环球科学：韦布空间望远镜发布“创生之柱”全新图像；揭秘非洲草原上的“仙女怪圈”

lameihua

　　· 天文学 ·

　　韦布空间望远镜发布“创生之柱”全新图像

　　近日，美国航空航天局（NASA）发布了韦布空间望远镜（JWST）拍摄的“创生之柱”（Pillars of Creation）的最新图像。“创生之柱”位于距地球约6500光年的鹰状星云（M16）的中心，冷却的星际气体和尘埃构成了三根柱子一样的结构，而气体和尘埃中形成的恒星喷出的物质，塑造了像熔岩一般的波浪线结构。

　　1995年，哈勃空间望远镜（HST）拍摄了“创生之柱”的第一张照片，并在2014年再度拍摄（左图），而本次韦布空间望远镜拍摄的近红外图像图像带来了更多震撼（右图）图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI；Joseph DePasquale （STScI）、Anton M. Koekemoer （STScI）、Alyssa Pagan （STScI）

　　这张图像是韦布空间望远镜的近红外相机在不同滤镜下拍摄，再人为上色并合成得到的。图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI；Joseph DePasquale （STScI）、Anton M. Koekemoer （STScI）、Alyssa Pagan （STScI）

　　· 生态学 ·

　　揭秘“仙女怪圈“的成因

　　纳米比亚自然保护区中的仙女圈地区之一，研究人员在此进行了植物挖掘、土壤水分和渗透的测量。（图片来源：Dr Stephan Getzin）

　　非洲南部纳米比亚的荒漠草原上，会神秘地出现没有任何植物生长的裸露圆斑，而后可能在数年后消失，这种现象被叫做”仙女怪圈“。这些怪圈有上百万个，每一个都有几米宽，一同构成了奇特的图案。近半世纪以来，科学家一直试图探索怪圈的成因，此前认为要么是白蚁啃食植物导致，要么是植物的自组织行为，但一直未有定论。最近，发表在《植物生态、演化与系统学》（Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics）上的一项研究提出，怪圈源于植物自组织行为，圆圈周围强壮的草耗尽了圆圈内的水分，可能导致了圈内植物的死亡。

　　研究人员借助纳米布沙漠（Namib Desert）的两个雨季，连续记录了仙女圈及周围的土壤水分变化，并调查了雨后仙女圈内外植物的根叶生长情况。数据显示，降雨后约十天，圈内的草已开始枯死，大部分区域根本没有草发芽；雨后二十天，这些草就会完全枯死。但同时，圈外的草则生机勃勃。研究人员发现，圈内枯死的草与圈外草的根系一样长，甚至会更长，这表明圈内的草一直在努力地寻找水，并不存在动物啃食的痕迹。而土壤水分的波动数据显示，降雨后初期，没有草长出来时，土壤水分下降缓慢，然而当草长势很好时，所有地区土壤的水分都在急剧下降。这说明，高温环境下，草一直在通过蒸腾作用消耗土壤水分，其根部的土壤会出现水分“真空”环境，导致土壤中其他地区的水分被快速驱动着水平扩散。因此实际上，这些草只能以牺牲几何形状内植株的自组织行为，创造植被间隙以保障水分的供应，从而在恶劣的环境下生存下来。

　　· 心理学 ·

　　大规模实验重新证明：做出微笑表情的确能够调节心情

　　“面部反馈效应假说”（facial feedback hypothesis）是心理学领域争论已久的一种理论，这个假说认为，个人的情绪体验受到面部表情的影响，例如微笑会让人们感觉更加快乐，而皱眉会令人感觉更悲伤。1988年的一项经典心理学实验发现，如果人们看漫画时嘴里横叼一根笔，就会觉得漫画更有趣，因为这使他们摆出了类似微笑的表情。然而此后的许多实验却没能再现这一结果，这也引发了对面部反馈效应的进一步质疑。

　　在近日发表于《自然·人类行为》（Nature Human Behavior）的一项研究中，研究团队从19个国家招募了近4000名志愿者，并将他们分成3组，分别要求他们叼住笔、模仿一个微笑的人的面部表情和将唇角移向耳朵的位置，并提升脸颊的肌肉。结果显示，叼笔对情绪几乎没有影响，但另外两种方法的确激发和提升了志愿者的幸福感。

　　· 物理学 ·

　　我国可控核聚变装置运行新纪录诞生

　　来源：中核集团

　　据科技日报报道，10月19日，我国新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）取得突破性进展，等离子体电流突破100万安培，创造了我国可控核聚变装置运行新纪录。

　　HL-2M是我国目前规模最大、参数最高的先进托卡马克装置，是我国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置，于2020年12月建成并首次放电。衡量核聚变装置及核聚变研究水平有三个参数：燃料的离子温度、等离子体密度和能量约束时间。只有三个参数的乘积超过特定数值，才能够实现真正的核聚变。而等离子体电流的大小将显著影响三个参数中的等离子体密度和能量约束时间。等离子体电流达到100万安培（1兆安）是其实现聚变能源的必要条件。HL-2M装置的等离子体电流能力可以达到2.5兆安培以上。此次最新突破，意味着该装置未来可以在超过1兆安培的等离子体电流下常规运行，开展前沿科学研究，对我国深度参与国际热核聚变实验堆（ITER）实验及自主设计运行聚变堆具有重要意义。（科技日报）

