科学家们错了：微小晶体揭示月球比之前认为的要古老数百万年

科学家们错了：微小晶体揭示月球比之前认为的要古老数百万年西北大学的科学家参与了对宇航员在阿波罗17号任务中采集的月球样本的分析。通过分析1972年阿波罗17号任务中收集的月球微小晶体，科学家们修正了月球的估计年龄。以前认为月球的年龄为44.25亿年，新的分析表明月球的年龄约为44.6亿年，比以前的估计年龄大4000万年。在菲尔德博物馆和格拉斯哥大学研究人员的领导下，西北大学的原子探测断层扫描设备使这项研究成为可能，它"确定"了样本中最古老晶体的年龄。通过揭示这些隐藏在月球尘埃中的锆石晶体的年龄，研究人员得以拼凑出月球形成的时间表。这项研究最近发表在《地球化学展望通讯》（GeochemicalPerspectivesLetters）杂志上。太空研究的技术演变西北大学的迪特尔-伊斯海姆（DieterIsheim）是这项研究的合著者之一，他说："这项研究证明了自1972年最后一次载人月球任务返回地球以来，我们取得了巨大的技术进步。这些样本是在半个世纪前被带到地球的，但直到今天我们才拥有必要的工具来进行必要水平的微观分析，包括原子探针层析成像"。显微镜下的月球锆石晶粒。资料来源：JennikaGreer通过逐原子分析，研究人员能够计算出锆石晶体中有多少原子发生了放射性衰变。当一个原子发生衰变时，它会脱落质子和中子，转化成不同的元素。例如，铀会衰变成铅。由于科学家已经确定了这一过程需要多长时间，因此他们可以通过观察铀原子和铅原子的比例来评估样本的年龄。该研究的资深作者、菲尔德博物馆的菲利普-赫克（PhilippHeck）说："放射性测年的原理有点像沙漏。在沙漏中，沙子从一个玻璃球流到另一个玻璃球，时间的流逝通过沙子在较低玻璃球中的积累来表示。辐射测年的原理与此类似，通过计算母原子的数量和它们转化成的子原子的数量。由于转化率是已知的，因此可以计算出时间的流逝。"Isheim是西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程系的研究副教授，同时也是西北大学原子探针断层扫描中心(NUCAPT)的负责人。麦考密克材料科学与工程荣誉教授、NUCAPT创始主任大卫-塞德曼（DavidSeidman）也是这项研究的合著者。赫克是菲尔德博物馆罗伯特-普利兹克陨石和极地研究馆馆长、内高尼互动研究中心高级主任和芝加哥大学教授。格拉斯哥大学研究副教授JennikaGreer是这项研究的第一作者。研究开始时，她还是赫克实验室的博士生。主要作者詹妮卡-格里尔正在使用原子探测器。图片来源：西北大学迪特尔-伊斯海姆（DieterIsheim）月球的形成年代40多亿年前，当太阳系还很年轻，地球还在成长的时候，一个火星大小的巨大天体撞上了地球。巨大的块体脱离地球形成了月球，撞击的能量熔化了最终成为月球表面的岩石。赫克说："当月球表面像那样熔化时，锆石晶体就无法形成和存活。因此，月球表面的任何晶体一定是在月球岩浆海洋冷却后形成的。否则，它们就会被融化，其化学特征也会被抹去。"由于晶体一定是在岩浆海洋冷却后形成的，因此确定锆石晶体的年龄将揭示月球的最小可能年龄。但是，为了确定月球的最大可能年龄，研究人员求助于西北大学的原子探测层析成像仪器。格里尔说："在原子探针层析成像中，我们首先使用聚焦离子束显微镜将一块月球样本削成非常锋利的尖端，就像一个非常漂亮的削铅笔器。然后，我们使用紫外线激光将原子从尖端表面蒸发出来。原子通过质谱仪，它们移动的速度告诉我们它们有多重，进而告诉我们它们是由什么构成的。"在确定了样本中的材料并进行了辐射测定之后，研究人员得出结论，最古老的晶体大约有44.6亿年的历史。这意味着月球至少有这么古老。赫克说，了解月球形成的时间非常重要，因为"月球是我们行星系统中的重要伙伴。它稳定了地球的自转轴。它是一天有24小时的原因。它是我们拥有潮汐的原因。没有月球，地球上的生命将面目全非。这是我们想要更好地了解的自然系统的一部分，而我们的研究为整个画面提供了一块小小的拼图"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401761.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401761.htm

