天象奇观——艾森(ISON)彗星

肉眼看到彗星的机会很少,尤其是长尾巴的亮彗星更是罕见,因此彗星有重要的观测研究意义。艾森(ISON)彗星无疑是2013年最新奇的天象之一,它是从太阳系边缘初次到太阳系内区被发现的“新”彗星,曾推测它走近地球时可能展示“世纪彗星”的壮观丰姿,又穿越太阳外部的高温大气(日冕)而展现“飞蛾扑火”的“掠日彗星”毁灭闹剧。从天文爱好者到专家及太空飞船做了大量观测,留下了很多新奇而有趣的宝贵资料。其实,它的本体只是冰-尘冻结的小彗核,随着走近 太阳而蒸发的物质形成大而亮的彗发和长长的彗尾。     

引力透镜效应与暗物质探测*

引力透镜是广义相对论引申的强引力场中特殊的光学效应。20世纪80年代以来,天文观测发现了许多引力透镜效应的实例,包括“爱因斯坦环”。一些本来很难探测的非常遥远、非常暗弱的天体,幸亏引力透镜效应而进入当代天文学家的视野。“大爆炸”70万年以后,宇宙处于延续4～5亿年的“黑暗年代”,物质大体呈均匀结构,没有任何自主发光的天体。星光灿烂的辉煌时期始于何时？引力透镜效应的观测给出了相关信息。被称为21世纪“两朵乌云”之一的暗物质,比所有人类已知物质的总量多4倍以上,不发出任何辐射,不可能被直观测到。引力透镜效应作为发现宇宙暗物质的探针,在寻找暗物质确实存在的直接证据和分析暗物质的空间分布方面作出了贡献。     

日全食时的日冕光学观测

日冕是太阳的外层大气, 不仅其高速外流的高温等离子体形成太阳风, 而且还常发生强烈的日冕物质抛射(CME), 发射很强的紫外和X射线, 日冕活动严重地影响日地空间环境和太空天气以及地球, 观测研究日冕的结构和活动有重要的科学意义和应用价值. 日冕的光学亮度只有日轮光球的百万分之几, 日全食是观测日冕的最有利时机. 本文综合评述日冕的各种形态特征和结构性质、活动规律及其观测研究进展, 有助于在2009年及以后的日全食时更好地拟定观测方案, 以便获得有成效的科学观测资料, 促进有关课题的深入研究.     

书写时代的传奇

十年跋涉,历尽艰险,迄今速度最快的人类探测器“新视野”终于见到了“有心”的冥王星。匆匆一见之后,距地球超过52亿km的“小新”,如今已向更远的深空飞去,不再复返。“新视野”对冥王星的匆匆一瞥,要花掉7.2亿美元。这一长达数年的单程“约会”,究竟有多重要？1965年,也是在7月14日,“水手4号”探测器飞掠火星,成为人类探测器首次近距离观测另一星球。随后的50年间,人类探测器先后飞抵太阳系八大行星,而曾经的第九大行星冥王星却因距离遥远,从未迎来人类探测器。50年后的同一天,“新视野”飞抵冥王星,这简直比科幻作品还令人称奇。“新视野”的这一瞥,不仅让人类终于看全了太阳系原“九大行星”,更代表人类完成了行星际观测“第一阶段”的任务。项目首席科学家艾伦.斯特恩指出,长达半个世纪的努力,将“永远是我们这个时代的传奇”。     

发育重演律

个体的发育是由受精卵通过一系列细胞分化形成的,第一次细胞分化的结果是囊胚的形成。囊胚由外胚滋养层和内细胞团构成,外胚滋养层负责胚胎与外界的物质交换,以支持内细胞团的进一步分化。随后的细胞分化则导致一系列“类囊胚”的形成。“类囊胚”由外围的“类外胚滋养层”和内部的“类内细胞团”构成,“类内细胞团”为干细胞。每个“类囊胚”均由上一级“类囊胚”的“类内细胞团”形成,“类内细胞团”的分化潜能随 “类囊胚”的层级增多而逐次降低。最后一级“类囊胚”的“类内细胞团”不再形成“类囊胚”,只能形成特定的功能细胞。“类外胚滋养层”的主要作用是为其内的“类内细胞团”提供合适的微环境,以支持其发育。“类外胚滋养层”形成的组织一般为结缔组织或上皮组织。个体的发育实际上是“类囊胚”不断形成和演化的过程,该过程是生物发育普遍遵循的共同规律。     

关于陆-海相互作用的若干问题

陆-海相互作用是一个宽泛的研究领域, 但其同海洋科学的基础研究与我们经济、社会的可持续发展均密切相关. 基于个人对本研究领域的理解, 在本文中提出了一些需要在陆-海相互作用研究中予以关注的问题, 包括陆架边缘的物质交换、流域盆地中的物质流失、近海的富营养化与有害水华、底层水缺氧与“死亡区”、沉积物的“源”与“汇”、对地球其他层圈的反馈、海平面上升及其对社会与经济可持续性的作用、沿海地区的人类活动及其影响, 等等. 本文中未能涉及的命题并非不重要, 仅仅系我个人的知识和能力所限.     

