一轮满月,皓明如镜,人间岁月静好。然而,由于太阳风不停歇地吹向行星际空间,间或伴随着太阳爆发,没有大气层的月球表面远非“静好”,甚至饱受高能粒子辐射的“轰击”。这样的“轰击”会给登月带来哪些影响呢?
“对于探月,最危险的是高能粒子对设备材料和器件的影响。”山东大学空间科学与物理学院教授史全岐说。高能粒子的轰击会对电子设备和卫星材料造成不同程度的损坏,如导致仪器噪声增加、传感器读数错误、太阳能电池板退化等。围绕月球轨道运行的卫星也可能会被带电粒子影响,并随着时间的推移而累积,导致设备提早“退役”。另外,人类如果较长时间暴露在超过安全标准的辐射剂量下,人体细胞会发生癌变,所以对于在月表作业的航天员来讲,过量的辐射会影响到身体健康,甚至危及生命。
此前有研究表明,当太阳风质子与月球土壤发生反应时会产生水,因此了解太阳辐射对于月球表面的作用规律,也有助于更好地了解水在月球表面的沉积位置和方式,以供月球作业的日常消耗,并作为航天器燃料的来源。
当月球公转到远离太阳的一侧时,地球磁场会对其产生一定的保护作用。研究显示,地球磁场在夜晚面可以被拉得很长,形成磁尾,从而偏转太阳风中的高能粒子,给月球罩上“保护罩”也就是说,在月球公转周期的四分之三时间里,太阳风中的质子、电子等会直达月球表面,犹如“暴风骤雨”袭击月表;在剩余的四分之一时间里,月球会进入地球的磁保护伞——磁层中。
此前观测和模拟工作已表明,由于地球磁层的保护,运行在月球轨道上的航天器和在月面上活动的航天员会在满月期间相对安全一些。然而史全岐团队研究发现,事实并非如此,此前认为的“安全期”也可能存在很大的风险。
2012年3月8日,一道行星激波袭向月球,阿尔忒弥斯月球轨道探测器正在附近运行,它装载的磁强计探测到空间中卫星所在位置的等离子体速度以及磁场的大小和方向,并将数据传回地球。研究人员发现行星际激波通过后,太阳风发生了大幅度转向,导致磁层在月球轨道处产生大幅度的偏转:磁尾就像被风吹拂的“风向袋”一样摇摆。
这样的摇摆导致月球的空间天气“大变脸”:处于满月期间的月球直接暴露于地球磁鞘(被加热和压缩的太阳风)之中。如果此时月表上有探测活动,而宇航员和基地设施没有得到有效保护,即便有着地球磁层的保护,他们仍然有可能被太阳高能粒子袭击。就像在狂风暴雨中,人即使站在伞下,仍然会被雨水淋到。
山东大学史全岐团队与国家空间科学中心副研究员唐斌斌共同合作,通过观测和模拟,对月球空间天气的“变脸”原因进行更细致的探索。 “两种不同的全球磁流体模拟结果都表明,月球位置上的磁尾偏转主要受太阳风的控制,时间尺度约为半小时,”史全岐表示,“未来可以通过距离太阳更近的卫星去监测这种偏转。 一旦偏转现象发生,就可以马上把信号传递到地面,人们就能经过模型分析,预测它到达月球后会使磁层偏转到什么程度。如果偏转得很厉害,就可以提前几十分钟进行预警,通知关闭月球上的设施敏感仪器,并让宇航员马上躲到掩蔽设施中去。”
(摘编自张佳星 《新发现!安全探月,地球破场这把“保护伞”也不是十分靠谱》,《科技日报》2020年8月10日)
【小题1】下列对材料相关内容的理解和分析,不正确的一项是( )A.受不间断出现的太阳风和太阳爆发的影响,月球表面长期饱受着太阳高能粒子辐射的“轰击”。 |
B.由地球磁场形成的磁尾会对月球产生一定的保护作用,因为磁尾能使太阳风中的高能粒子发生偏转。 |
C.随着月球的公转,当进入满月期间,月球远离了太阳,地球磁场才可能对月球产生保护作用。 |
D.月球位置上的地球磁尾偏转主要受太阳风控制,受其影响,地球对月球的磁保护伞作用也不再可靠。 |
A.从“一轮满月,皓明如镜”到“此前观测和模拟工作已表明”,文章通过变换叙述角度,说明了月球环境的恶劣。 |
B.文中写狂风暴雨中人站在雨伞下的情形,意在说明月球上的宇航员和基地设施被高能粒子击中的风险是非常大的。 |
