哈勃发现小型系外行星GJ 9827d大气中存在的水蒸气

哈勃发现小型系外行星GJ 9827d大气中存在的水蒸气 当发现系外行星上有水蒸气的证据时，天文学家们都很感兴趣。最近的一个目标是行星 GJ 9827d，它周围可能有一个富含水的大气层。这颗行星的直径不超过地球直径的两倍，可能是银河系其他地方潜在的富水世界的一个例子。但先不要打算在GJ 9827d上购房。这颗行星和金星一样热，温度高达800华氏度。这使它成为一个充满蒸汽的世界。这是艺术家绘制的系外行星GJ 9827d的概念图，这是在大气层中探测到水蒸气的最小的系外行星。这颗行星可能是银河系其他地方潜在的富含水大气的行星的一个例子。这颗行星的直径只有地球的两倍，围绕红矮星GJ 9827运行。左侧是该星系的两颗内行星。图中的背景恒星是在没有辅助的情况下，用肉眼回望太阳时看到的。太阳太暗，无法看到。天文学家利用美国宇航局的哈勃太空望远镜观测到了大气中检测到水蒸气的最小系外行星。GJ 9827d行星的直径大约只有地球直径的两倍，它可能是银河系其他地方潜在的富含水大气的行星的一个例子。"这将是我们第一次通过大气探测直接表明，这些拥有丰富水大气的行星确实可以存在于其他恒星周围，"团队成员、蒙特利尔大学特罗蒂埃系外行星研究所的比约恩-本内克（Björn Benneke）说。"这是朝着确定岩质行星大气的普遍性和多样性迈出的重要一步"。德国海德堡马克斯-普朗克天文研究所的联合首席研究员劳拉-克赖德伯格补充说："在一颗如此小的行星上发现水是一个具有里程碑意义的发现。它比以往任何时候都更接近真正类地世界的特征"。调查大气层不过，现在要判断哈勃光谱学测量到的是浮肿的富氢大气层中的少量水蒸气，还是这颗行星的大气层主要由水组成，是原始氢/氦大气层在恒星辐射下蒸发后留下的，还为时尚早。"我们的观测计划由堪萨斯州劳伦斯堪萨斯大学的首席研究员伊恩-克罗斯菲尔德（Ian Crossfield）领导，其设计目标不仅是探测这颗行星大气中的分子，而且是专门寻找水蒸气。"科学论文的第一作者、蒙特利尔大学特罗蒂埃系外行星研究所的皮埃尔-亚历克西斯-罗伊（Pierre-Alexis Roy）说："无论哪种结果都会令人兴奋，无论水蒸气是占主导地位还是只是氢占主导地位的大气层中的一个微小物种。""直到现在，我们还无法直接探测到如此小行星的大气层。我们现在正慢慢进入这个阶段，"本内克补充说。"在我们研究更小的行星时，一定会有一个过渡，在这个过渡中，这些小星球上不再有氢，它们的大气层更像金星（以二氧化碳为主）"。因为这颗行星和金星一样热，温度高达 800 华氏度，如果大气层中主要是水蒸气，那么它肯定会是一个荒凉而充满蒸汽的世界。影响和未来研究目前，研究小组有两种可能性。一种情况是，这颗行星仍然保留着富含氢气的大气层，其中掺杂着水，使其成为一颗小型海王星。或者，它可能是木星卫星木卫二的温暖版本，木卫二地壳下的水量是地球的两倍。"GJ 9827d行星可能一半是水，一半是岩石。在一些较小的岩石体上面会有大量的水蒸气，"本内克说。如果这颗行星有残留的富含水的大气层，那么它一定是在距离其主恒星更远的地方形成的，那里的温度很低，水以冰的形式存在，而不是现在的位置。在这种情况下，行星会迁移到更靠近恒星的地方，接受更多的辐射。氢气被加热后逃逸，或者仍在逃逸行星微弱引力的过程中。另一种理论认为，这颗行星是在靠近炙热恒星的地方形成的，其大气层中含有微量的水。哈勃计划在 11 次凌日过程中对这颗行星进行了观测凌日是指行星从恒星前方穿过的过程，间隔时间为三年。在凌日过程中，星光经过行星大气层的过滤，带有水分子的光谱指纹。如果行星上有云层，它们在大气层中的位置足够低，因此不会完全遮挡哈勃对大气层的观测，哈勃能够探测到云层上方的水蒸气。