小虫春秋：果蝇的视觉学习记忆与认知

视觉认知是脑科学领域中的重要研究方向,是揭示 “脑是怎样工作的”,“物质的脑是如何产生精神的”的重要路径。近年来,科学家们以果蝇为模式生物,从基因脑行为认知相结合的角度,系统性地开创了果蝇的视觉“认知”研究,如学习与记忆、注意、跨模态记忆、特征提取和泛化、两难抉择、抉择的神经环路等。即使果蝇这样相对简单的脑,在很多方面都展示了令人惊奇的“理性”行为。看来,那种认为只有某些独特的唯一的脑机制才能实现人类的理性的想法是不成立的。我们期待,在探索“智与愚”的神经生物基础方面,果蝇会对我们继续有所帮助。     

都是太阳惹的祸

对于有幸观测到日全食的人来说,日全食期间在太阳周围出现的美丽日冕一定给他们留下了深刻的印象.日冕是太阳最外层大气中的一种强烈的喷发现象.太阳以大约每秒450千米的速度向外抛射日冕物质,一次就可以把上千万吨日冕物质抛进行星际空间.     

山地冰川表面分布式能量-物质平衡模型及其应用

基于“七一”冰川物质平衡、水文气象观测资料, 结合DEM数据, 初步建立了一套时间分辨率达1 h、空间分辨率为15 m的冰川表面分布式能量-物质平衡模型. 模型考虑地形对太阳辐射的遮蔽效应, 引入新的冰川反照率参数化方案, 并发现分布式能量-物质平衡模型对气温垂直递减率、降水梯度、降水固/液态划分指标等参数较敏感. 利用该模型对2007年6月30日20:00~10月10日12:00时段“七一”冰川粒雪线高度变化、物质平衡演变、融水径流状况及其对气候变化的响应等过程进行了模拟研究. 结果表明, 冰川物质平衡高度结构主要受反照率高度结构的影响, 反照率大小直接影响冰川物质平衡水平. 气候敏感性试验表明, 物质平衡对气温变化非常敏感, 它对气温变化的响应呈非线性特征; 而物质平衡对降水量变化敏感性相对较弱, 对降水量变化的响应是线性的. 增温引起的冰川物质亏损量不能靠降低相同气温来得到弥补, 物质平衡变化对气候变暖具有不可逆效应. 气温升高1℃, 即使降水量增加20%, “七一”冰川也会呈现较大的物质亏损状态.     

一种端到端的日冕物质现象检测新方法

日冕物质抛射与日冕活动、空间天气以及许多行星际的扰动有着密切的联系,其检测对于空间天气防灾减灾具有重要意义.现有方法通过人为定义特征或利用简单阈值的方法进行CME检测,对弱CME或暗CME的检测效果差.为了解决这一问题,本文提出了一种端到端的日冕物质抛射检测方法:通过引入卷积神经网络,自动提取适应于描述日冕物质抛射检测的图像特征,并基于这些自动提取的特征建立日冕物质抛射检测模型.该过程不需要人为参与特征的选择及分类规则的设定,可以方便地实现数据到结果的端到端的映射.实验结果表明,在本文构建的测试数据集上可以得到98.05%的准确率,并以2007年5月的观测数据为例,检测了26个普通CME事件中的24个事件,得到了优于当前常用日志的效果.因此,本文方法可以有效地进行日冕物质抛射检测.     

