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等待十余年后,可能是全世界最贵的一面镜子,终于展开了 | 科学GIF
詹姆斯·韦伯空间望远镜主镜成功展开

已经无数次“跳票”的史上最贵望远镜——詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST),在本周迎来了新的进展。NASA宣布,他们完成了对JWST主镜的部署测试,直径达6.5米的主镜首次成功展开。

作为望远镜最昂贵、最核心的部件,主镜将在JWST进入轨道后,承担着搜索一系列天文现象的重要任务。由于主镜折叠以装进火箭,在进入太空后,JWST需要将镜面伸展开,因此在地面上模拟这一动作是必不可少的。NASA的光学望远镜元件主管Lee Feinberg说:“此次测试的成功,是JWST的一个重要里程碑,意味着它可以在太空中完成镜面部署。”

作为哈勃空间望远镜的接任者,JWST将前往150万千米外的第二拉格朗日点。通过精密的红外仪器以及直径达6.5米的巨大镜面,位于高轨道的JWST将探测到众多哈勃无能为力的宇宙图景,帮助人类理解早期宇宙演化、恒星的形成与演化等天文学难题。

不过,JWST的研发之路并不顺利。自2005年以来,JWST已经至少6次推迟了发射计划,其最新的发射计划为2021年3月,项目经费也由最初的10亿美元飙升至97亿美元。不过,虽然JWST的主镜已经准备就绪,但受新冠疫情影响,该项目的研发被迫暂停。JWST究竟能否如期发射,我们将拭目以待。

中等质量黑洞存在的最有力证据

质量由低到高,黑洞包括恒星级黑洞、中等质量黑洞与超大质量黑洞。其中,相当于100~10万倍太阳质量的中等质量黑洞并不好找。它们不像超新星爆发后坍缩形成的恒星级黑洞那样,可以通过超新星和伽马射线暴找到;也不像超大质量黑洞那样,有足够的质量吞噬其他星体,从而产生能够被捕捉的X射线。因此,它们一直悄悄藏匿在黑暗之中。

为了找到它们的踪迹,新罕布什尔州大学的科学家试图从XMM牛顿望远镜的观测数据中寻找线索。2006年,XMM牛顿望远镜探测到了一阵强烈的X射线,其来源位置不明,但应该是一个恒星被某个被高引力物体(如黑洞)撕裂。

哈勃望远镜拍摄的3XMM J215022.4−055108(白圈处);图源NASA

超大质量黑洞一般都位于星系中心,但这次的X射线的源头并不在那儿。是终于有中等质量黑洞露出马脚了吗?还是说,这些信号仅仅是银河系的某个中子星冷却时释放的X射线?

最终,哈勃望远镜找到了X射线的源头。它们不在银河系内,而是源自某个遥远星系边缘的一个稠密星团中——这正是理论所推测的中等质量黑洞所处的位置。

这个黑洞被命名为3XMM J215022.4−055108。过往研究表明星系中心的黑洞质量和星系核球(星系中央恒星密集的区域)的质量是成正比的,因此研究人员推测,黑洞所处的稠密星团可能是一个低质量矮星系的中心,随后受到了更大星系的引力和潮汐力的影响,并被收入囊中。通过分析恒星被撕裂过程中释放的X射线的亮度和光谱,研究人员估计3XMM J215022.4−055108的质量约为5万个太阳质量。

作为黑洞演化中的缺失一环,中等质量黑洞对于理解黑洞的演化起着重要作用。中等质量黑洞是怎么形成的?它可以成长为一个超大质量黑洞吗?如能明确找到中等质量黑洞的踪迹,这些疑问将有望得到解答。

首次重建单个纳米颗粒的三维图像

很多材料的性质都与其原子排列方式相关,但现有的原子成像技术还无法拍下液体中材料的精确三维原子排列。在一项发表于《科学》的研究中,韩国和澳大利亚的研究团队首次以原子级的分辨率,解析出单个纳米粒子的三维结构。该技术确定原子三维位置的精确度达到惊人的0.02纳米——相当于氢原子直径的七分之一。

这项技术名为3D SINGLE ,全称“通过石墨烯液体细胞确定纳米颗粒结构的电子显微镜”。为了得到原子的三维成像,研究团队将纳米晶体溶液夹在两层仅有单个原子厚的石墨烯片之间,石墨烯超薄的特性使得电子束可以穿透该装置,同时确保液体密封。

高分辨率透射电子显微镜能够以每秒400张图像的速度捕获在液体中旋转的单个纳米颗粒的行为。利用这些图像,研究人员得以重建这些数据,将二维图像转化为三维的原子排列图像。这项研究可以帮助科学家进一步理解纳米颗粒在化学反应中的作用。

动画展示,疫苗为什么可以阻断新冠病毒感染

COVID-19疫情正以惊人的速度在全球200多个国家和地区蔓延,目前全球累计确诊病例已超百万,死亡病例超过5万。要中介这次来势汹汹的全球大流行,很多人将希望寄托在新冠疫苗的研发上。

根据现有的研究数据,科学家相信针对SARS-CoV-2的特性,有很大希望开发出疫苗。首先,大多数感染新冠病毒的人都能自愈恢复正常,这意味着病毒能够诱发人体产生自然免疫。其次,科学家现在还不能确定病毒是否会随着时间出现大量变异,不过已有的证据还没有发现这一点,因此单一的疫苗对新冠病毒应该是有效的。最后一点就是,科学家很早就确定了疫苗研发的明确目标:刺突蛋白。病毒正是用刺突蛋白来感染并进入人类细胞的。

哈佛医学院制作的这段动画,为我们展示了病毒侵入人体细胞,以及疫苗起作用的机制。我们看到,新冠病毒进入细胞内部,依靠的就是自身的刺突蛋白结合人体细胞表面的ACE2受体。ACE2存在于上皮组织,如呼吸道和肺部的细胞中。

如果找到了针对刺突蛋白的抗体,抗体就可以结合刺突蛋白。一旦病毒表面的刺突蛋白都被抗体占据了,这时新冠病毒就不再能结合ACE2受体,失去感染细胞能力。基于该原理,多个国家的研究机构正在研制新冠疫苗,并且一些疫苗已经进入人体试验阶段。不过,即使一切顺利,疫苗的正式问世,也需要至少12~18个月。

文:吴非、杨心舟、陆水



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