古老的阿波罗数据显示月球有一个坚实的内核

古老的阿波罗数据显示月球有一个坚实的内核实验包收集了数据，直到1977年，支持操作被关闭，尽管有一个被动激光实验仍然可以在未来几个世纪内运行。科学家们在几十年后仍在研究这些信息，并有了重大发现。法国国家科学研究中心（CNRS）的科学家们与蔚蓝海岸大学、蔚蓝海岸天文台、索邦大学和巴黎天文台-PSL一起，研究了阿波罗地震记录与月球旋转不规则的研究相结合，然后建立模型来确定内部结构会产生怎样的读数。20世纪90年代已经表明，月球有一个被潮汐力加热的流体外核，但内核的性质仍有待商榷。他们发现，月球内核是固体的，直径约500公里（310英里），约占月球总大小的15%，是由一种密度约为铁的金属制成。根据该团队的说法，这一点很重要，因为核心的存在因其体积小而难以发现。它还有助于解释月球的磁场是如何消失的，尽管它曾经是地球现在磁场的100倍。这项研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358623.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1358623.htm

嫦娥5号发回的新样本揭示了月球的历史和构成

嫦娥5号发回的新样本揭示了月球的历史和构成中国科学院国家天文台（NAOC）的一组科学家在李春来教授的指导下，最近在《自然通讯》上发表了他们的成果。为了确定嫦娥5号返回的月球土壤样本的矿物成分，该研究同时使用了光谱和X射线衍射（XRD）分析技术。李教授说："我们分析的近侧月球土壤样本原来主要是辉石。这让我们感到惊讶，因为早期基于遥感的研究表明橄榄石的丰度很高--这是玄武岩类别中另一种常见的火山矿物组合。"嫦娥五号样品揭示的晚期火星玄武岩矿物学的新光谱解释。资料来源：NAOC基于阿波罗和月球任务的研究表明，活跃的火山活动在43亿至31亿年前塑造了月海，其中大部分活动发生在36亿至38亿年前。月海是指由古代大型小行星撞击月球远端引发的火山活动所形成的黑暗玄武岩平原的术语。这些早期的调查依赖于像美国宇航局的月球矿物学绘图仪这样的月球轨道器和地球上的望远镜所收集的信息。尽管我们可以远程推断出很多关于月球的矿物成分，但在地球上有实际的月球土壤样本在我们的实验室里进行分析，为更彻底和精确的成分分析提供了可能性。李和他的团队首先使用光谱技术分析了他们的三个土壤样品。样品的整体光谱形状基本上是一致的。他们继续部署XRD，这表明样品是由辉石、易变辉石、斜长石、镁橄榄石、铁橄榄石、钛铁矿、石英、磷灰石和玻璃状材料组成。XRD结果显示，这些样品主要由辉石组成，而不是像早期研究表明的橄榄石。初步工作已经确定，嫦娥5号返回的土壤样品基本上是由一种以前从未被采样的月球玄武岩组成的。与以前任务中收集的火星样本相比，根据电子微探针分析，CE-5样本中辉石的主体成分相对富含铁和钙。为了分析这些样品，研究人员测量了在暴露于精确校准的X射线和可见光发射时吸收和反射的光的波长。每个样品所反射的东西根据X轴上的波长和Y轴上的强度被映射出来，生成一个光谱指纹。这三个样品之间有如此惊人的相似性，这向我们表明，我们观察到的富含铁的辉石在其他近旁火星上是相似的。这大大增强了我们对我们月球近侧矿物学的理解。李和他的团队的研究紧随其他最近的发展，这些发展吸引了月球科学家以及整个天文学界，包括今年早些时候也由嫦娥5号返回的样本产生的消息，表明月球上可能有地下困冰的形式的水。"对于月球地质学家来说，这些是令人兴奋的新进展，"李说。"作为未来任务的一部分，带回的更多样本将继续促进我们对月球表面的了解，并对空间探索有潜在的重大影响，因为科学界找到了利用月球矿物学的方法，可能还有水。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333823.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333823.htm

