新浪环球地理讯 北京时间4月19日消息,据美国国家地理网站报道,美国物理学家表示,我们的宇宙就像是俄罗斯套娃的一部分,可能栖身于一个黑洞内,而这个黑洞本身又是一个更大宇宙的一部分。反过来,迄今在宇宙中发现的所有黑洞——从微小黑洞到超大质量黑洞——可能都是通向其他世界的通道。
黑洞是宇宙间的通道
根据一个离奇古怪的新理论,黑洞其实是宇宙间的通道——一种虫洞。从理论上讲,虫洞是连结白洞和黑洞的多维空间隧道,无处不在,但转瞬即逝。这种理论认为,黑洞吸收的物质没有如预测的那般被破坏成一个点,而是在黑洞的另一端喷涌出一个“白洞”。所谓白洞是广义相对论预言的一种与黑洞相反的特殊天体。
美国印第安纳大学物理学家尼克蒂姆-波普拉维斯基(Nikodem Poplawski)日前在《物理快报B辑》上发表了一篇论文,文中提出了一种新的数学模型,用以描述坠入黑洞物质的螺旋运动。按照波普拉维斯基得出的方程式,这种虫洞是“时空奇点”的切实可行的替代物,著名物理学家阿尔伯特-爱因斯坦预测“时空奇点”存在于黑洞的中心。
根据爱因斯坦广义相对论方程式,奇点形成于特定区域内物质过于稠密的时候,所以,这种事情可能会发生于黑洞的超密度中心。爱因斯坦的理论认为,奇点不占用任何空间,密度无限大,温度无限高——这一概念得到了大量间接证据的支持,可由于听上去离奇古怪,使得许多科学家难以接受。
如果波普拉维斯基的理论最终被证明是正确的,这些科学家可能会改变他们的立场。根据新的数学模型,黑洞吸收并看似破坏的物质实际上被驱逐出去,成为另一世界中星系、恒星和行星的基础物质。波普拉维斯基表示,黑洞为虫洞的概念或能解释现代宇宙学的某些谜团。例如,宇宙大爆炸理论认为,宇宙是以奇点为起点开始演变的。
诸多谜团或迎刃而解
不过,这种奇点是如何在大爆炸后的第一时间形成的,科学家对此没有一个合理的解释。波普拉维斯基指出,如果我们的宇宙诞生于“白洞”而非奇点,“将会解决黑洞奇点这道难题,而大爆炸奇点也将迎刃而解。”另外,虫洞或许还能解释伽玛射线爆发的成因。伽玛射线爆发是宇宙中强度第二大的爆炸,仅次于宇宙大爆炸。
伽玛射线爆发发生于已知宇宙的边缘,似乎与遥远星系中的超新星(即恒星爆炸)存在联系,但准确来源还是一个谜。波普拉维斯基认为,伽玛射线爆发可能是另外一个宇宙在释放物质,这些物质也许通过那些星系中心的超大质量黑洞逃到我们的宇宙,虽然尚不清楚整个过程是如何发生的。
波普拉维斯基说:“这个概念有点儿疯狂,但结果谁又知道呢?”目前至少有一种办法可以验证波普拉维斯基理论是否正确:宇宙中的一些黑洞旋转,如果我们的宇宙诞生于一个同样旋转的黑洞,那么宇宙应该“继承”了这个“母宇宙”的旋转特性。据波普拉维斯基介绍,如果未来的实验证明宇宙以其偏爱的方向旋转,这将是支持他的虫洞理论的间接证据。
物理学家表示,虫洞理论或许还有助于解释宇宙某些特征源于理论预测的原因。根据标准物理学模型,在大爆炸以后,宇宙的弯曲度应该随时间增加,所以在137亿年过后,我们应该处于一个封闭、球形宇宙的表面。然而,大量观测数据表明,宇宙四面八方都是扁平的。此外,来自早期宇宙的光线数据表明,在大爆炸刚发生后,宇宙中一切物质的温度都大体相同。
这意味着,我们在宇宙相反水平线看到的最遥远天体曾经距离我们的宇宙非常近,以致相互作用,达到均衡,就如同封闭密室中的气体分子一样。观测结果之所以再度与科学家的预测不相符,是因为在已知宇宙中,距离最远的天体相隔如此遥远,以致以光速在两者之间旅行所花的时间超过了宇宙的年龄。为说明这种差异,天文学家提出了膨胀概念。膨胀理论认为,在宇宙形成后不久,它经历了一个快速成长期,在此期间,太空本身以快于光速的速度膨胀。
“外来物质”诱发宇宙膨胀
膨胀在瞬间将宇宙从不到一个原子大,迅速拉伸至是原来大小的天文数字比例。宇宙因此显得扁平,因为从我们的角度看,我们所处的球体无比庞大——正如对于站在一望无际田野上的人来说,球状地球看上去扁平的。膨胀理论还能解释如今相距遥远的两个天体,在过去距离非常之近,足以相互作用的原因。
但是,假设膨胀理论是正确的,天文学家总难以解释清楚引起宇宙膨胀的原因。正是在这种背景下,新虫洞理论诞生了。据波普拉维斯基介绍,一些膨胀理论之所以宣称宇宙膨胀是由“外来物质”引起的——这种科学家假设的物质不同于正常物质,一定程度上是因为“外来物质”被排斥而非被引力所吸引。