位于加利福尼亚硅谷的美国宇航局艾姆斯研究中心的天体物理学家托马斯-格林说："观测水是发现其他事物的一个途径。哈勃的这一发现为詹姆斯-韦伯太空望远镜未来研究这类行星打开了大门。JWST通过额外的红外观测可以看到更多的东西，包括一氧化碳、二氧化碳和甲烷等含碳分子。一旦我们获得了行星的全部元素清单，我们就可以将这些元素与它所环绕的恒星进行比较，从而了解它是如何形成的"。GJ 9827d是美国宇航局开普勒太空望远镜于2017年发现的。它每6.2天绕一颗红矮星运行一圈。这颗名为GJ 9827的恒星距离地球97光年，位于双鱼座。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

气象模型预测澳大利亚将面临史无前例、长达 20 年的特大洪灾

气象模型预测澳大利亚将面临史无前例、长达 20 年的特大洪灾 澳大利亚干旱令人担忧的未来科学家们认为，这些发现描绘了一幅令人担忧的图景，即澳大利亚未来的干旱将比近期经历的任何干旱都要严重得多。特大干旱异常严重，持续时间长，范围广。它们可以持续几十年甚至上百年。美国西南部地区的特大干旱就是一个例子，它始于 2000 年，已经持续了二十多年。共同第一作者、来自澳大利亚国立大学地球科学研究院的 Georgy Falster 博士说，如果今天澳大利亚发生特大干旱，后果将因气候变化而更加严重，因为任何干旱都是在天气更加炎热的背景下发生的。气候变化及其对干旱严重程度的影响"气候变化加上可能持续 20 年的自然发生的特大干旱，意味着澳大利亚未来可能会出现比近代历史上任何一次都严重的干旱，"法尔斯特博士说。"我们必须考虑在不久的将来可能会发生几十年一遇的特大洪水，并为此做好准备。了解澳大利亚长期干旱的问题之一是，我们自 20 世纪以来的气候观测结果只为我们提供了少数几个实例。这并不能代表自然气候变化可能带来的最坏情况。澳大利亚东南部的墨累-达令盆地何时会出现长达 20 年的干旱？我们可以看到每隔 150 年或 1000 年就会发生一次特大干旱。在这项研究中，我们特别关注墨累-达令盆地。作为澳大利亚最大的农业区，了解该地区干旱的严重程度非常重要"。澳大利亚国立大学领导的研究小组研究了即使没有气候变化的影响，澳大利亚也可能经历的各种干旱，包括干旱的长度和强度。他们还希望了解人为气候变化目前正在如何改变澳大利亚干旱的特征。干旱与气候变化：危险的组合研究人员使用多种气候模型模拟了过去千年（从 850 年到 2000 年）发生的干旱，以确定未来可能发生的变化。这包括预测澳大利亚的干旱会持续多久，以及会有多干旱。"我们工作中的一个重要发现是，澳大利亚的干旱有可能比我们最近经历的干旱持续更长时间。持续 20 年或更长时间的干旱是我们应该预料到的。特大干旱是澳大利亚气候自然变化的一部分。但令人担忧的是，我们现在还加入了人为气候变化的因素，这可能会增加这里发生下一次特大干旱的几率。我们将 20 世纪（1900 年至 2000 年）的模拟干旱与前工业化时期（1850 年之前）的干旱进行了比较，以了解人类造成的气候变化是否影响了澳大利亚人今天经历干旱的方式"。论文的共同作者、澳大利亚国立大学的 Nerilie Abram 教授说，人类造成的气候变化导致澳大利亚西南部和东部（包括墨累-达令盆地）的干旱时间延长。她说，由于气候变化，这些地区未来的降雨量可能会减少，从而增加干旱的风险："随着气候变化的继续恶化，干旱强度很可能还会发生变化。21世纪的'火药桶干旱'就是一个例子，这场干旱只有三年，但异常严重，为黑色夏季丛林大火创造了条件。煤球箱干旱很可能因气候变化而变得更加严重。我们唯一能做的就是迅速减少温室气体排放，以减轻未来干旱的潜在严重程度和持续时间。例如，迅速过渡到可再生能源。我们还可以通过蓄水和管理计划以及社区支持网络做好准备，减少未来干旱的影响"。这项研究发表在《水文学与地球系统科学》杂志的特刊上。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

