科学家发现超级电容器的能量密度可通过增加其内部结构的"混乱度"来提高

科学家发现超级电容器的能量密度可通过增加其内部结构的"混乱度"来提高 研究人员表示，他们在《科学》杂志上发表的研究成果代表了该领域的一项突破，可以为这项重要的净零排放技术的发展注入新的活力。与电池一样，超级电容器也能储存能量，但超级电容器可以在几秒或几分钟内完成充电，而电池则需要更长的时间。超级电容器比电池耐用得多，可持续充电数百万次。不过，超级电容器的能量密度较低，因此不适合长期储能或持续供电。领导这项研究的剑桥大学优素福-哈米德化学系的亚历克斯-福斯博士说："超级电容器是电池的补充技术，而不是替代品。超级电容器经久耐用，充电速度极快，因此应用领域非常广泛。"从左至右Dame Clare Grey 教授、刘昕宇、Alex Forse 博士。图片来源：Nathan Pitt例如，由超级电容器供电的公共汽车、火车或地铁可以在乘客上下车的时间内充满电，为到达下一站提供足够的电力。这样就无需在沿线安装任何充电基础设施。不过，在超级电容器得到广泛应用之前，还需要提高其储能能力。电池利用化学反应来储存和释放电荷，而超级电容器则依靠多孔碳电极之间带电分子的运动，这种电极具有高度无序的结构。福斯说："想象一下石墨烯薄片，它具有高度有序的化学结构。如果你把那片石墨烯揉成一团，就会出现无序的混乱状态，这就有点像超级电容器中的电极。"由于电极本身比较杂乱，科学家们很难对其进行研究，也很难确定在试图提高性能时哪些参数是最重要的。由于缺乏明确的共识，这一领域的研究陷入了困境。许多科学家认为，碳电极中微孔（或纳米孔）的大小是提高能量容量的关键。然而，剑桥大学的研究小组分析了一系列市售的纳米多孔碳电极，发现孔径大小与储能能力之间没有联系。Xinyu Liu 与石墨烯模型（左）和无序碳电极（右）。资料来源：Nathan Pitt福斯和他的同事们采用了一种新方法，利用核磁共振（NMR）光谱一种电池的"核磁共振成像"来研究电极材料。他们发现，长期以来被认为是阻碍因素的材料的杂乱性实际上是其成功的关键。"通过核磁共振光谱，我们发现储能能力与材料的杂乱程度相关越杂乱的材料越能储存更多的能量，"第一作者、由福斯和克莱尔-格雷（Dame Clare Grey）教授共同指导的博士生刘新宇（音译）说。"无序性是一种很难测量的东西只有通过新的核磁共振和模拟技术才能实现，这就是为什么无序性是这一领域一直被忽视的特性。""使用核磁共振光谱分析电极材料时，会产生不同峰谷的光谱。峰的位置表明碳的有序或无序程度。"福斯说："这并不是我们的计划，而是一个巨大的惊喜。当我们将峰值的位置与能量容量相对照时，一个惊人的相关性显现出来最无序的材料的能量容量几乎是最有序材料的两倍。"那么，为什么混乱是好事呢？这就是研究小组下一步要研究的问题。更无序的碳在其纳米孔中存储离子的效率更高，研究小组希望利用这些结果设计出更好的超级电容器。材料的混乱程度是在合成时决定的。福斯说："我们想研究制造这些材料的新方法，看看在改进能量储存方面，混乱能让你走多远。这可能是这个领域的一个转折点，这个领域已经困顿了一段时间。克莱尔和我在十多年前就开始研究这个课题，现在看到我们以前的很多基础工作有了明确的应用，这让我们感到非常兴奋。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

在收集了被击落的中国气球漂浮在水面的白色织物和外壳结构后，美国海军利用无人水下航行器来定位和绘制水下碎片区域的地图，潜水员在水中