基于他的方程式,波普拉维斯基认为这种外来物质可能形成于第一批超大质量恒星崩溃变成虫洞的时候。他说:“形成虫洞的外来物质和引发宇宙膨胀的外来物质之间可能存在某种关系。”实际上,波普拉维斯基并不是科学界提出其他宇宙存在于黑洞内的第一人。美国亚利桑那州立大学理论物理学家达蒙-伊森(Damien Easson)在以前的研究中也做出了这种猜测。
他没有参与波普拉维斯基的最新研究。伊森在谈到波普拉维斯基的方程式时说:“这一理论新鲜之处在于提出广义相对论中的虫洞解决方案,即虫洞充当了外部黑洞通向内部新宇宙的通道。在我们的研究中,我们只是提出这种方案可能会存在,但波普拉维斯基发现了真正的解决方案。”
新理论未解决根本问题
尽管如此,伊森在一封电子邮件中称,虫洞理论依旧存在诸多疑问:“这一构想可能吗?可能。这种假设可能吗?这我不清楚。但它肯定是令人感兴趣的理论。”伊森指出,量子引力(研究亚原子水平下的引力)的未来发展或能精进这些方程式,支持或反驳波普拉维斯基的理论。
美国加州大学戴维斯分校物理学家安德烈斯-阿尔布雷希特(Andreas Albrecht)表示,总体而言,虫洞理论令人很感兴趣,但在解释宇宙起源问题上难称突破。阿尔布雷希特也没有参与波普拉维斯基的研究。他认为,虫洞理论认为我们的宇宙形成于“母宇宙”喷射的物质,这只是将该创世事件过渡到另一个世界。换句话说,该理论未能说明“母宇宙”是如何形成的,以及它为何具有那些特性——即我们宇宙继承的特性。
他说:“我们正尝试解决一些确实紧迫的问题,目前尚不清楚这些问题是否能提供一个解决之策。”阿尔布雷希特并未觉得虫洞理论比黑洞奇点理论离奇,他警告人们不对新理论展开深究,因为它听上去还有些道理。阿尔布雷希特说:“在这个领域,人们提出的任何问题都十分离奇。你不能说不离奇的概念会赢得胜利,因为大千世界无奇不有。”(孝文)
新浪科技讯 北京时间4月14日消息,据美国国家地理网站报道,德国哥廷根大学古生物学家亚历山大-施密特(Alexander Schmidt)领导的一个研究小组在恐龙时代的非洲古森林发现了30个琥珀化石,这也是科学家迄今在非洲发现的第一批琥珀化石。该小组报告称,这些史前昆虫和植物孢子在距今大约9500万年前封存于埃塞俄比亚中部森林的粘稠树脂中。
1.琥珀中的黄蜂
施密特研究小组在上周出版的美国《国家科学院院刊》上写道,这些生物体的历史最早可追溯至一个特殊的进化时期,在这个时期,那些在今天十分普遍的昆虫种类最早开始在地球上出现。例如,这个小黄蜂就是已知最早的寄生虫之一。它们会在蛾、甲虫等其他昆虫的幼虫中产卵,一旦小黄蜂孵化,就会从这些幼虫的体内慢慢将其吃掉。
2.黄蜂化石
这只保存极为完好的黄蜂体长仅0.4毫米,是科学家在恐龙时代非洲森林中发现的封存于琥珀的昆虫之一。从那里发现的其他昆虫和植物还包括罕见的织网蜘蛛和世界上最古老的蚂蚁之一。亚历山大-施密特说:“‘埃塞俄比亚蚂蚁’对理解蚂蚁进化确实至关重要,因为它是我们发现的第一只来自冈瓦那大陆的蚂蚁。”施密特表示,来自欧洲和东南亚的早期蚂蚁化石表明,昆虫最早来自于其他大陆,但是,“最新发现对这个假说提出了挑战”。
3.蕨类植物毛发化石
罕见的非洲琥珀里还保存了来自白垩纪的细菌和植物残骸,例如这个蕨类植物的星状毛发,蕨类植物从其生长的树上获取营养物。这些琥珀形成于埃塞俄比亚森林依旧主要由针叶树构成的时期。不过,据施密特介绍,他们从琥珀中的植物表皮和拥有琥珀的沉淀物的花粉粒中发现了新出现的开花树种的证据。他补充说,开花植物“虽然是在地球历史晚期进化的,但随后进化速度非常快。”
4.古代蓟马化石
这只封存于琥珀中的蓟马是在埃塞俄比亚最新发现的琥珀化石之一。这也是科学家迄今发现的第三个蓟马化石。蓟马是一种林地昆虫,生活在非洲尚属于冈瓦那大陆这个超级大陆一部分的年代。据领导实施这项研究的德国哥廷根大学古生物学家施密特介绍,非洲琥珀的发现可以让科学家对因开花植物出现引发的一个重要生物变革时期有所了解。施密特在电子邮件中写道:“发现琥珀化石的埃塞俄比亚森林生长于一个开花树种扩大和改变陆地生态系统的时期。”他指出,这些新森林的茁壮成长刺激了昆虫、两栖动物、早期哺乳动物和其他“能构成新生境以及快速多样化”的动物进化。
5.埃塞俄比亚琥珀
这块埃塞俄比亚琥珀最早是在亚的斯亚贝巴(埃塞俄比亚首都)的集市上得到确认的,它来自于一个非洲遗址,该遗址也是非洲已知第一个树汁化石的来源。科学家表示,这块琥珀不同于在非洲以外地区发现的任何琥珀,可能来自于一个以前未知的产生树脂的树种。参与最新研究的维也纳大学古生物学家马蒂亚斯-斯沃基卡(Matthias Svojtka)表示,对封存于非洲琥珀中的动植物种类的研究,将对理解史前冈瓦那大陆森林的昆虫生活至关重要,因为小昆虫不会在岩石中演变成化石。(孝文)
