前沿

由无人机拍摄到的危地马拉圣玛玛丽亚火山高分辨率照片以及光学热成像照片（右下）

利用无人机光学热成像监测火山活动

朱崇恺

由于活火山存在坍塌或爆发的风险，迄今为止，对其进行实时监测一直是火山学的一大挑战。为解决这一难题，德国地球科学研究中心（GFZ）的研究人员在危地马拉圣玛丽亚火山使用无人机进行了一系列光学和热成像的可重复成像研究。

圣玛丽亚火山的火山口是一个由黏性熔岩组成的结构，称为熔岩穹顶，形状上类似于瓶塞。研究人员使用这些图像能够证明，熔岩穹顶在两个不同的时间尺度上显示出运动轨迹，分别是穹顶的缓慢生长和黏性熔岩的快速挤出。该研究发表在《科学报告》杂志上。这项研究的第一作者埃德加·佐恩（Edgar Zorn）表示：“我们为无人机配备了不同的摄像头，以不同的时间间隔让无人机飞越火山口，使用特定的立体成像技术，以前所未有的精度测量熔岩流和熔岩穹顶的运动轨迹。通过数据的比对，我们能够确定火山的流速、运动方式和表面温度。”这些参数对于预测火山爆发的危险性而言非常重要，研究人员还成功地从这些数据中得出了熔岩的流动特性。

科学家在圣玛丽亚火山的卡连特火山锥上使用的无人机均安装有两台摄像机，一台能拍摄高分辨率的照片，另一台能够进行光学热成像。结合特殊的计算机算法，研究人员能够通过这些图像创建出完整而详细的3D模型以及温度模型，其分辨率高达厘米级。

尽管无人机的工作能极大限度降低火山学家的危险，但对于他们而言，更大的挑战在于模型的后期处理和计算。“必须精确定位各种3D模型，以便后期进行比对。这是一项艰苦而细致的工作，但这些努力是值得的，因为即使是极小的火山运动也可以即刻被发现，”佐恩解释道：“在这项研究中，我们为火山运动的监测提供了新的可能，在未来的测量项目中非常受用。”

如孔雀羽毛般的宝石智能传感器

供稿 / 朱崇恺

蛋白石可以呈现丰富炫丽的色彩

由萨里大学和萨塞克斯大学领导的国际科学家团队从蝴蝶翅膀和孔雀羽毛的仿生学中汲取了灵感，以蛋白石为基础开发出一种创新材料，该材料可能成为下一代智能传感器的基石。蛋白石是二氧化硅的水合物，一般具有玻璃光泽或蜡状光泽。

这项研究发表在《高级功能材料》上。研究人员概述了一种生产光学晶体的方法，在蛋白石中添加极少量的石墨烯，其可以作为多功能传感器使用，并在不同条件下产生肉眼可见的不同颜色——传感器在自然光线下呈现耀眼的绿色，在拉伸之后呈现蓝色，而在受热之后变透明。

由于晶体材料对温度在20～100℃之间的微小变化都十分敏感，该技术能够应用在食品和药品的智能包装上，如易腐败的食品和药品，在经历了不同的时间和温度条件下，包装上会随之呈现出变化的传感器，从而为使用者提供视觉提示。在医疗保健领域，科学家建议将传感器制作成腕带，该腕带的颜色会根据环境发生变化，以提醒医疗从业者在进入手术室等清洁区域之前是否清洁到位。另外，该材料对压力具有一定的敏感度和记忆特性，因此也能在生物识别和防伪应用等方面派上用场——当用手指按压晶体时，晶体上会显示出清晰的指纹，可进行指纹留存和分析。

利用“阴影效应”发电

供稿 / 朱崇恺

利用光照和阴影区域之间的明暗对比度来进行发电

越来越多的智能移动电子设备需要高效且持久的电源供应，尽管太阳能电池在室外环境中发挥供电作用，但在阴暗的室内环境，其能量收集效率便明显降低。为解决这一难题，新加坡国立大学的研究人员展示了一种利用阴影效应发电的方法。研究团队的负责人，来自新加坡国立大学材料科学与工程系的助理教授陈瑞深解释道：“在常规的光伏应用中，人们会使用稳定的光源为设备供电，因为阴影会降低设备的性能。但在这项工作中，我们利用阴影所产生的明暗对比度作为动力的来源。在设备的阴影部分和受光部分之间形成电压差，从而产生电流。在阴暗环境中收集能量的新概念是前所未有的。”

