韦布刷新宇宙最远图像；核聚变一大谜团被破解；男性为何寿命比女性短…

盘点

7/11-7/17 改变未来的前沿科技

全文共2662字，阅读约6分钟

韦布刷新宇宙最远图像

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7月12日，詹姆斯·韦布空间望远镜拍摄的第一批全彩照片公布，开启深空探索新纪元序幕。

▲韦布第一张深场照片。这是迄今为止距离最远、最清晰的遥远宇宙红外图像。近红外相机拍摄了12.5个小时，由不同波长的照片合成。照片中心区域是一个距离我们约46亿光年的星系团SMACS0723，它充当引力透镜，放大了背后更遥远的星系，揭示出以前从未见过的微小、微弱的结构，包括星团和漫射特征。图中总星系数量达到数千个，几乎全是宇宙早期的星系。

▲南环状星云。距离地球约2000光年，因环状结构而得名。在一对双星系统中，亮星不断通过对伴星的引力作用，使后者抛出物质而变得暗淡，抛射出的物质形成了南环状星云。上图右的中红外图像中心，这颗变得暗淡、原本只能勉强可见的“垂死”恒星也被韦布揭示出来。上图左的近红外的照片展示出气体结构中更多细节，尘埃从中心膨胀开来时形成分子氢，炽热的电离气体被剩下的恒星核加热，让中心呈现出蓝色。

▲斯蒂芬五重奏星系。这是韦布拍摄的第一批最大全彩色图像，由接近1千个单独的图像组合而成，约1.5亿像素，大小相当于月球直径的五分之一。图中左边星系（NGC 7320）距离地球约4000万光年，另外4个星系“靠”在一起，距离地球约2.9亿光年。图中心的两个星系NGC 7318A与NGC 7318B正在并合过程中。这张照片为星系间相互作用推动早期宇宙星系演化提供了新的见解。

▲船底座星云。距离地球约7600光年，是银河系中最大的恒星形成区。这张照片聚焦船底星云西北角，“山脉”和“山谷”中闪闪发光的星星是正在形成中的恒星。它们发出的可见光被尘埃与气体吸收，因此观测可见光的望远镜（如哈勃）很难发现它们，而观测红外线的韦布却对此颇为擅长——这张照片展示了韦布相机在宇宙尘埃中窥视的能力。已经形成的炽热的大质量恒星持续发射出强烈的星风与紫外线，驱散了周围的星云，形成壮观的“宇宙悬崖”景观。

▲气态行星WASP-96b的光谱。我们首次在这颗系外行星的大气层中发现了水、云以及雾存在的证据。上图中那些弯弯曲曲的波折，展示了不同波长的光如何被大气吸收，揭示了水蒸气和云雾的迹象。此前研究认为这颗行星的大气中没有云、大气温度为1012摄氏度，而韦布的探测刷新了我们的认知：这颗行星的大气中有云，因此抑制了水蒸气的含量；它的大气中有雾；大气温度大约为725摄氏度。

地球如何形成有了新解释

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目前的主流理论认为，地球是由球粒陨石（太阳系早期形成的比较小的岩石和金属块）形成的。但这种理论很难解释地球的挥发性轻元素（如氢和氦）为什么比理论推测上要少得多。最近，Nature Astronomy 上发表的一篇论文提出了一种新的推测：除了球粒陨石，地球还可能是由许多不同星子的混合体随机吸积形成的。模拟行星形成的动态模型显示，太阳系的一些小型颗粒能通过引力积累越来越多的物质，逐渐成长为数千米大小的星子。虽然星子跟球粒陨石一样由岩石和金属块组成，但它们已经被充分加热，分化为金属的核和岩质的幔。更重要的是，不同区域或不同时间中形成的星子，可能具有非常不同的化学成分，许多星子相互碰撞随机吸积，构成了地球的组成成分。

