前沿

由無人機拍攝到的危地馬拉圣瑪瑪麗亞火山高分辨率照片以及光學熱成像照片（右下）

利用無人機光學熱成像監測火山活動

朱崇愷

由于活火山存在坍塌或爆發的風險，迄今為止，對其進行實時監測一直是火山學的一大挑戰。為解決這一難題，德國地球科學研究中心（GFZ）的研究人員在危地馬拉圣瑪麗亞火山使用無人機進行了一系列光學和熱成像的可重復成像研究。

圣瑪麗亞火山的火山口是一個由黏性熔巖組成的結構，稱為熔巖穹頂，形狀上類似于瓶塞。研究人員使用這些圖像能夠證明，熔巖穹頂在兩個不同的時間尺度上顯示出運動軌跡，分別是穹頂的緩慢生長和黏性熔巖的快速擠出。該研究發表在《科學報告》雜志上。這項研究的第一作者埃德加·佐恩（Edgar Zorn）表示：“我們為無人機配備了不同的攝像頭，以不同的時間間隔讓無人機飛越火山口，使用特定的立體成像技術，以前所未有的精度測量熔巖流和熔巖穹頂的運動軌跡。通過數據的比對，我們能夠確定火山的流速、運動方式和表面溫度。”這些參數對于預測火山爆發的危險性而言非常重要，研究人員還成功地從這些數據中得出了熔巖的流動特性。

科學家在圣瑪麗亞火山的卡連特火山錐上使用的無人機均安裝有兩臺攝像機，一臺能拍攝高分辨率的照片，另一臺能夠進行光學熱成像。結合特殊的計算機算法，研究人員能夠通過這些圖像創建出完整而詳細的3D模型以及溫度模型，其分辨率高達厘米級。

盡管無人機的工作能極大限度降低火山學家的危險，但對于他們而言，更大的挑戰在于模型的后期處理和計算。“必須精確定位各種3D模型，以便后期進行比對。這是一項艱苦而細致的工作，但這些努力是值得的，因為即使是極小的火山運動也可以即刻被發現，”佐恩解釋道：“在這項研究中，我們為火山運動的監測提供了新的可能，在未來的測量項目中非常受用。”

如孔雀羽毛般的寶石智能傳感器

供稿 / 朱崇愷

蛋白石可以呈現豐富炫麗的色彩

由薩里大學和薩塞克斯大學領導的國際科學家團隊從蝴蝶翅膀和孔雀羽毛的仿生學中汲取了靈感，以蛋白石為基礎開發出一種創新材料，該材料可能成為下一代智能傳感器的基石。蛋白石是二氧化硅的水合物，一般具有玻璃光澤或蠟狀光澤。

這項研究發表在《高級功能材料》上。研究人員概述了一種生產光學晶體的方法，在蛋白石中添加極少量的石墨烯，其可以作為多功能傳感器使用，并在不同條件下產生肉眼可見的不同顏色——傳感器在自然光線下呈現耀眼的綠色，在拉伸之后呈現藍色，而在受熱之后變透明。

由于晶體材料對溫度在20～100℃之間的微小變化都十分敏感，該技術能夠應用在食品和藥品的智能包裝上，如易腐敗的食品和藥品，在經歷了不同的時間和溫度條件下，包裝上會隨之呈現出變化的傳感器，從而為使用者提供視覺提示。在醫療保健領域，科學家建議將傳感器制作成腕帶，該腕帶的顏色會根據環境發生變化，以提醒醫療從業者在進入手術室等清潔區域之前是否清潔到位。另外，該材料對壓力具有一定的敏感度和記憶特性，因此也能在生物識別和防偽應用等方面派上用場——當用手指按壓晶體時，晶體上會顯示出清晰的指紋，可進行指紋留存和分析。

利用“陰影效應”發電

供稿 / 朱崇愷

利用光照和陰影區域之間的明暗對比度來進行發電

越來越多的智能移動電子設備需要高效且持久的電源供應，盡管太陽能電池在室外環境中發揮供電作用，但在陰暗的室內環境，其能量收集效率便明顯降低。為解決這一難題，新加坡國立大學的研究人員展示了一種利用陰影效應發電的方法。研究團隊的負責人，來自新加坡國立大學材料科學與工程系的助理教授陳瑞深解釋道：“在常規的光伏應用中，人們會使用穩定的光源為設備供電，因為陰影會降低設備的性能。但在這項工作中，我們利用陰影所產生的明暗對比度作為動力的來源。在設備的陰影部分和受光部分之間形成電壓差，從而產生電流。在陰暗環境中收集能量的新概念是前所未有的。”

實驗表明，在陰影存在且明暗環境不斷發生變化的情況下，該團隊研發的陰影電源的供電效率是商用硅太陽能電池的2倍。在模擬室內光照的環境中，其收集到的能量足以為一塊電子手表供電。

數字

4.4厘米

基因是影響身高的主要因素

眾所周知，基因是影響身高的主要因素。為了進一步了解基因對身高會產生多大影響，哈佛醫學院等多個研究機構組成的團隊將注意力集中在世界上最矮人群—秘魯人身上。

在一篇發表于《自然》的論文中，研究人員從秘魯人的體內找到了一種對身高有著深遠影響的基因變體E1297G。攜帶該基因變體的人，身高會平均下降2.2厘米，當一對等位基因均發生突變時，對身高的影響會翻倍至4.4厘米。研究顯示，秘魯北海岸的莫切人含有基因變體E1297G的概率更高，他們的平均身高（男性平均身高為1.58米，女性為1.47米）也比秘魯人的平均身高更低。