新浪环球地理讯 北京时间4月8日消息,据美国国家地理网站报道,年龄越大,时间过得越快。已经45.7亿岁的地球可能也有这样的感受。一些科学家指出,地球已经进入一个新纪元,这比它应该进入新纪元的时间早了几百万年。
地质年代加快
以岩石层为据确定的地球的地质时期一般持续时间在300万年以上。而我们刚刚进入当前纪元——全新世大约1.15万年,但一篇最新发表的论文指出,我们已经进入了一个新的地质年代——人类世(Anthropocene)。
这个名词并非新生事物。诺贝尔奖得主、这篇论文的联合作者保罗·克鲁岑在2002年创造了这个词,用来反映自工业革命以来大约200年间人类经历的史无前例的变化。这篇报告无疑推动了“人类世”时期(Anthropocene epoch)被确认的速度。
论文作者表示,栖息地遭破坏、环境污染以及动物和植物灭绝等最近人类对地球产生的影响是如此之大,它们将导致地球岩层形成明显的分界线。英国莱斯特大学古生物学家、这篇论文的联合作者简·萨拉西魏兹说:“我们很擅长利用能源和操控环境,现在我们是地球表面的地质过程的重要推动力。”即使如此,世界最大的地质主管部门国际地质科学联合会还要用几年甚至几十年时间,才能正式确认这个新纪元。
需要有力证据
要想让人类世时期这个概念得到认可,科学家首先必须确定和界定一个边界线或称标志物,这种边界线一般位于岩层中间。英国利兹大学古生物气象学家艾伦·海伍德并未参与这项研究,但他解释说:“关键问题是,在未来数千年或者几十万年间,地质学家如何才能辨认出沉积物中人类世开始的标记。它并不像你想象的那么简单,因为这种标志物要求非常精确,你必须在世界各地的不同地区将它识别出来。”
这种标志物的一个候选对象是由原子弹试验留下的与众不同的放射标记,这种实验从1945年开始进行。海伍德说:“核爆炸产生的沉降物基本遍及整个世界。”科学家利用类似方法找到流星撞击地球留下的铱元素,帮助确定了白垩纪和第三纪之间的分界线,地球大约在6550万年前进入第三纪,这是大型恐龙走向灭绝的时期。论文联合作者萨拉西魏兹对《国家地理》杂志表示,现在的生命形式一旦变成化石,也将成为以后确定全新世和人类世之间的分界线的重要标志物。
萨拉西魏兹举例说,研究显示,海洋浮游生物现在所含的碳同位素,跟人类开始大规模燃烧化石燃料之前它们所含的碳同位素存在很大区别。与此类似,污染留下的永久性痕迹,例如燃烧加铅汽油释放出来的铅粒子,可能对确定人类世也有帮助。
最终动机
迫切要求正式宣布人类世时期,并非只是受科学好奇心的驱使。科学家在最近的《环境科学与技术》杂志上写道,这项举措“或许有助于缓解碳排放和生物多样性消失”,或者“可以把它作为环保标准的法律证据”。
利兹大学的海伍德表示,要了解我们导致环境发生了多大改变,正规化将成为“一个非常强有力的说明”。他表示,虽然“我们有非常合理的科学理由说明我们已经进入人类世,但是我们不应该把它建立在一个政策性应急决定之上。”联合作者萨拉西魏兹还排除了政治作为决定因素的可能性。他说:“科学家正在严肃对待地质年表改变的问题。在这里我们正在着手处理时间间隔问题。”
活在过去
一些科学家争辩说,我们甚至还没有进入全新世,更不用说人类世了。他们表示,全新世并不是一个纪元,它只是更新世里的另一个温暖时期,更新世从大约260万年前开始。
英国剑桥大学的地质学家菲利普·吉巴德说:“我们现在正处在冰河时期。如果历史具有指导意义,我们没理由认为这个时期已经结束。”吉巴德表示,假设人为的全球变暖没有从地质年表上改变气候,冰河世纪应该至少还会再持续100万年,继续在温暖和寒冷时期之间波动。
他说:“我们希望我们在不久的过去看到的这个振荡周期(冷暖转换),能继续保持在至少100万年一个周期。”他表示,如果科学家确实想要有一个在人类出现后定义的时期,他们已经得到一个,即全新世,这个时期是从人类文明出现开始,并非从地质记录变化开始。吉巴德说:“这意味着人类世的概念有点像往茶里加糖。”
不能仓促做决定
论文联合作者萨拉西魏兹表示,有关人类世的问题,不管最终做出什么决定,我们都不能仓促下结论。他和其他联合作者写道:“地质学家非常珍视地质年表,因为它是他们工作的基础,而且它还很难发生改变。”
国际地质科学联合会已经组成一个专家小组,即人类世工作组,专门考虑这个问题。不过萨拉西魏兹表示,该委员会需要3到5年时间才能做出最后表决。在提交给更高级的联合会进行最后审批前,任何决定都要通过一系列评审委员会的层层筛选和审查。萨拉西魏兹表示,目前正式确定人类世的定义可能更加紧迫一些,因为这便于科学家工作者和科学文献使用它。不过他表示,可能至少还要10年时间,它才能得到证实批准。(秋凌)
