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        動(dòng)態(tài)

        2020-05-22 04:09:36
        科學(xué)中國人 2020年8期
        關(guān)鍵詞:星團(tuán)白堊紀(jì)標(biāo)量

        物質(zhì)轉(zhuǎn)移通道決定球狀星團(tuán)多星族形成與演化

        球狀星團(tuán)是由成千上萬甚至數(shù)十萬顆恒星組成,外貌呈球形的恒星集體。近期,中國科研團(tuán)隊(duì)針對(duì)球狀星團(tuán)中元素豐度異?,F(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)了小質(zhì)量雙星的穩(wěn)定物質(zhì)轉(zhuǎn)移的形成機(jī)制。這一成果發(fā)表在4月出版的最新一期國際期刊《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》上。

        球狀星團(tuán)中元素豐度異?,F(xiàn)象也被稱為“多星族現(xiàn)象”。一般認(rèn)為球狀星團(tuán)是單星族的理想模型,也就是說同一星團(tuán)里所有恒星的表面豐度是一致的。球狀星團(tuán)元素豐度異?,F(xiàn)象是指在同一個(gè)星團(tuán)中,不同恒星的表面如碳、氮、氧、鈉等輕元素豐度并不一致,呈現(xiàn)著不同程度的彌散,甚至是反相關(guān)的現(xiàn)象,如鈉—氧反相關(guān),碳—氮反相關(guān)等。這些觀測(cè)現(xiàn)象與人們對(duì)球狀星團(tuán)的傳統(tǒng)認(rèn)知相違背。近年來,學(xué)界已經(jīng)提出多種模型試圖解釋這一有趣的現(xiàn)象,但對(duì)于元素豐度異常的起源仍然沒有定論。

        球狀星團(tuán)由成千上萬甚至數(shù)十萬顆恒星組成

        中國科研團(tuán)隊(duì)運(yùn)用恒星演化程序,在考慮了星風(fēng)、對(duì)流、磁滯等情況下,進(jìn)行了大量的雙星演化模型計(jì)算。雙星中大質(zhì)量星的初始質(zhì)量為0.9~1.9個(gè)太陽質(zhì)量,他們研究發(fā)現(xiàn)小質(zhì)量雙星系統(tǒng)在經(jīng)歷穩(wěn)定物質(zhì)轉(zhuǎn)移后,吸積物質(zhì)的子星表面會(huì)表現(xiàn)出不同程度的豐度異常,如鈉豐度增加和氧豐度降低等,并且與球狀星團(tuán)觀測(cè)的豐度異?;痉?。

        這一結(jié)果表明,小質(zhì)量雙星穩(wěn)定物質(zhì)轉(zhuǎn)移通道可以產(chǎn)生豐度異常恒星,能夠解釋球狀星團(tuán)中部分的多星族現(xiàn)象。這一研究成果,有助于人們進(jìn)一步了解球狀星團(tuán)的形成和演化。

        科研人員在緬甸琥珀中發(fā)現(xiàn)苔類植物新類群

        中國科研團(tuán)隊(duì)通過合作對(duì)緬甸克欽邦白堊紀(jì)中期琥珀苔植物進(jìn)行深入研究,發(fā)現(xiàn)了苔類植物新類群。該項(xiàng)研究成果在4月18日發(fā)表于國際地學(xué)刊物《白堊紀(jì)研究》上。

        近年來,白堊紀(jì)琥珀中的古生物研究取得積極進(jìn)展,但是對(duì)其中的苔類植物的了解和報(bào)道較少。近期,中國科學(xué)家對(duì)緬甸克欽邦白堊紀(jì)中期琥珀苔植物進(jìn)行深入研究并取得了系列成果。研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一塊保存較為完整且具解剖構(gòu)造的耳葉苔科耳葉苔屬營養(yǎng)枝琥珀化石,并建立了深裂耳葉苔新種。

        據(jù)了解,被命名為深裂耳葉苔的新類群主要特征為營養(yǎng)枝側(cè)葉背瓣長卵形或橢圓形,葉尖具細(xì)尖,附體大且明顯,腹葉兩深裂。耳葉苔屬現(xiàn)生種的營養(yǎng)枝均不具深裂的腹葉,僅少數(shù)現(xiàn)生種的繁殖枝具有深裂的雌苞腹葉。

        科研人員稱,光萼苔目大多數(shù)種類為附生植物,包括光萼苔科、耳葉苔科等7個(gè)科。分子系統(tǒng)發(fā)育研究表明苔類植物光萼苔目在白堊紀(jì)陸地革命時(shí)期多樣化速率明顯提高,但化石證據(jù)非常少。