C.距离太阳更近的卫星可以监测月球位置上的磁尾偏转,经过科学家数据分析,提前预警,便可保护宇航员的安全。 |
D.作者使用“保护伞”“安全期”“大变脸”等文学性表达,有效增强了说明的形象性,拉近了科学和读者的距离。 |
一些科学家认为,游戏行为是未来生活的排演或演习,游戏行为使得动物从小就能熟悉未来生活中要掌握的各种“技能”,例如追逐、躲藏、搏斗等等,熟悉未来动物社会中将要结成的各种关系。这对于动物将来的生存适应是非常重要的。这种假说可以称为“演习说”,基本观点是“游戏是生活的演习”。
有一些科学家不同意“演习说”。他们指出,游戏行为并不限于幼小动物,成年动物也同样需要。对于成年动物来说,不存在用游戏来演习生活的需要。他们还指出,有些动物的游戏与生存适应毫无关系。动物游戏是为了“自我娱乐”,而“自我娱乐”是动物天性的表现,正像捕食、逃避敌害、繁殖行为等是动物的天性一样。越是进化程度高、智力发达的动物,这种“自我娱乐”的天性越强游戏正是这种自我娱乐的集中表现。通过自得其乐的游戏,使动物紧张的自然竞争生活得到某种调剂和补偿,使它们在生理上、心理上容易保持平衡,从而得到一定的自我安抚和自我保护。因而,不仅幼小动物,成年动物也需要游戏。以上假说可以称为“自娱说”。
不久前,美国加州大学神经生理学家汉斯·特贝、哈佛大学社会生物学家斯塔·阿特曼等提出一种引人注目的新假说——“习说”。他们认为,游戏是一种实践性很强的学习行为,使用棍子“捉迷藏”和追逐游戏,使动物学会利用有利地形保护自己的本领。游戏的实践性强,能产生直接的效果反馈,对锻炼动物的速度、敏捷、躲藏能力、争斗能力和利用环境的能力很有效。游戏向动物提供了大量机会,使它们能把自身的各种天赋技能和复杂的自然环境、社会环境巧妙地结合起来,因而无论对幼小动物还是成年动物,游戏都是一种十分重要的学习行为。
美国爱达荷大学的约翰·贝叶和加拿大动物学家保尔·赖特认为,游戏不仅是学习,而且是“锻炼”。贝叶注意到,西伯利亚羱羊的游戏带有明显的锻炼倾向:它们选择游戏场地时,似乎总是从“实战”出发,选择在坎坷的斜坡上奔跑追逐,在陡峭的悬崖上跳跃,好像是在锻炼它们逃避敌害的能力。赖特发现,北极熊的夏季游戏好像体育运动,这对于它们冬季捕食显然大有好处。因此,这两位学者提出“锻炼说”来补充“学习说”。
这几种假说,哪一种更有道理?研究者们各执己见,众说纷纭。而且,目前这些假说都难以圆满解释的问题是,动物在游戏行为中表现出来的智能潜力、自我克制能力、创造性、想象力、狡猾、计谋、丰富多彩的通信方式等都远远超出人们对它们的估计。游戏行为有点儿像体育运动,有点儿像演戏,它既无目的,又无结果,在动物行为中即兴发生,没有一定模式,没有不变的规则,内容复杂多变,实在令人捉摸不透。亨德和所有研究动物游戏行为的专家都相信,要解开动物游戏的所有秘密,还需要做更加深入的研究。
(节选自《动物游戏之谜》)
【小题1】下列关于动物游戏的四种假说的理解和分析正确的一项是( )A.“演习说”认为,动物需要熟悉将来要掌握的“技能”和将要结成的各种关系,所以必须用游戏的形式来排演或演习以后可能出现的生活。 |
B.“自娱说”认为,动物需要使紧张的自然竞争生活得到某种调剂和补偿,使它们在生理上、心理上保持平衡,而游戏恰好可以满足这一需求。 |
C.“学习说”认为,游戏是动物最好的学习方式,大量机会使它们能把自身的各种天赋技能和复杂的自然环境、社会环境巧妙地结合起来。 |
D.“锻炼说”认为,对动物而言游戏不是学习而是“锻炼”,科学家发现一些动物的游戏带有明显的锻炼倾向,游戏对它们的生存大有好处。 |
A.游戏行为并不限于幼小动物,成年动物也同样需要。 |
B.对于成年动物,不存在用游戏来演习生活的需要。 |
C.有些动物的游戏与生存适应毫无关系:它们的游戏是为了“自我娱乐” |
D.自得其乐的游戏,可以使动物紧张的自然竞争生活得到某种调剂和补偿。 |
