2021年2月奥秘杂志

2021年2月奥秘杂志

我院2017届本科毕业生张雅鹏在《NATURE》发文， 首次在太阳系外行星大气中发现和测量同位素

南京大学天文与空间科学学院 昨天

一国际天文研究团队首次探测到系外行星大气中的 碳同位素13C ，并发现其相对含量高于地球标准（图1）。这有助于研究者们追溯此类行星的形成与演化 历史 。相关研究论文（标题为“The 13CO-rich atmosphere of a young accreting super-Jupiter”）于2021年7月15日在《自然》（Nature）杂志发表。该论文的第一作者 张雅鹏 2017年本科毕业于 南京大学天文与空间科学学院 ，现为荷兰莱顿天文台博士研究生。

图1: 探测系外行星大气中的同位素（想象图） Daniëlle Futselaar

1穆朗玛峰 应用广泛的同位素 同位素（isotope）是指同一化学元素的不同种类。这些同位素虽然质子数目相同，却有着不同的中子数目。例如，包含6个质子以及6个中子的碳原子是最常见的12C，但也有碳原子含有7个或8个中子，称为13C或14C。虽然它们的化学性质相近，但各种同位素的形成过程和对环境的反应却不尽相同。因而，同位素被广泛应用于各种研究领域——从癌症、心血管疾病的检测，到气候变化以及化石年龄的推断等。天文学家亦利用同位素来研究恒星与星际介质的演化，太阳系以及系外行星的起源。

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丰富多样的系外行星

迄今天文学家们已发现超过四千颗系外行星，并且这一数字仍在迅猛增长。而绝大多数系外行星却与我们太阳系内的行星有着巨大的差异。它们或有着极高的质量（例如，“超级木星” super-Jupiter），或占据着的极近的轨道（“热木星” hot-Jupiter）……系外行星的多样性给行星形成理论带来了新的挑战。许多最基本的问题仍困扰着天文学家：行星的形成路径究竟是自上而下，还是自下而上？它们形成于何处？轨道是否迁移？……解开这些谜题的钥匙之一便是系外行星的大气成分，它们如同化石遗迹一般记载着这些行星遥远的过去。

图2: 行星形成环境示意图。行星诞生于恒星周围的原行星盘中，一氧化碳CO是碳元素的主要载体。CO雪线代表CO为气态或固态的分割线。位于CO雪线内侧的两颗行星代表太阳系木星和海王星当前的位置，而TYC 8998 b则远位于CO雪线之外。在如此遥远的距离，大部分CO冻结在固态物质表面，成为行星形成的主要原材料。由于13C更易结合在固态表面，导致最终构成的行星中更富含13C。

3 用同位素追溯系外行星起源 研究者们利用欧洲南方天文台（ESO）的甚大望远镜（VLT），发现在一颗名为TYC 8998-760-1 b的超级木星大气中两种碳同位素的比例不同寻常。这颗行星的重量几乎是太阳系木星的14倍，距离地球300光年。这是天文学家们首次实现对遥远系外行星中同位素的观测。他们利用不同的光谱吸收信号分辨出13CO和12CO（一氧化碳分子的两种同位素形式），并测定两者的相对含量。天文学家们预期星际介质中13C和12C的含量比例约为1:70，但这颗行星大气中的13C却要多一倍。这颗行星大气中13C的“超标”，为我们揭示其可能的起源过程提供了线索 （图2）。张雅鹏解释说：“这颗超级木星距离其宿主恒星十分遥远，是日地距离的160多倍。在如此远距离下，原行星盘（protoplanetary disk）中更多的13C冻结在固体物质表面。而这些固体物质被诞生于此的行星所吸收，造就了如今观测到的富含13C的大气”。 因此，通过测定大气中同位素相对含量，研究者们得以追溯行星形成的位置以及周围的物质环境。

该论文的通讯作者、莱顿大学教授Ignas Snellen说：“这一发现为研究系外行星大气与行星形成之间的关联开辟了一条新的路径。今后，天文学家们将会把同位素观测扩展到多样化的系外行星系统中，向揭秘行星起源更进一步。现在，这仅仅是个开始！”

