揭秘全球最大冰架,探测卫星在极地捕捉到夜间发光的云

揭秘全球最大冰架 有助科学家获得海水变暖如何影响极地海冰重要线索

探测卫星在极地捕捉到夜间发光的云

科学家尝试用疫苗治疗精神疾病

美国麻省理工学院创造超低温纪录

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科技日报北京6月17日电
绝对零度是热力学理论中温度的下限值,它相当于零下273.15摄氏度或零下459.67华氏度。在这种温度下,物质没有任何热能。近日,美国麻省理工学院科学家首次将分子冷却到逼近绝对零度——绝对零度的5千亿分之一摄氏度以上。

2014年11月,一个重力感应器被载荷进入C-130货运飞机,以监测南极洲最大的陆缘冰——罗斯陆缘冰。

图片来源:Jenny Ondioline/FLICKR

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据《基督教科学箴言报》报道,科学家曾经让原子达到超低温度,而这次科学家通过实验让分子(两个或两个以上的原子连接在一起)达到温度超低的状态。

图片来源:ROBIN BELL

本报讯
美国宇航局的中层大气高空冰探测卫星捕捉到一种不同寻常的北极现象——夜间发光云的多个画面。这些在地球上方约80千米处漂浮的云在春末和夏季出现在极地地区。此时,较低的大气层变暖,而上面的大气层变凉,导致冰晶在流星尘或其他颗粒物上形成。

日前,科学家通过动物实验发现,免疫动物能预防应激造成的恐惧反应。

在正常的温度下,分子以超高速在我们身边疾驰而过,有时甚至会发生“撞车”。不过当它们被冷却到超低温时,奇怪的事情就会发生。物理学家们推测,这些分子将不再是飞驰和相撞的个体,而会成为一个统一体——这是从未被研究过的分子的奇特状态。

罗斯陆缘冰架——
一个厚重且面积相当于西班牙国土的固体浮冰——是环绕南极洲的最大屏障之一,可防止南极冰盖滑入海洋。然而,作为考量该冰架融化有多快的一个关键因素,其下方的海床地形至今仍不清楚。冰架的存在把载荷声呐的科考船只排除在外,而冰盖下的海水也难以通过雷达接近。“这是至今为止地球上了解最少的海床。”美国纽约哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站地球物理学家Robin
Bell说。

取决于冰的密度,这些稀疏的云层在由蓝到白的光线阴影下出现。研究人员表示,这种云层正在比往常形成得越来越早,且高度也在不断降低。这可能是温室气体在大气层中累积的结果。

该研究发现抑郁和免疫系统存在联系。早期临床研究表明,抗炎症药物能缓解抑郁症。这一效应也让人联想到或能利用抗炎症治疗创伤后应激障碍。

为了探索这一现象,麻省理工学院物理学家马丁:茨维莱茵带领团队利用蒸发作用和激光来冷却原子云中的单个原子。由于钠原子和钾原子都带有正电荷,一般情况下不会形成化合物,该团队使用磁场将钠原子和钾原子吸引到一起形成钠钾分子,然后他们使用另一组激光来冷却它。一种激光的频率与分子的初始振动状态一致,另一种激光与它们最低的振动频率相匹配。钠钾分子吸收了第二种激光中较低的能量,并向高频激光释放能量。这一过程最终将钠钾分子的温度冷却到了500纳米开尔文,这一温度只有宇宙空间温度的一百万分之一,低于宇宙大爆炸后“余辉”的温度。

现在,Bell和同事正在计划填写这一巨大空白。近日,他们收到相关资助,用高灵敏度空中重力探测器来探测这个冰架。该探测器可以感应到细微的重力变化:当海底山脉出现时,重力会增大;当海沟出现时,重力会变小。经过在佛蒙特州的山脉进行飞行测试后,研究团队计划通过36次飞行以“十”字形扫描罗斯冰架,即经过两次为期3周的探测,一次在今年11月,另一次是在2016年。他们希望绘制出精度小于50米的冰下特征,达到超过现有地质图的水平;现在所用的地质图由科学家在上世纪70年代通过在冰盖上每隔50公里进行小型爆炸,记录地底回声收集的数据拼接而成。

《中国科学报》 (2015-06-23 第2版 国际)

今年6月,在加拿大维多利亚国际行为神经科学学会上,科罗拉多大学博尔德分校神经科学家Christopher
Lowry介绍了他们关于免疫反应和恐惧行为之间的联系。他说,炎症在精神病学中的作用研究受到了重视。

他们发现,在超低温状态下钠钾分子非常“迟钝”,难与附近其他分子发生作用。另外,这些分子表现出很强的偶极矩——分子内部的电荷分布状态决定它对其他分子是强烈排斥的。在这种状态下,钠钾分子不是很稳定,只持续了2.5秒就分裂了,不过在这样极端的温度条件下,这个时间已经很长了。

了解海底地形可以让气候科学家获得关于海水变暖如何从底部融化冰架的重要线索,海水融化冰架的影响远远超过南极洲的范围。当陆缘冰架融化时,浮冰不会影响全球海平面,但是更薄的冰架却可以为更多南极大陆上覆盖的冰盖开路,使其流入海洋,推动海平面升高。“如果去除掉那个‘塞子’,冰就会流动得更快。”本次研究项目副主任、加利福尼亚州圣迭戈斯克利普斯海洋研究所的Helen
Fricker说。