A.动物游戏行为是非常复杂的,人类对此了解得还不够,现在提出的各种假说都有其合理性,也有其局限性。必须更深入研究,才能解开动物游戏之谜。 |
B.包容性是科学精神的重要内涵,像本文这样列举出各种假说,让各种观点在宽松、包容的学术氛围中自由碰撞、融合,最终才能辨伪存真,求得真理。 |
C.动物学家注意到动物具有游戏的天性,承认动物也是具有智慧的生命体,这种认识上的进步将促使人类重新审视和动物的关系,也有利于重新认识人类自身。 |
D.人类从事的体育活动最初就是起源于动物游戏,由动物式的游戏行为扩展而来,我们人类应该发现、欣赏、尊重、善待身边的动物:与它们和睦相处。 |
科学家在“垃圾DNA”中发现潜在癌症病源
人类基因组中仅有1%到2%的是负责蛋白质编码的基因,其余非编码区域早先被认为是毫无用处的“垃圾DNA”。但是,美、英等国研究人员最近在这个“垃圾”区域中找到近百个乳腺癌与前列腺癌的潜在“导火索”,显示了研究“垃圾DNA”对了解癌症的重要性。
美国耶鲁大学、英国韦尔科姆基金会桑格研究所等机构的研究人员3日在《科学》杂志上报告说,随着个人基因组测序的成本直线下降,进行测序的人数迅速增加,解读他们基因组中的突变、尤其是非编码区的突变,已成为当前医学界面临的挑战。
研究人员利用大型国际科研合作项目“千人基因组项目”获得的基因变异数据,结合另一个国际合作项目“DNA元素百科全书(ENCODE)”的信息,开发出一种新方法,在“垃圾DNA”中筛选可能导致癌症的突变,也就是癌症的潜在“导火索”。
参与研究的耶鲁大学博士生傅垚对新华社记者说,此前的癌症研究主要关注基因,但最新研究发现,非编码序列的突变也可导致癌症。这改变了人们对癌症的认识,也激发了科学家对非编码序列研究的热情。
傅垚等人发现,“垃圾DNA”中一些序列像基因一样在人群中很少突变,受到很强的选择压力,这些序列因此被称为“超敏感”区域。她说,一般而言,发生在这些区域的突变更可能具有危害性,所以这一发现能帮助癌症研究人员缩小研究范围,加快对癌症非编码序列的研究。
研究人员将上述筛选致癌突变的方法,应用到90名乳腺癌或前列腺癌患者的基因组测序数据中,结果在“垃圾DNA”中找到近百个可能的致癌“导火索”。其中,位于“超敏感”区域一个碱基的变化,有可能对乳腺癌的发展造成重大影响。
傅垚说,对非编码区的研究能帮助人们全面了解癌症的起因和发展,并将有助于癌症药物的开发。
(2013年10月04日新华网,记者林小春)
【小题1】下列有关“垃圾DNA”的说法,不正确的一项是( )
A.“垃圾DNA”是人类基因组中除仅有1%到2%的负责蛋白质编码的基因外,早先被认为是毫无用处的其余非编码区域。 |
B.最新研究发现,“垃圾DNA”的突变也可能导致癌症的发生。 |
C.研究人员通过筛选致癌突变的方法,在“垃圾DNA”中找到近百个可能的致癌“导火索”。 |
D.解读“垃圾DNA”的突变,已成为当前医学界面临的最重要的挑战。 |
A.个人基因组测序的成本下降,进行测序的人数增加,是当前医学界解读基因组中的突变、尤其是非编码区的突变,所面临的挑战。 |
B.研究人员通过国际科研项目“千人基因组项目”和 “DNA元素百科全书(ENCODE)”的合作研究,开发出一种寻找癌症的潜在“导火索”的新方法。 |
C.有关研究人员认为,在一般情况下,发生在“超敏感”区域的突变更可能具有危害性。 |
D.研究人员将上述筛选致癌突变的方法,成功应用到乳腺癌或患者的疾病诊断中,并研制出治疗此种疾病的特效药。 |
A.研究人员在“垃圾”区域中找到近百个乳腺癌与前列腺癌的潜在“导火索”,显示了研究“垃圾DNA”对诊断各类癌症的重要性。 |
B.参与研究的耶鲁大学博士生傅垚说,此前对癌症的研究主要关注基因,影响了对非编码序列的突变的研究的进度。 |
C.傅垚等人认为,对“垃圾DNA”“超敏感”区域的突变的研究能缩小癌症研究人员的研究范围,加快对癌症诊断的研究。 |
