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中国面包师贴吧-楼主(阅:177/回:0)接收天照粒子穿过乙醇溶液形成的电磁波的方法接收天照粒子穿过乙醇溶液形成的电磁波的方法 第一部分 “天照”粒子:新的宇宙之谜 科技日报北京2023年11月23日电(记者张梦然)一个高能粒子从太空坠落到地球表面,目前尚不清楚它来自何处,甚至不清楚它到底是什么。这听起来像是科幻小说中的情节,但实际上是科学现实。这种能量超过240艾电子伏特(EeV,1018电子伏特)的银河系外粒子,是研究人员较早时间通过望远镜阵列实验的表面探测器探测到的,研究结果发表在最新一期《科学》杂志上。 超高能宇宙射线(UHECR)是来自太空的亚原子带电粒子,其能量大于1EeV,大约是人造粒子加速器所能达到能量的100万倍。 罕见的UHECR的起源被认为与宇宙中最具能量的现象有关,例如涉及黑洞、伽马射线暴和活动星系核。然而,关于这些粒子的物理和加速机制仍然未知,因为这种探测对仪器的收集能力要求非常高。 鉴于该粒子的异常高能量,它的到达方向应该与其来源更紧密相关。然而,研究结果表明,它的到达方向没有显示明显的源星系或任何其他已知的天体。相反,它指向宇宙大尺度结构中的空洞——一个很少有星系“居住”的区域。这表明它拥有银河系外邻域的未知来源,又或是人们对相关高能粒子物理学的理解不完整。 在该粒子的众多候选名称中,藤井团队最终选定了以日本神话中的太阳女神“Amaterasu”(天照)来命名。“天照”粒子也许和太阳女神一样神秘,它从哪里来的?到底是什么?破解这些问题有望为阐明宇宙射线的起源铺平道路。 超高能宇宙射线粒子 发现与命名 来源与科学意义 关于威力的说明 3月2日凌晨,国际知名学术期刊《自然-天文》发表了中日合作团队利用我国西藏羊八井ASγ实验阵列获得的一项重要发现:在国际上首次发现距地球2600光年的超新星遗迹SNR G106.3+2.7所发射出的超过100 TeV(100万亿电子伏特)的伽马射线。 宇宙学家认为,这种天体应该就存在于银河系中。但由于宇宙射线带电荷,它们在传播过程中会受到银河系磁场的偏转,待它们到达地球时,其方向早已不再指向源头,因此人类无法通过宇宙线的到达方向来寻找PeVatron。幸运的是,在其“出生地”被加速后,宇宙射线可能与附近的分子云发生碰撞,从而产生中性π介子,随后π介子衰变产生能量约为母体宇宙射线能量十分之一的伽马射线(这类伽马射线被称为是“强子起源”)。由于伽马射线不带电荷,沿直线传播,因此观测到伽马射线的到达方向就是该天体源方向,科学家借此可以寻找到PeVatron所在地。 据介绍,判断一个天体源是否是宇宙线PeVatron,主要有三条判据:该天体源发出的伽马射线能量超过100 TeV;伽马射线发射区与分子云的位置一致;能够排除超高能伽马射线产生于脉冲星及其风云高能电子的可能性,即排除“轻子起源”。 此前,世界上还没有任何一个实验组找到同时满足以上三个条件的天体。西藏中日合作ASγ实验位于海拔4300米的西藏羊八井,始建于1989年。2014年,中日实验团队在原有的宇宙线表面阵列的地下增设了创新型的地下缪子水切伦科夫探测器——综合利用表面和地下探测器阵列的数据,可以排除99.92%的宇宙线背景噪声,从而大大提高了探测伽马射线的灵敏度。 此次,中日合作团队通过有效时间两年的观测,测量到了来自SNR G106.3+2.7方向的超过100TeV的超高能伽马射线,发现这些伽马射线的空间分布与附近分子云的分布接近,而与这个区域内存在的脉冲星及其风云关联较弱。 