“天宫二号”空间实验室开展十余项科学实验和项目

<正>2016年9月15日,中秋月圆夜,"天宫二号"成功发射。作为中国第一个真正意义上的太空实验室,"天宫二号"搭载了用于捕捉伽马射线暴的"天极"望远镜、有望实现10~(-16)量级的超离精度的"空间冷原子钟"、观海探气样样精通的宽波段成像光谱仪等十余项高精尖科学装备,并将开展"空间冷原子钟"实验、液桥热毛细对流实验、高等植物空间培养实     

数字

正24欧洲航天局的科学家刚刚使用哈勃空间望远镜拍下一张美妙绝伦的猴头星云照片,以庆祝这台重要天文仪器的24岁生日。长期以来,地基天文望远镜一直受到大气层波动、光污染、通信污染等影响,难以在地球表面直接获得最真实、可靠的天文资料。1990年4月,哈勃望远镜进入太空轨道,直接在宇宙中观测宇宙,迈出了人类探索深空的一大步。至今24年来,哈勃空间望远镜成为人类最成功、最长寿的空间探索项目之一,它为地球发回了数十万张照片,帮助科学家了解了宇宙的年龄、辨别类星体以及确认了暗物质的存在等等。     

氢铷原子钟同步应用于北斗三号

<正>日前,我国采取一箭双星方式,成功发射了北斗三号第三、四颗组网卫星,这两颗卫星上均装载了一台高精度铷原子钟和一台星载氢原子钟,技术指标达到国际先进水平。作为导航卫星的"心脏"之一,高性能的星载原子钟对导航精度起到决定性作用。相比北斗一期、二期工程中单纯采用铷原子钟,这次北斗三号导航卫星不光铷原子钟的体积更小、重量更轻,技术性能大幅提     

中国首次火星之旅

正火星,这颗赤色星球,古往今来都充盈着迷人色彩。它是太阳系中距离地球较近、自然环境与地球最为类似的行星之一,一直以来都是人类深空探测的热点。从1961年至今,人类已实施火星探测活动达44次,但成功和部分成功的任务一共仅有22次。火星距离地球的最远距离为4亿千米,最近距离为5 500万千米。由于地球和火星的公转周期不同,两个行星大约每两年"相遇"一次,即地球与火星之间的距离较近。在"相遇"期间,从地球上发射火星探测器可以缩短抵达火星耗时,节省燃料,从而降低"探火"成本。     

詹姆斯·韦伯太空望远镜

<正>1990年4月24日,"发现号"航天飞机从美国肯尼迪航天中心发射升空,将"哈勃空间望远镜"送上了近地轨道。浩渺宇宙的万花筒,从此展现在人类面前。它让人类的双眼第一次目睹宇宙深空的缤纷景象,给我们带来了距离地球130亿光年之外的信息,这几乎就是时间的尽头了。138亿年前宇宙大爆炸的起始点似乎就在不远的前方,揭示大爆炸的真相,是天文学家们梦寐以求的课题。但"哈勃"已然接近暮年。如今,继承者来了。     

“旅行者”探测器的奇幻历险

<正>一项初始计划仅为四年的"旅行者"空间探测任务成就了迄今仍在运行、时间跨度长达几十年之久的星际之旅。就"旅行者"1号而言,到2025年左右可能因动力耗竭而停止工作,再也无法向地球传送数据。然而在运行期间,它们向人类呈现的结果既前所未有,又令人兴奋。当1977年"旅行者"1号、2号空间探测器相继发射之时,国际上围绕深空探测计划开展已近20年了:1957年10月,前苏联发射了第一颗环绕地球     

深空网 与飞行器对话

2001年4月28日,一个微弱的电波信号从遥远的冥王星轨道以外送至地球。经查证;该信号是美国宇航局发射升空的“先锋10号”宇宙飞行器试图与地面控制中心取得联系而发出的。其微弱程度令人吃惊,因为它的功率小到甚至无法点亮极小的灯泡。那么,科学家是怎样辨别出这则信息的呢?这要归功于一种非同寻常的接收天线——深层空间网（简称“深空网”）。     

能源“核未来”是梦魇还是天堂

深空航天遭遇"能源尴尬" 在寒冷、黑暗、空寂的太空中,旅行者一号已持续飞行了36年.它越过了太阳系的所有行星,来到了距离地球180亿千米的太阳系的边缘.假若它搭载的仪器还能继续工作,我们将"追随"它进入寒冷的星际空间.那是一个虚空而神秘的世界,人类的探测器此前还从未到达过那里.从那里看太阳,太阳仅仅是天空中一颗明亮的星星而已. 离太阳那么远,太阳能电池失去了用武之地,所以旅行者一号只能依靠自己携带的能源,它是核武器制造业的副产品钚-238.这种材料在它衰变的过程中产生热能,这些热能被旅行者一号上的放射性同位素热电发电机转变成了电能,于是它便得到了持续不断的能源供应.科学家们推测,在未来10年里,旅行者一号还会向地球发回数据,直到它最终消失在没有尽头的虚空之中.     