撰文:斯蒂芬· S · 霍尔 Stephen S. Hall
摄影:罗伯特· 克拉克 Robert Clark
翻译:陈昊
从空中俯瞰,刻画在沙漠上的线条仿佛长时间暴露在阳光下的画作,轮廓已模糊难辨。飞行员在秘鲁南部纳斯卡镇以北的荒漠高原上空急转盘旋,我只能依稀辨出地面上一系列描绘精美的图形。
“奥卡!”秘鲁考古学家约翰尼· 伊斯拉指向下方一个虎鲸形状的图案,在引擎轰鸣声中用西班牙语高喊道。“莫诺!”不一会儿,著名的纳斯卡猴形图映入眼帘之后,他又开口道。“克里布里!” 这回是蜂鸟图。
20世纪20年代末,利马与秘鲁南部城市阿雷基帕之间首开商业航空线路,这种被称作纳斯卡线图的神秘沙漠图画逐渐广为人知,自此以后,这些图形便一直让考古学家、人类学家以及所有对美洲古文明着迷的人们百思不得其解。从那时开始,一波又一波的科学家和考古爱好者对这些线条进行了多种解读,纳斯卡线图仿佛成了世界上规模最大的心理学中用于解读人格的罗夏测验墨迹图。历史上曾把它们解释为印加古道、灌溉工程、乘坐原始热气球欣赏的图形,还有一种最有喜剧效果的说法,说是外星飞行器的着陆跑道。
二战后,德国女教师马里亚· 赖歇首次对纳斯卡以及邻镇帕尔帕外围的线条及图案(叫做“地画”)进行正式勘察。直到她1998年去世,赖歇在长达半个世纪的时间里对保护地画起到了至关重要的作用,然而她所倾向的线图代表天文图中方位的理论却普遍受到人们的否定。赖歇坚定捍卫线图,防止其受到外人侵害,如今线图的管理者继承了她的精神,以至于连科学家都难以靠近紧邻纳斯卡西北边缘的平原上那些最为著名的动物图案。
然而,自从1997年以来,在更北边的帕尔帕镇附近兴起了一个大规模的秘鲁、德国两国合作的研究项目,名为纳斯卡-帕尔帕,由伊斯拉和德国考古研究所的马库斯· 赖因德尔共同领导。该项目对本地区的古人类展开系统的多学科研究,研究范围包括纳斯卡人的居住地区、生活方式、绝迹原因,以及他们遗留在荒漠中的奇异图形的含义。
飞机倾斜着再次开始转弯,当地土生土长的高地人伊斯拉把高颧骨的宽阔脸庞贴向舷窗。“四边形!”他指着一片逐渐显现在视野中的巨大几何形状的空地喊道。“祭台!”他又说,一面用手指比划着,“祭台!”
祭台?他指着的是四边形图案一端的一个石垛。如果伊斯拉及其同事的判断属实,这种不起眼的结构中可能包含着解读纳斯卡线图真正用意的关键——故事源于水,且止于水。
秘鲁南部和智利北部的沿海地带是地球上最干旱的地域之一。纳斯卡文明崛起于群峰环绕的小盆地中,十条径流从东边的安第斯山脉流下,其中大多数起码在一年中某些时节是干涸的。十条绿色缎带被上千个黄褐色块包围,一方沃土为早期文明崛起营造出上佳环境,恰如尼罗河三角洲及美索不达米亚地区的河流一般。“这里是完美的人类居住地,因为这里有水。”纳斯卡-帕尔帕项目成员,地理学家伯恩哈德· 艾特尔说道,“但同时这里也是片高危地带。风险非常大。”
据艾特尔和他在海德堡大学的同事伯蒂尔· 梅希特尔称,纳斯卡地区的小气候在过去5000年中经历了激烈的动荡。南美洲中部的玻利维亚高压向北移动时,就会给安第斯山脉西坡带来更多降水;而当它转而向南移动,降雨就会减少,纳斯卡山谷中的河流便会干涸。
尽管环境艰险,纳斯卡文明还是持续繁盛了八个世纪。公元前200年前后,纳斯卡人从之前的帕拉卡斯文明中发展起来,沿河谷定居,种植的作物包括棉花、豆类、薯类、蛋黄果(一种水果),还有一种短穗玉米。纳斯卡人以杰出的制陶工艺闻名,他们发明出一种新技术,用粘土调和十多种颜色的矿物颜料,薄薄地涂在陶器表面,这样颜色便可被烧入陶体。一件叫做“特略匾”的著名陶器作品表现了几个纳斯卡人吹着排箫悠闲信步,欢腾的狗儿围在脚边。这件作品被人们视为对一个和谐民族标志性特点的简明写照,其宗教仪式中包括音乐、舞蹈、降灵步法等元素。
早期纳斯卡文明的神权之都是一座叫做卡瓦奇的圣城,那里黄沙遍地,其遗址于20世纪50年代由哥伦比亚大学考古学家威廉· 邓肯· 斯特朗率先发掘,是一座占地150公顷的庞大建筑群,城内的标志性建筑包括一座雄伟的土坯金字塔、几座大型庙宇、宽阔的广场与祭台,另外还有一张由台阶走廊相互衔接构成的精密网络。加州大学圣巴巴拉分校考古学家卡塔琳娜·施赖伯和一名当地学校校长兼历史学家霍苏埃 · 兰乔· 罗哈斯于2003年合出了一本书,介绍纳斯卡地区的灌溉系统,书中指出,卡瓦奇东边15公里外仍在地下奔流的纳斯卡河,到了城门口却涌泉一般重新出现在地表。“水源在此处再次出现。”书中写道,“几乎可以肯定史前人类会把这一现象视为神迹。”