对这些观测结果的一个合理解释是:质子在SNR G106.3+2.7附近被激波加速到PeV能区,然后与附近的分子云碰撞产生中性π介子,随后π介子衰变产生超高能伽马射线。这样,G106.3+2.7就成为银河系中一个PeVatron候选体,为解开超高能宇宙线起源的世纪之谜打开了一个宝贵的窗口。 物理特征与形成机制 第四部分 超级大水库 谁能想到,在宇宙尚且“年幼”、星系还在蹒跚成型的年代,竟然早已存在如此庞大的复杂分子群?这一发现就像一把钥匙,猛地打开了早期宇宙的神秘大门,逼着我们重新审视:星系、黑洞与生命必需的物质,究竟是如何在混沌中萌芽的?为什么说它的发现会颠覆人类对宇宙成长的认知呢?今天我们就来揭开这个宇宙级水库的秘密。 早在2011年,权威期刊天体物理学杂志上发表过一篇研究论文,在距离地球120亿光年外,有一颗被命名为APM08279+5255的类星体。但那时候还没有确定这个类星体周围有大量水蒸气。只发现在它的中心,存在着一个质量约有200亿个太阳质量的黑洞,其亮度超过了宇宙中大多数星系。因此,这颗类星体成为宇宙中最耀眼的“灯塔”。而这束“灯塔之光”,在星际空间穿行了100多亿年,才终于抵达了地球的观测设备。起初,天文学家只是被这颗类星体的极端亮度吸引。但当他们动用NASA的Z-Spec仪器和法国德雷Plateau干涉仪等顶尖设备,解析其红外与无线电信号时,意外发现了多条清晰的水蒸气发射线,非常直白的宣告了超级水库的存在。 更令人震惊的是这个水库的规模远超人类的想象,它笼罩在类星体中心,宽达数百光年,蕴含的水量足以把地球所有海洋装满140万亿次。更特别的是,这些水并非液态,而是与尘埃、气体混合组成的水蒸气,温度约在-53℃。 这一发现直接推翻了天文学界长期以来的固有认知,原来宇宙比我们想象中的要更成熟。我们都知道,水分子的诞生,必须先有氧元素,而氧只能在恒星核心“锻造”,并在恒星死亡爆炸时扩散到星际空间。在宇宙诞生不到20亿年就检测到如此多的水,说明当时的宇宙已经历了多代恒星的“生老病死”,重元素早已积累到足以支撑复杂分子形成的量级。这比此前预测的时间,足足提前了至少10亿年。 那如此极端的环境里有这么多水,会不会有生命存在的希望呢?要知道黑洞周围是宇宙中最狂暴的区域,高温、高压、强辐射交织在一起,这里本该是分子的“禁区”。但这个“大水库”却安然存在,黑洞的能量虽然强大,却没强到将其摧毁。这种微妙的平衡,让我们首次窥见:复杂分子竟能在如此极端的环境中存活,这种平衡为生命基础物质的广泛存在提供了一种可能。 我们从该类星体周围丰富的气体和水储备,能看到一个关键真相。这颗超大质量黑洞可能还没有“长大成人”,周围仍有海量物质可供吞噬。这就解答了天文学界的一大谜题,早期宇宙里的大黑洞,为何能在短时间内成长到数十亿个甚至是上百亿个太阳质量?答案或许就是这些围绕其运行的“物质宝库”。 在此之前,天文学家普遍认为,宇宙诞生初期只是简单元素的“混沌态”,尘埃、重元素和复杂分子要在星系成熟后才会慢慢出现。但这颗120亿光年外的超级水库证明:在宇宙诞生不到20亿年的星系,就已具备恒星形成的全部原料,而且它的化学成熟度远超现有的宇宙模型。更重要的是,它让“引力透镜”这一宇宙“天然放大镜”的价值彻底凸显。 如果没有前景星系弯曲、放大光线,这颗遥远类星体的水蒸气信号,根本无法被地球探测到。这意味着,在现有观测数据中,可能还隐藏着无数类似的巨型水库,等待着被重新发掘。而水本身的角色,也让星系形成模型迎来了修正。毕竟,水是宇宙中最高效的“冷却剂”,它能让高温气体快速凝结,进而形成新恒星。这与此前认为“早期类星体周围恒星形成受限”的观点,形成了鲜明的反差。 