南极冰盖下的岩石揭示了令人惊讶的过去

南极冰盖下的岩石揭示了令人惊讶的过去这一出乎意料的发现表明，该地区的冰川在早期收缩后能够重新生长。海平面上升已经使世界各地地势低洼的沿海社区的数百万人面临洪水威胁。南极冰层融化的贡献目前是预测未来几十年和几个世纪海平面上升的幅度和速度的最大不确定性来源。与它的近邻一起，Thwaites冰川目前在南极对海平面上升的贡献中占主导地位。为了了解这个重要的冰川将如何应对下个世纪预期的气候变化，科学家需要知道它在广泛的气候条件下和长时间尺度下的行为。由于卫星观测只能追溯到几十年前，我们需要查看地质记录才能找到这些信息。岩心从Thwaites带回实验室进行分析。图片来源：KeirNichols（伦敦帝国理工学院）BAS的共同作者和博士生JonathanAdams说：“通过研究Thwaites等冰川的历史，我们可以深入了解南极冰盖未来可能如何演变。冰盖的记录从目前暴露在冰盖表面上方的岩石开始，大约在5000年前结束，因此要了解从那时起发生了什么，我们需要研究目前埋在冰盖下的岩石。”该团队使用专门设计用于切割冰层和下层岩石的钻头，从Thwaites冰川旁边的冰盖深处采集了岩石样本。然后，他们在这些岩石样本中测量了当岩石在地球表面暴露于来自外太空的辐射时产生的特定原子。如果冰覆盖了这些岩石，这些特定的原子就不再存在。因此，它们的存在可以揭示过去冰盖比现在小的时期。来自伦敦帝国理工学院的冰川地质学家、该研究的主要作者凯尔·尼科尔斯说：“这是一项巨大的团队努力：我们中的几个人离开家在南极洲一个极其偏远的地方进行了数周的实地考察，而其他人则在实验室中忍受了数千小时，分析我们收集的岩石。我们测量的原子在这些岩石中的含量非常少，因此我们正在将其推向目前可能的极限，并且无法保证它会起作用。我们很高兴这是第一项使用从其正下方收集的基岩来揭示冰盖近期历史的研究。”该团队发现，他们收集的岩石并不总是被冰覆盖。他们的测量表明，在过去的5000年里，Thwaites冰川附近的冰比现在至少薄了35米。此外，他们的模型表明，从那时起，它的增长使冰盖达到今天的大小至少用了3000年。这一发现表明，思韦茨冰川地区的冰盖退缩是可以逆转的。科学家现在面临的挑战是了解实现这一目标所需的条件。BAS的地质学家、该研究的合著者JoanneJohnson说：“从表面上看，这些结果似乎是个好消息——思韦茨冰川能够从地质上最近的过去的一个较小的配置中再生出来。然而，我们的研究表明，这种恢复需要3000多年的时间，当时的气候可能不像我们对未来几个世纪的预期那样温暖。如果我们想避免南极西部冰原持续消退导致的海平面上升对我们世界的影响，那么这个时间跨度远远超过我们可以等待的时间。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1362951.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1362951.htm

