环球科学：世界首次！我国科学家造出“球状闪电”

lameihua

　　· 物理学 ·

　　我国科学家造出“球状闪电”

　　德国马克斯·普朗克研究所为首的研究团队曾在实验室产生了类似球状闪电的效应。图片来源：wikimedia commons/CC BY-SA 3.0

　　球状闪电俗称“滚地雷”，是自然界最神秘的电磁现象之一。长期以来，相关理论众多，但始终缺乏可重复、可精准验证的实验支撑。4月16日，中国科学院上海光学精密机械研究所为首的研究团队成功激发、捕获球形发光体，并证实其本质为电磁孤子。这是世界上首次人工制造出与自然界高度相似的“类球状闪电”，一举破解了这一百年自然之谜。相关研究发表于《自然？光子学》（Nature Photonics）。

　　研究团队依托上海超强超短激光实验装置（“羲和”激光装置），以飞秒强激光驱动微金属丝，产生太赫兹表面波并汇聚至纳米针尖，获得相对论级强度近场；同步注入超音速氩气喷流，在强场下电离形成等离子体。光波辐射压与等离子体热压达成精妙平衡，可以将太赫兹波囚禁其中。高速摄像机捕捉到：明亮白球被幽蓝等离子体外壳包裹，如“光之茧”般缓慢膨胀、最终耗散。该电磁孤子直径约百微米、寿命达百纳秒，光谱覆盖紫外至红外宽波段，经物理标度变换，可对应自然界直径几十厘米、持续数秒的球状闪电。此次成果不仅揭开了自然奥秘，更揭示了极端电磁能量约束机制，有望为聚变能源、高能量密度物理、能量存储等前沿领域提供全新思路。（科技日报）

　　· 生态学 ·

　　中温鱼类面临海水变暖双重危机

　　极少数鱼类拥有部分调节体温的能力，它们被称为“中温动物”（mesothermic），包括某些鲨鱼和金枪鱼。这些鱼能够保留代谢产生的热量，从而将体温维持在略高于周围海水的水平，这可以帮助它们实现更快的游速、长距离迁徙能力和更强的捕食能力。最近，一项发表于《科学》（Science）的研究指出，这些鱼类的能量消耗是正常变温鱼类的近4倍。同时，体温每升高10℃，鱼类的常规代谢就会增加一倍以上，因此，这些鱼类必须摄取更多食物才能维持生活。同时，随着鱼类体型增大，身体产热速度会超过散热能力，这会导致它们的过热困境。

　　根据这些分析，研究团队建立了一个理论上的“热平衡阈值”：以一条一吨重的鲨鱼为例，它在超过约17℃的水体中就难以维持热平衡。在未来气候变暖的情境下，大型中温动物的适宜栖息地将缩减，特别是在夏季月份。虽然一些物种（如大西洋蓝鳍金枪鱼）能够通过暂时增加散热或潜入较冷水域来应对，但若表层海水持续升温，即使是它们也可能被推向生存极限。（Trinity College Dublin）

　　· 演化 ·

　　人类嗅觉随饮食与生活方式共同演化

　　从潮湿土壤的气味到成熟水果的芬芳，人类嗅觉系统历经数千年演化，以回应人们的生活方式与饮食习惯的变化。最近，一项发表于《细胞·报告》（Cell Reports）的研究表明，人类可能在塑造沿海过程中发挥了比之前认为的更重要的作用，它与农业兴起等重大文化变迁同步演化。

　　研究团队重点观察了马来西亚半岛原住民Orang Asli的基因。这是一个拥有多样传统生活方式的群体。Orang Asli由三个主要群体组成：涅格里托人，以狩猎采集为生；塞诺伊人，主要从事轮作农业；以及原始马来人，以传统农耕为主。研究团队分析了来自这三个群体的50名原住民的基因，并将其与来自世界各地人群的基因组数据进行了比较。他们发现，作为狩猎采集群体的涅格里托人拥有保存得异常完好的嗅觉受体基因。与其他人群相比，涅格里托人面临着维持这些基因的强大演化压力，很可能是因为嗅觉在觅食和狩猎中发挥着关键作用。此外，涅格里托人更有可能携带与嗅探泥土味、果味和草药味相关的基因，这些气味在雨林环境中很常见，通常与可食用植物和成熟果实相关。