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2021年十大科技成果

2021年十大科技成果：

1、火星探测任务天问一号探测器成功着陆火星

2021年5月，天问一号探测器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，中国首次火星探测任务着陆火星取得成功。任务采用“气动减速－伞降减速－动力减速－着陆缓冲”四级串联减速技术路线，建立设计迭代改进流程和多学科综合优化方法，提高了系统应对故障工况和进入条件极限拉偏下的安全着陆能力。

2、中国空间站天和核心舱成功发射，神舟十二号、十三号载人飞船成功发射并与天和核心舱成功完成对接

2021年4月29日，中国空间站天和核心舱在海南文昌航天发射场发射升空，准确进入预定轨道，任务取得成功。天和核心舱发射成功，标志着中国空间站建造进入全面实施阶段，为后续任务展开奠定坚实基础。

3、从二氧化碳到淀粉的人工合成

淀粉是粮食最主要的组分，也是重要的工业原料。中国科学院天津工业生物技术研究所马延和等报道了由11步核心反应组成的人工淀粉合成途径（ASAP)，该途径偶联化学催化与生物催化反应，在实验室实现了从二氧化碳和氢气到淀粉分子的人工全合成。

4、嫦娥五号月球样品揭示月球演化奥秘

中国科学院地质与地球物理研究所李献华、杨蔚、胡森、林杨挺和中国科学院国家天文台李春来等利用过去十多年来建立的超高空间分辨率的定年和同位素分析技术，对嫦娥五号月球样品玄武岩进行精确的年代学、岩石地球化学及岩浆水含量的研究。

5、揭示新冠病毒（SARS-CoV-2)逃逸抗病毒药物机制

不断出现的新冠病毒突变株对当前已有的疫苗、中和抗体等抗病毒手段提出严峻挑战，亟需发展能有效应对各型突变株的广谱药物。在生命周期中，病毒的一系列转录复制酶组装成“转录复制复合体”超分子机器，负责病毒转录复制的全过程，且在各型突变株中高度保守，是开发广谱抗病毒药物的核心靶点。

6、“中国天眼”（FAST)捕获世界最大快速射电暴样本

快速射电暴（FRB)是无线电波段宇宙最明亮的爆发现象。FRB121102是人类所知的第一个重复快速射电暴，中国科学院国家天文台李菂等使用“中国天眼”（FAST)成功捕捉到FRB121102的极端活动期，最剧烈时段达到每小时122次爆发，累计获取1652个高信噪比的爆发信号，构成目前最大的FRB爆发事件集合。

7、实现高性能纤维锂离子电池规模化制备

如何通过设计新结构（如创建纤维锂离子电池）满足电子产品高度集成化和柔性化发展要求，是锂离子电池领域面临的重大挑战。复旦大学彭慧胜、陈培宁等发现纤维锂离子电池内阻与长度之间独特的双曲余切函数关系，即内阻随长度增加并不增大，反而先下降后趋于稳定。

8、可编程二维62比特超导处理器“祖冲之号”的量子行走

量子行走是经典随机行走的量子力学模拟，是实现量子模拟、量子搜索算法乃至通用量子计算的工具。

9、自供电软机器人成功挑战马里亚纳海沟

深海机器人与装备需要高强度金属耐压外壳或压力补偿系统来保护内部机电系统。浙江大学李铁风等从深海狮子鱼“头部骨骼分散融合在软组织中”这一生理特性提取仿生灵感，揭示深海极端压力条件下软机器人功能器件破坏及驱动失效的内在机制；提出硬质器件分散融入软基体实现内应力调控的方法，以及适应深海低温、高压环境的电驱动人工肌肉融合制造方法。

