【英國雜志評選出08年度8項“科學之最”】

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【英國雜志評選出08年度8項“科學之最”】

 

今年7月份，科學家建立了迄今世界上最圓的一個純矽球體，以此來重新定義1千克重量單位。

 

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據英國新科學家雜誌報導，目前，該媒體列舉了本年度8項科學新聞之最，其中包括：迄今世界上最圓的物體、世界上最短的脈衝光、最熱、最快的行星等。

1、迄今世界上最圓的物體

地球上的1千克標準重量是以一個120年前的鉑銥圓柱體砝碼為准。

 

該砝碼儲存於巴黎以外一個守衛森嚴的保險箱中，但由於隨著時間的推移，這個砝碼的自身重量在日漸下降，所以越來越不可靠。

 

為了重新定義更準確的公斤測量標準，德國布勞恩斯魏克國立度量衡學研究所的研究員說，他們將利用一個直徑10釐米的純矽球體，來建立一個比巴黎圓柱體砝碼更準確的標準測量器具，他們將在2011年將這個純矽球體交給國際度量衡委員會(International Committee of Weights and Measures)討論使用，而這個直徑10釐米的純矽球體也將成為世界上最圓的物體。

據報導，該矽球體以純度99.99%的同位素“矽－28”製成。來自義大利、比利時、日本和美國的科學家組成的科研小組將會精確的計算出用來製造該球體所需的矽原子數目，這樣大家就可以知道究竟1千克有多少矽原子。

 

然而，這並不是一項簡單的任務。首先，為了確定1千克這樣的圓球體到底有多大體積，科學家們得利用光學干擾儀從球體表面上隨機選擇60000個點，來測量它們彼此間的距離，以確保這個圓球體是世界上最完美最精確的圓球體。

 

然後，他們要利用X射線晶體檢測器來測量矽－28原子之間的空間距離和密度。

 

知道了體積和密度之後，科學家們才可以精確的計算出這樣一個圓球體含有多少個矽－28原子，才能確定在地球上1千克的重量到底有多少個矽原子。

為了獲得最高純度的矽，科學家們使用了前蘇聯用來提煉鈾、製造核武器的離心機。

 

然後這些純度達到99%的矽片運到德國國家度量衡研究所，經過6次嘗試後，科學家們終於將這些矽片製成矽晶體。隨後他們被運到澳大利亞，在那裏它們經過世界上手藝最好的光學器械工程師和最好的裝備打造之後，成為了世界上最完美、最圓的物體了。

 

據報導，為了製作這兩個直徑93.75毫米的矽球體，整個工程耗時5年，耗資200萬歐元(約合320萬美元)，同時集合了世界上在該領域最頂尖的科學家和最精密的裝備。

 

 

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2、世界上最短的脈衝光

無論你如何凝視它，你終將無法看到它的存在。

 

今年6月份，研究人員找到了建立迄今世界上最短暫脈衝光的方法，所建立的脈衝光只能持續80阿秒（1阿秒為10的-18次方秒，飛秒的千分之一）長。

 

在此之前，由於雷射脈衝太短，而無法捕捉到該雷射脈衝的圖像。

負責該項研究的是德國馬普量子光學研究所的埃利弗舍瑞奧斯－古爾利馬基斯（Eleftherios Goulielmakis）和他的研究同事。

 

他們製造光脈衝的方法是將相對更長（實際上也很短，只有2.5飛秒）的激發脈衝射向氖氣雲，受激的氖原子會以極紫外光（EUV）短脈衝的形式釋放出能量。

需要指出的是，激發脈衝只包含一兩個光波振動，因此其中蘊藏著緊密的能量衝擊。

 

為了實現這一點，研究人員利用了一種名為“啁啾反射鏡”（chirped mirror）的裝置，這種多層鏡能夠優化色散補償，使處於脈衝前端的光子比較慢的後方光子傳播更遠的距離，這使“反射標記”有時間追上，從而創造出緊密的光子“包裹”，幾乎在同一時間擊中氖原子。

為了確證源自氖原子的閃光到底有多短，古爾利馬基斯等人將它們作為激發光，引入第二團氖氣雲。

 