为了确认这个超级水库的存在,2025年4月,科学家们利用阿塔卡马大型毫米波阵列和韦伯太空望远镜对这个类星体进行更详细的观测,确认了这个水库的存在。同时还绘制出了这个“水库”的详细物质分布图。 现在科学家急于解答一个关键问题,这种级别的水量类星体是宇宙中的“特例”,还是说普遍存在?如果更多类似系统被发现,那就说明:在太阳系形成前,复杂分子早已遍布整个宇宙,生命的基础化学前体可能在宇宙诞生之初就已埋下种子。从简单元素到复杂分子,从黑洞吞噬到星系成长,这颗120亿光年外的“超级水库”,正将宇宙演化的碎片串联成线。它最终要告诉我们的,或许是一个最浪漫的真相:宇宙从诞生之初,就带着“孕育复杂”的基因,而我们身边的水、生命,乃至整个有序的世界,都是宇宙给我们准备好的礼物。 距离地球120亿光年的宇宙深处,藏着比地球水量多140万亿倍的"超级大水库"——一片由类星体照亮、跨度数百光年的巨型水蒸气云团,它揭示了宇宙诞生仅18亿年时就已存在惊人规模的水体。 大家好,我是魅力科学君,今天我们来聊一下宇宙中的“超级大水库”。好的,我们不说废话,这就开讲。 对于我们人类而言,地球的蓄水量无疑是非常庞大的,然而在浩瀚的宇宙中,地球本身都是一个极为渺小的存在,就更不用说地球上的那么“一点点”的水了。 实际上,已知宇宙中最大的水体,位于天猫座方向,距离我们大约120亿光年的位置上,它是一片范围高达数百光年的巨型水蒸气云团,根据科学家的估算,地球的蓄水量,大概只有它的140万亿分之1。 如此巨大的蓄水量,完全称得上是宇宙中的“超级大水库”。那么,它到底是怎么被发现的呢?一个重要的原因就是:那里存在着一个被称为“APM 08279+5255”的类星体(如下图所示)。 简单来讲,类星体是一种亮度异常高的天体,尽管它们距离我们非常遥远,动辄就是几十亿,甚至上百亿光年,但在我们看来,它们仍然可以像常见的恒星一样闪闪发光。 科学家推测,类星体的核心应该是一个超大质量黑洞,当这样的黑洞大量吞噬周围物质的时候,会形成一个盘状结构,这被称为吸积盘,在其强大引力的作用下,吸积盘里的物质会以非常接近光速的速度围绕着黑洞旋转。 在此过程中,吸积盘中的物质会发生极为猛烈的摩擦和碰撞,并因此产生极高的温度,进而释放出大量的电磁辐射,而这很可能就是类星体亮度如此之高的原因。 根据科学家的估算,如果真是这样的话,那么以“APM 08279+5255”的亮度来看,其核心的那个黑洞的质量,就将高达太阳的200亿倍左右。 正是在“APM 08279+5255”这个类星体的“照耀”之下,科学家才能发现这个“超级大水库”,其原理简单来讲就是,不同的分子会吸收(或发出)特定频率的电磁波,水分子也不例外,它们会以自己独特的方式与光相互作用,进而产生“水分子指纹”,通过对其进行分析,就可以知道它们的存在。 在相关研究中,科学家利用了位于地球表面和太空中的多台望远镜,对“APM 08279+5255”进行了深入的观测,结果发现,在这个类星体周围的空间中,存在着大量的“水分子指纹”,在此之后,通过对这些“水分子指纹”的强度和分布进行详细分析,科学家推算出了其总量和分布范围,进而确定了这个“超级大水库”的存在。 需要知道的是,目前主流理论认为,宇宙诞生于大约138亿年前的“大爆炸”,由于“APM 08279+5255”距离我们大约120亿光年,因此我们现在看到它发出的光,其实是它在大约120亿年前发出的,也就是说,我们发现的这个“超级大水库”,其实是它在120亿年前的样子,而在那个时候,宇宙才“刚刚”诞生了18亿年。 科学家表示,这个“超级大水库”的发现,为我们研究水在早期宇宙中的分布提供了宝贵的线索,在此之前,虽然我们知道水在宇宙中普遍存在,但在“大爆炸”后仅仅十几亿年的时间里,就能形成规模如此庞大的水体,还是令人感到很是意外。 