2011年10月29日星期六

[小姬看片会回顾]它们大肆张扬的性生活

题记:

怎样才能使水果好吃?让它们拥有正常的性生活。

——小姬

(桔子、史军对此句也有贡献)

要是你觉得这题目让人怪不好意思,没关系,其实刚刚写下这字眼儿的人也是脸红忸怩一面揪搓着衣角儿一面莫名兴奋又忐忑犹疑。就像两百多年前的科学家——

“植物是这样柔弱的东西,怎能跟淫亵的‘性’扯上关联?”

1793年,当德国科学家Christian Konrad Sprengel首次将植物分出性别,其他科学家就发出类似的嚷嚷。

202年后,一部叫做《植物的私生活》横空出世,引领我们环游植物的奇妙世界。

再14年,桔子回来了,带着《植物私生活3——开花(Flowering)》,坐在奇遇咖啡馆中,邀请我们一同观赏各种植物如何传粉,如何进行事先张扬的性生活。[小姬看片会回顾]它们大肆张扬的性生活

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————————————不带分割线都不好意思跟人打招呼————————————

照例要有暖场表演,本场表演者是自家鼠妞,或曰虎妞——出生于1987年、目前为止松鼠会最年轻的成员之一——悠扬。顾名思义,她是要唱歌的。

《写一首歌》和《Memory》,这是她选唱的曲目,原唱者分别是顺子和莎拉布莱曼,前者是创作型的才女歌手,后者更是有“月光女神”之誉的音乐剧天后,基本上,两位都是赖在高音不肯下来的女歌手——她们的歌,悠扬唱得气定神闲。

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小姬不着痕迹的过渡主持,和悠扬神仙画画般的滑音有得一拼。出来吧,桔子!

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【快问快答时间】

玫瑰花用什么来传粉?

桔子:玫瑰花虫媒风媒都有,比较随便,花粉量比较大。

花粉是从哪儿来的?

桔子:开始是没有花粉的。

就是原来一个小苗,本来只有叶子,后来从无到有长出一个花序轴(就是支着花儿的那根杆儿)。

然后顶端一些细胞再分化,变成花原基,花原基里边不同细胞将来会变成花的不同部件,其中一部分就要分化成雄蕊,当然一根雄蕊,其中还包括各种细胞,有一种就会变成3细胞的花粉。

花蜜会不会坏?有保质期吗?

桔子:花蜜如果一直待在花朵里,会坏。不过一般来说,花蜜都会被小虫子或小兽吃掉,或者风吹雨淋流掉,所以是时常更新的。

保质期我不知道……可能花知道。

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【史军的小结】

相比之下,还是风比较无私,虽然植物不好看,还是兢兢业业为它们传粉。我们平时看到很多花长得漂亮,那是为了勾引传粉生物,比如昆虫、爬行或哺乳动物。而作为传粉的回报,这些生物会得到花蜜。

有的植物比较阴险,它们不肯送出花蜜(或者没有),甚至仅靠鲜艳的颜色或香馥的气味来吸引传粉生物。

而再阴险一些,它们干脆长成传粉生物……的配偶的样子。这样昆虫被吸引来为它传了粉,却什么也没有得到。比如兰花,它们将自己的体态变成雌蜂的模样,吸引公蜂。

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现场做了个很有趣的小实验:

分别请上了一位大三的心理系MM和一位小朋友。蒙上他们的眼睛,请他们品尝一片梨子,但桔子悄悄在他们的鼻子下方送上了一片苹果。

小朋友:吃的是梨子。(Bingo!)

心理系MM:吃的是苹果。(这正是小姬希望出现的答案,为此,她还激动地搂了这位MM一下。)

【云无心的越洋解答】

在闭上眼睛的前提下,人对食物的综合感觉来自气味、味道和口感。要通过这些来分别吃到的是什么水果,取决于被试者以前的记忆。

或者可以这么说,一份食物,除了气味,我们吃到嘴里的就是基本味道(酸甜苦咸,也许还有些鲜)以及口感——在英语中,以“mouth feel”指代“机械强度和颗粒感等物理刺激带来的感觉”。

每个人在这些方面的敏感性不同。如果一个人鼻子很灵,气味在他作判断的时候占的比重就要大一些;如果一个问完全闻不到味道的人,比如楚留香,就只能依靠味道和口感。

显然,这位小朋友对于味道和口感的记忆更为敏感,虽然受到了另一种气味的混淆干扰,仍然根据尝到的甜味以及梨子的颗粒感辨别出自己吃到了什么。

————————————这就是一道单纯的分割线————————————

其实,我总希望,你看到的松鼠会不只是一个能看到好玩文章的网站,在这背后,都是一群热血奔流五彩斑斓真真实实的人。(强烈感觉此处应该插播花儿乐队:小小的人儿呀,风生水起呀……)

又其实,大部分的现场记录是来自录音笔,要在一群女声中辨识桔子,就是最嘶哑的那个了。

之前小姬叮嘱说:多表扬表扬桔子啊,带着感冒来讲片的。

小姬曾经无意中说起,丫米你知道吗你拉着桔子去欢乐谷其实是桔子早就去过她那次就是为了陪你呀……

嗯,其实十三你知道吗,你希望桔子尝尝某店的麻辣香锅,桔子悄悄附过来说,其实这里我好像来过呵呵算啦算啦不要告诉十三了他是好心……

哈哈,再一次。桔子突然无厘头地在街头一指:“那个好看,我们去看那个吧!”其实,她是想转移开两位朋友的注意力,那两位当时在为了一个问题,声调一波高过一波。桔子希望他们不要继续下去,又不愿意简单粗暴地打断,所以她一指:“那个好看!”

这让我想起《红楼梦》里,尼姑妙玉最闪光的一次:

此时的贾府已呈现出寂寥衰落的景象,中秋夜,林黛玉和史湘云坐在水池边:我们联诗吧。两人的诗句一句比一句凄凉,直到林黛玉默默吐出了“冷月葬花魂”,一直旁听的妙玉走了出来,建议她们不要做此颓败之词,接着,一挥而就几句绮丽的续作,企图以谶纬的力量,至少,先把眼前两位女朋友拉回闺阁的芳情雅趣——以智慧的方式将事物引到积极的方向,这一直是我赞赏的态度——桔子就是这样的。

红楼梦组曲中,妙玉的判词开门见山地点出:气质美如兰,才华馥比仙。呐,现在看来,这说谁呐~说谁呐?(满脸用力暗示/四下顾盼做托儿状~)

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(照片说明:这就是曾经写出锦绣如画的“芝大生物考”、“雪花史”、“玫瑰,以爱情的名义讨伐你”等一系列文章的桔子。)

今天是水瓶座的最后一天,桔子生日快乐

有时候,孤独是一种“病”

孤独感对我们大多数人来说并不陌生。它有时是夜深人静对影成三人时汹涌而来的无力感,有时是宾朋满座喧哗笑语中的片刻失神。对有些人来说,孤独感来去匆匆,而对另一些人,它却如影随形。

 

孤独感在少年和老人中特别普遍。有几项基于西方的的调查显示,半数以上的少年(18岁以下)和接近半数的老人(65岁以上)在日常生活里都会“有时感到孤独”。而15%—30%的人会长期性地感到孤独。对于大多数人来说,孤独的滋味并不好受,而有些研究者却认为,就像疼痛的烧灼感让我们避免玩火,或者腹泻的记忆让我们远离腐败的食物一样,这种“不好受”的孤独感提醒我们融入人群、呼朋唤友、寻找配偶伴侣、并与自己的亲人保持联系。作为社会性的动物,拥有良性的社交圈对我们这个物种的生存、发展、繁衍、壮大有着至关重要的意义。

可是,短暂的孤独感也许像适度锻炼一样对我们有益,长期淹没在孤独感受中却如同长期从事繁重不堪的劳动,会让我们的身体的许多系统油尽灯枯。

社交网与健康
关于社交或人际关系对人的心理生理健康的影响可以追溯到一百多年以前。法国的著名社会学家迪尔凯姆对德国不同宗教和种族的人群的自杀率进行了广泛的研究后,在1897年出版的《自杀论》中指出,社交或人际关系整合度对自杀率有很大影响,整合较弱的人群中自杀率更高。虽然一个世纪以来,迪尔凯姆的这项调查从内容到研究方法都饱受争议,而且对于我们现代人而言“社交关系脆弱者易寻短见”更像是常识而非新知,可正是从迪尔凯姆之后,许多社会学家和流行病学家将目光投向了人际社交与各种健康与疾病状况之间的关系。

上世纪中叶,许多研究者发现,单身、离异或孤立与人群之外的成年人死亡率较高,也更容易患上肺结核或精神疾病。相反,那些从自己的社交网里得到较多支持的人群则患病风险较低。然而,这些结果远不能说明孤独感对人体健康有影响。首先,这些研究往往对个人的社交和健康状况同时进行调查,以至于我们无法判定因果关系:譬如,究竟是与世隔绝导致疾病,还是病人容易自我封闭?此外,研究者仅仅调查个人的婚姻状态、朋友多寡,这就无法辨清究竟是一个人心中孤独的感受与疾病相关,还是客观上从其他亲朋好友那里得到的物质支持对人的健康状况有所影响。

要回答这些问题,需要对人群进行长期性的跟踪研究、并且在研究设计时将主观感受和客观支持尽量分开。所幸的是,过去三十年内,这样的研究不断涌现。在一篇篇来自世界各地的文章里、在不同种族、不同文化背景的人群中、以及在对各种不同的疾病的调查之间,孤独感与疾病的关系慢慢浮出水面。人们开始意识到,孤独感对健康的负面影响广泛而深远,几乎涉及到全身各处的组织,且在不同的人生阶段都有体现。

孤独与疾病
美国麻省的弗莱明翰心脏研究(Framingham Heart Study)开展时间长,后续跟踪完全,调查项目完备,恐怕是世界上最著名的长期流行病学人群研究之一。1992年,一项基于这个人群的研究发表在美国流行病学报(American Journal of Epidemiology)上。这篇文章的作者在上世纪六十年代中期调查了弗莱明翰的七百多名女性的心理状况,其后又跟踪她们二十年,对她们的心脏疾病进行记录。他们发现,那些在研究开始时声称自己感到非常孤独的女性,后来二十年间发生心肌梗塞或者死于冠心病的概率远远高于那些认为自己不孤独,或者只是略感孤独的人。在美国另一项全国性的健康与营养调查研究(National Health and Nutrition Survey)中,也有相似的发现:在具有高度孤独感的女性中,她们在跟踪调查的19年间心血管疾病的发病率比轻度或没有孤独感的女性要高上76%。当研究者把一些相关因素,譬如年龄、种族、经济状况、婚姻状况等条件加以考虑之后,孤独感依然与高发病率相伴而行。

这样的现象不但出现在心血管疾病多发的中老年人身上,甚至在年轻人群里也有体现:在新西兰,一些研究者对一千多名新生儿持续调查,发现那些在孩童时代感觉受到孤立的孩子在年满26岁时更容易肥胖,或具有高血压、高胆固醇、高血脂等不良健康状况。研究者们认为孤独感在人生的每一个阶段,都很可能对人体带来相似的负面影响。

而这样的影响,到了垂老之年就格外引人注目。九十年代初在荷兰阿姆斯特丹进行了一项有关衰老的长期研究。研究者发现在近三千名老者中,那些在研究开始时有很强孤独感的人在接下来为期29个月的跟踪调查中死亡率比其他人高出近一倍。在另一项美国的研究中,同样的结果浮出水面:在五十岁以上的人群中,那些长期孤独者的死亡率比不孤独的人高了约80%。日本一项为期三年的跟踪研究发现,孤独感对老人主观上对自己健康的感受,以及客观上所患慢性病的程度都有相关。不出意料的是,那些社交活动较多,或者得到社交网里的人们支持较多的老人健康程度更好,死亡率也更低。而孤独感与健康与疾病的关系,并不仅仅限于心血管相关的状况,许多研究指出,怀有孤独感的人认知衰退与记忆力下降的速度更快,也更容易患上老年痴呆。

孤独的身体和心灵

心理状况与疾病健康之间的关系屡屡被研究证实,但是孤独这种抽象而飘忽的感觉,究竟如何影响到我们的健康状况呢?美国芝加哥大学著名的社会神经学家约翰•卡乔波(John Cacioppo)基于大量的生物学与流行病学研究,提出“孤独模型”,试图对此加以解释。

卡乔波教授认为,人感到孤独从本质上来说等价于感到“不安全”。可以想象,当我们的远祖在丛林中生活时,环境里危机四伏,如果与同伴一起,凡事有照应,还可以稍稍放宽心怀;一旦落单,情况就格外危险,需要加倍打点精神、提高警惕,才能求生自保。所以,孤独的感觉让人们对危险和压力格外敏感,体内的压力激素水平上升,随时准备应对突发状况。而过去几十年的研究已经证明,长久的压力和危机感对人体健康的损害非常大。