预测认为即使全球变暖完全停止 阿尔卑斯山的冰层到2050年也将减少34%

预测认为即使全球变暖完全停止 阿尔卑斯山的冰层到2050年也将减少34% 洛桑大学及其合作伙伴进行的一项研究预测，如果全球变暖现在停止，到2050年欧洲阿尔卑斯山的冰量将减少34%；如果目前的趋势继续下去，冰量将减少高达65%。2009 年的瑞士阿莱奇冰川。图片来源：UNIL - Guillaume Jouvet到 2050 年，即 26 年后，即使全球变暖立即完全停止，欧洲阿尔卑斯山的冰量也将至少减少34%。这是洛桑大学地球科学与环境学院（UNIL）的科学家们与格勒诺布尔大学、瑞士联邦理工学院（ETHZ）和苏黎世大学合作开发的新计算机模型的预测结果。在这个利用机器学习算法和气候数据开发的情景中，气候变暖在2022年停止，但由于气候-冰川系统的惯性，冰川继续遭受损失。然而，由于全球温室气体排放量持续上升，这一最乐观的预测远非现实的未来情景。实际上，一半以上的冰量将消失研究报告中另一项更为现实的预测显示，如果不采取剧烈的变化或措施，如果过去 20 年的融化趋势持续下去，到 2050 年，阿尔卑斯山近一半（46%）的冰量将实际消失。如果仅从过去十年的数据推断，这一数字甚至会上升到 65%。2050 年：不久的将来与预测本世纪末的传统模型不同，发表在《地球物理研究快报》上的这项新研究考虑到了更短的时间，使我们更容易看到与自己一生的相关性，从而鼓励我们采取行动。我们的孩子到 2050 年会有多大？2038 年瑞士可能举办奥运会，那时还会有雪吗？这些估计更为重要，因为数公里冰层的消失将对人口、基础设施和水资源储备产生重大影响。"用于构建情景的数据停止在 2022 年，这一年的夏天异常炎热。因此，情况很可能比我们提出的更糟糕，"该研究的第一作者、联合国国际法研究所研究员塞缪尔-库克（Samuel Cook）说。人工智能推动模型发展模拟是利用人工智能算法进行的。科学家们使用深度学习方法训练模型理解物理概念，并向其输入真实的气候和冰川学数据。"机器学习正在彻底改变将复杂数据整合到我们的模型中的方法。这一重要步骤以前出了名的复杂且计算成本高昂，而现在则变得更加精确和高效，"FGSE教授、该研究的共同作者纪尧姆-朱韦（Guillaume Jouvet）解释说。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

NASA卫星跟踪的植物荧光可以提前几个月预测山洪暴发的干旱

NASA卫星跟踪的植物荧光可以提前几个月预测山洪暴发的干旱 美国国家航空航天局（NASA）的科学家发现，卫星跟踪的植物荧光可以提前几个月预测山洪暴发的干旱，从而帮助缓解干旱并了解干旱期间碳循环的影响。资料来源：美国国家航空航天局科学可视化工作室极端高温烘干了土壤和植物中的水分，引发了"闪电干旱"，导致大面积农作物歉收，经济损失超过 300 亿美元。典型的干旱可能会持续数季，而山洪暴发的干旱则以快速干燥为特征。它们可以在几周内形成，而且很难预测。在最近的一项研究中，美国国家航空航天局南加州喷气推进实验室的科学家们领导的研究小组能够在山洪暴发前三个月检测到山洪暴发的迹象。未来，这种提前预报将有助于减轻灾害。他们是如何做到的？答案是追随光芒。