在收集了被击落的中国气球漂浮在水面的白色织物和外壳结构后，美国海军利用无人水下航行器来定位和绘制水下碎片区域的地图，潜水员在水中收集能够回收的物品。官员们表示，已收集的残骸被拖到了用以分析的地方。 美国国防部7日表示，在气球被击落后，国防部长奥斯汀4日要求与中国国防部长魏凤和通话，但遭拒绝。美国防部表示，将继续致力于开放沟通渠道。 另据政府官员和外交官表示，美国在华盛顿和北京与来自40个国家的外交官介绍了美国关于气球的调查结果。在北京的简报会上，美国提供的信息表明，气球由解放军控制，用于间谍活动。气球上的太阳能电池板表明其相较气象气球需要更多能源，且飞行轨迹不符合自然风模式。该气球还配备了方向舵和螺旋桨。 一名驻北京的亚洲防务外交官表示，根据美国简报和自己对此类气球的了解，以及中国迄今拒绝透露拥有该气球的实体名称，很难相信这是一个民用气象气球。 （美联社，路透社）

NASA“欧罗巴快船”距离在木卫二上试图寻找生命的尝试又近了一步

NASA“欧罗巴快船”距离在木卫二上试图寻找生命的尝试又近了一步 航天器最近增加了一套复杂的仪器，这些仪器所进行的科学研究将揭示木星的卫星木卫二是否具备支持生命的条件。距离发射倒计时只剩下不到九个月的时间了，该航天器将于10月从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空，飞往木星的冰封卫星木卫二，那里冰冻表面下的咸海可能蕴藏着适合生命存在的条件。欧罗巴快船号不会着陆；相反，在2030年抵达木星系统后，该航天器将围绕木星运行4年，49次飞越欧罗巴，并利用其强大的9个科学仪器套件研究该卫星作为宜居环境的潜力。JPL的罗伯特-帕帕拉多（Robert Pappalardo）是这次任务的项目科学家，他说："这些仪器携手合作，回答了我们对木卫二最迫切的问题。我们将了解木卫二的构造，从它的核心和岩石内部到它的海洋和冰壳，再到它非常稀薄的大气层和周围的太空环境。"1月19日，在美国宇航局喷气推进实验室1号高海湾的洁净室里，可以看到安装了所有仪器的美国宇航局"欧罗巴号快船"。航天器周围的帐篷是为了支持电磁测试而搭建的。图片来源：NASA/JPL-Caltech欧罗巴快船号科学考察的特点是所有仪器如何在收集数据的同时同步工作，以完成任务的科学目标。在每次飞越过程中，全套仪器将收集测量数据和图像，并将这些数据和图像叠加在一起，描绘出木卫二的全貌。Pappalardo 说："如果我们同时进行观测，科学效果会更好。我们所追求的是整合，这样在任何时候，我们都可以同时使用所有的仪器来研究木卫二，而无需在它们之间进行取舍"。通过研究木卫二周围的环境，科学家将了解更多有关月球内部的信息。宇宙飞船携带的磁力计可以测量月球周围的磁场。该数据将是了解海洋的关键，因为当木卫二在木星的强磁场中移动时，海洋盐水的导电性会产生磁场或诱发磁场。与磁力计同时工作的还有一台仪器，它将分析木卫二周围的等离子体（带电粒子），这些粒子会扭曲磁场。它们将共同确保尽可能精确的测量。这次任务对木卫二大气层的发现也将有助于深入了解月球的表面和内部。虽然大气层很微弱，压力只有地球大气层的一千亿分之一，但科学家们希望它能蕴藏关于这颗卫星的大量线索。他们从太空和地面望远镜中获得的证据表明，木卫二表面下可能有水蒸气羽流喷出，而过去任务中的观测结果表明，冰和尘埃粒子正被微陨石撞击喷射到太空中。三台仪器将帮助研究大气层及其相关粒子：质谱仪将分析气体，表面尘埃分析仪将检查尘埃，分光仪将收集紫外线，以寻找羽流并确定动态大气的性质如何随时间变化。在此期间，欧罗巴快船号的照相机将拍摄木卫二表面的广角和窄角照片，提供第一张高分辨率的全球地图。立体彩色图片将揭示地质活动对表面造成的变化。另一个测量温度的成像仪将帮助科学家确定表面附近可能有水或最近的冰沉积物的温暖区域。