在人体中,下丘脑-垂体-肾上腺“三点一线”,形成人体的“应激反应轴心”。在遇到危机时,它们分泌激素(尤其是皮质激素),让人变得紧张、警觉、清醒,能够迅速做出判断与应对。同时,这些激素往往会重新调整身体中的“资源”分配情况,抑制消化、免疫等系统,将重心放到心脏供血、肌肉运动中去——显然,对于我们的祖先来说,能否逃出那只狮子的魔爪很大程度上决定于你能跑得多快,或投掷石矛的力度有多大。可是,如果长期压力激素的水平居高不下,人体的免疫系统将受到抑制和破坏,心血管系统也可能因为长期负载过高而变得更加脆弱。此外,长期处于压力之下,往往睡眠节律与睡眠质量都会受到损害,而睡眠不但是人体休养生息、恢复元气的重要机制,也对人脑的认知、学习、记忆、以及情绪调控起到重要作用。有研究表明,具有深度孤独感的人确实更容易睡不香甜,在白天也更易感到疲惫失神。有趣的是,孤独的人并不比其他人睡眠时间更短,这就暗示着睡眠质量的降低,以及睡眠对机体恢复的作用减少。

正如本文开头所言,孤独的人在现代社会比比皆是,那我们如何减少孤独感,或者降低孤独感带来的健康隐患呢?在过去,大多数研究者与社会工作者确实尝试过许多方法,来降低孤独感受,他们大多着重于提供社交机会、或者增加社交支持、改进社交能力。然而,并不总是有效。卡乔波认为,这是因为这些努力过于强调提供外在机会,却不够重视改变人的内心。事实上,人类是如此主观的动物,从某种角度上来说,我们都生活在“自己所以为的”那个世界里,我们与这个世界的关系,很大程度上取决于我们的主观态度。正如他在一篇文章中写的那样:“我们可以在一点实际意义上的互动都没有的‘社交’中感到心灵的联系(譬如看电视、读书或者与上帝对话),相反的,我们也可以在面对大量社交活动时依然感到孤独,只因为我们缺乏驾驭自己的社交生活的能力。”

那要如何才能改变孤独者的内心?卡乔波教授认为,孤独感与危机感会形成负反馈的怪圈:因为孤独,所以潜意识里感到危机,因为感到危险,孤独的人更容易以对周围的人产生警惕防备的心理,甚至带着偏见躲避社交机会,这反过来又加深了孤独的感受。减少孤独感的关键,就在于如何打破这一怪圈。从这个意义上来说,仅仅为孤独者提供社交的机会和手段并不能改变孤独者内心深处的防备感、以及对社交的戒心,而只有为孤独者提供特定的心理辅导与治疗,改变他们对人际关系的负面看法,才能从根本上将孤独感消弭于无形。

2011年10月28日星期五

全球变暖植物也遭殃

(本文发表于《Newton科学世界》2008年5月号)

我们的地球之所以独特,正是由于存在丰富多彩的生物圈。在生物演化的过程中,不同物种之间建立起了精密的组织结构,整个生物圈就如同一座庞大的金字塔。千姿百态的植物就是这座金字塔的基石,因为除了少数的化能合成细菌外,几乎所有的动物和微生物都直接或间接将植物作为食物来源,这些绿色的能量工厂是地球生物圈活力的源泉。有资料表明地球历史上的历次生物大灭绝事件都与植物类群的演化和消亡有关。可以毫不夸张地说,是植物在支撑着生命世界。然而,今天的全球变暖正在撼动这些生命金字塔的基石。

图注:经过数千万年的演化,植物的花期和对应传粉者的活跃期形成了完美的配合。在变暖的环境中,他们还能亲密接触吗?)

春天在抢跑

在漫漫寒冬之时,或许人们都希望春天早点到来,希望百花早日盛开,希望蝴蝶早点在花丛翩翩起舞,希望小鸟早点在枝头歌唱。如今,越来越多的植物开花物候资料表明春天真的提前了。在日本,樱花的花期比20年前提前了5.5天;在美国西南部沙漠地带,灌木的花期比100年前提前了大约20到40天。然而,在这个提前到来的春天里,风景真的会很美吗?

在阳光明媚的“早春”,春风早早地叫醒了地球上最后一株腊梅。枝头的花朵尽最大的努力让自己的黄色外衣更醒目一点,它们还铆足劲放出丝丝香气。然而,这些从祖辈继承下来,用于吸引蜜蜂传粉的招牌似乎不再像以往那么有效了——天空中和花丛中都寂静无声。当花瓣带着遗憾再次化为春泥时,睡醒的最后一群蜜蜂终于出现了。它们依然像祖辈那样在田野中寻觅可口的花粉和甘甜的花蜜,可一切都晚了,等待它们的只有枝头萎蔫的花朵和地上凋零的花瓣。结局可想而知,腊梅和蜜蜂就像爱情悲剧里的男女主角,感情至深却不能相见,终于双双郁郁而终。上面的故事似乎让人觉得有些不可思议。因为我们还能看到,枝头有蜜蜂在寻觅,花丛中有蝴蝶在飞舞。但是随着地球持续变暖,上述的“爱情悲剧”正在或者将要发生在一个天前到来的春天里。

腊梅隶属的被子植物是当今世界上最庞大的植物类群,也是现今地球植被的主要组成成分。从矮小的蒲公英到高大的白杨树,从纺织用的棉花到供食用的苹果桃子都属于被子植物的范畴。它们的共同特征是具有由雌蕊和雄蕊构成的繁殖系统。人们熟知的开花结果正式被子植物的繁殖过程。对绝大多数被子植物而言,从开花到结果,需要将花粉从雄蕊的花药中搬运到雌蕊的柱头上,这个过程就是传粉。有些植物选择了风或水作为花粉的运载工具,而绝大多数被子植物选择了利用动物(特别是昆虫)来运输花粉。作为搬运工的动物(传粉者)在这个过程中可以吃到花粉或者花蜜。在数千万年的演化中,被子植物和传粉者建立起了密切的合作关系,花朵和传粉者总是在特定的时间同时出现,互惠互利。然而,全球变暖正使这种关系变得越来越脆弱。

人们常说,“早起的鸟儿有虫吃”,并教导后代以勤为勉。对花朵来说,早日开放却未必是件好事。如果花期提前,文章开头的那个故事就会上演,接着是没有授粉,也就没有结果,当让也就没有后代。这样一来,植物种群就会慢慢消亡,而它们的传粉者也会因为没有食物从地球上消失。最终给我们留下一个寂静的春天。

植物的花期和传粉者的活动期完全分离,看似有些极端。这样的事情确实只会发生在那些由专一的传粉者传粉的植物和以单一植物为食的传粉者身上。由于传粉和食物来源的单一性,全球变暖引起的花期物候变化对影响往往是致命的。其实,很多传粉者都是以多种花作为食物来源的。即便如此,这些传粉者的日子也不好过,它们也不能顿顿吃上饱饭。传粉者采食的几种植物的花期原本可以相互衔接,由于气候变暖,这些植物的花期会发生错位。对传粉者来说,本来连续的食品供应很可能会出现断档。同时,由于花期的提前,在传粉者活动的末期,还会出现无花可采的危险局面。在一个变暖和的春天里,如何吃饱饭竟成为传粉者面前的头等难题。

随着全球变暖趋势加剧,春天进一步提前,这种植物花期和传粉者活动期分离的问题将进一步加剧。科学家通过数据模型预测,在今后的50年里,气温每升高1℃,植物开花期就将提前4天。这样情况持续下去的话,会导致17~50%的传粉者失去生存所需的食物来源,这些传粉昆虫的活动周期也将缩短一半,最终会导致那些“无虫问津”的花朵和“缺吃少喝”的昆虫永远从地球上消失。然而悲剧故事还远远没有结束。就像多米诺骨牌一样,随着昆虫的消亡,以它们为食的鸟类和其他小型动物也将面临食物短缺的危机,并最终走上不归路。这样会进一步影响到大型肉食动物,整个生态系统都可能因为食物链的断裂在短时间内轰然倒下。

火爆的夏天

太阳光是整个植物界,乃至整个生命世界的能量来源。亿万年来,所有植物都在阳光下享受宁静的生活。然而,太阳光这个巨大的能量宝库现在正面临着被废弃的危险。

一提到光合作用,人们脑海中首先反映出的可能是森林和农田。其实,在地球上还有很多不起眼的光合作用工厂在发挥着巨大的作用,生物土壤外壳就是其中之一。这是由蓝藻,地衣和苔藓组成的,覆盖于土壤表面的复合结构。在陆地上几乎所有生命存在的地区都有它的身影。生物土壤外壳对于固定水分和土壤具有极其重要的作用。然而随着气温的节节攀升,这些“光合工厂”都出现了消极怠工的现象。通过对美国西部沙漠中实验样地进行监测发现,在气温异常升高的2000年,生物土壤年外壳的光合作用总量(以一个生长季内,植物体干重增量计算)下降了56%。光合作用总量的下降提高了生物土壤外壳的死亡率。更令人担心的是,生物土壤外壳是很多干旱地区的唯一植被。如果这些地区的生物土壤外壳消失的话,人们将面对更多的沙漠和沙尘暴。

那么,为什么气温升高会影响到光合作用产量呢?我们知道,植物中的叶绿体可以将太阳能转化为化学能储存在碳水化合物中。但并不是太阳光中的所有能量都可以被植物利用。我们平日所见的太阳光实际上一种由不同波长的光线组成的复合光,包括了红外线,可见光以及紫外线。绝大多数植物只能利用可见中的红光和蓝紫光。阳光中的紫外线不仅不能被植物利用,还会降低光能转化中心——叶绿素的活性,从而扰乱正常光合作用的进行。因此,在植物体内还存在一些类胡萝卜色素,它们可以通过自身的降解来减轻紫外线对叶绿素的危害。在正常的温度和水分条件下,植物可以依靠这些保护色素抵御紫外线的侵害。但是在温度升高时,叶片中类胡萝卜色素的活性和含量就会大大降低。这时的植物会束手无策,只能听凭紫外线去大闹“光合工厂”了。这样一来,所有工厂的产出自然会大打折扣了。

消失的冬天

正当植物被取少传粉者和火辣辣的阳光搞得焦头烂额的时候,植食性昆虫爆发次数的增多无疑是雪上加霜。在气温正常的年份,很多植食性昆虫会被冬季的低温杀死。其种群数量会维持在一个相对稳定的水平上。当气温升高时,能够渡过寒冬的成虫会越来越多。以稻绿蝽威力,气温每升高1℃,其越冬成虫的死亡率将下降15%。越来越多的过冬成虫为虫害爆发埋下了伏笔。不仅如此,气温的升高还缩短了植食性昆虫的生长发育和繁殖周期。如桃蚜在8℃环境下需要30.15天才能完成一个从卵孵化到成虫产卵的生命周期;当气温升高到28℃时,仅需6.5天就可以完成这个周期。根据现有的气象和昆虫繁殖资料预测,到2010年,我国主要植物害虫每年可能会增加1代,而到2050年,主要害虫会增加2代左右。越冬死亡率的降低和繁殖时代的增加将大大增加植物虫害的爆发次数,为本来就举步维艰的植物带来更多的苦难,最终会促使一些植物从地球上慢慢消失。

对于分布在高纬度地区的植物来说,过高的气温会使积雪提前融化,从而促使还未成熟的花芽提前萌发。当这些花芽探出头来的时候,会突然发现,等待它们的不是温暖的阳光,而是凛冽的寒风。一朵朵未能绽放的花朵就这样带着遗憾悄然逝去了。

我们今天见到的植物都经历了数千万年到数亿年的考验。在这个过程中,植物与周边的光,水,土壤,动物和微生物之间建立起微妙的联系。然而,在人为变暖的环境中,这些进化历史上的赢家竟然显得无所适从了。合成与分解相伴,捕食与被捕食共存,自然界一直处在一种动态的平衡中。一个平衡被打破之后,又会有新的平衡建立起来。在未来的地球上,会不会有一个由全新物种组成的生命世界?对此,我们无从预测。但是有一点可以肯定,那不会是适宜我们人类生存的世界。人类是与现今的植物界相伴而生的,眼前的这个绿色世界才是我们永久的家园。

2011年10月25日星期二

王朝衰亡的翻云覆雨手

110030981 【《财经网》专稿/记者 徐超】在中国数千年的文明史中,王朝的兴衰之谜始终是历史学家乃至普通公众最希望洞察的。有很多理论试图来解释这种以数百年甚至短至数十年的轮回,比如“黄宗羲定律”就指出了农民税负方面的一个怪圈。

中国兰州大学资源环境学院张平中教授及其同事,今年11月7日发表在美国《科学》杂志上的论文却指出,最起码在唐朝、元朝乃至明朝走向衰亡的过程,变化的亚洲季风,起到了推波助澜的作用,甚至给了已处于困境中的王朝以致命一击。

石笋中穿越时空
站在普通人的角度来看,要准确追溯中国在过去千年内,经历了怎样的气候变化,几乎是一件难以想象的事情。因为中国有准确温度、降雨等记录的历史不过150多年。