D.傅垚等人认为,对“垃圾DNA”的研究能帮助人们全面了解癌症的起因和发展,并将有助于开发出先进的抗癌药物。 |
阅读下面的文字,完成小题。
小行星撞地球是小概率事件,但它给地球生物带来的影响却可能是毁灭性的——据猜测,恐龙的灭绝很可能就是由小行星撞地球而引发。此前,人们已经能够测算出小行星的轨道,可以通过望远镜努力找出那些可能给地球带来威胁的“危险分子”;现在,人类保卫地球的能力再进一步:北京时间2022年9月27日,美国“双小行星重定向测试”任务在距离地球约1100万公里处,以约6.3千米/秒的速度成功击中“狄迪莫斯”双小行星系统中的子星“狄莫弗斯”,这标志着人类第一次行星防御任务完成了最关键、难度最高的撞击动作。
近地小行星是指轨道近日点距离在1.3Au(天文单位,等效日地平均距离,约1.496亿千米)之内的小行星。近地小行星在环绕太阳运行的过程中,受到木星等大行星引力牵引,存在撞击地球的风险。近地小行星撞击是人类社会面临的共同威胁和长期挑战,一旦千米级尺寸的近地小行星撞击地球,不仅会带来巨大的撞击灾难,甚至还会引发气候环境灾变和物种灭绝等严重后果。
根据科学家考证,地球历史上发生的22次不同规模的物种灭绝,至少10次与小行星撞击地球相关。有科学家认为6500万年前,一颗直径10千米的近地小行星撞击北美墨西哥湾地区。巨大的撞击在海底形成一个直径约180千米的陨石坑,大量海底物质被抛射到空中。炽热的撞击溅射物引发了全球森林大火,燃烧的灰烬和溅射尘埃云进入了平流层,遮挡了大部分太阳光,全球温度骤降,植物光合作用受到影响,引发了地球气候环境灾变,最终导致了包括恐龙在内全球70%的物种灭绝。
这次撞击导致统治地球长达1.6亿年的恐龙退出地球“舞台”,是地球历史上白垩纪结束和新生代开始的分水岭。也正是这次撞击事件后,体型更小、消耗资源更少的哺乳动物逐渐适应了恶劣的环境,逐步走向地球“舞台中央”,从而发展出今天高度发达的人类文明。即使小尺寸近地小行星撞击地球也可能引发显著危害。2013年,一颗小行星“袭击”了俄罗斯车里雅宾斯克地区,“肇事”小行里的直径仅约18米,但仍然导致了接近1500人受伤、3000栋房屋受损。像这样的近地小行星,在太阳系中有数百万颗,我们尚未发现的超过了99%。
如何化解小行星撞地球的危险?这是全球天文学家们关注的焦点。“双小行星重定向测试”任务无疑是近年来最具挑战性、也最成功的尝试。这一任务由美国行星防御协调办公室(PDOC)立项支持,约翰霍普金斯大学应用物理(APL)实验室负责研制,总投资约3.9亿美元,其撞击器发射重量约为610公斤,于北京时间2021年12月24日搭乘猎鹰9号运载火箭发射。
它的目标是通过在深空环境中实施动能撞击小行星试验,测试动能撞击防御小行星的技术,并通过评估撞击后小行星轨道偏转效果掌握小行星的轨道偏转规律,从而为未来应对近地小行星撞击风险任务设计提供依据。这是人类第一个行星防御验证任务,标志着人类开启行星防御时代,象征意义重大。
难点有很多。“双小行星重定向测试”任务设计最大的挑战之一就是如何准确评估撞击后小行星的轨道偏转效果。要知道,小行星主要由岩石和金属等材料构成,一般直径百米级的近地小行星的重量可达百万吨甚至千万吨,而人造撞击器的重量仅有数百公斤至数千公斤,两者重量相差6~7个数量级,尽管撞击速度接近10千米/秒,但撞击后对小行星的轨道速度改变量可能甚至不足1毫米/秒。以人类现有天文观测能力,还难以在千万公里之外的超远距离,分辨出毫米/秒量级的轨道速度改变量。因此,如何准确评估撞击后近地小行星的轨道偏转效果,进而认识小行星的轨道偏转规律,是动能撞击试验的关键难题。
