环球科学：天问二号成功发射！我国开启小行星探测与采...

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　　· 神经科学 ·

　　过晚摄入咖啡因或会减弱大脑的深度睡眠

　　在全球范围内，咖啡因都是使用最为广泛的神经活性物质。不过，其对大脑（尤其是睡眠状态下）的影响仍有一些重要的认知空白。近期，在一项发表于《通讯·生物学》（Communications Biology）的研究中，研究人员揭示了咖啡因如何改变睡眠模式，并影响夜间大脑的生理与认知功能恢复。

　　在实验中，他们让40名受试者分别在第一个夜晚睡前3小时和1小时服用咖啡因胶囊，并在第二个夜晚服用安慰剂。随后，他们采用推断统计和机器学习方法，分析了受试者的睡眠脑电图（EEG）。结果发现，咖啡因摄入会导致大脑在睡眠时的神经信号复杂性增加，包括减弱与深度恢复性睡眠相关的慢波振荡（如θ波和α波），同时增强了β波活动——这类脑波通常出现在清醒状态和精神集中时。此外，咖啡因会让大脑向“临界态”转变，在此状态下，大脑功能会达到最优，能高效处理信息和快速适应环境等，但也会让大脑在睡眠时无法彻底放松和获得充分恢复。这些现象在非快速眼动（NREM）睡眠阶段最为显著。不过相比于中年组（41-58岁），青年组（20-27岁）在快速眼动（REM）睡眠期间受到的影响更为明显。研究人员推测，年轻人对咖啡因的反应更为强烈，这很可能与大脑中腺苷受体的密度较高有关，需要进一步阐明这些神经变化如何影响认知健康，并为咖啡因摄入定制个性化建议。（蒙特利尔大学）

　　· 行星探测 ·

　　天问二号任务发射圆满成功，我国开启小行星探测与采样返回之旅

　　据国家航天局消息，5月29日1时31分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙Y110运载火箭，成功将行星探测工程天问二号探测器发射升空。火箭飞行约18分钟后，将探测器送入地球至小行星2016HO3转移轨道。此后，探测器太阳翼正常展开，发射任务取得圆满成功。

　　天问二号主要任务目标是对小行星2016HO3进行探测、取样并返回地球，此后再对主带彗星311P开展科学探测。小行星2016HO3是人类目前发现的地球准卫星之一。天问二号任务工程目标一是突破弱引力天体表面取样、高精度相对自主导航与控制、小推力转移轨道设计等一系列关键技术，二是为小行星起源及演化等前沿科学研究提供探测数据和珍贵样品。科学目标则聚焦于测定小行星和主带彗星的多项物理参数。天问二号任务技术难度大，共包含13个飞行阶段。其中，小行星探测和采样返回包括9个阶段，发射段顺利完成后，探测器进入小行星转移段，这一阶段将持续约1年，期间需实施深空机动、中途修正等操作，直至距离小行星约3万公里处。随后依次进入小行星接近段、交会段、近距探测段等，确定采样区后进入采样段。完成采样任务后，探测器将经历返回等待段、返回转移段等，预计于2027年底着陆地球并完成回收。此后，主探测器则继续飞行，前往主带彗星311P，开展后续探测任务。探测器上共配置了中视场彩色相机、多光谱相机等11台科学设备。这些先进设备将助力探测器在飞行过程中对小行星和主带彗星进行探测，获取科学数据。（国家航天局）

　　· 航天 ·

　　SpaceX：星舰飞船因燃料箱泄露失控解体，超重型助推器爆炸原因仍在调查

　　当地时间5月27日，SpaceX第九次试飞了星舰（Starship）。在此次尝试中，SpaceX首次重复使用了星舰的超重型推进器。起初，两级火箭按计划分离，上面级飞船成功升空。但最终，超重型推进器在着陆前燃烧解体，上面级飞船以亚轨道飞行一段时间后，由于燃料箱系统出现泄漏，飞船开始翻滚，最终在重返大气层时于印度洋上空解体。