　　与此同时，更多依赖农业的人群的嗅觉受体基因显示出更大的变化，可能是因为其中一些基因还会影响身体的其他功能。例如，作为原始马来人亚群的贾昆人更有可能携带一种与其他原住人群不同的OR12D3基因版本。先前的研究已将这一基因与胰岛素代谢联系起来。此次研究推测，贾昆人独特的OR12D3基因可能与他们需要严格调节血糖水平有关，因为他们的生活方式更依赖富含碳水化合物的农业食物。（Cell Press）

　　· 宇宙学 ·

　　美国暗能量光谱仪绘制迄今最大三维宇宙地图

　　据《科学》新闻（Science news）报道，当地时间4月14日，美国暗能量光谱仪（DESI）项目团队完成了2021年5月开启的、为期5年的观测任务，绘制出迄今最大规模的高分辨率三维宇宙地图。该地图涵盖了多达4700万个星系，不仅超出了原定计划，更将深空观测的速度提升到了前所未有的高度。

　　这张地图的落成，还有助于研究暗能量及宇宙膨胀历史。暗能量是充斥于宇宙空间的一种能量，一般认为它构成了宇宙的68.3%至70%，并且驱动宇宙加速膨胀。项目团队称，对该光谱仪前3年的数据分析显示，此前被认为是“宇宙学常数”的暗能量，可能随时间发生演化，这一结果引发宇宙学界广泛关注。完整巡天数据集有望对相关结论进行更高精度验证。下一阶段，研究人员将对光谱仪全部观测数据进行分析处理，预计于2027年公布首批暗能量研究成果。（Science news，央视新闻）

　　· 气候变化 ·

　　在海平面升高下保护威尼斯的策略

　　威尼斯是联合国教科文组织认定的世界文化遗产城市，坐落于威尼斯潟湖内，在过去150年间日益频繁地遭受洪水冲击。最近，《科学报告》（Scientific Reports）发表的一篇论文比较了4种可能的策略，在未来300年内保护威尼斯适应未来的海平面升高。

　　基于联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告中局地海平面上升的预测，研究团队评估了威尼斯现有及潜在的适应策略。作者估计，如采取更多措施，现有的可动防洪屏障或许能应对最高约1.25米的海平面上升。他们指出，在低排放场景下（SSP1-RCP2.6），因气候变化和地面沉降，这一阈值可能在2300年被突破。作者探讨了其他选择，包括用堤坝保护威尼斯中心地区，将之与潟湖其他部分隔开；用“超级堤坝”封闭潟湖，或迁移城市、居民和历史性地标至内陆。他们估计，当海平面上升0.5米时（SSP5-RCP8.5高排放场景下，可能发生于2100年之前），有必要修建堤坝。封闭潟湖的策略在海平面上升0.5米后或也可行，作者估计这将保护城市抵御最多高达10米的海平面上升。他们提出，在海平面上升超过4.5米之后，迁移城市或将成为必要，预计将发生在2300年后。

　　作者以过去的工程项目费用（按通胀调整至2024年水平）估计了每一适应策略的潜在成本和可行性。他们报告说，威尼斯现有防洪系统的总成本约为60亿欧元，估计建设堤坝的成本将在5亿至45亿欧元之间。用超级堤坝封闭潟湖最初成本将超过300亿欧元，搬迁城市的成本则可能高达1000亿欧元。作者提出，并不存在最优的策略。采用任何方法，都需要在威尼斯居民的福祉和安全、经济繁荣、潟湖生态系统的未来、遗产保护，以及该地区的传统与文化间取得平衡，由于建设永久屏障等大型工程可能需要30至50年，需尽早开展规划。（Nature）

　　撰文：王怡博、二七