论文 👉

https://www.nature.com/articles/s41550-022-01702-2

核聚变实验中的一大谜团终于揭开

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核聚变实验中的一个悖论一直让科学家们迷惑不解：为什么向实验装置输送的热量越多，中心温度上升的幅度却越小了？最近，《物理评论快报》上发表的一项研究提供了一种新的解释：普林斯顿等离子体物理实验室的科学家们通过高分辨率计算机模拟，发现增加输入功率的同时，会导致等离子体中某些位置的压强升高，当达到某个临界点时，压强就会开始破坏嵌套磁表面，使得被其限制在内的等离子体变得不稳定，让等离子体内部电子的温度升高变得平缓，中心温度无法上升到理论上应该达到的水平。这种机制应该在球形托卡马克装置中普遍存在，揭开这一谜团将有助于世界各地的核聚变实验研究。

论文 👉

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.245001

男性为什么寿命比女性短？

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女性的平均寿命一般比男性要长5年左右。7月14日，Science 上发表的一项研究揭示了一种可能的原因：男性（尤其是吸烟者）白细胞中Y染色体随年龄增加而丢失，可以导致心脏纤维化和心脏功能受损，并可能导致致命的心力衰竭。实验中，美国弗吉尼亚大学的研究人员敲掉小鼠造血干细胞中Y染色体的着丝粒，人工造成了嵌合Y染色体（mLOY）丢失的情况。结果显示，与正常小鼠相比，这些小鼠的心脏纤维化严重，并因此会出现心脏主动脉缩窄。它们的心脏瘢痕增加，并且寿命更短。另外，它们的整体炎症水平也显示出异常，免疫系统反应直接造成全身纤维化发生。其背后的机制可能是，小鼠体内某种类型的白细胞中的mLOY可以刺激一条已知可导致纤维化增加的信号通路。小鼠实验的结果也在人类数据中得到印证：1.5万余名英国男性、11.5年随访数据结果显示，男性40%白细胞Y染色体丢失与全因死亡风险升高41%、心血管相关疾病死亡风险升高31%有关。

论文 👉

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn3100

污水监测新冠技术提升

比临床检测便宜，且更早发现变异株

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全世界的研究团队都试过利用污水监测的方式追踪新冠病毒，但这类污水样本往往质量较低，检测效果较差。最近，Nature 上发表的一项研究有望克服这个问题：美国加州大学圣迭戈分校和斯克利普斯研究所团队开发出一种方法——使用纳米磁珠来增加废水样本中能测序的病毒RNA载量，大幅提高了检测数据质量。此前的技术只能对样本中不超过40%的病毒RNA进行测序，而纳米磁珠技术将这一比例提高到了近95%。现实效果显示，研究人员率先在污水样本中检测到了新冠病毒的Alpha和Delta变体，2周后当地才确诊第一例该变异株。同样，他们在污水样本中检测到Omicron的时间也领先第一例阳性确诊近10天，并追踪到Omicron的BA.1变异株在人群中的激增。尽管目前该方法仍有局限（收集样本-处理结果需要近2周时间），但它的另一大优点在于成本极低，可长期进行。长期对社区人员进行大规模核酸检测耗资不菲，并且许多地区推行常规检测十分困难，而污水检测可提供一种廉价而有效的补充方案。

论文 👉

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05049-6

饮酒对40岁以下的人危害最大

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7月16日，《柳叶刀》上发表的一篇论文称，对于15~39岁的年轻人来说，饮酒对健康几乎没有好处，只会带来更高的健康风险。研究使用了2020年全球疾病负担数据，分析204个国家和地区人群（15~95岁）中，酒精摄入对健康的影响（包括心血管疾病和癌症在内的22种健康问题）。结果发现，与≥40岁的人相比，15~39岁的年轻人会因饮酒而面临更高的健康风险。对于15~39岁的男性来说，造成健康损失的酒精摄入量临界值为0.136标准杯/天，女性则为0.273标准杯/天（1个标准杯相当于10g 纯乙醇，约为100 mL度数为13度的红酒，或者是1罐375 mL度数为3.5度的啤酒）。对于≥40岁的人，如果没有潜在的健康问题，那么少量饮酒（1~2标准杯/天）可能存在一定益处，比如降低缺血性心脏病、卒中和糖尿病的发病风险。

论文 👉

https://doi.org/10.1016/S0140-6736(22)00847-9