地磁尾三维磁重联结构中磁零点的观测证据

磁重联是等离子体中的基本物理过程之一，在地球空间暴（磁暴、磁亚暴）和太阳风暴（包括耀斑、日冕物质抛射等现象）等能量爆发过程中起着关键性的作用。磁零点是磁重联的发生点，磁力线在此断开和重新联接。理论上磁零点是一个磁场为零的孤立奇异点，在三维空间的测度为零，迄今还没有其存在的直接观测证据。北京大学地球与空间科学学院濮祖荫领导的“双星-Cluster”国际合作研究小组（包括中科院国家天文台、北京大学、大连理工大学、中科院空间科学与应用研究中心、中科院等离子体物理研究所以及美国、德国、英国、法国、荷兰合作者），基于Cluster卫星的四点观测数据，利用微分拓扑学的方法，首次观测到磁零点存在于磁重联中心区域。他们发现磁零点周围的磁力线存在螺旋结构，     

唐籍所载二十八宿星度及“石氏”星表研究

唐籍所载星表研究的中心问题是星表的观测年代。该文考查了历代星官组织规模的发展过程，以及唐籍中二十八宿和石氏星官星度数据的演变及其相关的记载，发现《开元占经》所载二十八宿星度是当时的观测结果，认为应将“石氏”星表的观测视为唐代早期天文学上的一项重要成就。该文还对以往流行的用岁差原理结合数理统计等数学方法推算“石氏”星表观测年代的研究方法作了检验，并讨论了其所以不可靠的原因。文中对唐宋星表观测误差分组现象也作了解释。     

美宇航局发布最亮超新星数据

正1987年,天文学家在银河系附近的一个小型星系中观测到超亮的超新星爆发,其瞬间释放的能量超过了太阳1亿倍。美国宇航局如今对外发布了关于此次超新星爆发令人惊叹的最新数据。这颗代号SN1987A的超新星是400多年来爆发出最明亮的一次超新星事件。在此次发布的数据中,包括一些非常壮观的图像、视     

机器学习与科学发现——以AI-Einstein为例

机器学习尤其是深度学习广泛地应用于科学实践的各个领域和环节，但其在数据密集型学科带来的“科学新发现”，只能获得存在于数据中的已知概念之间的关系，而试图用机器学习重现科学史上新概念和新理论发现过程的“科学再发现”研究，也因为使用模拟出来的数据而成为后知之明；作为“曲线拟合”的机器学习常被认为不能带来“真正”的科学发现和概念创新；通过对19世纪关于光的传播和寻找以太相关的观测和实验数据进行挖掘并用机器学习建模，发现当同一类问题的数据和理论之间出现冲突时，“曲线拟合”方法至少可以帮助带来科学概念的转变，提示新知识的出现。     