受激氖原子釋放的電子被用作“閃光槍”（flashgun），照亮了一些初始的2.5飛秒激發脈衝。

 

他解釋說：“只有以（比2.5飛秒）更短的時間取樣，才能讓它們變得可見。”

通過紀錄穿過脈衝的電子能量，研究人員得到了初始雷射光束的側面圖（如圖），這有些類似於徑賽中的終點攝影圖像（photo-finish image）。

 

利用電腦進行圖像分析的結果表明，激發這些電子的新創造光脈衝持續時間僅有80阿秒，這是迄今為止的最短紀錄。

 

此前的記錄為2007年創造的130阿秒。

 

英國帝國理工學院的喬納森－馬拉古斯（Jonathan Marangos）表示，“從130到80是重要的一大步，”新的研究成果可以讓科學家對較大原子的電子運動進行成像，而“任何對微觀世界更好的理解都將對整個科學領域產生影響。”

古爾利馬基斯未來的打算是創造24阿秒的光脈衝，這是原子單位的時間（氫原子電子從軌道一端到另一端的時間）。而馬拉古斯則認為，更短的仄秒（zeptosecond，千分之一阿秒）也是有可能實現的，它將能夠成像原子核內部粒子比如質子的運動。

 

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3、最熱、最快的行星

今年10月份，科學家發現了迄今溫度最高的一顆行星，它的溫度高達2250攝氏度，已經和某些恒星的溫度相當。這一發現將挑戰目前行星距離自己圍繞的恒星最近距離的有關認識。

這顆被命名為WASP-12b的行星體積大約是木星的1.5倍。令人難以置信的是，它圍繞恒星運轉一周只需要一天。

 

它距自己恒星的距離大約是地球距離太陽距離的1/40。

 

在恒星的照射下，它的溫度高達2250攝氏度，這一數位約為太陽溫度的一半，和其他一些恒星相當。

英國聖安德魯斯大學的萊斯利－赫伯（Leslie Hebb）說：“所有這些資料讓WASP-12b成為迄今發現的溫度最高和運行速度最快的行星。”Hebb和他的同事是在一次稱為超級廣角行星搜索（ SuperWASP ）的大範圍尋找中發現這個大傢伙的。

 

這次搜尋動用了兩套望遠鏡，一個在西班牙加那利群島，另一套在南非。這次研究是通過觀測行星掃過表面黯淡恒星時的蹤跡，搜索到在地球上能夠看到的過境行星。

太陽系外行星太過暗淡，因而不能直接通過捕捉它們發出的紅外線和熱量發現它們。

 

但天文學家通過上述的過境觀察能夠瞭解行星的大小和運行軌道。

 

通過這些資料，就可以算出有多少恒星光照到達了這顆行星，從而瞭解他們表面的溫度。

最熱行星的記錄一直在被不斷刷新。

 

這次被WASP-12b超過的那顆行星叫HD 149026b，它的表面比木炭還黑，溫度高達2040攝氏度。

而WASP-12b圍繞自己的恒星運行速度是目前已知行星中最快的，這項新紀錄估計短時間內很難被打破。

 

天文學家們一直認為木星大小的系外星系通常會距離自己的恒星較遠，然後才慢慢遷移到距離較近的軌道。

 

這是因為距離恒星太近，行星自己就無法聚集足夠的氣體和塵埃形成自己較大的體量。

 

絕大部分已觀測到的系外行星軌道週期都在三天或者更長，這說明存在一種機制組織了這些行星遷移到距離恒星更近的軌道中。

 

赫伯說：“當行星形成後向恒星靠近時，某個因素就會在其軌道週期達到三天左右的時候制止行星進一步靠近。但WASP-12b軌道週期這麼短實在是太令人驚奇了。”

 

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4、最古老的核心家庭

今年11月份，科學家在德國薩克森－安哈爾特的奧伊勞發現迄今最古老的基本家庭結構的墓室，這個墓室已有4600年歷史，其中埋葬著一位父親，一位母親，以及兩個男孩子的屍骸。

依據屍體擺放的位置，考古學家們推測他們很可能死於一次部落暴力衝突。

 