“卡瓦奇是举行宗教仪式的中心。”领导发掘工作多年的意大利考古学家朱塞佩· 奥雷菲奇说道,“人们携着祭品,从山区和海滨赶来这里。”发掘出的器物中有几十颗砍下的头颅,通常在前额上凿有一个孔洞,由编成麻花状的绳索从中穿过,可能是为了便于把头骨挂在腰间。
而在纳斯卡文明范围内的其他地区,人们则随着降雨类型的改变沿着河谷东迁西移。这场由秘鲁和德国共同发起的考古行动已探索了从太平洋沿岸到安第斯山区海拔高达4600米的地区,所经之地几乎随处可见纳斯卡村庄的遗迹。“就像是散布在河谷两侧的珍珠。”赖因德尔说,“并且我们在每个村落附近都发现了地画。”
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新浪环球地理讯 北京时间3月11日消息 据美国国家地理网站报道,美国科学家表示,几年前在南太平洋岛国巴布亚新几内亚发现的一个新蛙种堪称“变色龙”,体色会经历“惊人”变化:幼年是黑色,点缀着黄斑,成年后则成了桃色,眼睛也变成蓝色。
这个新蛙种学名为Oreophryne ezra,是2004年科学家在巴布亚新几内亚东南部山区一小片云雾林里发现的。由于当地人相信这片雾气笼罩的森林是禁地,也许受到神的保护,所以,他们长期以来不敢进入。美国夏威夷大主教博物馆脊椎动物学家弗雷德-克劳斯(Fred Kraus)表示,虽然科学家以前就知道有些青蛙在生长过程中不断变换体色,“但我认为,这些青蛙的体色差异都没有我们在Oreophryne蛙种身上看到的这么惊人。”
克劳斯称,Oreophryne蛙的体色为何会经历如此显著的变化,目前尚不得而知。克劳斯是2009年12月刊载于《Copeia》杂志上的一项有关Oreophryne青蛙研究的负责人。他说,幼年时期的Oreophryne蛙外形看上去像毒箭蛙,所以,“看到它们,人们的第一反应就是要小心。”它们栖息于光照充足的树叶上,这一点与有毒青蛙的生活习性相似。
于是,克劳斯心中泛起了这样的疑问:“既然幼年具有警告色,为何成年以后会失去呢?这完全没什么意义啊。”为揭开这个谜团,克劳斯希望研究幼年Oreophryne蛙是否有毒,以支撑这种“外强中干”的模样。不过,克劳斯应该要迅速行动起来——当地人对神的敬畏也无法维持Oreophryne蛙的生存,因为它们仅存的栖息之地正受到全球气候变暖的威胁。
云雾林的生长需要合适的温度,随着全球气候不断升温,这片林带可能会最终干枯。畏寒的低地植物还可能开始向上生长,取代通常生长于山顶的植物。克劳斯说:“如果这种事情发生在一座海拔只有650英尺(约合200米)的山上,那里的云雾林可能会轻易遭到破坏,生活在林中的生物也会跟着消失,包括变色蛙。” (孝文)
新浪环球地理讯 北京时间3月10日消息,据美国国家地理网站报道,美国科学家3月3日宣布,他们在“阿波罗”飞船带回地球的月球岩石中发现了微量水的证据。
近来,美宇航局的两个探测器撞向月球,同时月球轨道器也在扫描月表寻找光线信号——这一切的努力都是为了证实月球并不是一个完全干燥的星球。然而,令人始料未及的是,月球有水的确凿证据竟然就在我们眼皮底下。美国科学家在“阿波罗”飞船带回地球的月球岩石和火山玻璃中发现了水的证据,而含量最多只有千分之几,这一定程度上解释了科学家在20世纪60年代末和70年代初对样本分析后为何会得出月球绝对干燥的结论。
美宇航局约翰逊太空中心月球样本管理员加里-洛夫格伦(Gary Lofgren)表示:“过去十年,科学仪器的敏度得到显著提高,甚至能分析出含量如此少的水。”洛夫格伦没有参与最新研究,但他称这项研究是“可靠的工作”,值得进一步调查。月球岩石样本中含有水的线索最早是在2008年《自然》杂志的一项研究中浮出水面的。科学家当时报告称,在“阿波罗”飞船带回地球的月球火山玻璃样本中发现了水分子。
不过,水分子是否是因某种原因(如操作失误)到了地球才有的,那个研究小组未能证明。美国康涅狄格州卫斯理大学地球与环境科学教授詹姆斯-格林伍德(James Greenwood)表示,一个确定水分子诞生地的途径是,测量水样本中不同氢同位素的含量,那个在《自然》杂志发表论文的研究小组尚未掌握这项技术。
同位素测量数据的作用类似于人的指纹,例如,来自地幔的水的同位素比值不同于来自彗星的水。在发表于《自然》杂志上的那项研究公开时,格林伍德正在开发一种技术,通过这种技术,他可以研究火星陨石的化学构成。他后来将这一方法应用于从各种月球岩石遴选出的矿物磷灰石样本,用以确定里面水分子的“指纹”。