“双小行星重定向测试”任务通过选择试验对象为“狄迪莫斯”双小行星系统巧妙地解决了撞击偏转效果评估难题。双小行星系统是太阳系中广泛存在的一种小行星构型,在直径超过300米的小行星中,大约15%是双小行星构型或者多小行星构型。在双小行星系统中,子星在主星引力作用下,运行在环绕主星的轨道上。毫米/秒量级的撞击速度改变量虽然不能显著改变小行星环绕太阳运行的轨道,但足以改变子星相对主星的绕转轨道,并导致子星相对主星的绕转周期改变。而子星相对主星的周期性运动会改变其反射的太阳光通量,利用望远镜对双小行星系统开展持续观测,就可以测量双小行星系统亮度的周期性变化,进而精确评估出撞击后双小行星系统的周期变化量。
“狄迪莫斯”双小行星系统中包括两颗小行星,主星“狄迪莫斯”直径约780米,子星“狄莫弗斯”直径约160米,两者距离约1.2千米,共同运行在环绕太阳的轨道上。子星“狄莫弗斯”像一台钟表一样,约每11.9小时环绕直径约780米的主星运行一圈。“双小行星重定向测试”任务通过“迎头撞击”改变子星相对主星的绕转轨道,预期使其绕转周期缩短约10分钟。
望远镜获取的大量宝贵的视频和图像资料表明,“双小行星重定向测试”任务撞击器成功击中了目标,撞击试验产生了大量高速溅射物,双小行星系统的亮度瞬间增加10倍以上,在撞击后小行星形成了一条类似彗星“彗尾”的长达上万千米的溅射物“尾巴”,表明撞击试验取得了高度成功,产生了较好的试验效果。持续跟踪监测表明,撞击试验后,双小行星系统的绕转轨道周期从11小时55分缩短至11小时23分,显著超出了预期目标。除了开展行星防御试验,“双小行星重定向测试”任务还有其他收获——突破了超远程高速撞击制导控制、非合作目标高精度自主导航、暗弱小天体探测识别等关键技术,开展了先进离子推进、卷轴式太阳能帆板等大量新技术试验,具有极强的技术牵引性和带动性,将推动深空探测、空间操作等领域的可持续发展。
“双小行星重定向测试”任务成功实施动能撞击小行星试验,开启了人类行星防御征程的第一步,但距离人类能够成功防御小行星撞击尚有很大差距。
(摘编自李明涛《主动防御,给地球加点“保险”》,《光明日报》2022年11月17日)
【小题1】下列对材料相关内容的理解和分析,不正确的一项是( )A.“危险分子”指的是太阳系中体积比较小的可能碰撞地球的近地小行星。 |
B.走向“舞台中央”是指哺乳动物战胜恐龙,占据了地球上的统治地位。 |
C.“袭击”“肇事”说明了2013年这颗近地小行星撞击地球的突然性与破坏性。 |
D.“迎头撞击”告诉我们“双小行星重定向测试”任务撞击器的撞击方式。 |
A.科学考证结果显示,地球历史上发生的22次不同规模的物种灭绝,至少10次与小行星撞击地球相关,这些撞击最终导致全球70%的物种灭绝。 |
B.由于木星等大行星的引力作用,无数近地小行星在环绕着太阳运行过程中常常会撞击地球,使得地球无时无刻不处于危险之中。 |
C.由美国立项并在高校负责研制的“双小行星重定向测试”任务,是全球天文学家们为化解小行星撞击地球的危险设计的,如今危机已解除。 |
D.“双小行星重定向测试”任务是人类对动能撞击技术的首次测试,利用航天器偏转小行星进行行星防御,绕转轨道周期结果显著超出了预期目标。 |
A.这次撞击试验取得成功,产生了较好的试验效果,标志着人类对地球所受到的威胁不再是束手无策,而是可以靠科技的力量去解决问题。 |
B.撞击器击中目标后,双小行星系统在瞬间增亮10倍以上,小行星形成一条类似彗星的“彗尾”,可以推断彗星也是由天体撞击而形成的。 |
C.这次测试任务选择“狄迪莫斯”系统为撞击对象,是因为这种小行星系统在太阳系中广泛存在,具有典型性,且有助于撞击偏转效果的评估。 |
D.撞击试验成功是动能撞击偏转小行星轨道技术的全面演示,但太阳系中还有绝大多数近地小行星未被发现,行星防御的攻坚之路还很漫长。 |
【小题5】本文是关于最新科技成果的新闻综合报道,为了使读者更好地理解“双小行星重定向测试”这一次举世瞩目的撞击试验,作者主要从新闻、传播、现实和科技等角度行文,请任选三个角度简要分析。
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