　　据ars Technica消息，星舰的第七次和第八次试飞都采用了升级后的“Block 2”设计，但两次试飞时飞船的推进系统出现问题，导致火箭失控旋转解体。这次并没有发生这种情况，飞船的主发动机全程点火，使飞船沿着预定轨道飞行。不过之后星舰飞船出现了货舱门无法完全打开，且燃料箱泄漏的情况，后者导致火箭姿态失控开始缓慢旋转，直至重返大气层时燃烧解体。超重型助推器此前两次试飞均顺利回收，这次使用的是第七次试飞用到的火箭，在爆炸之前，其所有33台发动机均正常点火，且飞行正常，对于其在下降过程中爆炸的原因，SpaceX还将继续调查，然后在下次试飞中尝试回收助推器。（ars Technica）

　　· 物理学 ·

　　揭示电子如何在磁场的断裂重联中被加热

　　研究人员探索了磁重联过程如何加热地磁场中的电子。图片来源：L. Richard/Swedish Institute of Space Physics

　　太阳耀斑、地磁风暴以及破坏磁约束聚变装置的磁场扰动等现象，都与磁重联有关。这是一种将储存的磁能转化为周围电子和等离子体带正电离子动能的过程。几十年来，尽管科学家通过理论研究、地面和卫星观测、实验和数值模拟进行了深入研究，但人们对磁重联某些方面的了解依然知之甚少，其中一个关键问题是确定该过程释放的磁能有多少分配给电子，又有多少分配给离子。最近，一篇发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）的研究采用了一种新方法在这一问题上取得了进展。

　　带电粒子会在磁重联过程中获得能量，一个主要的理论解释是通过与磁重联相关的电场。当电场垂直于磁场时，带电粒子不会获得太多能量，但当电场平行于磁场时，粒子可以稳定地从电场中获取能量。这类平行电场已在模拟实验以及一些独立的观察研究中发现证据。在这项新研究中，作者采用磁层多尺度任务卫星对地球磁层重联过程中的平行电场进行了广泛而敏锐的分析。对大量数据集的统计分析表明，其结果与之前的理论工作高度吻合。此外，他们还估算了平行电场对电子的加热效率，并提供了一个经验关系，可以用来推断电子温度的升高与环境等离子体特性的关系。这项研究提供了有关电子如何通过磁重联加热的可靠观测研究，表明电子温度可以升高多达一个数量级，其推导出的电子加热经验关系也可以适用于那些无法通过卫星观测的磁重联场景，帮助我们理解磁重联释放的能量如何影响周围环境，这对地球上的基础设施维护及空间天气预测至关重要。

　　· 电化学 ·

　　电动飞机或成现实？新型燃料电池能量可达当今最好电动汽车电池的三倍

　　随着电池在能量密度上逐渐接近极限，其在为飞机、火车和船舶等重型交通工具提供动力方面面临着重大挑战。近日，麻省理工学院的研究人员开发出一种新型的、利用加湿空气运行的钠液态燃料电池，其能量密度是现有电动汽车电池的3倍，有望为电动航空等交通领域提供轻量化、高能量密度的动力选择。论文已于5月27日发表于《焦耳》（Joule）杂志。

　　这种燃料电池不同于一次性组装并封闭在容器、可以充放电的锂电池，而是通过补充燃料的方式使其持续地将化学能转化为电能。研究者制作了两种不同版本的实验室规模，它们均以液态金属钠作为燃料，普通空气作为氧原子来源，并在两者之间使用固体陶瓷材料作为电解质，使钠离子能够自由通过，同时使用多孔电极来加快化学反应速率。在实验室条件下，单个“叠片”（stack）的能量密度达到了接近1700瓦时/千克，这意味着整个系统的能量密度有望超过1000瓦时/千克，是电动汽车中所使用的锂离子电池的3倍以上，足以为飞机提供动力。此外，这种燃料电池在使用过程中不仅不会产生二氧化碳排放，其副产物氧化钠反而还会吸收大气中的二氧化碳，有助于减少温室气体对环境的影响。尽管该技术仍处于实验室阶段，他们计划生产一种砖块大小的燃料电池，能够为大型无人机提供动力。此外考虑到钠具有极高的反应活性，他们设想的系统将采用可替换式燃料盒设计，燃料盒预填充液态金属钠并密封，耗尽后可送回加注站重新填充新的钠。（Massachusetts Institute of Technology）

　　撰写：马良骥、不周、clefable