封面说明

正研究行星地球系统的形成和演化是地球科学的核心使命.国家自然科学基金委员会地球科学部在2020年制定"十四五"和中长期发展战略规划的关键年,围绕"地球宜居性"主题,以国家深地、深海和深空探测计划为支撑,以地球系统科学理念为指导,全面加强地球科学发展战略顶层设计,积极贯彻科学基金改革要求.     

在九十年代把彗星物质取回地球

国家航空航天局已经着手制定一项近期空间任务:把从四个不同彗星上收集的彗星的尘埃和气体的样品送回地球.美国的"取回多彗星样品"飞行将是美国首次广泛利用空间站回收能力的深空任务.在1995年至2005年期间,国家航空航天局空间站的回收能力可以做到把从D＇Arrest,HMP,Giacobini-Zinner和Tempel-2彗星收集的物质取回来.     

科学大洋钻探回顾与展望

本文回顾了科学大洋钻探40多年的发展历程,综述了大洋钻探计划的重要科学成就,展示了新世纪IODP大洋钻探将使用多个钻探平台,采用新的以地质作用为导向的研究方法,着重研究三个大的科学课题:深部生物圈与洋底下的海洋;环境变化,过程和结果;固体地球循环和地球动力学。地球正在“变小”,人类要改善与她的关系。IODP将为我们提供可能的信息。     

精密度的追求

锁模飞秒激光产生的光频梳完全革新了光频率的计数技术。有了它们，只需要一步就可以将光学频率和微波频率连接起来，它们还提供了长期缺失的光学原子钟的钟表机构。通过扩展时间和频率的度量衡学的极限，它们使基本物理定律新的检验成为可能。通过用铯原子钟的微波频率对氢原子和其他原子的光学共振频率的精密比较，将确定基本物理常数可能的缓慢变化的灵敏度极限。光学高次谐波的产生将频梳技术扩展到极端紫外，开启了精密激光光谱学新的光谱领域。频梳技术也通过对超快激光脉冲的电场的控制成为阿秒(attosecond)科学的关键。     

照亮地球深部的“明灯”——高温高压实验

地球是人类赖以生存和发展的家园,相对于其表层系统(大气圈、水圈、生物圈),人类对地球深部的认识仍然非常有限。地质学/地球化学方法通过研究地表出露的来自地球深部的岩石矿物和来自外太空宇宙的陨石等样品,来推测地球内部物质的性质。地球物理方法则利用地震波来探测地球内部的结构。半个多世纪以来兴起的高温高压技术,使得科学家能够在实验室中模拟地球内部的极端压力和温度环境,同时结合各种现代化分析测试手段,对岩石和矿物在极端高温高压条件下的性质状态进行原位研究,极大地促进了我们对地球内部的物质组成和结构的认识。因此,高温高压实验技术已经成为人类探索地球深部结构和物质组成的“明灯”。     

生物钟与光周期响应

浩瀚宇宙中,地球自转的同时围绕太阳的公转导致昼夜交替,四季更迭,风物长新。正因如此,地球生命赖以存在的自然环境中的光照、温度、水分(湿度)、食物(营养)等环境因素也会发生相应的周期性变化。生物体只有适应环境节律性变化带来的生存压力才能保证种族的繁衍。所有的环境适应性中,生物体对光周期的适应最为重要。处于地球上不同纬度的生物,在一年之中感受到光强、光质和光照长度的节律性变化,会在最适的时间选择适宜的环境完成生长、发育和繁殖过程。在漫长进化过程中产生的生物钟调控机制,可以帮助生物体整合并预测内外环境信号近24小时节律性变化,进而通过调控机体生理生化和新陈代谢过程提高环境适应性。生物学家一直关注生物钟与光周期现象,相关领域已有许多重要研究成果表明生物钟参与调控动植物的光周期响应。     