关于军人的许多研究发现,身体炎症反应能影响创伤后应激障碍的发生。血液中含有高水平免疫蛋白CRP,或者因为遗传缺陷导致高水平CRP的战士,这些炎症易感人群更容易发生创伤后应激障碍。疫苗则能够抑制炎症,减少应激障碍。

科学家表示,下一步计划将分子冷却到更低的温度,来观察理论所预测的量子力学效应。这种效应曾在单个原子如氦原子上展示过——超低温的氦原子成为没有任何黏度的超流体。但是科学家还未对旋转和振动状态更为复杂的分子的量子力学效应进行研究。理论上,分子在超低温状态下也可能出现同样怪异的现象。

罗斯冰架厚度约为600米,位于海平面200米以上,最近数十年来,这里的冰架相对较为稳固。但冰架也会很任性:南极洲半岛上规模约相当于罗斯冰架的拉森B冰架在2002年的数月之内就发生了崩塌。Fricker希望可以在罗斯冰架发生突然变故之前收集相关的基线参数。“我们并不能确定,罗斯冰架在未来15年不会发生变化。”她说。

为检验免疫系统是否会影响恐惧和焦虑反应,Lowry等给小鼠注射分枝杆菌疫苗,每周注射1次连续3周,从而激活其免疫系统。然后与对照未免疫动物一起放于大型攻击性动物笼内。结果发现,注射疫苗的小鼠比对照组动物处理恐惧的能力更强,不会像对照动物那样轻易放弃逃跑。对照组动物会发展为结肠炎,肠道细菌类型转变为和应激相关的类型,接受免疫的小鼠的胃肠道更健康。

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南极大陆由环绕极地的涌流所包围,涌流深处含有大量热流沿着顺时针方向围绕南极大陆流淌,普遍来看,热流与冰架之间保持着安全的距离。但根据去年12月发表于《科学》的一项研究成果,自上世纪70年代起,涌流就在逐渐升温,并且在向冰架靠拢,尤其是在南极洲半岛的西部。一份新地图将可以揭示涌流是否已经抵达罗斯冰架之下。“冰架下方是否有一条较深的通道、一个峡谷或是山谷,它们可以像一条道路那样让水流通过?”Bell疑问道。

第二个实验中,Lowry等用大鼠电击足底关联声音建立心理恐惧刺激,给其注射疫苗能提高动物应付恐惧声音的能力,动物免疫后更快速地失去恐惧行为,说明调节免疫如普通疫苗,能作为创伤后应激障碍的治疗和预防手段。

如果可以在更加精细的尺度了解海床有多么崎岖或平坦,将可以帮助海洋模型专家测量来自于湍流涡旋的威胁,因为湍流涡旋可以把暖流带入冰架的腹下。而且海床越起伏不平,涡旋就会越剧烈。上世纪70年代绘制的地图显示,海床相对较为平坦。但是Bell表示,去年11月采用旧式重力感应器的飞行测试结果显示,海床的崎岖度此前远被低估。

Lowry说,他的小组目前正在申请开展临床实验,用分枝杆菌疫苗预防和治疗神经精神疾病,希望能早日获得政府监管机构的授权。

而且,各种不同密度的海床岩石也会让解读重力数据变得极为棘手。英国剑桥大学南极调查项目极地科学家Keith
Nicholls说,覆盖在海床岩石上柔软的沉积物会让岩石密度发生显著变化。“如果你不了解地质状况,肯定会被绊住。”他说。Nicholls
和同事曾利用自制潜水器绘制一处小冰架下方海床的地质特征。他表示,即便是用他们可在水下停留数月的最新潜水器,也仍然难以完全覆盖规模诸如罗斯冰架下方的海床。

美国护理研究院神经遗传组学专家Jessica
Gill说,用疫苗预防创伤应激障碍的想法非常有意思,预防应激损伤对那些将应对强大应激的人群具有重要价值。

今年5月,Bell的团队收到由戈登-贝蒂:摩尔基金会捐助的220万美元,用载荷着新型重力感应器的四引擎式C-130货运飞机进行空中检测。与极地研究主力机型“双獭”飞机相比,C-130航程更远,且历经的天气变化更多。其荷载重力仪的灵敏度可以感知到细微至毫伽级的变化。目前,Bell正在等待国家科学基金会的另外340万美元拨款以启动这一研究。

同一学术会议上介绍的另外一项研究中,美国国家灵长类动物研究中心神经科学家Matthew
Young用点击小鼠足底实验,证明注射细菌表面分子启动免疫反应,注射细菌成分12小时后,实验小鼠体内产生炎症,动物的恐惧反应明显提高。

在对罗斯冰架进行勘察之后,Bell希望她的仪器装备可以被用于探测南极洲和格陵兰岛其他冰架下的情况。“我希望罗斯冰架的研究成果可以让人们兴奋地说‘哇!’”她说。

英国曼彻斯特大学神经科学家Bill
Deakin现在开始进行一项临床研究,给200名精神分裂症受试者注射二甲胺四环素,目的是确定这种抑制中枢神经炎症的药物是否能阻止精神分裂症疾病早期的大脑灰质萎缩。类似研究发现,二甲胺四环素具有缓解精神分裂症临床症状的作用。

《中国科学报》 (2015-06-23 第3版 国际)

Deakin希望这种治疗能对一些有精神分裂症遗传风险的人或一些早期精神分裂症患者产生好处。

《中国科学报》 (2015-06-23 第7版 生物)

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