格林伍德在德克萨斯州休斯顿召开的第41届月球与行星科学大会上公布了他的研究发现。他表示这项研究证明月球岩石中的水“并不是来自于地球。”在这次大会上,第二个研究小组宣布了在含有磷灰石的月球岩石中发现了水的证据。这些岩石取自阳光照射不到的月球阴暗区,科学家认为该地区形成于古代月球熔岩流。
研究人员利用来自电子微探针的粒子束轰击磷灰石,可以计算出岩石样本内氟气和氯气这两种气体的含量。根据用以计算磷灰石的已知公式,氟气和氯气的存在表明,要使得磷灰石的晶体结构趋于完整,还需要另一种化合物。研究人员得出的结论是,缺失的分子可能是氢氧化物——磷灰石的常见组成部分和水分解后的副产品。
据参与这项研究的华盛顿卡内基科学研究所地球学家弗朗西斯-麦克科宾(Francis McCubbin)介绍,最新发现是“最先在月球岩浆矿物中发现水的努力之一”,进一步证明月球岩浆中含有微量水。但是,麦克科宾同时指出,虽然月球有水的发现会越来越多,但它们其实只是杯水车薪:“尽管月球上存在远比我们以前想象更多的水,但与地球和火星相比这只是杯水车薪,因此,与过去40年对月球样本的研究结果完全吻合。”
研究人员还计划调查月球上水的来源。最常见的几种猜测集中在月球的早期历史,即在火星大小的天体与地球相撞产生月球后不久。格林伍德说,一种可能性是,冰质彗星在月球固化过程中撞上了这颗年轻的星球,在上面留下了水。麦克科宾表示,另一种可能性是,月球上的部分水在地球分裂飞向太空形成月球过程中“捎带”过去的,换句话说,它们可能来自于古代的地球。(孝文)
新浪环球地理讯 北京时间3月8日消息,据美国国家地理网站报道,最新一项研究称,在距今7.16亿年前,如今炎热潮湿的地球赤道曾覆盖着冰雪,这似乎为“雪球地球”理论进一步提供了证据。
所谓“雪球地球”(snowball Earth)是地质史上的一个名词,描述了距今约7.5亿到5.8亿年前,地球表面从两极到赤道全部结成冰,只有海底残留了少量液态水。美国哈佛大学地球学家弗朗西斯-麦克唐纳(Francis Macdonald)领导实施了这项研究,他和同事对夹在冰川沉积物之间的加拿大火山岩进行了研究。科学家可以通过冰川融化留下的残骸以及因冰川活动而变形的沉淀物,确定这种冰川沉积物。
麦克唐纳的研究小组利用极为精确的铀-铅年代质谱测定法认定火山岩和冰川沉积物是在大约7.16亿年前沉淀的,那也是科学家所假设的“雪球地球”时期。接下来,研究人员将自己的发现与以前一系列研究结果进行了对比,那些研究发现火山岩是在加拿大处于赤道附近时形成的。
随着时间的推移,地球构造板块的活动驱使火山岩向北移动,到了加拿大育空地区和西北地区。麦克唐纳称,围绕“雪球地球”还有许多谜团尚未解开,例如,仅凭借一个冰封的赤道,科学家无法确定当时地球上冰雪覆盖的程度。地球可能一直处于完全的“深度冰冻”状态,或者可能只是受制于不断活动的冰川和冰山,或是介于两者之间的冰体。
事实上,连“雪球地球”这一名称可能同样需要重新考虑。麦克唐纳说,地球可能不是“一个白球,而更有可能是一个泥球”。由于向外喷射灰烬的火山经常爆发,可能使得地球表面“布满灰尘”。由于植物在7亿年前并未进化,脏兮兮的冰可能是地球表面吸收阳光的唯一“黑点”。结果,这些区域更有可能融化,产生令原始生命形式茁壮成长的水体,比如藻类和真菌类。
据麦克唐纳介绍,在“雪球地球”时期,部分有机体存活下来,甚至形成新的物种,这增加了一种假说的可信度,即“雪球地球”具有开放水域的避难所,或至少是冰层裂缝,举例来说,今天,南极洲附近的冰缝就“充满”单细胞生命形式。
麦克唐纳表示,了解地球早期历史极端状况,可能还有助于科学家对现代气候变化有新的认识。例如,科学家了解到,在过去一千年,地球一直在无处不在的冰雪覆盖期和温室状况(如到处是恐龙的无冰白垩纪)之间“摇摆”。麦克唐纳的研究结果刊登在最新一期的《科学》杂志上。他说:“这一切说明,地球十分敏感,我们认为地球任何微小变化都能对环境产生极大的影响。”
例如,科学家认为“雪球地球”时期的火山喷发向大气层释放了大量硫颗粒,阻滞阳光照射大地,从而使地球温度下降。有专家甚至建议,现在,我们也可以采用人工方式阻滞阳光,用以解决全球气候变暖。麦克唐纳指出,这意味着调查这种地球历史的“自然实验”十分重要:“这会告诉我们远比电脑模型更多的东西。”
(孝文)