太阳风暴及其影响

去年以来,各种新闻媒体多次报导太阳风暴事件。今年4月,又发生了一次剧烈的太阳风暴,导致无线电通讯受阻。到底什么是太阳风暴？它对地球有哪些影响？本文将简要介绍这些问题。太阳风暴实际上是指太阳活动引起的太阳光辐射和粒子发射增强的现象,俗称太阳风暴。它不是科技术语,它与科学术语“太阳风”(solar wind)是两回事。太阳风是指太阳最外层大气永不停止向外膨胀的稳定现象,太阳风暴则是太阳活动引起的偶发事件。因此,要理解太阳风暴,就得从太阳活动讲起。肉眼看到的太阳似乎完美无缺,洁净无瑕,但实际情况并非如此。借助各种专门的太阳望远镜进行观察,就可发现太阳表面常在一些局部区域出现某种特殊现象,或者说发生一些事件,即所谓太阳活动现象。例如在太阳的低层大气(光球层)中出现成群的太阳黑子和光斑,在高层大气(色球和日冕)中出现日珥和谱斑,有时发生太阳耀斑和日冕物质抛射等现象。黑子是日面上的暗黑斑块,它们的本质是太阳表面的局部强磁场区(磁场强度为几千高斯),且具有复杂的磁场极性分布。但黑子区的温度比周围低,显得暗黑。光斑是光球层的高温区,谱斑是色球层中的高温区。日珥是突出于太阳表面的火焰。耀斑则是太阳大气中大规模的能量释放现象,就是太阳爆发,是最剧烈的太阳活动现象。日冕物质抛射也是另一种形式的剧烈太阳活动。黑子、光斑、谱斑和日珥等活动的空间尺度一般为几万至十几万公里,寿命为几天至十几天。日冕物质抛射涉及的空间尺度更大,但持续时间较短。太阳耀斑区的大小约为几千至几万公里,持续时间只有几分钟至几十分钟。耀斑发生时,从耀斑区发射出很强的光辐射(主要为X射线和紫外波段),以及高能粒子流(主要为质子和电子)和低能等离子体。一次耀斑释放的总能量可达到10³²至10³³尔格。太阳耀斑是各种太阳活动现象中对地球影响最大的现象。观测表明,上述各种太阳活动现象倾向于发生在以黑子为中心的局部区域中(称为太阳活动区)。因此一般来说,当太阳上的黑子群和黑子数目较多时,其他各种活动现象也增多。换句话说,可以用黑子群和黑子多寡来代表太阳活动的平均水平。通常用所谓黑子相对数来代表每天的太阳活动水平。黑子相对数定义为R=10g+f,其中g和f分别代表当天日面上的黑子群和黑子数目。人们通过长期观测发现,黑子相对数R的年平均值具有11年左右的周期性变化。年平均值极小的年份表示该年日面上很少出现黑子,因而其他各种活动现象也不多,这样的年份称为太阳活动极小年。反之,R的年均值极大的年份,意味着该年日面上太阳黑子和其他活动现象频繁和剧烈,称为太阳活动极大年。相邻两次极小年之间的时间间隔(11年左右),称为一个太阳活动周。国际上统一规定从1755年极小年起算的太阳活动周为第一周。目前我们正处在从1996年开始的太阳活动第23周。它的极大年在2000年附近,因此从去年至今,日面上经常出现很多大黑子,太阳风暴也经常发生。宏观上稳定的太阳为何会出现太阳活动现象,一直是太阳物理学家的重点研究课题。目前认为太阳活动系起源于太阳内部的原有弱磁场(许多天体,包括恒星和行星都有磁场)与太阳自转相互作用的结果。太阳自转很特殊,即赤道区的自转较快(约27天转一周),两极区较慢(约34天转一周),称为较差自转。理论研究表明,正是这种较差自转能够把太阳内部的微弱磁场拉伸放大,形成管状的强磁场,称为磁流管。因磁流管具有磁浮力,会逐渐向太阳表面升浮。当这些磁流管升浮到太阳表面时,与太阳表面碰撞,并拱出表面,在那里形成局部强磁场区,就是太阳黑子。而光斑、谱斑、日珥、耀斑和日冕物质抛射等其他活动现象,则是黑子区的强磁场与太阳等离子体相互作用的结果。太阳活动具有11年左右的周期,也可以用太阳发电机理论予以解析。