第五部分 超级大酒窖 很多人觉得,宇宙里除了氢和氦,就是空荡荡的真空,最多有点儿岩石尘埃。 太天真了。 早在上世纪60年代,天文学家就发现:星系空间里藏着海量分子,从最简单的双原子结构,到复杂到离谱的有机大分子。至今,我们已经发现了超过200种星际分子。 第一个发现就把科学家震傻了:宇宙里居然有酒。 在距离地球2.6万光年的人马座B2星云里,天文学家找到了巨量的乙醇分子——就是白酒里的酒精。总质量相当于太阳的百万倍。换算下来,比地球上所有海洋的总水量还要多400万亿倍。 什么概念?就算全人类每天喝掉一亿吨白酒,这些星际酒精也够我们喝上万亿年。妥妥的宇宙级巨型酒窖。 更离谱的是,这片星云里不止有酒——还有乙二醇(防冻液原料)、甲醛(防腐剂),甚至还有乙醇醛,也就是最简单的糖分子。 你没听错:宇宙里不仅有酒,还有下酒的糖。连喝带吃,给你安排得明明白白。 而这些分子,全飘在零下263摄氏度的星际真空里。在地球实验室里需要严苛环境才能合成的有机物,宇宙在近乎绝对零度的真空里,随手就造了出来。 第二层离谱:在最极端的地狱环境里逆天存活 你以为这就够离谱了?更疯的还在后面。 按照地球的化学规则,复杂有机分子最怕强辐射、高温和真空。稍有不慎就会被炸碎成原子。 可星际分子偏要反着来。 天文学家在超新星爆发的遗迹里,找到了完整的富勒烯分子——也就是足球烯,C60和C70。这种高度复杂的碳结构,居然是在恒星把自己炸碎、毁天灭地的爆炸里诞生的。 更离谱的是,在中子星附近——那种引力能把原子压碎、辐射能秒杀一切生命的极端环境里——天文学家居然检测到了氢气、乙炔、丙炔这类复杂有机分子。 地球实验室里需要高温高压、无菌无尘环境才能完成的反应,宇宙在真空、极寒、超强辐射的地狱级环境里,不费吹灰之力就完成了。离谱到天文学家至今没完全搞懂它们到底是怎么活下来的。 第三层离谱:生命的起源,可能是个“快递包裹” 最颠覆认知的来了:地球生命,可能根本不是地球原创。 我们一直以为生命是地球的特例,是无数巧合叠加的奇迹。可天文学家早就发现:构成生命的所有核心原材料,在星际空间里全都能找到。 我们在星际分子云里,找到了氨基酸的前体分子,找到了能合成DNA和RNA的碱基分子,找到了构成细胞膜的脂类分子,甚至找到了生命能量核心ATP里必不可少的磷元素分子。 1969年落在澳大利亚的莫奇森陨石,更是直接实锤了这个离谱的真相。科学家在这颗来自星际空间的陨石里,找到了超过100种氨基酸——而它们正是来自宇宙中的星际分子。 这意味着:早在地球诞生之前,宇宙就已经把生命的零件全部造好了,打包成星际分子,随着陨石和彗星,像快递一样撒遍了整个银河系。地球,不过是刚好签收了这个包裹,才诞生了生命。 你以为这就完了? 星际分子的骚操作还远不止于此。 第四层离谱:宇宙里还能“闻”到味道 我们在星际空间里找到了香豆素——就是新割青草的清香味;找到了香草醛——香草冰淇淋的甜香味;当然也有离谱的——硫化氢,臭鸡蛋的刺鼻味;还有萘,樟脑丸的味道。 空无一物的宇宙,根本不是死寂的,而是一个藏着各种味道的巨型百货超市。 你本身就是宇宙最离谱的奇迹 我们总说宇宙是冰冷的、空旷的,和渺小的我们毫无关系。 但这些星际分子告诉我们:宇宙从诞生之初,就在为生命的出现做准备。 它用百亿年的时间,在恒星的生死轮回里,一点一点锻造着构成生命的每一个零件,再把它们撒向银河系的每一个角落。 你身体里的每一段DNA,每一个氨基酸,每一次呼吸的氧——最初的源头,都可能是这些飘在星际空间里、看似不起眼的星际分子。 你本身就是宇宙用百亿年时间,写就的最离谱、最伟大的奇迹。 