但对于现年41岁的张平中来说,这样的想象因一块石笋而成为可能。

如果不是五年前在甘肃省万象洞的一次发现,张平中很可能一如既往地从事地质地球化学研究。他或许永远也不会联想到,他的研究领域会与古代王朝的兴衰存在某种联系。

关于洞穴进化的历史可以追溯到2.5亿年前。当时,由于温室气体的增加,大气中的氧含量降到16%甚至更少,二氧化碳的含量则陡然增加,陆地上的生物呼吸困难、步履维艰。海平面大面积下降,海洋中的生物也难逃厄运。在那次超级大灭绝之后,海洋生物的种类减少了一半,九成动物和八成植物都没能逃脱灭亡厄运,地球的生态系统遭遇彻底更新。

当地球经此磨难之时,在印巴次大陆或者欧洲大陆的某些地方,石灰岩洞正开始其缓慢的“发育”之旅。其中之一,就是位于中国西北部的甘肃万象洞。

至少在过去的数千年里,从太平洋吹来的亚洲季风——这个孕育了中国整个农耕文化的气候系统——把降水带到了这处石灰岩洞的上空。无论降水充沛抑或匮乏,雨水都会沿着岩石之间的裂隙渗透到洞穴中,一点一点地溶解石灰岩,并形成过饱和的碳酸钙溶液。这些溶液通过洞顶或洞壁滴流进溶洞时,由于洞内相比洞外温度和压力的改变,以及二氧化碳的释放,溶解在水中的碳酸钙被沉淀下来,形成石笋等次生碳酸盐沉积物。

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由于这个洞穴地处青藏高原东部与黄土高原西部的过渡区,已经是亚洲季风所影响的地理区域边缘了。因此,万象洞内的石笋忠实记录了这个对世界影响最大的季风的降雨变化情况。

通过分析石笋中氧的同位素的含量,就能分析相应年份的降水量是多还是少;而石笋中较高的铀含量,也为对应年代的确定提供了难得的标尺。张平中对《财经》记者说,相比于冰芯、树轮、火山沉积物而言,石笋特别纯净,后期破坏非常小,保存的信息较为完整。因此,其确定年代的精度也要比冰芯准确得多,分辨率可达2.5年。

2003年5月的某一天,张平中在万象洞内距离洞口1000米深的地方,找到了一颗长118毫米的石笋。当张平中及其同事根据石笋所含氧的同位素含量,得出中国在过去1810年之间的降雨量变化曲线时,他们发现,这条曲线竟然和朝代的兴衰更替惊人的吻合。

自然与王朝双曲线
我们不妨来看一下,两者之间是如何匹配的:

在公元190年至公元530年之间,亚洲季风为中等强度,变化较强烈。而当时的中国处于汉朝末期和三国、魏晋南北朝时期,大部分时期较为动荡。

从公元530年到公元850年,亚洲季风逐渐衰弱。直到公元860年时,也就是唐朝晚期,亚洲季风减弱到最小。我们在历史记载中可以查到870年前后的大旱记录。

在公元910年到公元930年间,亚洲季风再次减小。那时的中国正在经历五代十国,并开始进入北宋时期。

在公元1050年至1120年间,亚洲季风稳步加强,中国北方降雨增多。那时,在北宋统治下的中国进入了停战期。公元1004年,北宋真宗赵恒与辽国定下停战和议,约定宋辽为兄弟之邦,双方互不侵犯。自此,中国北方才有了少许安宁。
到了1120年左右,季风强度开始剧烈波动。公元1125年2月,金国以“宋朝破坏与其定下的共同对辽协议”为名,大举出兵侵宋。公元1127年,北宋灭亡。

实际上,唐朝末期、元朝末期和明朝末期,这些时期的亚洲季风处于弱势,而这些时期的明显社会特征是时局持续动荡不安。

张平中对《财经》记者解释说,在北宋前期,亚洲季风强盛带来充沛的降水,从而导致粮食丰产以及人口大增。但之后,因为季风减弱、降水减少、农作物减产,引发战争和农民起义。而对于唐朝、元朝和明朝来说,它们的衰败同样与亚洲季风的大规模减退有关。

因此,张平中及其同事得出结论:气候变化通过影响农作物生产,进而对中国古代朝代的兴衰起着关键作用——它就像是一双“无形的手”,左右历史的棋局。

其实,早在20年前,美国哈佛大学布雷特·辛斯基(Bret Hinsch)就曾在《亚洲历史》杂志上发表论文指出,气候变化影响气温和降雨,进而影响农业生产。

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决定某一种农作物收成好坏的因素有很多,如投入劳动的数量和劳动效率、投入的资本量、技术水平、肥料、病虫害以及土壤肥力等。但在传统社会里,生产技术和生产方式改进缓慢,恶劣的气候、作物病虫害等诸多潜在祸患便成为农业生产成败的决定性因素。在这种情形下,瘟疫和作物疾病很可能因天气变化而起。

布雷特·辛斯基指出,即使在现代的英国南部,农作物收成好坏还是随天气的变化而有规律的变化。比如,当地大麦、小麦、燕麦等主要农作物的年产量变化,其中有43%至45%是因夏季降雨量的变化而造成的。相似地,中国农作物年产量也存在随气候变化而变化的现象。

由于栽培过程很简单,直到周朝中期,黍在中国北部的农作物中仍处于主要地位。从公元前五世纪至公元前三世纪,周人对黍和大豆进行轮作。随后,大麦和小麦也成为轮作作物。

所有这些农作物对天气的变化都十分敏感。例如,大豆种子在16℃时播种,其发芽速度比在21℃至32℃时播种慢一半。另外,在大豆的整个生长周期中,其生长速度也会随温度上升而显著加快。

另一方面,有时,湿度在决定大豆产量方面甚至比温度更为重要。大豆生长后期如果降雨量增加30毫米,其产量将有一个大的提高。世界其他地区的观测资料也有力证明了天气对农作物产量的影响。

据此,布雷特·辛斯基及其同事推断:气候的变化对中国农业产生了决定性的影响。

当然,张平中对《财经》记者强调,在气候这个关键作用之前,还有很多其他因素在影响朝代的更替。但从科学的角度来说,气候变化起了关键作用。

而在1998年,美国科学院华裔院士许靖华也曾表达过类似观点。他曾于《中国科学》8月刊发表论文指出,全球变暖在文明史上给欧洲、亚洲和北美带来过繁荣的年代,与这些年代相交替的是全球变冷所带来的饥荒与流行病年代。在历史上的小冰期时期,寒冷与干旱的气候造成农业减产,从而导致了历史上的民族大迁移。

争论永不休
不过,在学术界,气候变化与朝代兴衰的关系,也是一个长期争议的话题。最近的一次争论发生在2007年。

2007年1月4日,英国《自然》杂志刊登了德国地球科学研究中心杰拉尔德·豪格(Gerald Haug)的文章,通过分析中国湖光岩玛珥湖的沉积物,他和他的研究小组认为,在公元700年至公元900年左右,由于亚洲冬季风的加强而导致唐朝出现干燥、少雨的气候,这最终让唐朝走向灭亡。

但是,这一结论在中国国内的学术界和民间都引起很大争论。当时,国家气候中心首席科学家张德二通过史料的记载,认为“唐朝灭亡前的最后30年正是处于多雨时段而不是干旱时段”,唐朝总体上并非趋向干旱。所以,唐朝并非因为冬季风的加强而走向灭亡。这篇文章,也发表在同年11月份的《自然》杂志上。

针对张德二的说法,张平中对《财经》记者指出,晚唐时期关于气象记录的历史资料特别少,这些历史资料是不能定量化的,而是定性的,可靠性不够,所以只能用来估计。

当然,对于这一点,在回复《财经》记者的邮件中,张德二则表示“不敢苟同”。作为联合国政府间气候变化专门委员会第四次科学评估报告古气候章的主笔之一,她认为,历史气候记录的价值和应用,是被广泛承认的。

在接受《财经》记者采访时,中科院大气物理研究所研究员薛峰则表示,目前,在学术界关于气候对朝代兴衰的影响的观点,的确还没有统一的认识。

从科学的角度来说,气候变化对朝代的兴衰肯定会有影响作用,因为季风的强弱会影响到旱涝,进而影响到农业生产,尤其在古代生产力十分低下的情况下。

但是,他也认为,这样的反例也有不少:在明清时期,中国的气候是比较寒冷的,即所谓的小冰期,但清朝出现了“康乾盛世”。所以,气候因素只是一个影响因子。时间越久远,其影响力越大。而时间近,由于人口的增长和生产水平的提高,人类对灾害的抵抗能力越来越强。

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薛峰表示,如果以千年为尺度考虑中国的气候变化,那么,中国夏季季风的强度总体上是趋于衰退的。

从《诗经》和考古证据中都可以发现,古代的中国是非常湿热的:那时,人们可以在河南种植香蕉,成群的野象在森林里出没。为了打猎野象,人们通过合作把野象围在中间,然后向其掷矛。这也是河南简称“豫”的来历。

薛峰的观点也得到了复旦大学现代人类学实验室主任助理钱吉的认同。该实验室近期的研究项目就是“绘制一幅中国人祖先迁移的地图,用以探究我们民族和语言等诸多进化环节当中的未知问题”。

钱吉对《财经》记者表示,在数万年前或者更为久远的时期,气候对人类的迁徙起着很大作用。那时,决定人类是否在某地生存的原因来自两方面:一方面是环境是否适合居住,另一方面是该地是否有适宜的食物,而这两方面原因都与气候有关。

可以肯定的是,就像历史上很多事情无法形成定论一样,气候对朝代的影响也可能不会形成统一的观点。但是,在我们庆幸自己不必像数万年前的祖先,因气候变化而颠沛流离时,也必须警惕这种潜在的危机。毕竟,人类活动已经给全球本来就十分复杂多变的气候系统,带来了更大的变数。没有人知道,这种额外的变数是否会抵消我们在技术上取得的进步。■

创造力公式

最近学习新东西,常有浅尝辄止的感觉,不仅理论上没有深入,技术层面上的收获也很难可以心满意足。如何更踏实深入的学些东西是很重要的。通常来说,深入学习常是个不断提出问题、解决问题的过程,MIT的Larson教授就此给出这样三条规则:
1、你一定要觉得你自己的问题有趣而又重要,否则你就不会有激情,不会投入。
2、你一定要有能力解决问题。假如不能完全解决问题,起码你要问自己能够做些什么。
3、除了你自己的肯定,如果还有人也认为你的问题很重要,且这样的人越多越好。

增加相互间的交流是很重要的,有时在讨论中从别人那里得到的灵感,常常是自己冥思苦想无法获得的,也是提升创造力的捷径。HUST的李柱教授在演讲稿里提到一个有趣的创造力公式。C代表Creative Power创造力,K代表Knowledge知识,I代表Information信息,T则是Thinking思考,Q是Quarrel讨论,L是Logic Reasoning逻辑推理,E是Experiments实验,W是Wide Field广博的领域,H则代表Hell地狱。这样看来,创造力就等价于:汇集知识与信息,然后不断思考并反复讨论,再利用逻辑推理和实验在广博的领域里积分的结果。

在找到解决问题的方法和途径中,独立思考能力和快速学习能力至关重要。现在已经不是信息短缺的时代,如何去准确过滤大量冗余信息并提取有效的解答,才可以带来充分的锻炼。就像李政道曾说过的那样,尝试解决那种"连问题也不知道"的课题,才会给予学生最大的锻炼,而锻炼的正是这种独立思考和快速学习能力。在电脑前面坐的时间长了,感觉最需要的还是一张安静的书桌,安心读写书写点东西,心里才会感觉稳当。

[小姬看片会回顾]人类消失之后(上)

毁灭人类,这不是行为艺术。

这是一场科学的思维实验——如何毁灭人类?人类消失之后地球何去何从?

谁会成为这个颗星球新的主宰?人类的遗迹和记忆会保留到什么时候?

History Channel的人类消失后的世界 Life After People为我们展现了一个没有人类的星球。

某天早晨7点,你的闹钟疯狂叫起来,可是叫了很久都没有人来响应它。镜头拉远,床铺上只有一个空荡荡的人形空间。你和你的妻子都不见了。街道寂静一片。

Discovery非常不负责任地没有告诉我们人类为什么消失,只是为我们拨快了地球的时钟,探寻人类消失之后,一小时,两小时,一天,一周,一年,100年,100万年……之后,这颗星球会发生怎样的变化。

有趣的是,我们已经为这个颗星球安排一个可以自行运作的外壳,没有我们,我们的闹钟回响,电厂会继续发电,街道两旁的灯会继续两着,我们的大楼会继续矗立,我们的挖的地铁会继续存在。

可是不要盲目得意,我们并未能改造这个星球。

一周,或许是一个月电厂会停运,很快,地铁会蓄满水,水泥路面会杂草丛生,老鼠、蟑螂会肆无忌惮爬上桌面,熊和老虎这些野生动物会就近进入城市,面对我们的钢筋水泥茫然四望。

再要不了多久,我们曾经生活过的地面已经被植物覆盖。绿色爬上墙面,掩盖了一切萧索。它们的藤蔓钻进水泥,寻找裂缝,一点一点瓦解这些并不漂亮的遮风避雨之处。

百万年后,埃菲尔铁塔、曼哈顿的高楼、莫斯科红场……一切恢复它们原来的样子——森林、河流、山川。

也许,这颗星球没有我们,是她的幸运。

那么,到底是外来力量还是我们自己会毁灭我们呢?