地球实际上是浸泡在太阳光辐射和粒子流(太阳风)当中,因此地球附近空间环境的主要特征在很大程度上是由太阳光辐射的能谱(辐射强度随波长的变化)和粒子流的能谱(粒子流量随粒子能量的变化)确定的。太阳稳定的光辐射和粒子流确定了地球附近空间环境的定常状态。例如,在太阳X射线和紫外线的作用下,地球大气中形成了电离层和臭氧层,而太阳风则把地磁场压缩成彗星的形状(称地磁层),并在其中形成了内、外辐射带,它们是被地磁场捕获的太阳粒子的集中区。在此基础上,太阳活动产生的光辐射(主要是X射线和紫外线等短波辐射)和粒子流发射增强,就构成了对定常状态的扰动,产生了各种异常现象,也称为地球物理效应。太阳活动对地球的影响,最严重的就是太阳上发生耀斑时产生的一系列地球物理效应。最先是耀斑产生的X射线和紫外线(特别是其中波长为1～10埃的X射线)于8分多钟后到达地球,使地球电离层中最低层(D层)的电子密度突然增大,从而使无线电通讯中依靠更高电离层(E和F层)反射的短波(波长约10～50米)在其通过D层时受到严重吸收,造成通讯信号减弱,甚至中断。这一现象也称为电离层突然骚扰^*。耀斑发射的高能粒子流(其主要成分为质子)一般于耀斑发生后几小时至十几小时到达地球附近。这些粒子的能量很大,将对人造卫星和宇宙飞船等航天器造成损害,甚至殃及宇航员生命。1991年3月,太阳的几次大耀斑发射的高能粒子流,曾损坏了日本广播卫星的电池板,造成供电不足,使其3个频道中的一个不能工作。欧洲海事通讯卫星MARECS-A也因表面带电引起局部弧光放电,损坏了太阳能电池板,使其功率下降而退出服务。1990年11月初的太阳耀斑发射的高能粒子流也曾使我国的“风云一号”气象卫星受到轰击,造成计算机程序混乱,无法控制卫星姿态,导致卫星在空间翻转。高能粒子流伤害宇航员的事故尚未发生,然而地面实验室的模拟表明,太阳耀斑发射的高能粒子流将会对进行太空行走的宇航员造成伤害,即使对在航天器中的宇航员,也会造成相当严重的危害。因此,应当尽量避免在太阳活动强烈时期进行航天(特别是载人航天)活动。为了避免危险,载人航天器一般都在内辐射带高度以下(低于800公里)飞行。这样可以在一定程度上受到辐射带的保护。甚至在高纬和极区附近飞行的高空飞机,由于那里没有辐射带的保护(地球辐射带的纬度范围只有±70°),也会受到耀斑发射的高能粒子的轰击,危及乘客的安全。英国皇家航空公司就曾制订过避免太阳高能粒子损害的飞行规章。太阳耀斑发射的更大量的低能粒子为同等数量的电子和质子所构成的等离子体。它们通常在耀斑发生后1～3天到达地球,冲击地球磁层和电离层,引起磁暴和电离层暴。大量低能粒子通过地球两极地区进入电离层(主要是下层)后产生电离层暴,它对无线电通讯造成的损害比上述电离层突然骚扰要严重得多,一般会持续好几天。这些粒子撞击地球极区高空大气的原子和分子,使它们受到激发而发光,出现壮丽的极光现象。另一方面,大量低能粒子在地磁场中运动还会产生强大的感应电流,它在引起磁暴的同时,还会严重损坏高纬地区的供电设备和输油管道,甚至电话线路。例如,1989年3月一系列太阳耀斑发射的等离子体引起的磁暴期间,加拿大魁北克地区的电力系统遭到严重破坏,电力供应中断9小时,影响到600万居民的生活。磁暴期间,由于地磁场的正常状态遭到破坏,因此还会影响到利用地磁场进行作业的其他领域,如物理探矿、导航和航测等部门,甚至使信鸽迷路。除了耀斑以外,其他一些太阳活动现象,如特大的黑子群、日珥爆发和日冕物质抛射等,也会有X射线和紫外线增强,以及粒子流发射。一般来说它们的强度不及耀斑,但是它们的累积效应也会对地球产生影响。太阳活动产生的短波(X射线和紫外线)增强和粒子流一般只能到达地球的高空大气,主要对电离层,至多对平流层(位于12～50公里高度,臭氧也在这一层)产生影响。