同時，這項發現還為科學家提供了西元1萬年前石器時代末期早期人類的社會結構狀況。

 

據悉，這些屍骸是在2005年被挖掘發現的，挖掘地點位於德國尤勞地區（Eulau）。

在對四個不同的墓室挖掘中，共發現13具屍體，其中5具成年人屍體，8具兒童屍體。

 

對於這個基本家庭，考古學家經過DNA分析顯示他們之間具有親緣關係，是四口之家，兩個男孩的年齡分別在4-5歲和8-9歲。

 

澳大利亞阿德萊德大學沃爾夫岡－哈克（Wolfgang Haak）是該項研究的負責人，他說，“我們非常幸運地發現這個考古遺址，正常地講，一個基本家庭是不會同時死亡，也不會在同一時候被埋葬起來。”他強調稱，在新石器時代出現了多樣性埋葬特徵，但是單個的屍體埋葬存在於不同的時期，有時家庭成員相隔多年進行埋葬。

放射性碳年代測定法顯示這個家庭生活於西元前2600年，屬於繩紋器文化時期（Corded Ware culture）。

 

然而，考古學家們對於繩紋器文化時期瞭解甚少，很少發現該時期的遠古人類屍骸和使用過的器皿。

 

因此，他們依據埋葬地點的資訊拼湊了該時期遠古人類的文化特徵。

 

這項最新發現暗示著4600年前，遠古人類的家庭關係在社會中扮演著一個重要角色，該項研究發表在《美國國家科學院學報》雜誌上。

 

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5、迄今最古老的樹

今年4月份，瑞典研究人員稱發現了迄今世界上“最古老的樹”。

 

這棵4米高的“樹王”，樹幹年輪約有600年，但瑞典于默真大學的研究團隊認為，它的根系已生長了9555年，這是因為具備了“克隆自身”能力，老樹幹死後，新樹幹立刻從樹根中生長出來。

需要說明的是，在此之前前植物界的“高齡之王”是美國加州的狐尾松，根據年輪測定，其樹齡約為5000年。瑞典杉樹的樹齡是用碳同位素測年法測定其根系後確定的。

 

研究顯示，澳大利亞塔斯馬尼亞島上淚柏（Huon　Pines）的樹齡可能要追溯至一萬年前，但這個說法有待進一步確認。

 

 

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6、迄今發現最大的黑洞

今年11月份，通過哈勃太空望遠鏡、“錢德拉”X射線望遠鏡和美國國家射電天文臺的高功率觀測儀器，科學家們發現了迄今為止最為龐大的超級黑洞。

科學家們介紹稱，這一超級黑洞位於MS0735.6+7421星系群中，距離地球約26億光年。圍繞在該黑洞周圍的總共有大約10個星系。

 

初步的估算顯示，該黑洞是天文學家們到目前為止發現的品質最大的黑洞，其總品質大約相當於太陽的1萬億倍。

專家們指出，該黑洞的發現主要得益於其產生的強烈無線電輻射以及其噴發出的溫度接近5000萬攝氏度的炙熱氣體。

 

需要說明的是，由於噴發出的物質數量極其龐大，以至於它們散佈的空間居然超過了我們所處的銀河系。

科學家們表示，該黑洞一次噴發出的氣體品質和產生的無線電輻射的強度，相當於太陽在1億年內噴發的總量。

 

 

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7、最小的黑洞

今年4月份，美國天文學家宣稱，他們發現了其自認為品質最小的黑洞——品質是太陽的3.8倍，直徑只有25公里(15英里)。

美宇航局戈達德太空飛行中心天文學家尼古拉－沙波什尼科夫及同事在加州洛杉磯舉行的美國天文學會高能天體物理分會的會議上公佈了這一發現。

 

這個“小”黑洞的名稱為XTE J1650-500，2001年在一顆正常恒星的雙星系統中被發現的。天文學家多年來對這個雙星系統的情況有所瞭解，最近他們使用美宇航局羅西X射線時變探測器(RXTE)對其品質進行測定，從而獲得了精確的測量資料。

黑洞本身是肉眼所看不見的，它們往往被盤狀熱氣和塵埃團團包圍。當熱氣越聚越多，就會隔一段時間釋放X射線流。

 