为此,我们邀请到了地球物理专家、地质专家、动物专家、古生物专家,以及科幻作家,在中科院计算所展开了一场机密级别的讨论,全方位剖析世界末日的可能性,对毁灭地球的各种方法进行深度的全方位的可行性分析,展望人类灭绝之后地球的变化。

以下是这个神秘会议的文字记录。

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魔幻光影版小姬..其实揍是投影仪的光

小姬:大家好!我是松鼠会的小姬。

今天我们要讨论的话题是世界末日之后,欢迎大家在圣诞节之后元旦之前在这一喜庆的日子里参加这一毁灭性的题目。

这个活动之前会放一个片子,之后我们会邀请几位专家跟我们互动讨论,比如说你可以问“行星排成十字到底能不能让地球毁灭?地球毁灭的时候会不会有这么剧烈的地壳运动?在什么情况下地球上的生物会灭绝?在什么样的情况下人类会灭绝?人类灭绝之后地球会变成什么样子?人类灭绝之后下一个替代人类主宰这个星球的生物是一种什么样的生物?”这些问题你们全部都可以问,比较八卦的问题,比如说专家有没有谈女朋友啊?这些问题都是非常非常欢迎的。每一个提问的同学,为了鼓励你思考我们都会送礼物给你,这次的礼物有科学松鼠会的《当彩色的声音尝起来是甜》的,还有新的一本书《吃的真相》,还有《新发现》。

接下来我有一个东西想给你看一下。

在此之前我很好奇,我不明白你们为什么那么愿意来参加科学活动?不知道你们对科学这个词是一种怎么样的理解,我想问一下这位老师:“请问你觉得科学是什么?”

高云峰:这个概念应该属于哲学问题,科学是我们面临很多问题,想发现它为什么会发生?它会如何发展?我们希望通过研究得出答案,我认为这个研究就是科学的措施,也就是说从一般意义上说就是这个事情为什么会这样?今后怎么样?针对这个做研究,这个研究就是科学,有点像循环经济。

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高云峰老师讲话会配以精确的手势,恩,是精确地

小姬:谢谢老师,看得出来你确实是一位科学家,我想问一下这位妹妹你觉得科学是什么?

小妹妹:我认为科学就是做实验。

小姬:科学就是做实验是吗?这个科学家太喜欢了。

周忠和:科学就是回答目前人类所不知的一些问题。

贺日政:这个没好好想过,科学是一种探索,也是一种知识,也可以是一种思考。

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韩松:科学是一种娱乐。

韩松老师带病来参加看片会,可看起来很酷

韩松老师带病来参加看片会,可看起来很酷

黄晶(Topaz,偷拍):我觉得科学是一种“高级”的,当你们已经满足了吃饱穿暖闲着没事找点科学的事情干干。

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话说的随意,其实偷拍是个靠谱的松鼠

小姬:偷拍老师写过一个虚假的访谈,就是姬十三访谈松岛枫,你们可以到网上搜一下这个东西。

他会说中文吗?请问科学是什么?没关系你可以说英文……

观众(某外国朋友):I think科学是……(小姬注:这个,是英文吗?)

这个场所就是一个非常好能思考科学是什么的一个环境。

小姬:谢谢,接下来我们要看一下这个东西,让老百姓告诉你科学到底是什么。

小姬:接下来我跟大家介绍一下今天的嘉宾,了解一下今天的嘉宾是谁待会儿你可以思考一下你想要问什么样的问题,我来一个一个介绍:

高云峰,清华大学航天航空学院副教授、航天专家

周忠和,著名生物学家,孔子鸟化石的发现者之一,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员

张劲硕,中科院动物研究所在读博士,主攻蝙蝠等哺乳动物多样性研究和保育故经常夜晚潜入森林,钻进山洞

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劲硕老师激情四射

贺日政,地质科学院地质研究所博士,主要从事构造地球与地质学研究

黄晶,松鼠ID“Topaz”(偷拍)地球化学博士后,主要从事地球早期演化和生命早期演化研究

韩松,著名科幻作家,新华社高级记者。韩老师让我特别特别感动,因为他今天本来要在新华社值班的,但是他找人替他值了班,而且他今天还在生病,所以我非常感动他能够来到我们的现场,请大家给点掌声,谢谢!

接下来我们要看的这个片子不是说地球是怎么被毁灭的,而是说突然有一天人类消失了地球到底会变成什么样子,一个小时之后、两个小时之后、一天之后、一年之后和150年之后地球到底会变成什么样子,接下来就请科学松鼠会的机器猫打开时空传送门,让我们看一下人类消失后的世界是什么样子。

提问:在人类灭亡的最后一年由猩猩变成了最智能的生物,因为现在野生动物通过动物园等来饲养,人类灭亡之后这些生物还有没有自我生存能力?可能由它们来统治世界吗?

张劲硕:片子结尾实际上是给大家一个悬念,给大家一个延伸、思考的空间,但是我个人认为你说黑猩猩或者智商比较高的动物统治地球,我觉得这个可能性不太大,看你理解统治的概念,按种类来说我觉得应该是啮齿类的,老鼠是比较聪明的,松鼠也是啮齿类的。动物园里的动物是供大家观赏用的,老虎等在短期内还是可以生存的,既然老虎能出来,猪、羊也能出来,所以对于老虎这些来说还是有得吃的,所以我觉得短时间内它们还是可以生存的,但是长远来讲,如果是城市里的动物消亡的会比较快一点。现在生活的空间也有很多动物生活在我们旁边,只不过你不了解,包括蝙蝠,地下的一些动物,刺猬、鸟等等,它们一直和人生活的很好,即使人没了它们可能会生活的更好。

我们生态学上讲叫做种学或者群落的演替,从草到森林,然后森林逐渐的扩大,实际上是这么一个过程,对于整个的生态系统实际上就是这样一个过程。如果没有人的话,也许地球是更好的。

下一个主宰世界的我预测了一下,可能是老鼠。因为人灭亡之前,动物可能就会被人带灭绝了,人多大一个基数啊,如果人都无法生存的话,那黑猩猩早就灭绝了,而且人利用杀动物来挣钱这种趋势越来越厉害,比较顽强的像“小强”、老鼠还有可能生存。

周忠和:人类的影响百巨大了,没有人以后我觉得很难说谁来主宰世界,生物演化并没有一个规定的规律和方向,不能说一百万年、二百万年就会出现这样智慧的生物,这是充满变数的事情。

小姬:人类能发展成智慧生物也是因为我们运气好。

周忠和:从我研究古生物人的角度来讲,地球上出现人类的历史是很独特的,是一个机遇,外星我认为不会有生物,因为出现跟地球类型的情况是很不可想象的,这是杞人忧天的事情。

高云峰:如果说人类突然灭绝的话,我以前看过的科幻小说,它可能能发展,但发展不到这个顶层,专家在这因为人类的发展有一些偶然性也有必然性,在动物群中人类发展到顶层这是一种偶然性,如果在宇宙中寻找一些外星的人,可能一万个星球上存在生命,可能有一两个星球会发展的很好,这就存在着偶然性。

再想到很早以前没有任何生物的时候,只有没有生命的分子,慢慢变成有生命的大分子,再慢慢变成各种大生物,这是由巨大数目的分子通过多少亿年的碰撞,逐步变成小细胞然后慢慢发展起来的,我们遇到宇宙人的可能性很小,但是这种可能是存在的。

以前我讲到航天的发展,另外我们研究航天另外一个目的是,我们要发展出人类航天的技术,其中之一是要了解地球本身,另外是了解其它生命,如果我们一旦能够发现到某些外星文明的话我们可以得到借鉴,因为人类发展到这个水平已经是很高了,但是我们发现并不是到这个时候人类更和谐,而是战争、恐怖主义等等,我们想发现一些外星文明,找到一个文明史存在着几万年、几十万年,它存在一定有它的原因,我们想在其中得到借鉴。另外如果是一个灭绝的文明,我们也能在其中找到教训它是为什么没了。

韩松:到底是有智力的生物还是低级的生物更厉害?现在没有任何证据证明有智慧的生物更适合生存,相反有智慧的生物才更容易灭绝,最厉害的生物都是很小的细菌,蟑螂等等这些东西。当然中间能进化成有智慧的生物,为什么会产生智力,智力不是为了生存,智力是为了审美。为什么说科学是一种娱乐就是这个道理,归根到底科学还是一门艺术,统治地球的生物应该是有艺术的生物。

提问:在电影里面提到人类是一瞬间消失的,在我看来这是不可能的,人类应该是处于一个同步的水平,可能和自然达到一个平衡点,达到工业革命之前的水平,这个问题各位怎么看?能源耗尽的话人类会怎样?

贺日政:我认为未来会找到一种替代能源,可能会比现在发展的还要好。

另外一点,地球只是宇宙中微不足道的一点点,非常渺小,特别是石油这些能源的演化史还没有什么可以解释,所以这个有点太悬。

另外,人类不可能突然的消失,因为人类发展到现在也是逐渐演化来的,特别是《2012》那个电影说突然就消失,那是非常不现实的一种假象,从某种意义上来说这种假象是不科学的。

小姬:《2012》哪里不科学呢?非常激烈的地壳运动用有没有可能发生?

贺日政:历史上也有过这种情况,但是地球不会灭亡也不会消失,可能会更促进你的发展,并不是一切事情都是往坏处发展,比如说我们的地震,像汶川地震这样的大地震发展之后,更好的是给人类一个提醒,但也有它危害的一面,但这个危害是由于人类发展的太快,或者说在发展过程中很不讲科学,就是这样造成的结果。

小姬:您刚才说人类突然灭亡不太可能,我还想知道像《2012》中提到那么剧烈全球地块运动,可不可能?

贺日政:那个不可能,地球不可能瞬间就灭亡,这个很难想象,如果说这是几十万年之后还有可能,瞬间灭亡是一种幻想。

对于能源耗尽给你举个很简单的例子,比如说中国,中国的地下能源有多少?谁也不敢说,举个简单的例子,在西藏青藏高原,也有油,夏季的时候动物不进地里面了,就是因为里面有油、有沥青,但是青藏高原到目前为止还没有找到油的存在,还有多少也不知道,但是我们要有这个意识。

高云峰:如果你关注我们的地球的话,很多燃料、石油就会耗掉,但是把眼光看的远一点,我们可以在太空、宇宙中得到很多能源,比如说我们现在在用核燃料发电,未来可能也会发生一些剧变,但我们可以考虑一下,可以到月球上找一些能源,在粒子里面提炼一些能源拿回地球,人类未来发展甚至可以把某一个小行星抓回来,所以有的理论说,文明历史,或者文明程度取决于你能量掌握的程度,如果你烧树枝就处在牧民的时代,如果你掌握时代就进入工业时代,如果再发展就会利用核燃料,但是现在也很有限,要考虑你怎样往太空发展,因为我是研究太空的,也许有朝一日人类的发展水平,会飞出太阳系,在太阳系之外找一些能源,这样就可能成为宇宙的主宰,人类会不会灭绝?这个要怎么去看。

提问:我是学计算机专业的,我想问韩松老师一个关于想象力的问题。韩松老师能不能给我们一个比较合理的,人类会不会突然全灭绝科学的想象?还有一个限制,我想到的,不要说比如基因武器引发的基因战争等等,在不发生基因战争的情况下还有没有很合理有逻辑的假设?

韩松:刚才不是说,能源那个问题就能把人类灭绝。

小姬:各位老师你们都想一想,如何在瞬间灭绝所有人类,但不破坏其它的生态系统。

韩松:看瞬间是多长的瞬间,比如有人认为这个瞬间是一个月,日本写过一个小说,说出现石油危机,这个能源问题不光是一个科学问题,世界末日的问题首先是个艺术问题,其次是个经济问题,比如《2012》投资了2亿美元拍摄,另外是个政治问题。所以日本的小说里面本来没有多大问题,就是个石油危机,但是加上这些问题之后日本列岛一下就崩溃了。不说基因武器,比如纳米技术的发展,它就是针对人类,在人类身体里面植入纳米微型机器人为人类治病,这个也是很危险的,它会把人类一下子扫光。还有小行星撞地球也是这样。

我想人类肯定受不了,很多生物,比如恐龙灭绝了,但其它低等的生物生存下来了,科幻里面有十几种灭绝的方式,除了基因之外的,比如说你学计算机的,计算机就很危险。科学本身是双刃剑。

高云峰:我们想象在未来的若干年之后,由于你的发明,比如你拿计算机发明了什么什么,以至于每个人植入了芯片,在另外一天突然这些芯片结束了,然后动物全部保留了,这是满足了第一个条件。

第二,如果人类突然灭绝动物不灭绝的话的一个原因就是中断,我们说某年某月人类就灭绝了,然后人们都很虔诚的就全都自杀了。

为了回答你这个问题我突然编造这两个理由,但我相信这是不会实现的,如果有这样的情况我觉得肯定会有一两个人避免这种情况出现,因为总会有救市英雄。

黄晶:2007年有一个大片《我是传奇》,里面有一个空的纽约,原因是病毒,所以有全球性针对人类的病毒感染,人类又没有办法,比如说现在的艾滋病和某些流感。

1993年的卢旺达的大屠杀,一个星期的时间,就是两个民族互相杀,杀来杀去死了100多万人,卢旺达大屠杀还是很原始的方式,大家拿刀砍,而现在来说的话,如果拿原子弹的话我想遭殃的不仅仅是人类。

小姬:主要是自相残杀会毁灭我们这个种族。周老师能介绍一下怎样能够毁灭人劣马?