北极研究，从梦想走向辉煌

走向南极和北极,是多少代中国人的两大梦想。1984年,中国第一次南极考察,将走向南极的梦想变成现实,并延续成长达28年的美丽画卷。然而,虽然北极距离中国更近,但走向北极的梦想实现起来要困难得多,北极科学考察的起步整整晚了11年。今天中国的北极研究与南极研究一样,正在走向辉煌。     

古海洋中奇妙的微亮晶碳酸盐岩

微亮晶(臼齿构造)碳酸盐岩是一种奇妙的岩石类型,在中-新元古代的古海洋碳酸盐岩沉积中占重要地位。广泛分布在中国、北美、澳大利亚、北欧、西伯利亚、西北非、印度等元古界地层中。近年, 前寒武纪研究有了可喜的进展,特别是全球事件、地层及古大陆再造研究的深入,使微亮晶碳酸盐岩（Molar Tooth Carbonates）” 成了研究中-新元古代的火力交叉点[1]。随着700Ma以前的Varanger/Marinoan全球冰期的到来,微亮晶碳酸盐岩则突然消失。其发育和衰退关系到地球生命起源和海洋碳酸盐岩沉积地球化学的突变,是解决前寒武纪生物学和地球化学事件的关键。 因此,微亮晶碳酸盐岩已经成为探索早期地球海洋环境和生命起源以及元古代国际地层对比的重大地质事件。联合国教科文/国际地科联的IGCP447项目[2]对元古代臼齿构造碳酸盐岩和地球演化进行了较详细地研究,特别是在其成因和用于全球古大陆地层对比方面取得了突破性进展。     

海森伯：执着与顽固

沃尔纳·海森伯是20世纪最伟大的物理学家之一,他也是属于20世纪最有争议的人物之一。在刚刚20岁时,他就已经是少数几个很有才华的青年人之一,他们创立了量子力学,即原子的基础物理学;他也成了核物理学和基本粒子研究的领袖人物之一。他最著名的成就是测不准原理,那是关于量子力学之意义和应用的所谓哥本哈根诠释的一个部分。     

研究和控制整合混沌的方法论

本文运用超耦合概念和“对称－整合”思维模式，通过对随机性与规则性，参数空间结构，变量的离散与连续，主动或被动控制，标度行为，深层复杂性，特定规律性和简单关系的阐述，探讨了研究和控制整合混沌的方法论。     

月球巨撞击起源的最新模拟

月球的起源与地球有密切关系。自1880年提出月球是从地球分裂出去的假说以来,科学家们提出了多种假说。近30多年来流行的是巨撞击假说,认为有颗称为忒伊亚(Theia)的星体撞击原地球,抛出的物质很快聚集形成地球的卫星--月球。行星形成过程的观测和理论研究确信地球吸积晚期经历过巨撞击,而月球的探测资料提供其起源的约束,计算机模拟方法的发展可以量化地跟踪撞击演变过程,得到符合约束的合理情况的可能范围。介绍三种最新的最佳模拟及其结果,虽然有所不同,但在很多关键问题上取得了重要进展,并得到一些普遍的结论。解决了地球和月球起源的基本问题,但还需要进一步研究遗留的或可能提出的新问题。     

金属玻璃的过去、现在和未来

金属玻璃(又称非晶合金)是一类原子结构长程无序、短程有序的金属材料。它是通过急冷、高压、强变形、先进制造等现代技术工艺以及熵或序调控理念合成的，兼具金属、玻璃、液体、固体和软物质等物态特性的新型金属材料，也是玻璃家族的新成员。金属玻璃突破了金属材料原子结构有序的固有概念，颠覆了传统金属材料从成分和缺陷出发设计和制备的思路，把金属材料的强度、韧性、弹性、抗腐蚀、抗辐照等性能指标提升到前所未有的高度。它对金属材料的研发、结构材料、绿色节能、磁性材料、催化、信息等领域产生深刻的影响，同时催生了准晶、高熵合金、复杂合金、高熵金属玻璃、非晶基复合材料等新金属材料体系，彻底改变了古老金属和玻璃领域的面貌。金属玻璃的发明和研究虽然只有不到百年历史，但已经在军工航天等高技术、绿色节能、信息电子器件、催化、防腐等领域有广泛的应用，也为研究材料科学、凝聚态物理、复杂体系中一些重要科学问题提供了独特的模型体系，并成为凝聚态物理的一个重要分支学科。文章回顾了近百年来金属玻璃研究和研发的历程，分析了当前该领域的前沿科学问题、发展方向、重要进展、机遇和挑战，以及在高新技术领域的应用，并探讨了金属玻璃及其相关领域如地外玻璃的发展前景。