成像光谱仪将绘制月球表面的冰、盐和有机分子图，这套精密的成像仪还将通过收集视觉图像来支持整个仪器套件，为所收集的数据集提供背景信息。当然，科学家们还需要更好地了解冰壳本身。据估计，冰壳的厚度约为 10 到 15 英里（15 到 25 公里），这个外壳可能具有地质活性，这可能导致地表可见的断裂模式。这次任务将利用雷达仪器对冰壳进行研究，包括寻找冰壳内和冰壳下的水。(该仪器的电子设备目前已安装在航天器上，其天线将于今年晚些时候安装在肯尼迪的航天器太阳能电池阵列上）。最后是木卫二的内部结构。为了进一步了解其内部结构，科学家们将在木卫二环绕木星的轨道上的不同位置测量它的引力场。通过观察航天器发出的信号如何受到木卫二引力的牵引，研究小组可以进一步了解该卫星的内部结构。科学家们将利用航天器的电信设备进行这项科学调查。随着所有九台仪器和通信系统都搭载在飞船上，任务小组已开始首次对整个飞船进行测试。一旦"欧罗巴快船"完成全部测试，团队将把飞船运往肯尼迪，准备用SpaceX公司的猎鹰重型火箭发射。欧罗巴快船号的主要科学目标是确定木星的冰质卫星木卫二表面是否有可以孕育生命的地方。该任务的三个主要科学目标是确定月球冰壳的厚度及其表面与下面海洋的相互作用，调查其成分，并描述其地质特征。这次任务对木卫二的详细探索将有助于科学家们更好地了解我们星球以外宜居世界的天体生物学潜力。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

美国国家航空航天局麦哲伦号数据揭示金星最新的火山活动

美国国家航空航天局麦哲伦号数据揭示金星最新的火山活动 这个由计算机生成的金星表面三维模型显示了西夫蒙斯火山，该火山有持续活动的迹象。意大利研究人员利用美国宇航局麦哲伦任务提供的数据，在 20 世纪 90 年代初航天器绕金星运行时探测到了火山爆发的证据。图片来源：NASA/JPL-Caltech这是第二次观测到金星近期火山活动的直接地质证据。意大利的科学家分析了美国国家航空航天局麦哲伦任务的档案数据，揭示了金星表面的变化，这些变化显示了新岩石的形成，而这些新岩石是由熔岩流形成的，熔岩流与金星轨道上的火山喷发有关。麦哲伦号"由美国宇航局位于南加州的喷气推进实验室（JPL）管理，它在 1990 年至 1992 年期间绘制了金星表面 98% 的地图，其生成的图像是迄今为止金星上最详细的图像。"以这些地图为指导，我们的研究结果表明，金星上的火山活动可能远比以前想象的要活跃，"领导这项研究的意大利佩斯卡拉达农齐奥大学的达维德-苏尔卡内塞说。"通过分析我们在金星上两个地点观测到的熔岩流，我们发现金星上的火山活动可能与地球上的火山活动相当"。在这个由计算机生成的金星表面三维透视图中，显示的是马特蒙斯（Maat Mons）。视角位于马特蒙斯以北 634 公里（393 英里）处，高出地形 3 公里（2 英里）。熔岩流在前景所示的断裂平原上绵延数百公里，一直延伸到Maat Mons的底部。美国宇航局麦哲伦任务合成孔径雷达数据与雷达测高相结合，绘制出了地表的三维地图。该视角中的垂直比例尺夸大了 10 倍。资料来源：NASA/JPL麦哲伦号合成孔径雷达的图像显示，金星赤道附近与马特蒙斯火山相关的一个喷口发生了变化。这些雷达图像被证明是金星近期火山爆发的首个直接证据。通过比较麦哲伦雷达图像的时间变化，2023 年研究报告的作者发现了金星地表下熔岩外流造成的变化，这些熔岩填满了喷口的火山口，并顺着喷口的斜坡溢出。科学家通过研究活火山来了解行星内部如何塑造其地壳、推动其进化并影响其宜居性。最近在金星上发现的火山活动为了解金星的历史以及金星为什么会走上与地球不同的进化道路提供了宝贵的资料。雷达背向散射在这项发表在《自然-天文学》杂志上的新研究中，研究人员同样关注了麦哲伦合成孔径雷达的档案数据。