看完这些星际分子的操作,你觉得宇宙里会不会还有能直接合成生命的分子,我们至今没有发现? 你相信,地球生命真的来自这片星际星海吗? 我是探险宇宙,下期见。 记得抬头看看星空——你的远房亲戚,可能就飘在那儿。 银河系中心的超级酒窖 —— 人马座 B2 星云 在距离地球约 2.6 万光年的银河系中心,藏着一座直径达 150 光年的 “超级酒窖”—— 人马座 B2 星云,这里飘浮着 100 亿亿亿升乙醇。不过这些乙醇并非液态,而是以气态分子形式弥散在星际空间。 如此庞大的乙醇储量,源于星云内独特的化学反应。在低温、高密度环境下,氢、碳、氧原子逐步结合,从简单的甲烷、甲醇,最终合成乙醇分子。天文学家通过射电望远镜捕捉其特定频率射电波,从而确认乙醇存在。 作为巨型分子云,人马座 B2 不仅是星际化学的 “天然实验室”,为探索生命前物质形成提供线索,更是恒星与行星诞生的 “温床”。其内部的尘埃和气体在引力作用下,可能孕育出新的恒星系统。 宇宙中并非只有这一处 “酒精产地”,但人马座 B2 的发现,仍让我们惊叹于宇宙化学的奇妙。尽管人类目前无法触及这些星际乙醇,但其存在揭示了宇宙中复杂有机分子的演化奥秘,也为科幻创作提供了无限想象空间。 1995 年,科学家们发现了这神奇玩意儿。在离地球 1 万光年的天鹰座附近,有个巨大的分子云,好家伙,它的直径比咱们太阳系直径还大 1000 倍呢!里头的乙醇分子含量,换算成啤酒,能装满 400 万亿亿品脱。啥概念呢?地球上每个人每天得喝 30 万品脱,而且得喝上 10 亿年才能喝完。这数字,简直突破想象了。 但,理想很丰满,现实很骨感。先不说这距离,1 万光年啊,就算光都得跑上 1 万年,咱人类目前这航天水平,想跑过去喝口酒,简直天方夜谭。再说,这云里可不只是乙醇,还有 32 种化合物呢,有些可毒了,像一氧化碳、氰化氢、氨啥的,就像个危险的化学混合体,咱可不敢喝。 其实在银河系,还有个 “酒柜”,在人马座 B2 云那儿,据说有 1000 亿亿亿升宇宙 “美酒”。不过,别高兴太早,这里面大部分是甲醇,就是防冻剂和挡风玻璃清洗液里含的那种,喝了可要命,100 克就能让人失明,量大直接危及生命。咱想想就好,可千万别打这主意。 那这些酒精云是咋来的呢?其实啊,当新的恒星形成,气体和尘埃云坍塌,温度升高,乙醇就附着在漂浮的尘埃颗粒上。尘埃朝着新形成的恒星移动时,乙醇受热分离变成气体,就慢慢形成了咱说的酒精云。对天文学家来说,这可是个宝贝线索,能帮他们了解那些大恒星是咋形成的。毕竟酒精属于有机化合物,而有机化合物可是生命的基石。国家射电天文台的巴里・特纳就说,这些酒精云或许能帮咱们更好理解宇宙里其他地方生命是怎么诞生的。这么一想,这不能喝的酒精云,意义可大了去了。 说到这,你们是不是好奇这些宇宙 “美酒” 啥味啥味?人马座 B2 云给了咱答案。这里面有甲酸乙酯,这玩意儿能给树莓带来独特味道,据说闻起来像朗姆酒。所以啊,说不定银河系中心那片区域,味道就像加了树莓味的朗姆酒,想想都觉得奇妙。 咱在地球上喝酒,是种享受,也是社交方式。可宇宙里这巨大的 “酒库”,只能让咱感慨宇宙的神奇。咱人类在宇宙面前,真的太渺小了。不过,正是这些神奇发现,让咱对宇宙探索充满热情。不知道未来科技发达了,咱能不能去这些神奇地方看看,说不定到时候能想出办法,安全地尝尝这些宇宙 “美酒”。家人们,你们对这宇宙酒精云有啥想法?是不是也觉得又新奇又遗憾?快在评论区和我唠唠,我可太想知道你们咋想的了! 第六部分 照射人体 |
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