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青年科学家带领学生上天入海,揭秘巨能“吃”的行星、自带“盔甲”的活化石

小海 小海 . 发布于 2023-05-10 11:03:54 49998 浏览

  5月9日,黄埔科普讲坛暨万象校园科学公开课第4期在广州市黄埔区铁英中学举办。本次科学公开课邀请了行星形成与演化、颗石藻研究的两位青年科学家作为主讲人,分享了他们在各自研究领域的科研成果和发现以及科学思考和感悟。

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  本次科学公开课由广州市黄埔区科学技术协会(广州开发区科学技术协会)、广州市黄埔区教育局、广州市黄埔区科技局、广州市黄埔区人民政府长岭街道办事处、共青团广州市黄埔区委员会、广州市黄埔区关心下一代工作委员会(广州开发区关心下一代工作委员会)主办,广州物联网研究院承办,广州市黄埔区铁英中学协办。本次活动线下面向近400名学生,线上通过人民日报、央视频、百度百家号、广东科技报、万象曰等媒体平台直播,近55万观众观看。

  刘尚飞:从尘埃到巨无霸,行星的吞并升级之路

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  地球是如何诞生的,未来的命运又将走向何处,宇宙中是否还有人类宜居的行星?只有了解行星的形成,才能更好地找到这些问题的答案。中山大学物理与天文学院副教授刘尚飞介绍到,关于行星形成,目前最主流的学说是星云假说,即行星是从微小尘埃一步步成长起来的。

  以太阳系为例,从一粒肉眼看不见的尘埃成长为体积庞大的行星,要用多长时间呢?用人类的寿命来类比,大概不超过两个星期,因此行星形成这个过程发生得非常快。但是行星成长的过程,并不是一帆风顺的,可能会面临残酷的竞争,甚至会夭折。

  拿木星举例,朱诺号探测器自2016年7月飞抵木星以来,对木星的引力场进行了精细的测量。它探测到木星核的大小远远超过了理论预期,接近自身半径的一半,并且其密度也偏低。星云假说认为,一般行星的核是比较小且致密的结构,但是木星内部的核却与外部的氢、氦气体发生了大量的混合。如何去解释木星稀释核的形成呢?刘尚飞和他的团队利用计算机模拟研究了上万个行星早期的演化模型后,提出了大撞击理论。他们发现快速成长阶段的木星,会对周围正在形成中的行星胚胎产生强大的引力扰动,这很大概率会导致木星与其他行星发生碰撞。碰撞发生时,木星会“吃掉”碰撞的行星,行星在进入木星巨大的气体包层时,撞碎了原本的致密核,并使得木星外部大量的氢和氦与其发生混合,造就了稀释的行星核。

  当然,行星成长中除了可能被“吃掉”外,还有可能会被潮汐撕裂。电影《流浪地球》中曾出现“地球面临被木星引力潮汐撕裂的危机”,针对电影中出现的情节,刘尚飞坦言不用担心,地球是一颗岩质行星,其密度比较高。地球若要被潮汐撕裂,一是需要借助更加致密的天体,显然这个天体不会是木星这种“虚胖”的气态巨行星;二是地球要与施加潮汐作用的天体距离足够近,但那时候担心的就不是潮汐撕裂,而是星球相撞了。“近几年,我国深空探索的脚步加快,未来我们也会发射自己的空间站巡天望远镜。相信未来我国在寻找适合人类居住的行星领域,也会发挥出越来越重要的作用。”

  苏翔:穿越亿万年的深海精灵,能连接过去预示未来

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  “我今天的分享和大家每天上课用到的粉笔有关”,中国科学院南海海洋研究所副研究员苏翔的开场引起了在场学生的好奇。苏翔介绍到,在过去很长一段时间,粉笔的主要制作材料是白垩矿石,这种矿石以“白色悬崖”闻名于世,吸引了大量游客。苏翔研究的对象是颗石藻,而白垩就是由颗石藻的外骨骼化石形成的。

  颗石藻的外骨骼化石叫做颗石,十片颗石排在一起,才有一根头发丝那么粗。那么,小小的颗石是如何形成几十米高的悬崖的呢?原来颗石藻是与恐龙同期的物种,已经生活了两亿多年,且目前仍大范围存活于全球海洋中。作为史前活生物,颗石藻产生颗石的速度非常快,八小时就能产生五到八片颗石,然后整齐地包裹在它的细胞外面。颗石可以保护里面的细胞,抵御噬菌体的攻击,还能反射过强的阳光,这是颗石藻延续至今的生存之道。因此,亿万年来,颗石藻不断繁衍,死后细胞逐渐分解,颗石却可以沉入海底,长久保存下来。

  颗石藻的重要性不仅在于形成白垩等石灰岩原材料,作为海洋沉积物的标志化石之一,它还是丈量地球历史的尺子。科学家们通过分析地层当中所出现的颗石藻化石的种类来确定地质年代,还可以借此寻找石油资源。苏翔及其团队在国际大洋发现计划367&368航次中,通过钻取南海不同海深的颗石沉积物,分析其不同的属种组合的变化,重建了南海过去的演化历史。

  除了能述说过去,颗石藻还可以预示未来。受人类活动的影响,二氧化碳排放量逐年递增,它溶解于海水就会形成碳酸,“变酸”的海水会溶解以碳酸钙为主要成分的颗石,威胁颗石藻的生存;同时,伴随二氧化碳排放量的增加,海水温度升高,海洋分层加剧,海水营养物质减少,导致颗石藻等浮游藻类大面积减少,还会进一步加剧海洋荒漠化,对人类所依赖的海洋资源造成威胁,特别是渔业资源。“因此,颗石藻的数量能一定程度上指示海洋环境的好坏,我们要践行双碳战略,控制二氧化碳的排放,减缓全球变暖的趋势。因为保护海洋,也是保护人类自己。”

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  演讲结束后,主持人和两位嘉宾就宇宙与海洋等科学问题进行了圆桌对话,同时开放现场互动问答,同学们纷纷举手提问,点燃了科学公开课现场气氛。本次公开课的主持人是广州市黄埔区铁英中学团委书记陈凤仪,她以端庄大方的主持风格,带领学生一起遨游在科学的海洋。

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  本次科学公开课由黄埔科普讲坛牵手“万象校园”,面向大湾区青少年开放的青年科学公开课,以通俗化、幽默化、故事化、场景化的方式,分享讲师对于科研、生活和生命的感悟及思考,给予青少年现实的讨论和心灵的滋养,启迪思想,分享智慧。后续演讲视频将永久上网,供社会公众免费观看。

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  (通讯员:雷锦萍 供稿单位:广州物联网研究院)



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