的免疫和成骨功能会明显减弱。这一研究为运动对骨健康及免疫力的益处提供了明确阐释。


· 新冠疫情 ·

截至北京时间2月25日10时，据约翰·霍普金斯大学最新统计，全球累计新冠确诊病例112513463例，死亡病例2495881例。新增确诊病例427496例，新增死亡病例12385例。

兰州大学西部生态安全省部共建协同创新中心实时引入190多个国家的最新数据，综合考虑当地的温度、湿度、防控措施等，逐个建模，预测未来每日、每月、两个季度及突发疫情新增确诊病例，每10天更新一次，面向全世界免费开放。该系统自2020年5月上线以来，已实现对全球190余个国家新增病例的预测。

2月24日0—24时，31个省（自治区、直辖市）和新疆生产建设兵团报告新增确诊病例7例，均为境外输入病例（上海3例，天津1例，山东1例，广东1例，四川1例）；无新增死亡病例；新增疑似病例1例，为境外输入病例（在上海）。

31个省（自治区、直辖市）和新疆生产建设兵团报告新增无症状感染者9例（均为境外输入）；当日转为确诊病例1例（为境外输入）；当日解除医学观察20例（境外输入13例）；尚在医学观察无症状感染者279例（境外输入256例）。

文：罗丁豪、王昱、石云雷、周郅璨、韩佳桐、张玉、周琪
编辑：罗丁豪、杨心舟、石云雷