        光萼苔目是新生代琥珀化石中最常見的苔類植物,但相比而言在白堊紀(jì)琥珀中的記錄很少,通常由小碎片組成,而不是完整的植物。迄今為止,緬甸白堊紀(jì)琥珀中僅報(bào)道有多囊苔科、扁萼苔科和耳葉苔科4屬6種等少數(shù)種類。當(dāng)前深裂耳葉苔的發(fā)現(xiàn),代表緬甸白堊紀(jì)琥珀生物群耳葉苔科的化石種的新進(jìn)展,為進(jìn)一步研究光萼苔目耳葉苔科在白堊紀(jì)中期的輻射和多樣性演化積累了化石證據(jù)。

        中國科學(xué)家提出新宇宙學(xué)模型

        近日,中國科學(xué)家提出了一種新的宇宙學(xué)模型,該模型把驅(qū)動(dòng)宇宙現(xiàn)今加速膨脹的物理機(jī)制和宇宙早期暴脹的物理機(jī)制統(tǒng)一描述為同一個(gè)標(biāo)量場(chǎng),并用空間曲率為正的封閉空間解釋了普朗克衛(wèi)星在2018年報(bào)道的天文觀測(cè)結(jié)果。相關(guān)研究成果發(fā)表于最新一期的《物理評(píng)論D》上。

        早在20世紀(jì)80年代末,諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主溫伯格就曾指出宇宙學(xué)常數(shù)問題是物理學(xué)面臨的最大危機(jī)。一方面是因?yàn)榱孔訄?chǎng)論表明的所謂真空,即量子場(chǎng)的能量最低態(tài)的能量密度因零點(diǎn)能的存在而非常之大甚至趨于無窮大;另一方面是天文觀測(cè)表明,基于廣義相對(duì)論的宇宙模型無物質(zhì)的真空的能量密度(在廣義相對(duì)論中叫宇宙學(xué)常數(shù))非常小,或許就是零。

        到了20世紀(jì)90年代末,宇宙學(xué)常數(shù)問題發(fā)生了更加令人困惑的戲劇性變化。自1998年起,天文學(xué)和物理學(xué)界已確認(rèn),宇宙的膨脹已經(jīng)從過去的減速膨脹進(jìn)入當(dāng)今的加速膨脹階段??茖W(xué)家把這個(gè)同萬有引力相反的驅(qū)動(dòng)力歸結(jié)于一個(gè)非常小的真空能量密度,也就是一個(gè)非零的宇宙學(xué)常數(shù),并稱為暗能量。但暗能量到底是什么,一直得不到物理解釋。因此,暗能量的物理解釋成為宇宙學(xué)和粒子物理學(xué)面臨的最大挑戰(zhàn)。換句話說,宇宙學(xué)常數(shù)造成的幾何引力論和量子場(chǎng)論的概念沖突,已經(jīng)成為基礎(chǔ)物理學(xué)中的最大問題。

        包括諾獎(jiǎng)得主詹姆斯·皮布爾斯在內(nèi),許多科學(xué)家利用一個(gè)具有負(fù)壓特性的標(biāo)量場(chǎng)來解釋暗能量,它常常被稱為“精質(zhì)”以區(qū)別于普通物質(zhì)和電磁場(chǎng)。但是,同物質(zhì)無耦合的精質(zhì)模型無法規(guī)避溫伯格的“no-go”定理。之后,人們又提出了耦合于物質(zhì)的所謂變色龍暗能量模型。非常遺憾,在提出變色龍機(jī)制數(shù)年后,其提出者又證明了變色龍“no-go”定理,并推論說變色龍模型不能解決宇宙的加速膨脹問題,即不能解決宇宙學(xué)常數(shù)問題。

        中國研究人員提出了標(biāo)量場(chǎng)和物質(zhì)的作用勢(shì)的對(duì)稱性破缺模型,該模型指出了變色龍“no-go”定理推論的錯(cuò)誤,同時(shí)也規(guī)避了溫伯格的“no-go”定理。變色龍“no-go”定理的提出者,以及后續(xù)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家認(rèn)為,要解釋宇宙的加速膨脹需要長程力。

        該項(xiàng)研究的中國科學(xué)家則指出,是標(biāo)量場(chǎng)的負(fù)壓強(qiáng)而非其梯度力驅(qū)動(dòng)宇宙的加速膨脹,所以依靠長程作用力驅(qū)動(dòng)宇宙加速膨脹的觀念是不正確的,并證明無論是現(xiàn)今的宇宙加速膨脹和宇宙暴脹都可用一個(gè)標(biāo)量場(chǎng)描述。由于標(biāo)量場(chǎng)受到對(duì)稱性破缺的相互作用,所以標(biāo)量場(chǎng)的自作用勢(shì)在有效勢(shì)的極小值點(diǎn)的取值就扮演了宇宙學(xué)常數(shù)的角色。