雷达发出的无线电波穿过金星厚厚的云层，然后从金星表面弹回航天器。这些反射的雷达信号被称为"反向散射"，携带着它们遇到的岩石表面物质的信息。研究的两个地点分别是 Eistla Regio 的 Sif Mons 火山和 Niobe Planitia 的西部，那里有许多火山地貌。通过分析 1990 年和 1992 年从这两个地点接收到的反向散射数据，研究人员发现，在后来的轨道上，雷达信号强度沿某些路径有所增加。这些变化表明有新的岩石形成，很可能是这两年期间火山活动产生的凝固熔岩。但他们也考虑了其他可能性，如存在微沙丘（由风吹沙形成）和可能干扰雷达信号的大气效应。这张麦哲伦全分辨率马赛克照片以北纬 12.3 度、东经 8.3 度为中心，显示了金星埃斯特拉地区 160 公里（96 英里）乘 250 公里（150 英里）的区域。突出的圆形特征是火山圆顶，直径 65 公里（39 英里），顶部宽阔平坦，高度不到 1 公里（0.6 英里）。它们有时被称为"薄饼"穹顶，是金星上由粘性熔岩形成的一类独特的火山喷出物。这些地貌中常见的裂缝和凹坑是熔岩冷却和流出的结果。粘性较低的熔岩流从东北方向的穹顶喷向图像西南角的另一个大穹顶。图片来源：NASA/JPL为了帮助确认新岩石，研究人员分析了麦哲伦号的测高（地表高度）数据，以确定地形的坡度和熔岩流过的障碍物位置。研究报告的合著者、罗马萨皮恩扎大学的马尔科-马斯特罗吉塞佩（Marco Mastrogiuseppe）说："我们将这些信号解释为沿着斜坡或火山平原流动的熔岩流，它们可以像流体一样绕过盾状火山等障碍物。"在排除了其他可能性之后，我们确认我们的最佳解释是，这些是新的熔岩流。"以地球上的岩流作为对比，研究人员估计这两个地方喷发出的新岩石平均深度在 10 到 66 英尺（3 到 20 米）之间。他们还估计，Sif Mons 火山喷发产生了大约 12 平方英里（30 平方公里）的岩石，足以填满至少 36000 个奥林匹克大小的游泳池。Niobe Planitia 火山喷发产生了约 17 平方英里（45 平方公里）的岩石，足以填满 54000 个奥林匹克游泳池。相比之下，地球上最大的活火山夏威夷莫纳罗亚火山 2022 年的喷发产生的熔岩流足以填满 10 万个奥林匹克游泳池。"这项令人兴奋的工作提供了金星上新熔岩流火山变化的另一个例子，增强了罗伯特-赫里克博士和我去年报告的喷口变化，"JPL高级研究科学家、2023年研究的共同作者斯科特-亨斯利（Scott Hensley）说。"这一结果，再加上之前发现的当今地质活动，让行星科学界更加期待未来的金星任务。"在开始金星之旅之前，美国宇航局的麦哲伦号航天器在地球轨道上由亚特兰蒂斯号航天飞机的 STS-30 任务释放。1989年5月4日拍摄的这张照片显示，麦哲伦号是第一艘从航天飞机上发射的行星航天器。图片来源：美国国家航空航天局了解火山亨斯利是美国国家航空航天局（NASA）即将进行的VERITAS任务的项目科学家，而马斯特罗吉塞佩则是其科学团队的成员。VERITAS是金星发射率、无线电科学、合成孔径雷达、地形学和光谱学的缩写，计划于下个十年初发射，使用最先进的合成孔径雷达绘制三维全球地图，并使用近红外光谱仪了解金星表面由什么构成，同时跟踪火山活动。此外，该航天器还将测量金星的引力场，以确定其内部结构。JPL 高级科学家兼 VERITAS 首席研究员苏珊娜-斯姆雷卡（Suzanne Smrekar）说："我们的国际同行对金星近期火山活动的这些新发现，为我们在 VERITAS 到达金星后应该瞄准的区域类型提供了令人信服的证据。我们的航天器将拥有一整套识别表面变化的方法，这些方法比麦哲伦图像更全面、分辨率更高。