周忠和:地球历史上恐龙灭绝前有一次大的灭绝,然后是恐龙灭绝,所以瞬间灭绝得有一个时间的概念,能源能不能致人灭绝我觉得不大可能,我觉得只有自己把自己毁了,地球生存了30亿多年,没有任何一种灭绝的机制,没有把整个地球的生态系统造成毁灭性打击的,但是对于一个物种很难说,对于整个地球来说瞬间毁灭这个不好说,我很难想象以科学难以支撑的东西。核武我觉得完全有可能,人类发展到一定程度会毁灭自己,连带其它生物灭绝,这是完全可能的,人类已经致使灭绝很多生物物种,其它任何一种物种会不会把人类灭绝充满了很多未知。

小姬:刚才张劲硕冲我点头,你到底想说什么?

张劲硕:我先听听各位老师的意见,然后我发表一下我自己的观点。

艺术家有艺术家的想法,但是我觉得,中国古代哲学里面讲的天人合一太了不起了,因为我研究动物以后,因为我们现在要保护物种,因为我是做“保护”的,你要搞清楚它的起源、它的进化、它为什么会灭绝,其实人永远是自然的一部分,这是我的观点,人必须要顺应自然或者叫适应自然。

达尔文讲物竞天择适者生存就是这个道理,如果人试图想发个航天器、去其它行星、寻找外星人等等,这就是自毁灭亡,人就是领长类动物,人归造人科,人有两种大猩猩、黑猩猩,然后人就是高等的类人猿,包括老鼠,实际上它们的基因水平跟人也是很接近的。

我想说的是,要把人摆正一个位置,谈一个哲学的问题,人灭绝也好、物种灭绝也好,这些应该是必然的,因为从物种演化来讲,从生到发展到死亡,这是一个宇宙的规律。

所以我们现在考虑人类灭绝,不如应该更多的考虑怎么珍惜我们的自然、怎么珍惜我们现在生存的状态,怎样让这种自然在有序的情况下像我们科学发展观讲的一样,要持续发展。

另外还有一些偶然的事件,比如地质事件,比如撞击,可能会影响一些大行星的转变,偶然的地质事件会使人类很大数量的消减。

另一方面,西方的科学现在崇尚的也有一点像中国古代讲的天人合一,实际上现在有一个新的学科,尤其是艾滋病出现,还有SARS的爆发,还有禽流感到现在的甲流,这些疾病都有一个特点,以前肯定是不存在的,但是它是由于野生动物身上携带的病毒整合到人的身上,然后再经过变异,再进行传播,这些是突发性的传染性的疾病(EID),这样的疾病实际上很可怕,因为进化有一个协同的作用,细菌也好、病毒也好,实际上是存在了很长时间,跟你有一个驳议,如果把你全杀死的话它也无法生存,人身上有很多病毒跟你同样生存,但EID不一样,它是突然出现、突然爆发,这种情况下可能未来会对人类这个物种会造成很大的影响,这就是西方所讲的“保护医学”,或者说以保护为目的,它所强调的是野生动物、生态系统、人类健康是相互协调的。所以我认为最终的落脚点还是应该珍惜现在,应该远离毒品。

高云峰:我觉得他说的不完全对,大家可以判断一下,刚才说航天器的发展对人类没利,完全不是这回事,我们发现在地球附近有很多小行星,某一天小行星就会撞地球了,假如真有一天有小行星来撞地球的话,你是等着撞你呢还是要想办法改变它?比如我们发射个原子弹影响它一下,或者说表面铺一层膜让它稍微偏一点点,这样就不至于撞地球了,不至于坐以待毙。

我们稍微看的长远一点,宇宙才是我们的活动舞台,地球只是我们的摇篮,最终我们一定要走出摇篮。

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[小姬看片会]第十八期:梦的现实

【重要!注意事项】
1.必须通过报名链接报名。
2.每个ID、邮箱、手机号,在同一场活动中限报名一次。一人一表,家属亲友均需报名。
3.确认将在活动开始前2天发出,请同时查收垃圾邮件。
4.由1、2、3可推得:豆瓣提醒是无效的!只有在自己的邮箱里收到松鼠会发送的mail才是被确认报名成功的。
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昨夜你也许去了你的童年,你也许看见了一只抽着水烟的蓝色毛毛虫在对你说话,你也许发现自己变大变小,也许掉进了一个树洞,也许跟丢了那只拿着怀表的兔子。

阳光透过初冬的窗帘撩醒了你的梦,睁眼的一瞬间,也许你发现,自己正躺在一张不属于自己的床上,这世界比你想象中还要荒谬——有人正在因为别人拆了他的房屋而点燃了自己,有人正在街上砸毁别人的店面和汽车说自己是爱国,有人正因为洪水和泥石流而妻离子散家破人亡,而距离你的床一千多公里的地方正在举办一场梦想了百年的世博会。与此同时,你的老板打来电话,问你怎么还不来上班你居然敢迟到。

或许现实并没有那值得留恋,或许现实并非现实。

梦是什么?梦是否不真实?

当一个梦境被无限延长,一秒等于万年,那么醒来的时光还有多少意义?

梦境让我们迷惑,让我们疼痛,让我们欣悦,让我们难过,也激起我们的欲望——这一切都是为何?大自然这样的设计到底有什么目的?

梦境到底是对记忆的整理,还是对潜意识的昭示?

一夜杂乱无章的梦为什么让你精疲力尽?一夜无梦是否意味着你睡得香甜?

松鼠会小姬看片会请来临床心理学博士朱建军,脑与认知科学博士研究生邓春山,科幻电影牛人严蓬、《橘子皮的温度》导演编剧黄骥以及,全面为你勾连起梦境与真实,幻化境为真,幻真切为梦。

【活动信息】
时间:2010年10月23日下午1:00-3:30 [12:30p.m.开始签到入场]
地点:北京市朝阳区酒仙桥路4号798艺术区尤伦斯当代艺术中心报告厅
人数:140
报名链接:http://www.askform.cn/4637-110257.aspx
片目:《PBS NOVA What Are Dreams》《PBS 新星:什么是梦》

梗概: Leading dream researchers demonstrate the extraordinary equipment they use to investigate the world of sleep, including human narcoleptics, sleepwalking cats, recurrent nightmares, and people who claim to be unable to dream.
【嘉宾阵容】

朱建军:临床心理学博士,北京林业大学心理系学科带头人、心理研究所所长、教授,中国心理卫生协会心理治疗与心理咨询专业委员会委员,北京心理学会常务理事,具有丰富的心理辅导和心理治疗的经验和很高的功力。我国心理咨询领域的领先者,意象对话心理疗法的创立者。

邓春山:中国科学院生物物理研究所博士研究生。

严蓬:前《环球银幕》杂志首席编辑,现任时光网高级编辑,科幻评论家。

黄骥:独立导演,编剧。作品《橘子皮的温度》,入围2010柏林电影节新生代短片竞赛单元。

指导单位:中国科协科普部主办单位:科学松鼠会 尤伦斯当代艺术中心
门户网站合作:新浪科技
视频网站合作:土豆网

地震、海啸与辐射——文章列表


编者按:

此处提供松鼠会迄今的一些过往相关科普文供大家查阅。
我们会不断增加文章,更新链接。
愿知识赋予你远离忧惧的自由。

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2011年10月23日星期日

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图画是生动的描述,影像是鲜活的历史,本文试图从“影像还原历史”这一角度,通过老照片为您展现北京古观象台的历史。

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1871年,蛋白■ 相纸,从玑衡抚辰仪角度看天球仪、象限仪, 这是目前所能考证出的第一张观象台老照片。

“城南靡靡度阡陌,疏柳掩映连枯荷,清台突兀出天半,金光耀日如新磨。”这是元代国子监博士、礼部郎中吴师道写的秋季郊游诗《九月二十三日城外纪游》中的句子。诗中所说的那座在“疏柳掩映”之中“突兀天半”的清台,虽然描写的是金司天台,但从中也可以领略到北京古观象台的往昔风貌。历经数百年的沧桑演变,如此优美的诗句难掩我们的遗憾之情:在迄今为止涉及古观象台的大多数文章、专著里面,我们阅读着大段的文字,却难觅些许古观象台的历史影像。

著名的英国早期摄影师约翰·汤姆逊曾感叹说:“如果当年伟大的马可波罗能用几张照片来说明他漫游古老中国的经历,那么他的美丽传说会更加动人”,毫无疑问地,如果能用更多影像还原古观象台的百余年历史,那么这座世界上最古老的天文台将散发出更为迷人的魅力。图画是生动的描述,影像是鲜活的历史,本文试图从“影像还原历史”这一角度,通过老照片为您展现一个“不为人所知”的北京古观象台。

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上图:1875■ 年,蛋白相纸,作品第47号:从城墙上拍 摄的观象台近景。 ■ 中图:1875年,蛋白相纸,作品第49号:院中的简仪 特写,可见紫微殿的窗棂破乱不堪。下图:1875年,蛋白相纸,作品第48号:院中的浑仪特写, 可见远处的观象台台景。

1839年摄影术在法国正式发明,这是人类文明史上的一个重大进展。摄影进入中国的时间并非如想象中那么漫长:1840年第一次鸦片战争开始,随着坚船利炮打进国门的,除了洋人,还有他们手中的照相机。于勒·埃及尔(Jules Itier,1802-1877)是迄今所知最早来中国拍摄照片的外国人。1844年,他以法国海关总检察官的身份来华,并用达盖尔银版法拍摄了两广总督耆英的肖像照、广州码头、澳门街景等照片。埃及尔在中国拍摄的这批银版照片和他本人亲自撰写的文字说明,现大部分保存于法国摄影博物馆。因为照片就是所谓的底版,所以每一张银版照片都是独一无二的孤品。虽然埃及尔在中国的摄影活动极其短暂,范围也很小,但他毕竟是第一个把摄影带到中国来的人。

费利斯·比托(Felice Beato,1833-1907)是第一位来到北京拍摄的外国人。1860年,这位意大利人作为战地摄影记者跟随英法联军参与了第二次鸦片战争,并由此来到了北京。出于战争宣传的需要,比托拍摄了大量战争场景的照片,尤其以“失陷的大沽口炮台”系列组照闻名于世。在北京,比特托拍摄了城墙、角楼、雍和宫、颐和园、天坛等建筑群,但并没有观象台的身影。我们不知道是什么原因,是比托没有注意到,还是某种力量阻止了他,或者说拍摄的玻璃底版损坏或遗失等等,总之,比托错过了观象台。

第二次鸦片战争后,从1860年开始,西方人终于获得了到中国境内更广泛旅行和摄影的特权,诸多摄影师纷至沓来,开始向北京进发。究竟是谁,又是哪一张,才是北京古观象台的第一次留影呢?这个问题不但困扰了我,也难住了国内外诸多历史影像研究学者。由于年代久远,拍摄者准备上存在不足,早期摄影的诸多信息杂乱混杂,很少有系统性的档案归集,这造成考证辨识上的极大困难。就目前而言,有确凿作者作品对应关系的第一张观象台照片拍摄于1871年,但毫无疑问地,真正的第一张其实应该在19世纪60年代就诞生了,只不过现在我们还无法求证。例如,有证据显示,Paul Champion(1838-1877)在1865-1862年间,Georges Morache(1837-1906)在1862-1866年间都曾在北京地区留下过摄影作品,尤其是后者,他曾在北京逗留期间研习医术和天文。很难想象一位学习天文学的业余摄影者不会拜访观象台并拍摄之,但就目前的资料来看,尚无法将观象台存世摄影作品的年代和作者与这两位联系起来。

约翰·汤姆逊(John Thomson,1837-1920)是中国摄影史上举足轻重的一位西方摄影大师。出生于苏格兰一个烟草商家庭的他,于1868-1872年在中国台湾、内陆拍摄,是第一位广泛拍摄和传播中国的西方摄影家,他也是到目前发现的第一位留下观象台影照的摄影师。和埃及尔、比特不同,汤姆逊的中国行程没有教会任务,没有外交使命,没有军事目的,也没有商业驱动,他完全以一种对中国的热爱,对东方文化的好奇和对不同人种文化的偏好,以人类学、社会学的眼光,拍摄并出版了六本关于中国的大型画册,很好地推广了中国文化,这其中就有著名的四卷本《中国和中国人画像》(Illustrations of China and its People,1874年,伦敦)。

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上图:19世纪80年代,蛋白相纸,院落中的浑仪,有 空心十字形护栏。中图:19世纪80年代,蛋白相纸,这个拍摄角度是摄 影师最喜欢的一个角度,因为可以拍到最多的仪器。下图:19世纪80年代,院中的浑仪。