新浪环球地理讯 北京时间2月24日消息 据美国国家地理网站报道,欧洲大型强子对撞机(LHC)项目主管表示,这台对撞机最早将于2月25日重新投入使用,即便只能以原来一半的功率运行,它仍有可能发现素有“上帝粒子”之称的希格斯玻色子的存在证据。
大型强子对撞机于2009年11月重启后,便在12月创造了粒子碰撞能级的新纪录,并按计划在冬天关闭。科学家决定,大型强子对撞机将以原来一半的功率运行,因为设备升级需要在机器全功率运行之前完成。尽管如此,大型强子对撞机或许仍能获得一些重大发现,甚至可能探测到额外维或有“上帝粒子”之称的希格斯玻色子的证据。
粒子加速器利用电场将粒子输送至极为纤细、快速运转的光束。欧洲核子研究中心(CERN)的科学家希望,通过撞击其中一些光束,产生类似于137亿年前宇宙大爆炸发生瞬间的状态,同时揭开其他一些科学谜团,如暗物质的性质。暗物质是我们肉眼所看不到的物质,科学家认为宇宙大部分都是由暗物质构成的。
大型强子对撞机位于日内瓦附近瑞士和法国交界地区地下100米深处、总长17英里(约合27公里)的环形隧道内,由欧洲核子研究中心负责运行。大型强子对撞机于2008年9月首次启动,在发生电子设备故障后被迫关闭,经过一年多时间的修复,又于2009年11月重新启动,12月,科学家便从大型强子对撞机的实验中获得了第一批科学数据,随后,它便按计划再次关闭,以节省用电开支。
在2009年12月关闭以前,大型强子对撞机成功使两束质子流加速至1.18万亿电子伏特(TeV)的能量,接着令其相互撞击,总共产生了2.36万亿电子伏特的能级,从而创造了质子流对撞能级的新纪录。科学家甚至对于本周开始的大型强子对撞机新一轮运行有更为雄心勃勃的计划。
按照目前计划,大型强子对撞机此次将运行至2011年底或2012年初,可能会令两束质子流相撞后产生总计7万亿电子伏特的能量。随后,它将再次关闭,以便科学家对超导体硬件进行升级,支持14万亿电子伏特的对撞强度,这也是大型强子对撞机最大的运行能量。
据欧洲核子研究中心粒子束运行部门负责人保罗-柯利尔(Paul Collier)介绍,2012年的休息期应该会持续一年左右的时间,不过,大型强子对撞机项目小组“仍会对此次关闭的具体安排进行研究,找到缩短关闭时间的可行之策。”美国费米国家实验室物理学家丹-格林说,即便大型强子对撞机无法满负荷运行,它仍能获得许多令人激动的科学发现。
格林还是大型强子对撞机紧凑型μ介子螺旋型磁谱仪(CMS)实验小组成员。他说:“能量增加物质。在7万亿电子伏特的能量水平下,我们将开始新的物理学探索。”格林表示,即便只使用一半的功率,大型强子对撞机仍有可能发现足以支持超对称性理论的证据。超对称性理论认为,我们所知的全部粒子都拥有质量更大的伙伴,只是我们尚未发现罢了。
他说,大型强子对撞机还可能揭示“反映大额外维的状态”,从而超出我们所知的三维概念:即一维、二维和三维。一维通常用线来表示,二维则用平面来表示,三维用立方体来表示。科学家通过弦理论预测了额外维的存在。弦理论这一概念尚未被证实,该理论认为亚原子粒子能如极小的振弦般运转。
格林称,大型强子对撞机即便在低功率下运行,也有可能发现希格斯玻色子的证据。物理学家认为,希格斯玻色子是宇宙物质的质量之源。柯利尔表示,这对于一台看上去脆弱的机器来说显然是苛求,但迄今为止,大型强子对撞机在当前的系统检查中表现非常好。柯利尔说:“大型强子对撞机给我留下了深刻印象。它已经证明非常稳定和‘可再生’。”也就是说,大型强子对撞机的实验结果可以被复制,这一点是科学方法的重要原则。(孝文)
新浪环球地理讯 北京时间2月20日消息,据美国国家地理网站报道,美国田纳西州科学家最近检测发现,在田纳西州也存在一种致命的菌类,这种菌类此前曾经导致美国东北部地区成千上万的蝙蝠大批死亡。
据科学家介绍,出现于冬眠蝙蝠身上的白鼻综合症与一种喜冷菌类有关,这种菌类发现于被感染的蝙蝠的翅膀、耳朵以及口鼻处。到目前为止,这种疾病只出现于从美国佛蒙特州到维吉尼亚州之间的东北部海岸附近的洞穴之中。
但是,近日美国田纳西州野生生物资源局宣称,两只患有白鼻综合症的三色蝙蝠被发现于苏利范县的沃雷岩洞中。非赢利性组织大自然保护协会一直在跟踪这种疾病。该协会发言人吉纳-汉考克表示,“我认为,这将是在美国发现白鼻综合症地区的最南端。”
这个洞穴距离维吉尼亚州一个已确认的感染点大约为105公里,这一距离正处于这种三色蝙蝠的飞行范围之内。纽约州环境保护署蝙蝠专家阿兰-希克斯认为,“从维吉尼亚州传染到田纳西州,这并无特别之处,但我们对这一结果感到非常失望。”希克斯并没有参与到田纳西州野生生物资源局的检测工作。