即使在分辨率较低的麦哲伦数据中也能找到活动的证据，这为彻底改变我们对这个神秘世界的认识提供了巨大的潜力"。参考文献：Davide Sulcanese、Giuseppe Mitri 和 Marco Mastrogiuseppe 所著《麦哲伦雷达揭示金星上持续火山活动的证据》，2024 年 5 月 27 日，《自然-天文学》。DOI: 10.1038/s41550-024-02272-1美国国家航空航天局（NASA）的VERITAS任务是2021年根据NASA的发现计划选定的。任务合作伙伴包括洛克希德-马丁航天公司、意大利航天局、德国航空航天中心和法国国家空间研究中心。发现计划由位于阿拉巴马州亨茨维尔的美国国家航空航天局马歇尔太空飞行中心的行星任务计划办公室负责管理，隶属于位于华盛顿的美国国家航空航天局科学任务局行星科学部。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新型望远镜技术揭示木卫一的火山表面 比以往任何时候都更清晰

新型望远镜技术揭示木卫一的火山表面 比以往任何时候都更清晰 木星卫星木卫一，2024 年 1 月 10 日由 SHARK-VIS 拍摄。这是迄今为止地球望远镜获得的分辨率最高的木卫一图像。该图像结合了红外线、红色和黄色三个光谱带，突出显示了围绕佩莱火山（在月球中心下方和右侧）的红色环和围绕佩莱火山右侧的皮兰帕特拉火山（Pillan Patera）的白色环。图片来源：INAF/大型双筒望远镜天文台/乔治亚州立大学；SHARK-VIS/F.Pedichini 的 IRV 波段观测；D. 处理。Pedichini; processing by D. Hope, S. Jefferies, G. Li Causi这些观测结果得益于一种被称为"SHARK-VIS"的新型高对比度光学成像仪器，以及该望远镜的自适应光学系统，该系统可以补偿大气湍流造成的模糊。这些图像将发表在《地球物理研究快报》（Geophysical Research Letters）杂志上，揭示了直径小至 50 英里的地表特征，到目前为止，只有飞往木星的航天器才能达到这种空间分辨率。据研究小组称，这相当于从 100 英里外拍摄了一张一角硬币大小物体的照片。通过SHARK-VIS，研究人员确定了木卫一最突出的火山之一佩莱火山周围的一次重大复燃事件。据论文的第一作者艾尔-康拉德（Al Conrad）称，木卫一是太阳系中火山最活跃的天体，其火山爆发使地球上同时代的火山相形见绌。大型双筒望远镜干涉仪（LBTI）是一种地面仪器，它将亚利桑那州格雷厄姆山上的两台 8 米级望远镜连接起来，形成世界上最大的单筒望远镜。该干涉仪旨在探测和研究太阳系外的恒星和行星。图片来源：NASA/JPL-Caltech美国国家航空航天局/JPL-加州理工学院大型双筒望远镜天文台的助理科学家康拉德说："因此，木卫一提供了一个独特的机会，让我们了解在遥远的过去曾帮助塑造地球和月球表面的强大喷发。大型双筒望远镜是亚利桑那大学斯图尔特天文台下属的格雷厄姆山国际天文台的一部分。"康拉德补充说，像这样的研究将有助于研究人员理解为什么太阳系中的一些世界有火山，而另一些则没有。有朝一日，它们还可能揭示附近恒星周围系外行星系统中的火山世界。木卫一比地球的卫星略大，是木星伽利略卫星中最内侧的一颗，除木卫一外，还有木卫二、木卫三和木卫四。由于木卫三、木卫二和木卫一之间的引力"拉锯战"，木卫一不断受到挤压，导致其内部摩擦生热这被认为是木卫一持续而广泛的火山活动的原因。通过监测木卫一表面的喷发，科学家们希望深入了解月球表面下物质的热驱动运动、内部结构，并最终了解造成木卫一强烈火山活动的潮汐加热机制。