在肯塔基州西部的一块田地里，一台机器正在喷洒覆盖作物，为播种季节做准备。美国国家航空航天局（NASA）的科学家们正在利用天基工具帮助预测近年来造成严重农业损失的快速、隐蔽的干旱。图片来源：美国农业部/Justin Pius太空信号在光合作用过程中，当植物吸收阳光将二氧化碳和水转化为食物时，叶绿素会"泄漏"一些未使用的光子。这种微弱的光被称为太阳诱导荧光（SIF）。荧光越强，说明植物从大气中吸收的用于生长的二氧化碳越多。虽然肉眼看不到这种辉光，但美国国家航空航天局（NASA）的轨道碳观测站-2（OCO-2）等卫星上的仪器可以探测到。OCO-2 于 2014 年发射，在生长季节观测到了美国中西部的萤光。生长中的植物发出一种光，这种光可以被在地球上空数百英里轨道上运行的 NASA 卫星探测到。在这幅描绘平均年份的图像中，北美部分地区似乎闪烁着荧光。灰色表示很少或没有荧光的区域；红色、粉色和白色表示高荧光。资料来源：美国宇航局科学可视化工作室研究人员将多年的荧光数据与 2015 年至 2020 年美国 5 月至 7 月间发生的山洪灾害清单进行了比较。他们发现了一种多米诺骨牌效应：在山洪暴发前的几周和几个月里，随着天气变得温暖干燥，植被开始茁壮成长。蓬勃生长的植物在当时发出了异常强烈的荧光信号。但是，这些植物逐渐减少了土壤中的水分供应，从而带来了风险。当极端气温袭来时，原本就很低的水分含量急剧下降，几天之内就出现了山洪暴发的干旱。研究小组将荧光测量结果与 NASA 的 SMAP 卫星提供的水分数据进行了关联。SMAP是Soil Moisture Active Passive的缩写，它通过测量地球表面自然微波辐射的强度来跟踪土壤水分的变化。科学家们发现，这种不寻常的荧光模式与山洪暴发前 6 到 12 周内土壤水分损失的相关性极高。从美国东部的温带森林到大平原和西部灌木林，不同的地貌都出现了一致的模式。因此，植物荧光"有望成为一种可靠的闪电干旱预警指标，为采取行动提供足够的准备时间"，JPL地球科学家、近期研究的主要作者尼古拉斯-帕拉祖说。国家气象局观测办公室的科学家乔丹-格思（Jordan Gerth）没有参与这项研究，他说，鉴于我们的气候在不断变化，他很高兴看到有关山洪干旱的研究工作。他指出，只要有可能，农业就能从可预测性中获益。格尔特说，虽然预警无法消除山洪暴发造成的影响，但"如果有几周到几个月的准备时间，拥有先进经营方式的农民和牧场主可以更好地利用灌溉用水，减少对作物的影响，避免种植可能歉收的作物，或者种植不同类型的作物，以达到最理想的产量"。跟踪碳排放除了试图预测山洪暴发的干旱，科学家们还想了解这些干旱对碳排放的影响。通过光合作用将二氧化碳转化为食物，植物和树木成为碳"汇"，从大气中吸收的二氧化碳多于它们释放的二氧化碳。包括农田在内的多种生态系统都在碳循环中发挥作用碳原子在陆地、大气和海洋之间不断交换。科学家们利用 OCO-2 号卫星的二氧化碳测量数据和先进的计算机模型追踪了山洪暴发前后植被对碳的吸收情况。受热胁迫的植物从大气中吸收的二氧化碳较少，因此研究人员预计会发现更多的游离碳。但他们发现的却是一种平衡行为。与正常情况相比，闪电干旱发生前的温暖气温诱使植物增加碳吸收量。平均而言，这种反常的吸收量足以完全抵消因随后的高温条件而减少的碳吸收量。这一惊人发现有助于改进碳循环模型预测。今年夏天是 OCO-2 号卫星在轨运行的第 10 个年头，它利用三台类似照相机的光谱仪探测二氧化碳独特的光信号，绘制自然和人为二氧化碳浓度和植被荧光图。它们通过跟踪特定气柱中二氧化碳吸收反射太阳光的程度来间接测量这种气体。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