10、揭示鸟类迁徙路线成因和长距离迁徙关键基因

“迁徙生物如何发现其迁徙路线？”一直是社会和学术界广泛关注的议题，也是《科学》（Science)杂志125个最具挑战性科学问题之一。中国科学院动物研究所詹祥江等历时12年，利用卫星追踪数据和基因组信息，建立了一套北极游隼迁徙研究系统，发现游隼主要使用5条路线穿越亚欧大陆，西部游隼表现为短距离迁徙，东部为长距离迁徙。

21世纪的科技成就有哪些？

1、火星月球发现有水

2004年1月4日和1月25日，美国“勇气”号和“机遇”号火星车分别在火星登陆。两辆火星车的最大成就是共同发现了火星上曾经有水的证据。同时，在环火星轨道上运行的欧洲“火星快车”探测器也发现火星南极存在冰冻水。

这是人类首次直接在火星表面发现水。 在经历9个多月的太空旅行后，美国“凤凰”号火星探测器2008年5月25日成功降落在火星北极附近区域，这是第一个在火星北极附近着陆的人类探测器。按照计划，“凤凰”号着陆后展开了为期3个月的火星地面探测。

同年7月30日，“凤凰”号的机械臂把一份土壤样本递送到热量和释出气体分析仪中。在样本加热时，分析仪鉴别出其中有水蒸气产生。这是火星上存在水的最直接证据。

2009年11月，科学家们肯定地表示，月球上有水而且数量可观。2009年10月9日，美国航空航天局利用火箭在月球表面撞出一个直径100英尺的坑，并在产生的碎片中测量到25加仑以水蒸气和冰的形式存在的水。

2、人类基因组序列图完成

2000年6月26日，美国总统克林顿和英国首相布莱尔联合宣布：人类有史以来的第一个基因组草图已经完成。

2001年2月12日，中、美、日、德、法、英等6国科学家和美国塞莱拉公司联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。

人类基因组计划中最实质的内容，就是人类基因组的DNA序列图，人类基因组计划起始、争论焦点、主要分歧、竞争主战场等都是围绕序列图展开的。在序列图完成之前，其他各图都是序列图的铺垫。也就是说，只有序列图的诞生才标志着整个人类基因组计划工作的完成。

2003年4月15日，在DNA双螺旋结构模型发表50周年前夕，中、美、日、英、法、德6国元首或政府首脑签署文件，6国科学家联合宣布：人类基因组序列图完成。

人类基因组图谱的绘就，是人类探索自身奥秘史上的一个重要里程碑，它被很多分析家认为是生物技术世纪诞生的标志。也就是说，21世纪是生物技术主宰世界的世纪，正如一个世纪前量子论的诞生被认为揭开了物理学主宰的20世纪一样。

人类基因组蕴涵有人类生、老、病、死的绝大多数遗传信息，破译它将为疾病的诊断、新药物的研制和新疗法的探索带来一场革命。

2007年，科学家首次阐述了人与人之间的DNA究竟存在着多大的差异。这是一个巨大的概念性飞跃，它将影响从医生如何治疗疾病到人类如何看待自己以及保护个人隐私等各个方面。

3、细胞重新编程技术

美国《科学》杂志评选出的2008年十大科学进展，细胞重新编程“定制”细胞系方面的进展名列第一位。

《科学》杂志说，这些细胞系以及“定制”它们的有关方法，为科研人员理解甚至未来治愈一些医学上的顽疾提供了工具，比如帕金森氏症、Ⅰ型糖尿病等。

所谓细胞重新编程，是指通过植入新的基因，改变细胞的发育“记忆”，使其回到最原始的胚胎发育状态，就能像胚胎干细胞那样进行分化，这样的细胞被称作“诱导式多能干细胞”。

2008年，有两个科研小组从罹患不同疾病的患者身上提取细胞，重新编程，使其“变身”为干细胞。他们选取的疾病大多数是很难或者不可能用动物模型来进行研究，这就使得获取人类细胞系进行研究的需求变得更为迫切。

《科学》杂志认为，这些新的细胞系将成为科研人员理解疾病如何发生、发展的重要工具，另外对医学领域筛选潜在药物可能也有帮助。如果科学家将来完全掌握细胞重新编程技术，能够更准确地控制这一技术，使其变得更加有效、安全，那么患有不同疾病的患者将有可能用自体健康细胞来治病。