木卫一地壳的横截面，描述了科学家目前对雕刻月球表面和产生月球大气层的地质和化学过程的了解。左侧是类似佩雷熔岩湖产生的硫磺羽流和红环。冰冷岩石圈中的断层是富含硫的硅酸盐岩浆到达地表的通道。木卫一的内部因木星及其两颗卫星木卫二和木卫三的引力牵引摩擦而发热，产生熔融岩浆。资料来源：de Pater 等人，2021 年，《年度评论》，根据 Doug Beckner、James Tuttle Keane 和 Ashley Davies 的图表绘制木卫一的火山活动最早是在 1979 年被发现的，当时美国宇航局旅行者号任务的工程师琳达-莫拉比托（Linda Morabito）在旅行者号进行著名的外行星"大巡游"时拍摄的一幅图像中发现了喷发羽流。从那时起，人们通过太空望远镜和地球望远镜进行了无数次观测，记录了其躁动不安的特性。研究报告的合著者、美国宇航局喷气推进实验室（JPL）首席科学家阿什利-戴维斯（Ashley Davies）说，SHARK-VIS拍摄的新图像细节非常丰富，使研究小组能够确定一个重大的重现事件，即位于木卫一南半球靠近赤道的一座名为佩莱（Pele）的突出火山周围的羽流沉积物正在被邻近的一座火山皮兰帕特拉（Pillan Patera）的喷发沉积物所覆盖。美国国家航空航天局的伽利略号宇宙飞船在 1995 年至 2003 年期间探索木星系统时也观测到了类似的喷发序列。戴维斯说："我们将这些变化解释为源自皮兰帕特拉火山喷发的深色熔岩沉积物和白色二氧化硫沉积物，它们部分覆盖了佩蕾的红色富含硫磺的羽状沉积物。在SHARK-VIS之前，从地球上是不可能观测到这种重现事件的。"合著者、加州大学伯克利分校天文学名誉教授伊姆克-德-帕特解释说，虽然红外线望远镜图像可以探测到正在进行的火山喷发造成的热点，但它们还不够清晰，无法揭示表面细节，也无法明确确定火山喷发的位置。德-帕特说："像SHARK-VIS和LBT提供的可见光波长的更清晰图像，对于确定喷发位置和红外线无法探测到的表面变化（如新的羽流沉积）至关重要，"他补充说，可见光观测为研究人员解释红外线观测结果提供了重要的背景，包括来自目前正在木星轨道上运行的朱诺号等航天器的观测结果。SHARK-VIS由位于罗马天文台的意大利国家天体物理研究所建造，由首席研究员Fernando Pedichini领导的团队管理，项目经理Roberto Piazzesi提供协助。2023 年，该仪器与其配套的近红外仪器 SHARK-NIR 一起安装在天文台，以充分利用该望远镜出色的自适应光学系统。该仪器配备了一个快速、超低噪声相机，使其能够以"快速成像"模式观测天空，捕捉慢动作镜头，冻结大气湍流造成的光学变形，并将数据后处理到前所未有的清晰度。意大利国家天体物理研究所 SHARK-VIS 数据处理经理 Gianluca Li Causi 解释了其工作原理："我们在计算机上处理数据，以消除传感器电子足迹的任何痕迹。然后，我们挑选出最好的帧，并使用我们的同事、佐治亚州立大学的道格拉斯-霍普（Douglas Hope）和斯图尔特-杰弗里（Stuart Jefferies）开发的名为"克拉肯"（Kraken）的高效软件包将它们组合在一起。Kraken 使我们能够消除大气效应，以惊人的清晰度揭示木卫一"。SHARK-VIS 仪器科学家 Simone Antoniucci 说，他预计将对整个太阳系的天体进行新的观测。他说："SHARK-VIS的敏锐视觉特别适合观测许多太阳系天体的表面，不仅包括巨行星的卫星，还包括小行星。我们已经观测到了其中一些，目前正在分析数据，并计划观测更多。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：