2009年7月22日日全食的日冕结构

日冕是太阳的外层大气,其高温等离子体外流而形成太阳风,又发射很强的紫外和X射线辐射,日冕活动严重地影响日地空间环境.日冕结构与太阳活动有密切联系.2009年7月22日发生21世纪最壮观的日全食,是观测研究日冕的良机,但由于全食带地区大多阴雨而受挫,幸好在个别天气好的地方可拍摄到高质量的日冕数码像.本文选取其中部分像,进行数字图像处理,结合SOHO卫星LASCOC2所观测的当天的外冕图像进行分析,揭示日冕的一些结构,得到日冕两极和赤道的亮度径向平滑分布.2009年是第24个太阳活动周期的开始年,虽然太阳活动水平仍较低,但比去年的极小期活跃得多,日冕结构有较明显的变化,不仅显示赤道区比两极区延展,即使东西赤道区和南北极区也有较大差别.赤道东侧的冕流,尤其赤道北的大冕流很显著,南极区比北极区的冕羽由更多的极射线组成.日冕赤道区和极区的亮度径向分布接近于去年的太阳活动极小,但赤道东西方向的亮度分布差别较去年小,南极与北极方向的差别也较小.这些日冕特征也显示在日冕等亮度图上.     

太阳驱动地球环境变化研究进展

太阳是地球表层系统最重要的能量来源,地球表层环境变化记录中含有太阳辐射变化或太阳活动的印记,实际观测的太阳辐射变化却被认为不足以引起地球气候系统的剧烈变化,不同学者发展了多种物理模型来解释太阳驱动地球环境变化的机制。本文从地质记录入手,综述了太阳影响不同时间尺度气候变化的地质[CD*2]生物记录,评述了几种放大机制,发现这些物理模型在解释某种气候现象时具有很好的适用性,但在其他方面也往往存在一定缺陷。我们认为：太阳变化是驱动地球环境变化的最根本因素;地球环境变化可能直接响应太阳变化。要么太阳活动引起的辐射量变化在气候系统中的作用被低估,要么还有未被发现的新机制,未来的研究应该针对这两个问题展开。     

空间微小碎片撞击对太阳电池表面损伤的评估方法

利用等离子体驱动微小碎片加速器, 开展空间微小碎片撞击对太阳电池表面损伤的地面模拟实验, 得到了微小碎片撞击对太阳电池表面损伤的平均表面损伤系数和撞击损伤方程, 并分别提出了利用平均表面损伤系数和撞击损伤方程评估空间微小碎片撞击对太阳电池表面损伤的评估方法. 结合master2005空间碎片分布模式计算得到的空间微小碎片分布规律, 采用这两种评估方法分别对800 km轨道高度航天器太阳电池遭受微小碎片撞击引起的表面损伤率进行了评估. 计算结果表明这两种方法能够相互验证, 并且发现空间微小碎片撞击对太阳电池的表面损伤主要由5~500 μm碎片撞击引起.     

工业化晶体硅太阳电池技术

近十余年来,晶体硅太阳电池产业得到了蓬勃的发展,其制造技术也在不断进步。作者简要回顾了太阳电池的发展历史;描述了太阳电池的工作原理及工业化生产的工艺步骤;重点介绍了当前工业化生产中提高电池效率的几个主要方法,包括优化硅片性能、高方阻、先进的金属化、以及选择性扩散等;最后强调了技术进步对规模化生产带来的影响。     

难得一见的日全食

2008年和2009年的夏季,中国大地将先后发生2次日全食奇观,其中2009年日全食的观测条件之好是十分罕见的。谨希望本文能对广大天文爱好者了解日月食观测的历史、科学意义和观看届时出现的日全食美景有所帮助。     

面向下一代光伏产业的硅太阳电池研究新进展*

以晶体硅为代表的第一代太阳电池和以非晶硅薄膜为代表的第二代薄膜太阳电池目前是光伏市场主流。第三代纳米结构太阳电池研发目标是在维持现有第二代薄膜电池沉积技术的经济性和环保性基础上显著提高电池性能及稳定性,进一步降低太阳电池的价格至每瓦0.5美元,甚至0.2美元及更低。笔者将简要综述近年来国际上面向下一代光伏产业的硅太阳电池研究新进展,内容集中在纳米硅薄膜叠层太阳电池、硅纳米线（包括轴向、径向和单根）太阳电池和基于多重激子效应的纳米硅热载流子太阳电池等三个方面。     

日月交食的基本规律

日月食的发生尽管并不常见,却有着严格的规律,天文学家可以对之做出长期、准确的预报。本文将对各类日食、月食的发生规律及有关天文知识作一简要介绍以飨公众。     

车载太阳能散热风扇的设计

汽车作为一种便捷的交通工具越来越普及,但是随之而来的问题也越来越多。其中,对环境的污染问题是不可避免的突出问题。现在全世界都在努力进行环境保护,文章以环保为出发点,应用单片机、利用太阳能对汽车的散热问题进行设计。     

太阳活动11年周期的形成原因新探

太阳活动11年周期的形成原因，是天文学中的一个古老课题，至今没有一个完全令人满意的解释。本文的研究使 “行星引潮力说”再次复活。