可以想象,汤姆逊被眼前宏伟的观象台建筑和精妙制造的仪器吸引住了,他以摄影艺术家的敏锐为我们记录了珍贵的观象台早期影像,一共拍摄了六张照片。第一张系两架天文仪器:赤道经纬仪和天球仪。此图先后刊载于《中国和中国人画像》(第四卷,1874年,伦敦)和《透过镜头走遍中国》(Through China With A Camera,第238页,1899年,伦敦和纽约),也在以后的汤姆逊摄影作品介绍中被引用次数最多,可谓是其代表作。第二张系黄道经纬仪龙纹特写,刊载于《马六甲、印度支那和中国海峡》(The Straits of Malacca,Indo-China and China,第516页,1875年,伦敦)。第三张系天球仪和黄道经纬仪。第四张系庭院中的浑仪,此图首先刊载于《中国和中国人画册》(第四卷,1874年,伦敦),并以铜刻图的形式刊载于《马六甲、印度支那和中国海峡》(第518页,1875年,伦敦)。第五张天球仪和黄道经纬仪与第三张角度类似。第六张是庭院中的简仪和汤姆逊的中国助手阿昆(音译,Akum)。除了上述提及之外,第三、五、六张均没有在汤姆逊的画册中出现过。通过《中国和中国人画像》的描述,我们看到汤姆逊毫不掩饰地表达了对观象台的崇敬之情,并为西方传教士的巨大贡献感到自豪,这也是观象台第一次以照片的形式出现在印刷出版物上。

1870年5月,又一位杰出的西方摄影师来到北京,他就是英国工程师托马斯·查尔德(Thomas Child,1841-1898),以系统性拍摄圆明园而闻名于世。现在都认为查尔德是一个“职业摄影师”,因为他出售自己的摄影作品。然而摄影从来不是他的正式职业,英国海关聘查尔德为工程师,在北京总稽查处负责燃气工作。看来摄影只是他的业余爱好,但显然这是一个相当专业的业余爱好者。在1870-1889年间,查尔德在北京的逗留几乎没有间断过,这使得他可以在其业余时间里创作出大量北京的人土风情照片,包括大量的现今已荡然无存的一般性建筑和纪念性建筑。查尔德在中国摄影史乃至文化艺术史上的贡献在于,他为北京地区的诸多大型建筑物建立了一个广泛的摄影图录和专题摄影,保留了完整的北京城市形象资料。同时,他的作品一般会在底版上签有自己的名字,时间,拍摄对象的名称等,这样,大量的特定时间的拍摄地点的状况便被保存了下来,并可用于对其他北京早期照片做拍摄时间考定。查尔德的照片在用光、构图、拍摄时间等方面都比较讲究,有很高的摄影艺术价值。加之查尔德非常富有商业头脑,他进行系统性的拍摄,有系统性的整理,所有摄影作品都被编号出售,每一处标志性建筑群都有一组专辑摄影作品,例如城墙系列8张,紫禁城系列14张,天坛系列7张,明陵系列5张等等。因此查尔德的摄影作品流传广泛,社会影响力巨大。

查尔德在1875年间留下了一组观象台摄影特辑,共9张,在他的作品集中,编号为第46-54号,这些照片都是蛋白片,大小均为26×20厘米左右(10*8英寸),裱嵌在硬纸板上。他之所以比汤姆逊拍摄了更多的观象台照片,首先是因为他的摄影目标更加直截了当,力图反映北京建筑群的全貌,尤其是标志性建筑,例如观象台这样一处融西方智慧于其中的东方建筑。其次是由于他的摄影思想更加关注于拍摄物本身表现出的内在意义,例如龙纹装饰的青铜仪器所蕴含的科学与艺术巧妙结合等等。在查尔德的观象台系列作品中,我们真实地看到了经历两次鸦片战争之后,元气大伤的晚清所呈现出的一副破落情景:堂堂国家天文台,昔日清皇室最为仰重的观天通灵之所,却城墙四处开裂,野草丛生,纸糊的窗棂破洞频现,萧零之景无人理管,令人不忍再睹。这一年同治驾崩,光绪即位,慈禧太后垂帘听政,外国军队大举进驻,丧权辱国的不平等条约一再签署,国家陷入政治腐败的内忧外患之中,此组照正是一叶秋而知天下的真实写照。

必须要提及的是,在1880年之前,摄影师采用的普遍是流行的湿版摄影法,相机有1立方米那么大,不仅需要随身携带笨重的玻璃底板,还必须在拍摄现场涂布玻璃底板,现场显影和定影,因此需要随身携带移动暗房(一般是帐篷)、各种药液甚至干净的清水。汤姆逊和查尔德等早期摄影家每次拍摄都需要雇佣8-10名脚夫和驴来背负笨重照相器材,还要应对中国人当时对摄影术的敌视和误解,故所得之照均来之不易。

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19世■ 纪80年代,蛋白相纸,放置在院中的简仪

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1890年~1900年,从内城墙拍摄的观象台城墙,此角度较为少见

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20世纪10年代,该图像中并没有出现纪限仪,观象台尚处在痛苦的20年之中。

十九世纪末到二十世纪初开始流行立体相机,这种特制的相机有两个镜头,间距和人类双眼的间距相近,可以同时拍下两张照片,把这两张照片同时置于专门的观片器上就能看出被摄场景的立体效果,堪称立体电影的鼻祖。这种比普通平面照片更加真实的感觉风靡西方世界,一时成为中上阶层家庭最重要的娱乐方式。为满足西方民众对神秘东方的好奇,各大报社和出版商纷纷向中国派出商业摄影师或委派旅行者,将他们拍摄的中国题材立体照片制作成套装出售。在众多到中国旅行的摄影师中,詹姆斯·利卡尔顿(James Ricalton,1844-1929)在北方摄制了大量战争、百姓生活方面的立体照片。1901年,美国Underwood & Underwood公司制作发行了利卡尔顿此行拍摄的一套100张立体照片,并出版了《从立体镜头看中国》(China:Through the Stereoscope)一书,我们也在其中看到了观象台的身影,即第89-90号作品。这位向爱迪生提供灯泡用竹丝的发明家在书中描述说:“这座著名的天文台,所有介绍北京的书中都会提到,所有渴望看到新奇事物的人都想去那里参观,这些天文仪器都是科学与艺术的结晶”,可见观象台对西方人的诱惑是非常大的。

1900年以后,摄影技术转向效率更高的银盐相纸,那些珍贵的早期蛋白照片开始成为收藏品。1912年进入民国时期,到北京进行摄影活动的摄影师数不胜数,对观象台的摄影纪录更加丰富多彩,其中较为知名的有澳大利亚摄影师乔治·莫理循(George Ernest Morrison,1862-1920)在10-20年代、德国摄影师汉茨-冯-佩克汉默尔(Heinz Von Perckhammer,1895-1965)在20年代、澳大利亚摄影师赫达·莫里逊(Hedda Morrison,1908-1991)在30-40年代等等。这一时期的观象台摄影作品在职业摄影师那里已不再显得零乱,作者与拍摄年代等数据的整理和归档已井然有序。如果说19世纪末之前,摄影最首要地被看作为记录工具的话,那么走进20世纪之后,当摄影成为新闻或家庭娱乐的补充后,这一传统便消失了。摄影不再像当初那样是少数人的游戏,观象台终于走进每一个人的镜头里,成为我们人生中不可缺少的一段记忆。

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对古观象台老照片的探究就此暂告一个段落,目前所能见到的老照片广泛分散在世界各地,从国家档案馆到大学图书馆,再到私人收藏,其数量相信将以万计。就目前来看,社会各界对于老照片的收藏热正在不断升温,1900年以前的早期蛋白照片价格普遍上升至五位数,而查尔德拍摄于1875年的一组六张圆明园老照片集在2008年拍出95.2万元的高价,老照片的魅力可见一斑。值得一提的是,专题化的老照片研究有着丰富的历史意义和社会价值,也更容易让研究者体会到一种历史沉淀下来的氛围,一种文化交织的意境。本文对北京古观象台老照片的初步探讨仅作为某种形式上的启蒙,期盼更多的影像史料苏醒,让一个栩栩如生的古观象台成为中国天文最好的形象大使。

文章已发布在《中国国家天文》九月刊

科学编辑:老孙

注释:作者系上海启明星天文爱好者联盟理事,科学松鼠会特约作者。仝冰雪先生对本文亦有贡献,特此致谢!

文中所有照片均来自私人收藏。有兴趣看更多作者收藏图的可以到作者博客

2011年10月22日星期六

狗狗真的吃便便么?

老话说“狗改不了吃屎”,这一点都没错。而且,狗狗不是“一个人在战斗”,自然界中爱好此物者还不少,它们有一个共同的名字叫做“食粪动物”(coprophagy)。如果你在自然界中看到一团粪便,除非它已经被冻得梆梆硬,那它一定是“生机盎然”的,食粪动物中最大的一群就是各种昆虫。各种苍蝇自不必说,最著名的食粪昆虫莫过于粪金龟,它之所以滚粪球,是因为那是它的幼虫的美餐。享受粪便大餐的昆虫绝非只有这些其貌不扬的家伙,蝴蝶中的大多数不只是采采花蜜,它们对粪汁也颇感兴趣。

其实粪便在自然界里还算是不错的食材,大多数动物还没有强悍到把食物中的营养物质消化吸收得一干二净的地步,因此粪便中总是保留着相当的营养成分。另外,细菌在粪便中可以占“鲜重”的一半左右,别总把细菌视作洪水猛兽,其实它的主要成分也是蛋白质。牛羊这些反刍动物日常摄取的相当大部分蛋白质就来自于它们瘤胃里那些不断分解植物纤维的甲烷细菌。另外,粪便中还含有丰富的B族维生素和维生素K,这都是肠道细菌的产物。粪便中还有丰富的矿物质,上面说的蝴蝶其实就是被这些矿物质吸引去的。

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兔子经常吃掉自己的粪便,这是因为作为食草动物的它们并没有进化出来反刍机制,因此兔子消化草的能力很有限,拉出来的球形便便实际上是半消化的草。吃进去再消化一次,相当于反刍。另外,新生的小兔子也会吃自己妈妈的粪便,这是因为新生兔子的肠道是无菌的,它必须摄取同类的粪便获得那些对生存来说非常重要的肠道菌群。同样的行为发生在绿鬣蜥、大熊猫、大象、河马和考拉身上。

觉得便便有点儿不卫生?狗狗是不会这么想的,因为它的祖先——狼,在自然界是一种食腐动物,腐烂不堪的臭肉同样是它们的美餐。用狗改不了吃便便来骂人实际上对狗狗有点儿不公平,因为另一种常见的家畜对便便的热衷程度比狗还大,那就是猪。猪对包括自己便便在内的粪便来者不拒。在古代欧洲,人们收集马粪来喂猪,而我国有长期的鸡粪喂猪的历史(现在,用处理过的鸡粪喂猪仍然是一种普遍的行为)。人们相信许多宗教里的猪禁忌就来自于这种人们看起来“不洁”的行为,的确,给猪吃没有经过处理的粪便会增加猪感染寄生虫的概率。

人类自己从某种程度上说也是食粪动物,中药里有这么几味药:夜明砂、明月砂、五灵脂,听上去很唯美吧,其实它们分别是蝙蝠、兔子和鼯鼠的粪便。还有世界上最昂贵的咖啡之一Kopi Luwak咖啡,也是用椰子狸便便里没有消化干净的咖啡豆制成的。
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将儿童期疫苗与自闭症相关联可能是骗局

英国一项最新调查揭露,将儿童期疫苗与自闭症相关联的首项研究纯属骗人的把戏,因为其中涉及的参试儿童数据为篡改信息。

1998年安德鲁·韦克菲尔德(Andrew Wakefield)及其同事在英国《柳叶刀》杂志上发表研究报告指出,麻疹腮腺炎风疹三联疫苗(MMR)和自闭症及肠道疾病有关。该研究导致全球父母收到惊吓,麻疹、腮腺炎和风疹三联疫苗接种率一直处于低谷。

最新调查将韦克菲尔德报告中的诊断数据与医院病历进行了对比研究,结果发现,韦克菲尔德及其同事擅自篡改了参试患者的病历。

英国《太阳报》记者布莱恩·迪尔发表的最新调查报告指出,尽管韦克菲尔德在其报告中宣称,12名参试儿童直到接种过MMR疫苗后身体正常,但在 此之前,报告谎称5名参试儿童存在发育问题。迪尔还发现,当他将韦克菲尔德报告数据与儿童病历及儿童父母所述进行对比之后,发现所有病例都与真实情况大相径庭,病例数据都被篡改过。

据报道,韦克菲尔德最近还出了一本书,专门论述“疫苗与自闭症密切相关”。但是骗局被揭露之后,记者一直没能打通他的电话,也未见他本人对此有任何评论。目前此人居住在美国。去年5月,英国取消了韦克菲尔德的行医资格,这位英国MMR疫苗致残案主角也因其不道德行为被英国医学委员会开除。

记者迪尔的调查报告发表于伦敦《星期日泰晤士报》、英国第四频道电视台和《英国医学杂志》。同期《英国医学杂志》刊登编辑菲奥 娜·戈德里及其同事的评论文章,称韦克菲尔德的如此不靠谱的研究其实是“一场精心策划的骗局”,此人在其它期刊上发表的论文都必须重新严格审查。另外,多项研究也证实MMR疫苗与自闭症毫无关联。

企鹅也怕黑?