4、人类最早祖先确定

身高4英尺(约合1.21米)的“阿尔迪”成为迄今为止人类发现的最古老原始人。她生活在440万年前，直到1992年被发现。经过17年的探寻和研究，科学家将埃塞俄比亚出土的100多块碎片拼接起来，并成功复原了她的骨骼模型。

2009年10月，科学家公布了这一成果。令人吃惊的是，作为人与黑猩猩的共同祖先，“阿尔迪”却与黑猩猩大不相同。此外，尽管生活在森林中但却能够直立行走的事实，推翻了此前有关空旷草原地形对于人类两足发展至关重要的理论。

5、证实宇宙暗物质存在

2003年，美国匹兹堡大学斯克兰顿博士领导的一个多国科学家小组，借助了美国“威尔金森微波各向异性探测器”卫星的观测数据以及另一项名叫“斯隆数字天宇测量”的观测计划的结果进行了对比分析。

观测分析得出结论认为，宇宙中仅有4%是普通物质，23%是暗物质，73%是暗能量。2006年一个美国天文学家小组通过美宇航局的“钱德拉”X射线太空望远镜等设备观测遥远星系的碰撞，发现了宇宙暗物质存在的最直接证据。2007年，欧洲和美国的科学家在《自然》杂志上发表了首次为宇宙暗物质绘出的三维图。

阳历1976年11月21日出生的星座是什么样的人？

　　天蝎座

　　10月24日～11月22日主宰行星：火星和冥王星属性：水相星座

　　秋天出生的生辰星位或太阳在天蝎座人的性格特点：

　　在天秤座和射手座之间是天蝎座。这一座的人对互不相同的和互不相融的事物有特殊的兴趣。善于利用自己性格反差较大的特点。你是一个喜欢探究事物的真正并加以区别的人。在萧瑟的秋风中降生到这一星座的人粗犷而倔强，你紧张的生活节奏会使接近你的人感到迷惘。你的爱情心理常充满着矛盾。感情上的背叛对你是绝对不能忍受的，而且会使对你爱情产生与原来相对立的看法。你有一双极其敏锐的眼睛，能洞察人的弱点和机遇的利弊。另外，你的神秘性、选择性、好斗性、狂热性和不妥协精神，也常常给人们留下深刻的印象。无法摆脱的烦恼常常纠缠着你，使你感到精疲力竭。强烈，是天蝎座的人的突出性格表现。巨大的耐力使你敢于迎接艰难险阻，并能征服之。无论生活中的还是情感方面的错综复杂的问题，非但不会使你厌烦，相反还会给你的生活增添乐趣。

　　天蝎座的人需要经常不断地处于忙碌之中。你喜欢亲自动手去做；喜欢改善自己的工作和生活环境；喜欢更新自己的想法，而不喜欢无所事事和庸庸碌碌的生活，那会使你丧失生机和活力。你从不接受任何失败，如果遭到了挫折，你将会产生强烈的心理变态反应。而后你会从零开始，凭着顽强的意志和坚韧不拔的精神，重新奔向成功。你喜欢戏剧性的场面，会不时地在你前进的道路上导演一幕。最好不要成为你前进道路上的障碍，这是一个危险的竞争者和一个可怕的对手。你将永远不会忘记失败的教训和自己所受的伤害。