它们不能直接达到天气现象所在的对流层。然而,从上一世纪的统计研究却发现,太阳黑子相对数和太阳耀斑的发生与地球上一些地区的气象和水文参数之间存在相关性。这些参数包括平均气温、气压、雷暴频数、季风频数、旱涝程度,以及大河流的水位和港口冰冻期等。最明显的即许多地区的年平均气温与黑子相对数年平均值同步变化。研究也显示太阳耀斑发生之后的第3～4天,一些地区的雷暴频数明显增加。这些现象表明,太阳活动与天气现象之间密切相关,但其物理机制目前尚不很清楚。太阳活动引起的短波辐射增强和粒子流增强还会使地球大气受到加热。这将使低层大气向高层运动,相当于大气整体向外膨胀,导致高空大气密度增大,从而使在高空运行的人造卫星受到更大的阻力,造成卫星轨道衰变,寿命缩短。有人认为,这种低层大气向高层运动也可能造成大气环流变化,从而影响到天气现象。此外,太阳耀斑等引起的地球大气膨胀还会改变大气角动量,从而影响地球自转。1959年7月和1972年8月发生的两次大耀斑,均造成地球自转突然变慢。有些研究表明,一些地区的地震发生率似乎与太阳活动有关,有可能是太阳活动引起的地磁场扰动和地球自转的微小变化激发了地震的发生。至于有些研究表明某些疾病、农产品产量、人的情绪、甚至交通事故等与太阳活动的联系,有一部分可能是太阳活动产生的紫外线增强、地磁场变化或天气变化等因素间接造成的,这些方面还存在较大争议。除了极少数特大耀斑发射的非常高能的相对论性粒子(能量超过500兆电子伏特的粒子),可以突破地磁场的束缚到达地面(这种现象称为地面太阳宇宙线事件)外,一般耀斑和其他太阳活动产生的粒子均被地磁场捕获在高空地带,不会到达地面。各种太阳活动产生的光辐射增强主要限于波长在1500埃的远紫外和X射线波段。而且波长愈短,增强愈剧烈。但在波长大于1500埃的紫外线、可见光和红外波段,辐射强度并无明显变化。探空火箭和人造卫星上搭载的仪器测量结果表明,太阳活动期间,波长在100～1000埃的太阳辐射强度,会比平时增强10倍左右;10～100埃之间的辐射强度,会比平时增大100倍左右;而波长短于10埃的X射线强度,可以超过平时的1000倍以上。不过值得庆幸的是地球大气对紫外线和X射线有屏蔽作用。对于波长为3000埃的紫外线,地球大气的透过率只有0.011,即只能透过约1%。对于波长比2800埃更短的紫外线和X射线,地球大气的透过率几乎为零。因此,上述太阳活动引起的紫外线和X射线增强,虽然高达几十至上千倍,但是只能在高空测量中看到。对于在地面日常生活中的人们来说,这种辐射增强是难以觉察的。因此可以估计,太阳活动期间在地面的太阳紫外辐射增强最多只有百分之几,绝不会超过10%。同时,即使是在太阳活动峰年,仅仅是太阳活动比较频繁,并非时时刻刻都有太阳活动。因此因太阳活动峰年而改变人的生活方式是没有必要的。太阳活动虽然强烈,但它发射的能量与整个太阳辐射能相比,则是微不足道的。例如,太阳大耀斑的发射能量(包括它的光辐射和粒子发射)估计为4×10³²尔格。假定其持续时间为1小时,则可算出其平均发射功率为每秒10²⁹尔格。这与太阳的总辐射功率每秒3.845×10³³尔格相比,是可以忽略的。更何况太阳也并非每时每刻都有耀斑。因此,存在太阳活动丝毫无损于把太阳视作一颗稳定的恒星。大功率的稳定辐射叠加上小功率的周期性的太阳活动,这就是现阶段太阳的主要特征。 ---------------------第38页* 林元章研究员是天文学名词审定委员会副主任。---------------------第39页* 天文学名词审定委员会已将“电离层突然骚扰”定名为“电离层突扰”。     