　　· 健康 ·

　　日间进食能帮助小鼠减重

　　进食时间会影响生物节律，改变糖尿病、超重等代谢性疾病的患病风险，但其中的具体机制仍未阐明。近日，一项发表在《科学》（Science）的研究发现，在日间活动活跃时期进食的小鼠能够消耗更多的热量。

　　研究者在高脂饮食喂养的小鼠模型中评估了限时饮食（time-restricted feeding）的效应。一系列实验显示，在小鼠活动程度较高的日间喂食，小鼠分解脂肪产热更明显，消耗热量也更多，从而有助于预防超重。研究显示，这种产热的增加来源于脂肪细胞的昼夜节律和肌酸循环：小鼠脂肪细胞在日间通过肌酸循环增加产热，当肌酸水平被研究者降至极低时，产热活动则无法在日间增强。该研究证明了生物钟节律破坏的个体更容易罹患代谢性疾病、阐释了限时饮食的益处，为防控代谢性疾病提供了启示。

　　· 病毒学 ·

　　中国生物成功分离猴痘病毒

　　猴痘病毒电镜图（图片来源：武汉生物制品研究所）

　　据中国生物公众号消息，国药集团中国生物武汉生物制品研究所成功从感染患者临床样本中分离出猴痘病毒毒株。

　　猴痘是由猴痘病毒感染所致的一种病毒性人兽共患病，临床表现主要为发热、皮疹、淋巴结肿大，既往主要发生在中非和西非。猴痘已成为当前公共卫生领域最重要的正痘病毒。2022年7月23日，世界卫生组织（WHO）宣布猴痘疫情构成“国际关注的突发公共卫生事件”（PHEIC）。截至2022年10月19日，全球共累计报告了75141例感染病例，100多个国家发现猴痘病例。目前，武汉生物制品研究所已从所获临床样本中成功分离出猴痘病毒，并开始了疫苗药物相关工作研究。

　　· 机器学习 ·

　　在智能设备上高效运行机器学习算法

　　小内存、低功率智能家电设备在处理指令时，时常会有延迟，这是因为它们无法在本地运行复杂的机器学习算法，需要将指令发送到云端服务器进行计算，而后再将结果返回设备做出响应。近日，发表在《科学》（Science）上的一篇文章显示，美国麻省理工学院（MIT）的科学家引入了一种叫做NetCast的边缘计算架构，不仅大幅降低了智能设备的计算延迟，还将能源利用效率提升了一百倍以上。

　　机器学习算法主要通过内存中数十亿的神经网络权重参数对数据进行转换，此前边缘设备计算速度以及能耗的最大限制，正是源于从设备内存中获取权重并将它们传输到云端服务器计算的过程。为了使边缘设备摆脱这样繁重的任务，科学家提出的NetCast将权重存储在一种新型硬件智能收发器中。它能以电信号接收权重参数，并以激光开、关对应1、0的形式将权重编码到光波上，而后通过光纤定期发送给客户端设备。客户端上Mach-Zehnder调制器的光学组件能处理输入的信号，再将计算结果以光波的形式发送给接收器解码。科学家设计了一种方法使调制器能够每秒进行数万亿次的乘法计算，同时仅消耗约1毫瓦功率。经测试，NetCast能够支持高效、高准确率机器学习算法运行，具有极大的应用潜力。

　　· 新冠疫情 ·

　　据国家卫健委官方数据，10月20日0—24时，31个省（自治区、直辖市）和新疆生产建设兵团报告新增确诊病例214例。其中境外输入病例56例（广东25例，福建12例，四川7例，江苏4例，北京3例，上海2例，云南2例，浙江1例），含9例由无症状感染者转为确诊病例（福建3例，四川3例，广东2例，浙江1例）；本土病例158例（陕西29例，内蒙古27例，广东27例，北京15例，河南9例，山西8例，湖南7例，四川7例，新疆7例，天津6例，浙江5例，重庆4例，云南3例，江苏2例，山东1例，广西1例），含13例由无症状感染者转为确诊病例（北京4例，内蒙古3例，重庆2例，陕西2例，湖南1例，四川1例）。无新增死亡病例。无新增疑似病例。

　　31个省（自治区、直辖市）和新疆生产建设兵团报告新增无症状感染者783例，其中境外输入145例，本土638例（新疆113例，内蒙古64例，广东62例，天津53例，陕西41例，湖北40例，云南37例，湖南32例，广西24例，浙江19例，山东17例，四川17例，甘肃16例，江苏14例，上海13例，河南12例，河北11例，山西9例，安徽9例，黑龙江6例，宁夏6例，重庆5例，贵州5例，西藏4例，青海4例，北京2例，江西2例，福建1例）。

　　截至2022年10月19日，31个省（自治区、直辖市）和新疆生产建设兵团累计报告接种新冠病毒疫苗343858.8万剂次。

　　文：韩佳桐、马一瑗、不周、二七