　　天蝎座的人酷爱权力，喜欢有自己的思想方法。钱和物质对你是不可缺少的，但从不用它来束缚自己的手脚，你对那些对自己的事业、工作有过帮助的人，总是念念不忘，肯为你们慷慨解囊。在生辰天宫图中，当火星在牧羊座、天蝎座或魔羯座，或者在黄道第Ⅰ、Ⅹ、Ⅶ或Ⅳ宫中的影响力较大的时候，这一性格会表现得更为突出。与黄道任何其你星座的人不同的是，天蝎座的人善于等待有利于自己的时机。一旦时机到来，你选定了自己要走的路，那么任何力量都无法除阻挡你的前进，你会经受住任何艰难困苦的考验。别人失败或弃阵逃脱的地方正是你建立自己成功业绩的圣地。你喜欢慎重而深思熟虑的冒险行动，也很会利用自己的魅力和感召力去达到自己渴望的目的。许多有声望的金融家，你们的生辰天宫图中都有天蝎座的强大的影响力。天蝎座的人常常表现出利益上的本性，颇懂生意经，越是棘手的生意，你越能从中渔利。这是一个不太容易相处的人，一切都向最好的看齐。你的物质欲望必须得到充分满足。相传，天蝎座与象征死亡、遗产和赠与的黄道第Ⅷ宫结了"金玉"良缘，因此迄今为止，天蝎座的人仍在享受着配偶在物质生活方面常常给你的利益。还有些天蝎座的人，可能走向另一个极端，你们对这个世界上的幸福、财富毫无兴趣，而是去开创自己的信念之路，或者内心深处经历着神秘主义的骚动。

　　天蝎座的男性

　　绝对意识和强烈的欲望在你的心中翻腾，并经常把你带到一个激情茫然的忧郁世界。恰恰在这里，你会感到人生的真正价值和乐趣。

　　你能顽强地经受任何艰苦的考验，愿望的洪流会帮助你扫除前进道路上的一切障碍。你善于猜测别人的弱点，善于抓住女人的弱点和触动你们的情思。在爱情方面，你永远处于主宰地位，在你看来，只要目的是好的，就可以无所顾忌。

　　由于你坚韧不拔的精神，你会在别人失败的地方取得成功。

　　只有当你超脱了自己本性的时候，你才能从内心的自我折磨的桎梏中解放出来，焕发出巨大的精神力量，变成令人难以想象的创造力。

　　生辰星位在金牛座，且受金星影响的女性会与你情投意合。你们无论是精神生活还是其你方面都会达到满意的和谐。

　　与温柔顺从的巨蟹座的女性结合，你们的感情将会十分融洽，生活会充满诗意。

　　双鱼座的女性会使你真正感受生活的欢乐。

　　讲求实际的、勇敢的狮子座的女性，会改变你的性格，并把你从抑郁和错综复杂的顽念中解脱出来。

　　天蝎座的女性

　　只有在激情、失望和泪水中才能感到自己的存在和欢乐。你能经受住生活不幸的洗礼和考验。喜欢戏剧性的变化。你会感到或使人感到性爱的巨大吸引力。魅力会帮助你在人生道路上畅通无阻地前进。一旦你找到了自己意中的男性。你会成为一个出色的伴侣。勇敢、任劳任怨，在艰苦的考验中，你会表现出一个主妇的最无私的品质。

　　感情的私有欲和嫉妒心理较强，你所需要的不是丈夫欣赏自己美的目光，而是你忠贞不渝和毫无保留的爱。如果你在爱情方面受到愚弄或遇到了劲敌，你会产生强烈的报复心。当关系到你切身利益的时候，你最有力的武器就是不讲情面。

　　你常常把自己当作发泄怨愤的靶子，尤其是爱情问题上。但是你的能力和富有特点的性格会给周围的人留下深刻的印象。

　　生辰星位在金牛座的男性，是你的理想选择。共同的生活会使你们领略爱的真谛和奥妙。与双鱼座的男性也会情意投合。

　　如果巨蟹座的男性走进你的生活，天蝎座的女性可以随心所欲地行使家庭主妇的权力。

　　天蝎座的儿童

　　激动和感情是天蝎座的孩子性格上的主要部分。这一座的孩子的心理十分复杂和难于理解。沉默寡言、不动声色，但内心却慢慢地积累着愿望或不满，并形成潜在的动荡不安因素。

　　永远不要低估这一座的孩子，你可能变得最好，也可能变得最坏。如果你感到自己受到了中伤或轻视，你就会产生铭心刻骨的不满情绪，致使你固步自封或不求上进，这种情绪会一直持续到你成年。