科学家们警告称,如果白鼻综合症传遍田纳西州,这一疾病可能会对当地多个蝙蝠种群造成一场浩劫,甚至有可能会使得当地两个濒危蝙蝠物种彻底灭绝。汉考克认为,“在东部的洞穴中,大型的蝙蝠种群并不多。但是,田纳西州一个洞穴中至多有10万只蝙蝠。由于这种疾病的死亡率高达95%,因此这种损失将是非常巨大的。”
白鼻综合症最早发现于2007年,当时它还被认为是一种神秘的事物。至今尚不清楚这种菌类是如何导致被感染动物死亡的。科学家们认为,当蝙蝠聚集到一起冬眠时,这种疾病就会传染。由于这种疾病会导致蝙蝠从冬眠状态中苏醒过来,这就意味着它们可能会很快耗尽所储存的脂肪。于是,生病的蝙蝠不得不在寒冷的冬天里飞出洞穴,拼死寻找必要的食物。由于它们的捕食对象昆虫大多也是在冬天处于休眠状态,因此,蝙蝠很快就会因为找不到食物而饿死。
三色蝙蝠在冬眠时通常不会聚居,因此田纳西州出现白鼻综合症可能只是个例。但是,科学家们担忧的是,这种疾病可能会传染到灰蝙蝠和印第安纳蝙蝠身上,这两种蝙蝠都是濒危物种。比如,此次发现的患病三色蝙蝠所处的洞穴,也是灰蝙蝠夏季栖息地。
大自然保护协会科学家科里-豪乐迪介绍说,“大量的灰蝙蝠通常会聚在一起冬眠,但洞穴数量很少。如果灰蝙蝠被感染,那么在大约两年后,全球灰蝙蝠的数量将急剧减少,这一物种将处于严峻的濒危状态。”
人类可以通过隔离被感染区域等方法来帮助控制白鼻综合症的传播。豪乐迪认为,“现在还没有严重到人类也会传染这种疾病,这种菌类的孢子也不会跑到两州之外的洞穴中生长和传播。”虽然白鼻综合症对人类的健康没有直接危害,但是,成千上万的蝙蝠死亡将对人类造成很大影响。
田纳西州野生生物资源局濒危物种协调人理查德-科克在一份声明中表示,“由于许多蝙蝠物种主要是以昆虫为食,因此蝙蝠在害虫防控方面起到了非常重要的公共服务作用。如果我们失去50万只蝙蝠,那么我们就等于失去它们所提供的服务,数百万磅昆虫将在我们身边飞舞,遍布田野和森林。”(彬彬)
新浪环球地理讯 北京时间2月16日消息,据美国国家地理杂志网站报道,科学家表示,美国要做好准备适应更大的暴风雪。不过,导致美国暴风雪的原因引起了科学界的激烈争论。
随着美国东海岸数州从暴风雪的掩埋下重见天日,科学家表示过去一周的“暴雪末日”预示着未来严酷的冬季即将来临。非常令人奇怪的是,全球变暖可能是罪魁祸首,不过一些科学家对此并不认可。
厄尔尼诺作祟
气象学家乔·巴斯塔迪说最近的暴风雪可能预示着未来的冬季更为寒冷、多雪,这与上世纪60、70年代非常相似。巴斯塔迪在宾夕法尼亚州州立学院AccuWeather气象预测机构供职,他认为2月份创纪录的降雪更多是因为去年形成的厄尔尼诺现象引起的,而非气候变化。
当靠近南美洲西北海岸的太平洋海水温度过高时,就会出现厄尔尼诺现象。这一天气现象毫无规律可循,因此难以预测,不过每隔3到7年就会发生。
在一份书面声明中,巴斯塔迪说目前的厄尔尼诺现象“非常强大,导致美国中大西洋地区暴风雪频发。”厄尔尼诺还改变了高空风的正常流动,推动冷空气从加拿大北部移动到美国上空。
全球变暖火上浇油?
巴斯塔迪向国家地理杂志表示,气候的周期性冷热循环预示着美国的冬季将变得更加严寒,这与全球气候变暖长期趋势是相矛盾的。他说:“我们知道地球的气候循环正在发生改变。太平洋正在变冷,在未来几年大西洋也将变冷。厄尔尼诺再加上寒冷的太平洋,因此美国东部出现了酷寒的冬季。”
然而,一些科学家表示全球变暖是导致2月份美国东部暴风雪的罪魁祸首,而且在将来的冬季仍会导致更多暴雪。将暴风雪归咎于气候变暖似乎是矛盾的,但是气候科学家阿曼达·斯塔特说尽管气温保持在冰点以下,但相对温暖的天气使海洋里更多的水分蒸发,空气湿度更大,所以暴风雪频发。
需要更多证据证明全球变暖
至于今年的“暴雪末日”,位于弗吉尼亚州雷斯顿的国家野生动物联盟的斯塔特表示:“很难衡量全球变暖对某一次暴风雪的影响,不过在一个冬季有如此大的暴风雪确实十分不寻常。”比如今冬华盛顿的降雪量达到2到3英尺(60到91厘米),斯塔特说这是300到400年一遇。
同巴斯塔迪一样,斯塔特也认为目前的厄尔尼诺现象导致了今冬美国暴风雪肆虐,不过她认为气候变化所起作用更大。斯塔特将气候变化看成是明显且现实的威胁。
斯塔特说:“我认为有压倒性的证据证明全球变暖正在发生,人类活动难辞其咎。”
对于那些相信全球变暖正在发生的科学家,巴斯塔迪说:“我尊重他们的观点,他们或许有其道理。”但是巴斯塔迪认为,需要经过更多的冬季,人们才能确定全球变暖是否正在发生。他说:“我强烈地感觉到再过20年到30年我们将得到答案。”(唐宁)