全球变暖的新威胁：北极永久冻土的“碳炸弹”

全球变暖的新威胁：北极永久冻土的“碳炸弹” 但是，永久冻土也是一个日益脆弱的大量碳库。根据研究人员的计算，随着气候变化对北极永久冻土层的削弱，全球每升温 1.8华氏度（1摄氏度），随着极地水道的扩张和融化土壤的搅动，释放的碳相当于 3500 万辆汽车一年排放的碳量。景观动态与研究动机第一作者 Joanmarie Del Vecchio 作为达特茅斯大学的 Neukom 博士后研究员领导了这项研究，她的顾问和研究共同作者是地球科学助理教授 Marisa Palucis 和工程学教授 Colin Meyer。Del Vecchio 说："我们从根本上理解了物理学，但当事物开始冻结和解冻时，很难预测哪一方会获胜。如果山坡赢了，它们就会掩埋土壤中的碳。但如果气候变暖，河道突然开始获胜，我们就会看到大量的碳被释放到大气中。这很可能会形成变暖的反馈回路，导致释放更多的温室气体。"达特茅斯大学的研究人员试图了解为什么北极流域的河流面积往往小于气候温暖地区的流域。第一作者 Joanmarie Del Vecchio（如图）在阿拉斯加进行实地考察时，从河边的工作地点徒步上山，看到陡峭的山坡上没有河流或溪流，于是萌生了这项研究的想法。图片来源：Mulu Fratkin研究人员试图了解为什么北极流域（河流及其相连水道的总排水面积）的河流面积往往小于气候温暖地区的流域，因为气候温暖地区的流域可能拥有遍布地表的大量支流。Del Vecchio 现在是达特茅斯大学的访问学者和威廉与玛丽学院的助理教授，她于 2019 年在阿拉斯加进行实地考察时萌生了这项研究的想法。她从河边的工作地点徒步上山，看到的是没有河流或溪流阻隔的陡峭山坡。Del Vecchio 说："似乎是山坡赢了，水道输了。我们想测试是否是温度塑造了这一地貌。我们很幸运，在过去几年中获得了大量的地表和数字高程数据。几年前我们不可能完成这项研究。"研究结果与分析研究人员利用卫星和气候数据研究了北半球从北回归线上方到北极的 69000 多个流域的深度、地形和土壤条件。他们测量了每条河流的河道网络在其流域内所占的土地比例，以及河谷的陡峭程度。在分析的流域中，有 47% 是由永久冻土形成的。与温带流域相比，这些流域的河谷更深、更陡，河道所占的周围地形面积减少了约 20%。研究人员报告说，尽管冰川历史、背景地形陡峭程度、年降水量和其他因素存在差异，但这些相似之处都会影响水和土地的推拉作用。北极流域的形成有一个共同点永久冻土。Del Vecchio 说："无论如何，河道更大、更丰富的地区都更温暖，平均气温更高，永久冻土更少。在有永久冻土的地区需要更多的水来开凿山谷。"研究显示，永久冻土限制了北极河流的足迹，也使其能够在冰冻的土地中储存大量的碳。为了估算这些流域因气候变化而释放出的碳量，研究人员将永久冻土中储存的碳量与地面解冻和北极河流蔓延时冲刷造成的土壤侵蚀量结合起来。气候变化影响与未来关切研究表明，北极地区的温度已经比工业化前水平升高了3.6华氏度（2摄氏度）以上，也就是大约自1850年以来。她说，据科学家估计，如果目前的温室气体排放得到控制，到2100年，北极永久冻土的逐渐解冻可能会释放出220亿至4320亿吨二氧化碳，如果不这样做，则会释放出高达5500亿吨二氧化碳。据国际能源机构估计，2022 年的能源消耗向大气中排放的二氧化碳超过 360 亿吨，创历史新高。Palucis说，北极适应寒冷的时间太长了，以至于科学家们几乎不知道，如果永久冻土加速融化，会释放出多少碳，或者碳释放的速度有多快，他的研究小组将北极作为火星的替身，研究红色星球的表面过程。