　　另外，天蝎座的孩子身心蕴藏着一种特殊的力量，在需要做出艰苦努力或发挥才智的时候，这种力量就会本能地迸发出来。

　　一切具有神秘色彩的事情都能引起你的兴趣。在医学、化学、历史或者研究工作方面，你会表现出天赋。你具有揭示奥秘或弄清迷疑问题的特殊本领。

　　这是个以自我为中心的人，对人有很大的吸引力，这一点在你青海年时代就充分表露出来。你常常给周围的人留下深刻的印象。

　　不要强迫你去做你不愿的事，你需要自己选择要走的路，一旦选定了，你会拿出百倍于别人的毅力和勇气去学习和工作。

　　你的理想出路是医学、冶金、警察职业、研究工作、军事、与石油或火山有关的职业、工程师、雕塑家或危险性大的职业。

　　天蝎座不同10°内出生的人的基本性格：

　　出生日期：10月24日～11月2日

　　性格特征：性格专横且富有神秘色彩，很难从平静的外表看到你内心世界的全貌。你能成为一个杰出的人，也可能走向其反面。你喜欢通过迂回曲折的方式实现自己的目的。在困难面前从不气馁。青年时代比较优柔寡断，到成年以后，你的性格特点才会真正表现出来。这是个性情较孤僻的人。如果你能有更多的宽容和同情心，你将会受到更大的尊重。

　　动力来源：分而治之

　　出生日期：11月3日～12日

　　性格特征：性情暧昧，既高傲又胆怯，既温情又冷酷，既向往性爱又谨慎克制。当有人冒犯你的时候，你会不念情面。非常容易变成一个感情抑制和极度东安的人。你易受各种欲望的驱使，一旦你克服了本性，就会焕发出一股强大的动力，并在神秘学、心理学或发明创造方面显示出令人瞩目的才能。

　　动力来源：极端

　　出生日期：11月13日～11月22日

　　性格特征：无法遏制的本性和强烈的激情，可能成为你的动力，也可能成为你的弱点，这两种倾向主要取决于是使你的情感升华，还是使你成为激情的牺牲品。你非常需要一个能给你精神上带来平衡的充满幸福和友爱气氛的生活环境。你对有可能成为毁灭性的嫉妒总是留有戒心。

　　动力来源：情爱

　　出生在天蝎座的著名人士有：帕格尼尼(意大利作曲空)、陀思妥耶夫斯基(俄国小说家)、玛丽居里(波兰物理学家)、毕加索(西班牙著名画家)、戴高乐(法兰西第五共和国总统)、阿兰德龙(法国著名影星)、兰开斯特(美国电影演员)、甘地夫人(印度前总理)、密特朗(法国总统)。

　　总而言之，天蝎座的你：

　　愿望强烈的天蝎座的人说："我需要"。

　　表达爱情的方式是：错综复杂。

　　是一个：有强烈欲望的人。

　　渴望：找到一个宽容的妻子(或丈夫)。

　　受骗：由于过分自信和喜欢复杂化。

　　喜欢：去寻觅珍奇之物。

　　害怕：别人不真诚。

　　弱点：经常存在一种潜在的危机感。

　　有利条件：毅力。

　　不利条件：不善于变通。

　　假期生活：改变自己房间的陈设，或在家里修修补补。

　　开支：用于得不偿失的事情。

　　吉祥物：龙。

　　吉祥金属：铁。

　　吉祥宝石：红宝石。

　　吉祥日：星期二。

　　喜欢的颜色：红色。

　　吉祥数字：9、18、27、36。

　　隐蔽之处、葡萄园、豪华的娱乐场所、最新式旅馆和繁华的地方。

　　吉祥植物：红辣椒、蓟根草、苦艾。

　　居住条件：隐蔽而富有神秘色彩、古香古色的家具。

　　理想旅居国：挪威、马来西亚、叙利亚、保加利亚、澳大利亚的昆士兰。