叶军领衔新突破，超精密核钟新时代启幕；手机辐射会导致脑癌吗？最新研究结果出炉 丨 科技周览
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2024-09-07 09:10
北京
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/s41561-024-01514-18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。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特 别 提 示
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