他的研究小组将北极作为火星的替身，研究红色星球的地表过程。虽然北极在过去经历过变暖，但可怕的是现在变暖的速度如此之快。地貌必须迅速做出反应，这可能会造成创伤。在一次北极研究旅行中，她看到一块小楼大小的基岩从悬崖上断裂。造成断裂的罪魁祸首是渗入岩石并使其变得脆弱的小股水流。这是一种适应寒冷条件的地貌，因此当你改变它时，即使是少量的水流通过岩石，也足以引起实质性的变化。她说："我们对北极地貌的了解或多或少与 100 年前对温带地貌的了解相同。这项研究迈出了重要的第一步，表明我们对温带流域的模型和理论无法应用于极地地区。在了解这些地貌方面，这是一扇全新的大门。"从北极地区采集的沉积物岩芯显示，大约1万年前有大量的土壤径流和碳沉积，这表明当时的北极地区要比现在温暖得多。如今，宾夕法尼亚州和美国大西洋中部等地区位于冰河时期冰川最远的南面，预示着现代北极地区的未来。Del Vecchio 说："我们有一些过去的证据表明，当气候变暖时，大量沉积物被释放到海洋中。现在，我们的论文提供了一个快照，显示随着气候变暖，北极会有更多的水道。但这一切都不等于说，'这就是当你把一个寒冷的地貌迅速升温时会发生的事情'，我不认为我们知道它会如何变化"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员用创新型吸水鳍片从空气中收集饮用水

研究人员用创新型吸水鳍片从空气中收集饮用水 一个简单、紧凑的系统首先收集空气中的水分（左），然后在加热时释放被截留的液体（右），从而获得饮用水。图片来源：Xiangyu Li 编辑清洁、安全的水是一种有限的资源，能否获得取决于当地的水体。但即使是干旱地区，空气中也会有一些水蒸气。为了收集少量湿气，《ACS 能源快报》（ACS Energy Letters）上的研究人员开发出了一种紧凑型装置，这种装置带有吸附涂层翅片，可以先吸附湿气，然后在加热时产生饮用水。他们表示，这种原型设备有助于满足日益增长的用水需求，尤其是在干旱地区。地球大气中蕴藏着数万亿升淡水蒸气，但要收集这种无色、透明、稀薄的气体却很困难。以前，研究人员开发了一些系统来捕捉露水或雾，将液体汇集到容器中。但在露水不多的干燥地区，温度响应水凝胶、金属有机框架或沸石（结晶铝硅酸盐）等特殊材料可能有助于从空气中吸附少量水分，并在加热时释放水分。然而，要使这些吸水剂在实际应用中切实可行，就需要将它们整合到带有废热源的紧凑型便携设备中，例如在高温下运行的应用或作为副产品释放热量的系统。因此，李翔宇、Bachir El Fil 及其同事开发出了一种符合这些规格的湿度收集器。研究人员设计了吸水"翅片"，将铜片夹在涂有市售沸石的铜泡沫之间。作者说，与以往侧重于材料开发的研究相比，吸附床与材料特性的共同设计造就了薄吸附翅片，这种翅片结构紧凑，能快速收集水。为了进行概念验证，他们制作了一种装置，将 10 片小型吸附翅片并排放置在铜底板上，间距约为 2 毫米，这样的间距可以最大限度地从相对湿度为 10% 的沙漠空气中捕获水分。在一小时内，吸附翅片达到饱和，然后在底座温度达到华氏 363 度时释放出捕获的水分。根据 24 个收集-释放周期的推断，研究小组计算出，在相对湿度为 30% 的空气中，鳍片上 1 升的吸水涂层每天可产生多达 1.3 升的饮用水，这个体积是之前开发的设备的 2 到 5 倍。这项工作为每天多次从干燥空气中快速捕获水分和集水提供了关键机会。研究人员说，随着进一步的开发，该系统可以集成到产生废热的现有基础设施中，如建筑物或运输车辆，为干旱地区提供一种具有成本效益的饮用水生产方式。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：