        此外,研究人員還利用2018年普朗克衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)中關(guān)于宇宙暴脹勢(shì)的凹形特征得出我們的宇宙是封閉的結(jié)論。在滿足宇宙學(xué)參數(shù)的約束下,得到了物質(zhì)誘導(dǎo)標(biāo)量場(chǎng)所產(chǎn)生的第五種力。第五種力的大小和作用范圍都是與環(huán)境的物質(zhì)密度密切相關(guān)的。

        以當(dāng)下的宇宙物質(zhì)密度為例,這個(gè)作用強(qiáng)度比萬有引力大30多個(gè)量級(jí),而作用力程在微米量級(jí)。由于力程甚短,所以很難在現(xiàn)有的天文觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)方案中觀測(cè)到,從而收斂到太陽系的觀測(cè)和廣義相對(duì)論一致的結(jié)果。但由于其強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于萬有引力,只要科研人員巧妙設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)就有可能探測(cè)第五種力。

        中國學(xué)者提氣候變化全球合作策略

        國際學(xué)術(shù)期刊《自然—通訊》最新一期發(fā)表中國學(xué)者關(guān)于氣候變化的研究論文稱,如果世界各國無法完成其當(dāng)前的國家自主減排目標(biāo)(NDC),那么到2100年,相比于實(shí)現(xiàn)氣溫上升控制在2度(攝氏度,下同)或1.5度的目標(biāo),全球總損失可能約150萬億至792萬億美元。論文還提出能夠獲取更大收益的全球合作減排策略,有望帶來約127萬億至616萬億美元的經(jīng)濟(jì)效益。

        研究論文通訊作者介紹說,應(yīng)對(duì)氣候變化需要全球各國集體行動(dòng)和共同合作。2015年12月,聯(lián)合國氣候變化大會(huì)通過《巴黎協(xié)定》,明確到21世紀(jì)末將全球溫度上升控制在不超過工業(yè)化前2度的目標(biāo),并將1.5度溫控目標(biāo)作為長期努力方向。雖然170余個(gè)締約方已提交各自NDC,但研究表明,現(xiàn)有NDC無法滿足2度和1.5度溫控目標(biāo)要求。在這種背景下,中國科研團(tuán)隊(duì)合作開展了氣候變化全球合作策略研究,希望能夠通過量化溫控目標(biāo)下各國行動(dòng)方案對(duì)應(yīng)的潛在收益和成本,來提高各國應(yīng)對(duì)氣候變化的積極性,推動(dòng)全球氣候治理進(jìn)程。

        全球變暖加快冰川融化速度,格陵蘭島深受其害。

        該全球合作策略是指世界各國或地區(qū)以實(shí)現(xiàn)2度或1.5度為共同目標(biāo),合作實(shí)現(xiàn)全球社會(huì)福利最大化,同時(shí)各國或地區(qū)還有累積凈收益。研究團(tuán)隊(duì)在全球合作策略設(shè)計(jì)過程中,綜合考慮各國或地區(qū)的責(zé)任、能力和平等性,提出世界130多個(gè)國家或地區(qū)各自的溫室氣體減排路徑以及相對(duì)現(xiàn)有NDC的改進(jìn)策略,以實(shí)現(xiàn)將氣溫上升幅度限制在2度或1.5度以內(nèi)。

        在完成溫室氣體減排過程中,世界各國都需要進(jìn)一步發(fā)展低碳技術(shù)或通過市場(chǎng)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)更大力度減排。針對(duì)部分氣候敏感但經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)減排需要承擔(dān)較多的前期投資,全球合作策略希望全球達(dá)成共識(shí)開展全面合作,積極推進(jìn)低碳技術(shù)研發(fā),呼吁發(fā)達(dá)國家對(duì)相對(duì)脆弱且欠發(fā)達(dá)地區(qū)積極提供低碳技術(shù)轉(zhuǎn)移或資金援助。

        中國在全球合作策略中能做何貢獻(xiàn)?研究人員表示,作為全球一分子,中國一直以來都積極參與并推動(dòng)全球氣候治理。中國將繼續(xù)發(fā)揮在全球氣候治理中的重要引領(lǐng)作用,加大低碳發(fā)展力度,以低碳發(fā)展為契機(jī),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和技術(shù)升級(jí);大力推廣碳捕集、利用與封存(CCUS)及負(fù)排放技術(shù)應(yīng)用,推進(jìn)可再生能源、分布式能源和能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

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