科学家们终于解决了一个有关晶体形状的难题

科学家们终于解决了一个有关晶体形状的难题莱斯大学的研究小组能够成功地使用他们的多功能方程来预测两种不同晶体的形状：由二维硒化锡（一种有前途的热能和压电材料）形成的截断矩形和由亚硝酸银形成的不对称针形。这些预测后来通过实验得到了证实。是的，这看起来像作弊，但是就像魔术师通过缩小可能性来找到一副牌中的大牌一样，一点代数技巧对解决预测晶体形状的问题有很大帮助。莱斯大学的研究人员已经开发出一种方法来预测晶体如何从其内部化学成分中获得形状，即使晶体缺乏对称性。这个硝酸银晶体的代表有八条边，其中没有一条与其他边相匹配。莱斯大学团队的算法仍然能够预测其形状。刊登在《自然-计算科学》中描述的方法显示，使用他们所谓的辅助边缘能量可以使预测重新符合伍尔夫结构，这是一个使用了一个多世纪的几何配方，以确定晶体如何到达其最终平衡形状。材料物理学家BorisYakobson、主要作者和校友LuqingWang以及他们在莱斯大学GeorgeR.Brown工程学院的同事发表的这篇开放性论文介绍了一些算法，这些算法在方程中采用任意数字作为右手因素，并且仍然提供适当的独特形状解决方案。Yakobson说："形状的问题是引人注目的，但研究人员多年来一直在尝试计算不对称晶体的表面能，但都失败了。但是我们知道，如果大自然能够通过几十亿个原子运动找到一个解决方案，那么也应该有一个方法让我们来确定它。"他说，近来对二维材料兴趣的上升促使了这项新的研究。"我们有一个'尤里卡'时刻。在将我们的几何思维转换为代数思维后，我们增加了包含任意参数的封闭方程，"Yakobson说。"这些看起来毫无用处，但我们把它全部通过计算机，观察到一个定义明确的形状出来，"他说。"困难的部分是说服我们的评审员，边缘能量确实是无法定义的，但仍然可以实现一个解决方案，"Wang说。这项工作可以为那些自下而上生长晶体用于催化、发光、传感、磁性和等离子体应用的研究人员提供一个有价值的工具，特别是当它们的形状和活性边缘特别重要的时候。研究人员指出，天然晶体享有地质学上的"奢侈时间"，它们通过"无情地进行试错实验"的方式来达到它们的稳定形状，因为它们寻求平衡，即它们所有组成原子的最小能量。但是计算和理论方法根本无法同时处理数十亿个原子，所以他们一般都倾向于朝外的原子的能量，对于许多具有等效面或边缘的晶体来说，这很好用。在二维材料中，基本上所有的原子都是"朝外的"。当它们的边缘因对称性而相等时--例如在矩形中--在通过密度泛函理论计算边缘能量后，完成伍尔夫结构的搭建是很简单的。但是在没有对称性的情况下，当所有的边缘都不同时，计算出的平均能量是没有意义的，Yakobson说。"自然界有塑造晶体的答案，不管它对边缘能量'知道'或不知道什么，所以有一个答案。我们的挑战是用理论来模仿它。"Yakobson说，走向解决方案的第一步是有意识地放弃寻找不可知的绝对边缘能量，而是处理其明确定义的可计算组合。从几何学上讲，这是一个相当大的谜题，对于不对称的大块材料来说，是无可奈何的复杂。但是二维材料和它们的平面多边形使得解决这个问题比处理多面体更容易思考。寻找和建立平均能量只是第一步，接下来是"闭合方程"，该方程的右侧使用了任意的潜在材料能量。即使后边的数字是故意不正确的，但将其全部应用于教科书上的伍尔夫结构，就能得到正确的晶体形状。该小组在几个二维晶体上测试了其理论，并将结果与观察到的晶体的最终形式进行了比较。他们的多功能方程成功地预测了由二维硒化锡形成的截断矩形的形状，这是一种有前途的热电和压电材料，以及由亚硝酸银形成的不对称针状物。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1336497.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1336497.htm

超导连接：晶体条带和量子电子的行为

超导连接：晶体条带和量子电子的行为大多数材料中的电子之间的相互作用非常弱。但是，物理学家经常在电子相互作用强烈的材料中观察到有趣的特性。在这些材料中，电子经常集体表现为粒子，产生了"准粒子"。理化学研究所新兴物质科学中心的克里斯托弗-巴特勒说："一个晶体可以被认为是一个具有不同物理定律的替代宇宙，允许不同的基本粒子生活在那里。"巴特勒及其同事研究了一种晶体，其中一层镍原子被安排在一个方形晶格中，就像一个棋盘。单个电子的质量很小，但在这种晶体中，它们看起来是无质量的准粒子。研究小组开始使用扫描隧道显微镜来研究这种奇怪的效果，但事实证明这具有挑战性。这台核桃大小的显微镜被安置在一个真空室里，周围是一屋子的设备，这些设备创造了与月球表面相当的低温和超低压力。巴特勒说："为了检验这些晶体的原始表面，我们试图裂开一个小片，就像地质学家那样。但是我们必须在真空中做这件事，而且这些晶体非常脆，在这种环境下容易爆炸变成灰尘。"经过无数次的尝试，他们成功了，用显微镜扫描片状物，用一个类似唱机的小针，在它上面加电压，改变电压使他们能够探测到不同的特征。理化学研究所的物理学家观察到，电子（顶部两层）在镍晶体的方形原子晶格（底部一层）上方形成条纹状排列。研究小组证实，镍原子是以棋盘式的排列方式排列的。但令他们惊讶的是，电子打破了这种模式，令其以条纹的形式排列（如图）。这就是所谓的非对称性--系统中的相互作用使电子显示的对称性低于底层材料。巴特勒将这一发现比作站在池塘边扔进一个小石子。他说："你会期望看到圆形的涟漪，所以如果你看到涟漪出现在平行线上，你就会知道发生了一些奇怪的事情。它需要一个解释"。这样的实验将帮助物理学家测试关于具有许多粒子相互作用的量子系统行为的不同拟议理论，例如高温超导体。例如，这些新结果符合日本名古屋大学该研究的共同作者所提出的"密度波"框架的预测。"许多相互作用的电子的行为即使用超级计算机也很难预测，"巴特勒说。"但至少我们可以在显微镜下观察它们在做什么。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354243.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354243.htm