100千米

考古學家利用激光技術繪制了1300年前的瑪雅石路

考古學家利用激光技術繪制了一條長100千米，建于1300年前的瑪雅石路。這條石路貫穿了多個城鎮，從瑪雅時期的著名城邦科潘一直延伸至尤卡坦半島上的小鎮。石路沿途建有近萬座建筑，有成千上萬的當地居民在此區域生活，這一發現再次將神秘的瑪雅文明帶到世人眼前。瑪雅文明植根于中美洲的熱帶叢林，約形成于公元前2600年，主要分布于今天的墨西哥東南部、危地馬拉北部、洪都拉斯西部以及伯利茲和薩爾瓦多等地區，占地約28萬平方千米，可劃分為三個生態區域：尤卡坦半島、貝登中心區以及恰帕斯州和危地馬拉高地，這些生態區是雨水充沛、河流和沼澤匯集的茂密叢林地帶，而瑪雅文明卻在這片荊棘滿途的環境中孕育而生，并蓬勃發展。

聲音

不同時期以不同方式測量珠峰，以及對珠峰高程的多次測量，反映了人類對自然的求知探索精神。

——自然資源部第一大地測量隊隊長李國鵬

2020年5月27日11時，2020珠峰高程測量登山隊8名攻頂隊員成功登頂珠穆朗瑪峰，他們在峰頂豎立覘標，安裝GNSS天線，開展各項峰頂測量工作。此時，距離1960年中國人首次登頂珠峰，已是整整60年。

據李國鵬介紹，此次珠峰高程測量的成果可用于地球動力學板塊運動等領域研究。精確的峰頂雪深、氣象和風速等數據，將為冰川監測、生態環境保護等方面的研究提供第一手資料。GNSS測量、水準測量、重力測量的成果結合過往的相關資料，不僅可以準確地分析目前地殼運動變化影響情況，同時也可為后續的似大地水準面模型的建立提供準確的重力異常數據。重力測量成果可用于珠峰地區區域地球重力場模型的建立和冰川變化、地震、地殼運動等問題的研究。

趣聞

疏通太空“大堵車”

隨著商業衛星的不斷增加，大量衛星的涌入讓近地軌道不堪重負，太空面臨著“大堵車”帶來的壓力。據科學家估算，目前有約2萬個物體（包括老化衛星和太空碎片）飄浮在近地軌道上，這也增加了新衛星發生碰撞事故的風險。

一項最新研究表明，解決太空垃圾問題最有效的方法不是捕獲碎片或將陳舊老化的衛星拖離軌道，而是向運營商收取軌道使用費，軌道使用費還將提高航天工業的長期價值。

研究人員在美國《國家科學院院刊》發表的論文中稱，每顆衛星的年費上升到23.5萬美元，不僅能降低碰撞風險，到2040年，還將使衛星產業的價值增加3倍。“太空是人類共同的資源，但公司在決定是否發射衛星時，并沒有考慮到這些衛星會給空間環境管理帶來多大的成本。”該論文的作者、美國環境科學研究所經濟學家馬修·伯吉斯解釋道，“我們需要一種政策，讓衛星運營商直接將可能產生的其他費用也計算入發射成本內。”

建造古埃及金字塔需要多少人力

古埃及的吉薩大金字塔建造于4600多年前，迄今仍保存完好，正多邊形的多面體結構，體積達260萬立方米，原始高度146.6米。由于其歷史悠久，現今人們雖無法確切知道這座金字塔是如何建造而成的，但科學家基于物理學原理進行了粗略計算，發現建造吉薩大金字塔的人力并非古希臘歷史學家希羅多德估算的10萬勞工那么多。

根據吉薩大金字塔的重力、質量和質心，科學家計算出建造吉薩大金字塔所需的總勢能約為2.4萬億焦耳。而每位體重約70千克的成年人處在高強度勞動的狀態下，每天能產生450千焦耳的能量。如果一年的工作時間為300天，意味著每年需要將近1.8萬人，考慮建造金字塔需要20年，那么每年只需要900人即可。

南太平洋海底發現活著的遠古細菌群

在南太平洋海底深處有著1億多年歷史的巖石里，科學家驚奇地發現有機物質碎屑上活躍著密密麻麻的細菌群。

最新論文中稱，在這些火山巖里，僅僅1立方厘米的空間就存在著約100億個單細胞生物，這與人類腸道中的細菌密度差不多。

由于巖石樣本采自遠離海底熱泉的地方，這些細菌恐怕不是被水流隨機帶入石縫的，它們可能在石縫里“安頓”下來，數百萬年來繁衍不息，以石縫里黏土中的有機物質為食。

論文的第一作者、東京大學地球與行星科學系副教授鈴木庸平說：“在如此匪夷所思的環境中找到密集的微生物群落，也帶來了在火星等其他星球類似巖石環境中有微生物存在的希望。”

（責任編輯 / 黃盈盈美術編輯 / 胡美巖）