礼制、传教与交食测验--清钦天监档案中的交食记录透视

交食观测和记录是中国历代皇朝所十分重视的礼制活动之一。按照一般折应象，这些观测和记录的过程总体上是客观的。本对清钦天监档案中的交食观候报告进行了分析，发现从康熙末到咸丰初的观候报告中开列的交食数据几乎都是照抄预报。这说明，清朝的交食观测与记录的过程并非像我们想像的那样科学和客观，而只是流于形式，出现这种现象的可能原因一在于清朝当政对于“钦定”历法权威性的过度自信，二在于传教士相通过掩饰其所传历法的实际误差来维护其在华的既有地位，以利于传教的开展，三则在于钦天监官员的怀禄顾位的心态。     

科学家造超级设备检测引力波

正我们对于宇宙的理解来自长期的观测,而今人类已经站在一个临界点上,或许我们即将发现长久以来一直未能被观测到的东西,这就是引力波。对于这种神秘现象的搜寻已经持续了一个世纪。这是爱因斯坦广义相对论所预言的一种现象,但是长久以来物理学家们一直在争论其是否的确真实存在。1957年,物理学家们认为如果引力波的确存在,那么它必定要携带能量并因此引发震荡。但同样显而易见的是,这些     

蟹状星云爆发伽马射线

天文学家将"蟹状星云"看成是宇宙中最稳定的高能辐射源之一.一直以来"蟹状星云"的辐射都非常稳定,以至于天文学家将其作为一种标准来测量宇宙其他能量源的辐射.1054年,人类首次对这个6500光年外的超新星爆炸残留进行了观测记载.但不久前科学家们通过两架太空望远镜观测到"蟹状星云"正在猛烈爆发伽马射线,这一发现令科学家们震惊不已.意大利航天局伽屿射线轻型探测器望远镜观测到"蟹状星云"的伽马射线强度自2010年9月19日起突然提高2到3倍,呈现猛烈爆发现象.     

湖北铁山压溶劈理构造初探

本文通过对湖北铁山观测的压溶进行野外观测,发现了在铁山镇南端秀山广泛发育灰岩夹泥灰岩,并分析得出了发育了两期压溶过程,即早期的顺层压溶和褶皱形成后的切层压溶.然后本文对压溶劈理的力学形成过程建立二维本构方程,并进行了数值模拟,其结果野外观测资料基本吻合.     

太阳系也有“尾巴”

科学家们借助于美国宇航局的星际边界探测器,发现了一个长久以来只能假设而从没有观测到的现象——太阳系长着一条类似彗星的"尾巴"。很久以前,科学家便预测太阳系拥有这样一条"尾巴",原因在于太阳系在宇宙中穿行时会形成一个粒子流,尾随在后面。如今,根据星际边界探测器的观测发现,太阳系的"尾巴"尾随在日光层后面。在此之前,科学家从未观测到这种现象。科学家将这条"尾巴"称之为"日尾"。通过对星际边界探测器最初3年的观测发现结合在一起,科学家发现日尾中既有快速移动的粒子,也有缓慢移动的粒子。宇航局指出     

“精神病”的早期识别

<正>在各种精神疾患中,精神分裂症是最常见、最严重的一种,亦即我们通常所说的"精神病",其主要特征是个性改变,思维、情感、行为的分裂,精神活动与环境不协调。精神分裂症的发生常给家庭、社会带来沉重的负担与压力,导致家庭危机的产生与爆发。但是,如果我们对之持有高度警惕心,早期发现,早期治疗,则可达到较好的疗效,避免危机的发生。通过临床观察与科学研究,我们发现精神分裂症治疗越早,获得满意疗效的几率也越大。精神分裂症发病有一些早期表现及主要特征,了解这些常识有助于我们早期发现病人,现分述如下:     

礼制、传教与交食测验——清钦天监档案中的交食记录透视

交食观测和记录是中国历代皇朝所十分重视的礼制活动之一。按照一般的应象,这些观测和记录的过程总体上是客观的。本文对清钦天监档案中的交食观候报告进行了分析,发现从康熙末到咸丰初的观候报告中开列的交食数据几乎都是照抄预报。这说明,清朝的交食观测与记录的过程并非像我们想像的那样科学和客观,而只是流于形式。出现这种现象的可能原因一在于清朝当政者对于“钦定”历法权威性的过度自信,二在于传教士想通过掩饰其所传历法的实际误差来维护其在华的既有地位,以利于传教的开展,三则在于钦天监官员的怀禄顾位的心态。     