阿德利企鹅以及皇企鹅(Adélie and emperor penguins)的主食是极地的磷虾(krill)以及鱼类,虽然这些动物都是晚上出来得比白天要多得多,但科学家发现这两种企鹅都是黎明即起,天黑就回家睡觉。既然在晚上可以找到更多食物,为什么不在晚上出来呢?

过去的结论是这两种企鹅的视力不佳,因为晚上看不见所以只能白天出来行动;但最近科学家发现,阿德利企鹅都要潜到50-100公尺的海中去捕食,而这个深度的海里,光线其实相当昏暗(大概是太阳下山后1-2小 时内的状态);而帝王企鹅则可以潜到500公尺的深海,在那样的深度下,其实即使在白天也有如黑夜。

既然他们并没有夜盲,那么为何他们不在晚上出来捕食呢?

科学家发现,原来对于企鹅来说,他们宁愿饿肚皮也不愿意被吃掉。

这两种企鹅主要的天敌是海豹(leopard seals)。由于海豹大都在晚上出来捕捉企鹅,日中时就休息,为了生存,虽然晚上有更多的鱼跟磷虾可以抓,但是企鹅们还是宁愿白天出来打猎。

企鹅有多怕海豹呢?科学家们观察到,即使在白天,除非要打猎,否则企鹅会尽量在岸上;当他们发现附近可能有海豹,或是觉得自己立足的这块浮冰不够厚(可能会被水下的海豹发现)的时候,企鹅就会尽可能的保持静止不动。

尤有什之,为了避免自己成为猎物,科学家观察到阿德利企鹅宁愿走5公里的路回家,也不要下水游泳。明明游泳可以比较快到家,但是他们就是宁愿走路!这让我想到有句静思语好像是说:开快车,如果不是七分钟到家,就是七天以后到家。看情形企鹅们早就悟到这个道理,他们宁愿选择慢点到家的路,也不要冒着可能会七天以后才到家的风险。

为了怕自己成为猎物,这 两种企鹅不只是选择在白天活动而已。在季节性迁移时,由于他们都是在夏末开始迁移,这时候南方已经进入永夜;于是他们宁愿从北方绕个大圈走过去,也不要冒着更大的危险从南方抄近路。

所以,对于企鹅来说,食物诚可贵,生命价更高。

两栖动物的天堂在哪里?

在世界范围内,两栖动物面临的两大威胁:栖息地被破坏和一种名为壶菌病(chytridiomycosis)的真菌性疾病。一篇近期发表在《国家科学院院刊》(PNAS)的论文指出,要同时解决这两大威胁并不容易,因为减轻其中的一个威胁会导致另一个威胁的加剧。文章提到,在遭到破坏的两栖动物栖息地中,比如被砍伐破坏的低洼林地,两栖动物似乎可以在某种程度上免受蛙壶菌的威胁。不过,这种免受疾病侵袭的好处只有那些能忍受栖息地被破坏的少量品种才有机会享受。论文的作者之一,Guilherme Becker是康奈尔大学的博士生,也是文章的第一作者。他认为这种双重威胁对于两栖动物非常致命,尤其是绝大多数的热带两栖动物。因为,它们对于栖息地被破坏的忍受度很低,因为它们几乎不可能在被砍伐破坏的林地中找到新的栖息场所。

通过分析蛙壶菌的分布状况,Guilherme Becker和他的导师,生态学家Kelly Zamudio,发现蛙壶菌病在未受破坏的原始林地中出现频率最高。从哥斯达黎加以及澳大利亚采集的数据也支持他们的观点,当纬度、海拔,气候以及物种多样性这些因素都相同的情况下,在两栖动物栖息地被破坏情况较严重的地区,壶菌病的发生率反而较低。在巴西,研究人员在类似的研究中发现,栖息地被破坏与否是唯一能帮助预测疾病传播情况的因素。

这些关于蛙壶菌与栖息地被破坏情况关系的研究结果,与人们的传统观点相悖。传统上,人们认为物种多样性的减少会增加诸如疟疾和登革热这样的疾病的传播。而蛙壶菌病却不是这样,这种可以感染大约350种两栖动物的疾病,通常在原始林地中爆发。对于这种独特的现象,Becker和Zamudio的解释是在被破坏的栖息地中,蛙壶菌的宿主以及适合它们传播的气候条件也相应减少,最终导致蛙壶菌发病率下降。

一些科学家也对此项研究结果表达了他们的不同看法。例如,旧金山州立大学的生态学家Vance Vredenburg认为文章所提供的数据还不足以推翻“物种多样性的减少会加剧病原体传播”这一传统观点。他认为,通常情况下被破坏的栖息地多位于低海拔地区,而完整的栖息地多位于高海拔地区。因此,影响真菌传播的真实因素也许是海拔,而并非栖息地的完整程度。Peter Daszak,一个位于纽约的环保组织的主席,则认为另一种可能的解释是被破坏的栖息地也许已经被真菌侵袭过,保留下来的都是具有抗性物种。而未被破坏的栖息地因为较为人迹罕至而未被真菌影响,一旦真菌传播到这些区域,就会产生严重危害。

人们通常不假思索地认为,生境损失会导致壶菌病病原体的增加;但是Becker的研究结果并不支持这个看法。他认为,考虑了受扰动的生境的各种指标之后,人们能更有效地预测疾病的爆发;这是重要的一步突破,因为不同菌株的病原体毒性各不相同,可能会导致反复爆发。

但大家都同意,目前自然生境下加剧的疾病威胁给保护工作带来了很大的挑战。“虽然我们确实需要简单地保护生境,但光做这一步是远远不够的。” Daszak说。

保护工作的两难困境

Daszak说,目前保护工作中对于疾病问题还没有充分地重视。对待牲畜病原体时人们做的那些最基础的研究——感染动物,消灭感染然后再重新感染以检查动物抗病力——还完全没有人在两栖类上做过。“遇到野生动物疾病与保护工作的问题时,我们就像是回到了石器时代一样一无所知。”

Daszak认为,为了维持两栖类的个体数量,可能要采取一些激进的手段,比如在人工养殖环境下培育一批无疾病的“救援种群”。大部分研究者对于遏制壶菌病的传播已经不抱希望了。“现在这是壶菌病病原体的世界了。”Karen Lips说,她是马里兰大学帕克分校的一位两栖生态学家。因此,Lips和 Vredenburg正把注意力转向试图理解为什么有些两栖类能够存活下来。Vredenburg说,有很多种可能的演化途径挽救了这些幸存者,比如共生细菌或者强化的免疫系统。

虽然Vredenburg依然在记录着中加州国王谷盆地的蛙类种群崩溃,但他还是越来越乐观。“过去盆地里有上万只青蛙,现在只剩下175只——但是它们在繁殖,也没有像别的青蛙那样死去,”Vredenburg说,“演化确实在发生着,虽然可能没有我们希望的那么快。”

“闻”风丧胆使猎物辨认出潜在的捕食者

如果你是一只小老鼠,可能必须知道环境周遭是否有会把你吃掉的猎食者。美国哈佛医学院的Stephen Liberles及他的同事,分析了动物园里不同动物的尿液,包括狮子和熊,他们发现,老鼠用闻的就可以完成这项分析。

研究团队从肉食动物的尿液中,侦测出一种高浓度的化学物质能让鼠类「闻」风丧胆。过去,科学家已经找出一些化学物质,能使猎物辨认出已知的捕食者。但这项新的研究,发现可能的遗传机制,能使动物感知到潜在的捕食者,即使两方从未接触过。

研究人员从2001年发现的一群嗅觉分子受器开始着手,这群受器蛋白称为「痕迹胺相关受器」(trace amine-associated receptors, TAARs),存在于大多的脊椎动物种类上,但数量不一。比方小鼠(mice)有15种蛋白;大鼠(rats)有17种;人类只有6种。有什么化学物质能被这些受器接收,科学家所知不多。

Liberles和他的同事,发现TAAR家族中的TAAR4,对于北美山猫尿液,有强烈的反应。由于北美山猫的尿液,被园丁用来驱赶鼠类,有网购通路。于是研究团队下单,订了一些,并从中萃取出能作用于该蛋白的化学物质,称为2-苯乙胺(2-phenylethylamine)。接着,他们想知道是否2-苯乙胺只特定存在于北美山猫。但其他动物的尿液没这么容易买到。团队中的硕士生,也是该研究的第一作者David Ferrero说:「此外,商品可能有污染,然而我们想确定我们研究的是天然物质。」

于是研究人员从许多来源收集到尿液样本,包括新英格兰和南达科塔的动物园;从狮子、雪豹、山猫之类的猎食者,到牛、长颈鹿和斑马等草食动物,共38种。他们也测试了人类、猫和不同的鼠类。

收集样本的过程并不平凡;他们必须训练一只长颈鹿尿在一只杯子里;还有一次,一只不愿乖乖配合的美洲豹,向笼子飞扑,几乎碰到Ferrero的鼻尖!

和草食动物的尿液相比,肉食动物的尿液中,有3000倍高浓度的2-苯乙胺,或许是在分解肉类蛋白的过程中产生的。然而,科学家尚未证实这点推论。

Liberles把2-苯乙胺单独或混合老虎的尿液,滴在笼子里,再次确定2-苯乙胺的角色。他们发现,老鼠都会避开滴有这两种物质的区域,但若利用酶,分解狮子尿液中的该成分,则尿液就不对老鼠产生退避的反应。

生理学家Anna Menini认为,「TAAR受器蛋白的角色仍留有许多谜待解。现在我们有初步证据显示,它们或许控制着本能行为」。她补充提到,这项研究打击了嗅觉研究的核心教条:引发本能行为的嗅觉受器只存在于嗅觉系统一部分;人类已经丧失的犁鼻器(vomeronasal organ)。 TAARs存在于鼻腔顶部,人类也有的嗅觉上皮组织中;纵使人类没有TAAR4基因。

目前研究人员仍缺少确切的证据,支持TAAR4直接控制动物的行为;一只突变后,TAAR4无法作用的老鼠,应该会无畏肉食动物的尿液。 Liberles还没完成这部份的实验,他们也研究该蛋白受器会活化哪些脑区。他说:「这像是个在神经科学的大黑箱。我们对于感官了解很多,也可以观察到行为,但我们必须知道脑回路,以连结这两者,而TAAR4是个关键。」

2011年10月21日星期五

“费米”眼中的最高能宇宙

Francis Reddy 文 Shea 编译

两年来,费米γ射线空间望远镜一直注视着宇宙中的活动星系、脉冲星、γ射线暴甚至还有量子引力,为我们展现了宇宙最剧烈的一面。

从2008年6月11日发射升空以来,美国宇航局(NASA)的费米γ射线空间望远镜以从未有过的深度把高能宇宙详尽地展现在了世人的面前。它观测了不同年龄的脉冲星、γ射线暴以及几十亿光年远的星系中巨大黑洞的爆发。

[图片说明]:由“费米”第一年的数据制做而成的迄今最深、最锐利的γ射线全天图。它显示的是“费米”上的大面积望远镜(LAT)所探测到的能量大于300兆电子伏或能量高于可见光约1.5亿倍以上的γ射线的分布,颜色越明亮说明γ射线越多。版权:NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration。

这些以及其他来自γ射线天空的信号携带了宇宙中最剧烈现象的信息。这些高能量辐射也使得科学家们能够探索宇宙学和基本物理学中的关键问题。这是一次漫长的发现之旅,而我们的行程才刚刚开始。随着“费米”观测的不断积累,我们也在越来越深入宇宙,发现其前所未见的细节。

狂彪的光子

γ射线和射电波、可见光以及X射线属同宗,因为它们都是电磁波谱的一部分。γ射线的波长仅有几万亿分之一米——相当于一个原子的尺度或者更小——因此它在电磁波谱中有着最高的频率和能量。简单地说,γ射线是光的最高能量形式。

[图片说明]:2008年6月11日使用“德尔塔”2型火箭“费米”从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地的17-B发射平台升空。版权:United Launch Alliance/Cartetoneallie。

事实上,电磁波谱中γ射线的能量跨度超过了其他部分的总和。科学家们会使用电子伏特来做为光子能量的单位,它的定义是一个电子经过1伏特的电势加速后所获得的动能。可见光的能量落在大约2~3电子伏特之间。牙医用X光大约为60,000电子伏特。即使能量最低的γ射线,其能量是这个数字的2倍,能量更高的甚至可以达到它的数万亿倍以上。幸运的是,大气为地球上的生命遮挡了危险的γ射线。

γ射线天文学的概念则可以追溯到1958年和当时在美国康乃尔大学的理论天体物理学家菲利普·莫里森(Philip Morrison)。他提出可见光——观测天文学的基础——从本质上讲只是次级现象。恒星发光是因为其核心处的核反应所产生的γ射线加热气体所至。其他高能过程中也会产生γ射线,莫里森研究了几种可以发出γ射线的天体。

漫长的成长

虽然莫里森和其他人的研究瞬间激起了天文学家的兴趣,但从太空探测γ射线的早期尝试被证明是非常令人沮丧的。半个世纪后,“费米”在第一年的运转中就发现了1,500个源——相对于以前最佳的情况提高了5倍。然而,始于20世纪60年代的X射线天文学现在已经发现了数万个源。为什么会有这么大的差异呢?