天文學家長久以來懷疑，這些X射線爆發的頻率取決於恒星品質。

 

隨著黑洞品質增長，吸積盤也會向外不斷擴展；此時，X射線噴射並不頻繁。

 

通過用這種方法同其他成熟的測量黑洞品質的方法進行比照，沙波什尼科夫的研究小組自信，他們獲得了測量黑洞品質的“金鑰匙”。

當他們將這一測量方法應用於XTE J1650-500黑洞的時候，發現這個黑洞的品質僅是太陽品質的3.8倍，比之前保持著最小品質記錄的黑洞小了不少，它是太陽品質的6.3倍。

 

那麼最小黑洞的品質究竟有多少？

 

按照天文學家估計，應是太陽品質的1.7倍至2.7倍。比這還小的天體只能是中子星了。

 

找到迫近這一下限的黑洞，有助於物理學家更好地理解物質在這種極端環境下被碾碎時的表現。

 

 

 

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8、銀河系最昏暗的恒星

12月14日，美國科學家宣稱，他們最近在銀河系中發現了兩顆迄今亮度最暗的恒星，亮度僅相當於太陽亮度的百萬分之一。

美國麻省理工大學的天文學家伯加瑟爾負責此項研究，據他介紹稱，“這兩兩顆恒星是我們所知道的所有恒星中光線最弱的兩顆。

 

通過這種微弱的特徵，我們希望能夠發現其他更多的褐矮星。

 

因此從某種意義上講，這兩顆應該算是這些最‘常見’褐矮星中最早被發現的，而其他的褐矮星暫時還沒有被發現，僅僅是因為它們的光線實在是太弱了。

 

這對褐矮星之所以被發現，也是因為它們突破了它們發光功率的上限，其亮度相當於太陽亮度的百萬分之一。”

天文學家們曾經認為，這對昏暗的“燈泡”僅僅是一顆單一的褐矮星。

 

但是，在伯加瑟爾利用美國宇航局的“斯皮策”紅外線太空望遠鏡觀測到這種褐矮星後，科學家們終於首次實現了對褐矮星的微弱光線和低溫的精確測量。

 

“斯皮策”太空望遠鏡的觀測資料表明，這一看起來像一顆單一褐矮星的物體，其實是一對“雙子星”。

 

它們被命名為“2M 0939”。伯加瑟爾認為，研究這些星體可以幫助天文學家們弄清褐矮星的結構和進化過程。

 

早期研究表明，若干個中等尺寸的褐矮星被行星形成前的圓盤所包圍，但天文學家使用地基望遠鏡很難研究這種盤狀物。

 

同褐矮星發出的紅外輻射相比，這些圓盤顯得十分暗淡，而“斯皮策”紅外太空望遠鏡解決了上述問題。

 

“斯皮澤”望遠鏡對觀測長波紅外光十分靈敏。研究人員發現，對褐矮星周圍的圓盤僅曝光20秒，就發現了圓盤的蹤跡。

觀測資料顯示，該物體表面大氣層的溫度介於華氏560到680度之間。

 

它比木星高出好幾百度，卻又比恒星冷得多。

 

實際上，這兩顆褐矮星也是到目前為止所測量出來的溫度最冷的褐矮星。為了計算出該星的亮度，研究人員必須首先要確定其與地球的距離。

 

經過三年的精確測量，科學家們終於測出了“2M 0939”的位置。它距離“唧筒座”大約17光年，是距離地球最近的五顆褐矮星之一。

 

這一測量資料也可以作為其低溫和光線極其暗淡的解釋。

 

但令人費解的是，根據其溫度推測，“2M 0939”的亮度卻又比一般褐矮星預想的亮度高出一倍。

 

這又如何解釋呢？

 

科學家們認為，該星肯定比其他褐矮星表面積也大一倍。

 

換句話說，它是“雙子星”，每個星體負責一半的亮度，每個星體品質都是木星品質的30到40倍。它們的亮度僅是太陽亮度的百萬分之一。（悠悠）

 

 

 

本文引自：http://www.ynet.com/view.jsp?oid=47402656pageno=8