明代贵州虎患及人类社会应对

本文通过对地方志中有关虎的历史记录进行分析,对明代贵州地区虎患的烈度、时空分布、社会应对进行全方位梳理和复原。历史文献记载表明,随着区域开发活动的不断展开与深入,明代贵州地区的虎患现象在早期较少且烈度低,至中后期爆发频繁且愈益酷烈,以正统、嘉靖、万历年间为主,其中嘉靖年间最为频繁,平均每四年爆发一次。通过运用GIS手段,将虎患记录的频次及其区域分布可视化,发现虎患的多发区域集中在丘陵山地和盆地的东部、中部地区。针对虎患发生的不同时间、地点、烈度及受害人,其社会应对以民间、官方和僧道三个群体为主,应对方式则主要有祈祷、捕杀、感化三种。     

揭示恒星爆发喷流立体结构

科学家们近期观察到从一颗爆发新星上发出喷流的闪光,这道闪光为研究人员提供了机会,让他们得以绘制出从这颗恒星喷射物质的三维立体结构图。天文学家们利用美国宇航局的哈勃空间望远镜对近距离双星系统"罗盘座T"进行了观测,这颗"再发新星"的爆发具有规律性,它是一个双星系统中存在一颗白矮星(即一颗与太阳质量接近的恒星耗尽燃料后爆发形成的残骸内核),由于其会不断从其近旁的伴星那里"窃取"氢物质,在     

火星或存在过微生物生命

<正>火星或存在过微生物生命科学家在火星上发现一种被称之为"斯蒂文石"的黏土矿,证明这颗红色星球可能一度出现生命。因为科学家发现地球上最早期的微生物能够形成这种矿物,说明火星上也可能出现过类似微生物,形成这种黏土矿物。人类自古代以来便开始使用斯蒂文石,埃及的努比亚妇女会用这种矿物美容,不过,科学家一直认为这种矿物只能在极端环     

世界上第一张天气图

世界上的第一张天气图是因克里米亚战争而诞生的. 早期的气象观测并没有统一的观测规定,获得的数据也不实时交换.按照专门规定的数字和符号把收集到的同一时间不同地点的气象观测记录填在一张图上,在图上进行分析研究,这种图就叫天气图.     

奇怪黑洞有“神秘回声”

一个天文学家小组使用了来自欧洲空间局牛顿XMM空间望远镜的观测数据,发现了宇宙中超大质量黑洞的踪迹。该空间望远镜主要通过搜寻宇宙中X射线,并对其进行频谱分辨。科学家在调查结果中,探测到位于据地球4500万光年之外的NGC4151星系,其也被称为"西佛星系",意指宇     

蟹状星去爆发伽马射线

天文学家将“蟹状星云”看成是宇宙中最稳定的高能辐射源之一。一直以来“蟹状星云”的辐射都非常稳定，以至于天文学家将其作为一种标准来测量宇宙其他能量源的辐射。1054年，人类酋‘次对这个6500光年外的超新星爆炸残留进行了观测记载。但不久前科学家们通过两架太空望远镜观测到“蟹状星云”正在猛烈爆发伽马射线，这一发现令科学家们震惊不己。     

唐籍所载二十八宿星度及“石乐”星表研究“

唐籍所载星表研究的中心问题是星表的观测年代。该文考查了历代星官组织规模的发展过程，以及唐籍中二十八宿和石氏星官星度数据的演变及其相关的记载，发现《开元占经》所载二十八宿星度是当时的观测结果。     

定位星是我国早期砂模铸造的重要标志

作者通过对南朝刘宋时期古钱币的研究，发现一个特异的现象──“定位星”。经过排比分析，认为定位星是为解决砂模铸造中母钱的定位而专门设置的一道工艺措施。研究“定位星”现象对了解和研究我国古代砂模铸造的历史，特别是早期的历史，具有重大意义。