这其中有两个原因:探测宇宙γ射线源比科学家预期的更为困难,此外早期对源强度的预测也过于乐观。γ射线具有很强的穿透能力。它们可以穿透几厘米厚的铅,因此无法聚焦。任何空间γ射线望远镜的口径就等于探测器自身的大小。让事情更复杂化的是,带电粒子也可以伪装成γ射线信号,空间传感器探测到的带电粒子要远远多于它们实际探测到的γ射线。“费米”上先进的大面积望远镜(LAT)每2分钟也只能大约探测到一个来自船帆座脉冲星——天空中最强的连续γ射线源——的γ射线光子。

“费米”的两台仪器——LAT和γ射线暴监视器(GBM)——代表着目前空间γ射线探测的最高水准。和其他任何卫星相比,它们所能探测到的γ射线能量范围是最宽的,从8,000电子伏特到超过3,000亿电子伏特。这为天文学家提供了一个从未有过的探索极端宇宙的绝佳机会。

那么,它们都看到了些什么呢?

追寻宇宙γ射线 

1900年

法国巴黎高等师范大学的保罗·维拉尔(Paul Willard)发现镭能发出的一种穿透能力比X射线更强的辐射。

1903年

加拿大麦吉尔大学的欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)将维拉尔的发现命名为“γ射线”。

1949年

美国芝加哥大学的恩里科·费米(Enrico Fermi)发表了第一个有关星系磁场如何加速宇宙线——以接近光速运动的电子、正电子和原子核——的定量计算。

1958年

美国康乃尔大学的菲利普·莫里森(Philip Morrison)提出了γ射线天文学的概念。他预言了许多γ射线源,包括超新星爆发和被宇宙射线轰击的星际气体。

20世纪60年代初

NASA的“探险者”11号卫星进行了第一次可靠的宇宙γ射线探测,在9个小时中探测到了22个光子。使用气球和地面大气切伦科夫望远镜的尝试则均未果。

1967-1969年

NASA的轨道太阳天文台-3探测到来自深空的621个γ射线光子。它证实了银河系γ射线辐射来自宇宙线相互作用并且发现了弥漫γ射线背景。

1969年夏

美国空军维拉卫星对秘密核武器试验进行了6年监测。雷·凯尔巴萨贝尔(Ray Klebasabel)在检查维拉卫星1967年7月2日的数据时发现了第一个γ射线爆发。直到1973年这些发现仍属于机密。

1972年

NASA的小型天文卫星-2证实了弥漫γ射线背景。该卫星研究了蟹状星云脉冲星和船帆脉冲星,并发现了一个意料之外的点源,现在确定为X和γ射线脉冲星。

1975-1981年

欧洲的COS-B卫星探测到第一个银河系外γ射线源——类星体3C 273。NASA的高能天体物理天文台-3发现了来自银河系中心的51.1万电子伏特的γ射线。这对应的正好是电子和正电子的湮灭。

1988年

气球实验探测到了超新星1987A新产生的放射性元素的特征γ射线。

1989年

位于美国亚利桑那州霍普金斯山上的惠普尔10米望远镜代表了第二代大气切伦科夫望远镜。该望远镜探测到了来自蟹状星云的稳定γ射线辐射,现在它被用作为这个领域的“标准烛光”。

20世纪90年代初

大气切伦科夫望远镜发现了来自几个耀变体的高能γ射线。

1991-2000年

NASA的康普顿γ射线天文台引发了该领域的革命。它的BATSE仪器探测到了全天超过2700个的γ射线暴,表明它们是遥远星系中的巨大爆发,并证明存在两种类型的γ射线暴——长暴(持续时间超过2秒)和短暴。它携带的EGRET仪器则进行了第一个能量高于50兆电子伏的全天巡天,发现271点源,其中包括6颗脉冲星和66个耀变体。然而,有170个源无法与其他波段已知天体相对应。

1997-2003年

意大利-荷兰的BeppoSAX卫星快速、精确地确定了几个长γ射线暴的位置,使得大型地面望远镜得以进行后续的观察。这些观察证明γ射线暴发生在极为遥远的距离上。

2000年至今

第三代大气切伦科夫望远镜投入使用。它们包括美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的MILAGRO、纳米比亚的高能立体系统(HESS)、美国亚利桑那州霍普金斯山的VERITAS、澳大利亚的CANGAROO以及加那利群岛的MAGIC I和II。

[图片说明]:位于纳米比亚的高能立体系统由四架相同的望远镜组成,可以和“费米”互补。它们能探测到超高能γ射线与空气分子相互作用所产生的微弱闪光。版权:HESS。

2002年至今

欧洲空间局的国际γ射线天体物理实验室(INTEGRAL)卫星对低能γ射线源进行了光谱测量。

2004年至今

NASA的雨燕卫星每年能探测到约100个γ射线暴并能为其他快速研究设备提供精确位置。对短γ射线暴的后续观测有力地支持了它们中许多是由中子星或中子星和黑洞并合所造成的。

2007年

4月23日意大利的γ射线卫星AGILE发射升空。它带有一台灵敏度和康普顿上的EGRET类似的γ射线探测器,不过它的视场更大。

2008年

NASA的费米γ射线空间望远镜发射。它携带了有史以来地球轨道上最灵敏的γ射线探测器。“费米”很快就发现了一类新的仅有γ射线辐射的脉冲星并且观测了γ射线暴和来自活动星系的爆发。

2009年

在“费米”工作的第一年中,它探测到了257个γ射线暴和近1,500个天体——包括600多个耀变体和其他活动星系、超过50颗的脉冲星、8个球状星团、至少3个X射线双星系统以及数个超新星遗迹。不过有半数的源无法找到在其他波段上可能的对应体。“费米”还发现了数量超出预期的1千亿电子伏特以上的宇宙射线电子和正电子。根据来自γ射线的最高能光子,“费米”还为量子引力理论设定了新的限制。

 

爆发的耀变体

被称为耀变体的活动星系几乎占了“费米”在第一年中所探测到的点源的一半。天文学家认为,每个耀变体——就像其出名的“兄弟”类星体一样——拥有一个10亿倍太阳质量以上的黑洞。当物质掉入这个黑洞的时候,耀变体就会射出由接近光速运动的粒子所组成的两束反向喷流。对于耀变体这一类最明亮的活动星系,天文学家怀疑我们所看到的正好是一束对着我们射来的喷流,而当我们看类星体和其他类型的活动星系时,我们视线和它们的喷流则有很大的夹角。在小于1小时到数年的时标下,耀变体所发出的辐射会发生显著的变化。

没有人知道在耀变体身上到底发生了什么或γ射线是如何产生的。当这些辐射被发射出来之后,就会向我们涌来,增亮然后又减弱。但最终它会为我们带来对这些辐射产生机制的重大认识。

[图片说明]:从星系NGC 1275(图中央)中心喷涌而出的高能γ射线,它是英仙星系团的核心成员。虽然“费米”发现了很多来自NGC 1275的γ射线,但NASA先前的康普顿γ射线天文台却没有。这说明该星系中央黑洞喷出的辐射在这10年间得到了增强。颜色越明亮表示超过200兆电子伏的γ射线越多。版权:NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration。

有“费米”参与的多波段观测的首批目标之一是位于南鱼座、距离地球15亿光年的一个耀变体PKS 2155-304。通常,它是一个暗弱、但可探测到的γ射线源。然而,当它处于爆发阶段时,例如在2006年所发生的,它可以成为天空中最亮的γ射线源。

在2008年8月和9月,“费米”与高能立体系统(HESS)联手。后者是一个位于纳米比亚的地面阵列,可以观测当1,000亿电子伏特的γ射线轰击地球大气所产生的级联粒子。它们一起监测了处于宁静状态的PKS 2155-304。在它以及其他耀变体爆发时,X射线和γ射线辐射会同时上升和下降。但是,当PKS 2155-304处于宁静状态的时候,这两种辐射却并没有同时发生变化——没人知道原因。

更为奇怪的是,PKS 2155-304的可见光会随着其γ射线辐射一起涨落。这就像是在看一个喷灯,它温度最高和最低的地方会逐步改变,但中间温度却保持不变。

此外,还有一个奇特的例子,位于英仙星系团中心、距离地球2.25亿光年的大质量赛弗特型活动星系NGC 1275。它同时也是全天最亮的射电源之一。

[图片说明]:NGC 1275在可见光波段上非常明亮。在这张哈勃空间望远镜所拍摄的照片中其明亮的中心区域掩盖它的超大质量黑洞。它的γ射线辐射正源自由黑洞所喷出的粒子束。版权:NASA/ESA/Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration。

“费米”清晰地探测到了来自这个星系的γ射线。然而,20世纪90年代NASA康普顿γ射线天文台上的一台γ射线探测器EGRET却没有。“费米”所观测到的来自这个星系的γ射线流量是EGRET探测上限的7倍。如果NGC 1275在EGRET仍处于工作状态时具有这个亮度的话,应该会被探测到。

这一星系能量输出的变化说明,十年前它所发出的粒子束要么不活跃,要么比现在弱得多。这一变化也为天文学家提供了其辐射区大小的线索。NGC 1275的γ射线必定来自一个直径不超过2光年的源。这意味着我们正看到的是来自这个星系中心——中央黑洞附近——而不是来自英仙星系团中高温气体的辐射。

不同以往的脉冲星

在更靠近我们的地方,“费米”很轻松被就发现了一类见所未见的脉冲星。脉冲星是一颗大质量恒星爆炸之后留下的一个高密度、快自转、强磁场的核心。通过观测它们周期性的射电辐射,已经发现了1,800颗左右的脉冲星。天文学家相信,这些脉冲来自从脉冲星磁极发出的灯塔状的狭窄射电波束。

“费米”对距今大约1万年的超新星遗迹CTA 1进行了观测,它位于仙王座,距离我们4,600光年。大约每秒钟三次,这个遗迹中的某个东西会向对地球发射一波γ射线。由此“费米”发现了第一个只在γ射线波段发射脉冲的脉冲星。

[图片说明]:沿着脉冲星磁力线(蓝色)运动的带电粒子云会产生灯塔似的γ射线。“费米”在超新星遗迹CTA 1中发现了首颗仅具有γ射线辐射的脉冲星。版权:NASA。

这解决了长期存在的一个科学谜题。CTA 1包含一个X射线和γ射线源,所有迹象都表明来它是一颗脉冲星,但是之前在任何波段上都没有观测到脉冲。

脉冲星射电波束只占其总功率的百万分之几,而其γ射线辐射的比例则高达百分之十或更多。有了这类新的脉冲星,连同“费米”探测到的其他几十颗脉冲星,科学家们现在终于看到这些天体的真正威力了。

来自远古的爆发

到目前为止,“费米”所取得的最令人惊讶的成果之一来自γ射线暴——被认为预示着黑洞诞生的巨大爆炸。LAT对γ射线暴GRB 080916C——一类和大质量恒星的死亡相关的爆发——的观测显示,这一爆发拥有当时所观测到的最高速喷流运动和最高能的初始辐射。多亏了随后快速跟进的地面后续观测,天文学家把它的距离定在了122亿光年。

与“费米”的观测相结合,天文学家可以根据它的距离来确定发射出γ射线的物质的运动速度。令人难以置信的是,位于爆发所产生的喷流中的物质运动速度达到了光速的99.9999%以上。

但GRB 080916C的速度纪录并没有保持多久。2009年5月,GRB 090510——一类与两颗中子星并合有关的短爆发——呈现出了甚至更高的物质运动速度。

[图片说明]:赛弗特星系PMN J0948+0022(图中央)位于六分仪座距离地球55亿光年。来自这个星系的γ射线显示,其中央黑洞驱动着一个高速运动粒子束。图中颜色越明亮表示能量超过200兆电子伏的γ射线的数量越多。版权:NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration。

更有趣的是,来自这两类爆发的最高能光子还告诉了科学家一些有关空间泡沫状结构的信息。量子引力理论预言了这一结构,而它的目标则是统一量子力学和爱因斯坦的广义相对论。

根据目前的观点,相对于能量较低的光子,这一泡沫结构会推迟γ射线暴中最高能光子的到达时间。但两者的差别非常微小。花上几十亿年的时间两者的差别才能达到几秒。对于γ射线暴GRB 090510而言,一个能量为310亿电子伏特的光子在传播了70亿年之后其延迟不大于1秒。

这个结果排除了任何预言会存在光速对波长具有强依赖性的量子引力理论。假定光速是一个常数的爱因斯坦的相对论仍然奏效。但这一结果排除了许多量子引力理论的变体,其中也包括了一些由弦理论而建立起来的。不过,预言存在其他更微妙效应的理论仍然是可行的。爱因斯坦的狭义相对论经受住了这一考验,但比赛还没有结束。

费米γ射线空间望远镜将继续在发现的快车道上疾驶。它只不过刚刚为天文学家开启了未来十年的γ射线天空之旅,虽然天文学家正在为它目前所取得的成功感到兴奋不已,但兴许“费米”所能带给我们的最大科学发现将会是没人曾料想得到的。

(本文已刊载于《天文爱好者》2010年第6期)

[Astronomy 2010年3月]

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