实验表明，在阴影存在且明暗环境不断发生变化的情况下，该团队研发的阴影电源的供电效率是商用硅太阳能电池的2倍。在模拟室内光照的环境中，其收集到的能量足以为一块电子手表供电。

数字

4.4厘米

基因是影響身高的主要因素

众所周知，基因是影响身高的主要因素。为了进一步了解基因对身高会产生多大影响，哈佛医学院等多个研究机构组成的团队将注意力集中在世界上最矮人群—秘鲁人身上。

在一篇发表于《自然》的论文中，研究人员从秘鲁人的体内找到了一种对身高有着深远影响的基因变体E1297G。携带该基因变体的人，身高会平均下降2.2厘米，当一对等位基因均发生突变时，对身高的影响会翻倍至4.4厘米。研究显示，秘鲁北海岸的莫切人含有基因变体E1297G的概率更高，他们的平均身高（男性平均身高为1.58米，女性为1.47米）也比秘鲁人的平均身高更低。

100千米

考古学家利用激光技术绘制了1300年前的玛雅石路

考古学家利用激光技术绘制了一条长100千米，建于1300年前的玛雅石路。这条石路贯穿了多个城镇，从玛雅时期的著名城邦科潘一直延伸至尤卡坦半岛上的小镇。石路沿途建有近万座建筑，有成千上万的当地居民在此区域生活，这一发现再次将神秘的玛雅文明带到世人眼前。玛雅文明植根于中美洲的热带丛林，约形成于公元前2600年，主要分布于今天的墨西哥东南部、危地马拉北部、洪都拉斯西部以及伯利兹和萨尔瓦多等地区，占地约28万平方千米，可划分为三个生态区域：尤卡坦半岛、贝登中心区以及恰帕斯州和危地马拉高地，这些生态区是雨水充沛、河流和沼泽汇集的茂密丛林地带，而玛雅文明却在这片荆棘满途的环境中孕育而生，并蓬勃发展。

声音

不同时期以不同方式测量珠峰，以及对珠峰高程的多次测量，反映了人类对自然的求知探索精神。

——自然资源部第一大地测量队队长李国鹏

2020年5月27日11时，2020珠峰高程测量登山队8名攻顶队员成功登顶珠穆朗玛峰，他们在峰顶竖立觇标，安装GNSS天线，开展各项峰顶测量工作。此时，距离1960年中国人首次登顶珠峰，已是整整60年。

据李国鹏介绍，此次珠峰高程测量的成果可用于地球动力学板块运动等领域研究。精确的峰顶雪深、气象和风速等数据，将为冰川监测、生态环境保护等方面的研究提供第一手资料。GNSS测量、水准测量、重力测量的成果结合过往的相关资料，不仅可以准确地分析目前地壳运动变化影响情况，同时也可为后续的似大地水准面模型的建立提供准确的重力异常数据。重力测量成果可用于珠峰地区区域地球重力场模型的建立和冰川变化、地震、地壳运动等问题的研究。

趣闻

疏通太空“大堵车”

随着商业卫星的不断增加，大量卫星的涌入让近地轨道不堪重负，太空面临着“大堵车”带来的压力。据科学家估算，目前有约2万个物体（包括老化卫星和太空碎片）飘浮在近地轨道上，这也增加了新卫星发生碰撞事故的风险。

一项最新研究表明，解决太空垃圾问题最有效的方法不是捕获碎片或将陈旧老化的卫星拖离轨道，而是向运营商收取轨道使用费，轨道使用费还将提高航天工业的长期价值。

研究人员在美国《国家科学院院刊》发表的论文中称，每颗卫星的年费上升到23.5万美元，不仅能降低碰撞风险，到2040年，还将使卫星产业的价值增加3倍。“太空是人类共同的资源，但公司在决定是否发射卫星时，并没有考虑到这些卫星会给空间环境管理带来多大的成本。”该论文的作者、美国环境科学研究所经济学家马修·伯吉斯解释道，“我们需要一种政策，让卫星运营商直接将可能产生的其他费用也计算入发射成本内。”

建造古埃及金字塔需要多少人力

古埃及的吉萨大金字塔建造于4600多年前，迄今仍保存完好，正多边形的多面体结构，体积达260万立方米，原始高度146.6米。由于其历史悠久，现今人们虽无法确切知道这座金字塔是如何建造而成的，但科学家基于物理学原理进行了粗略计算，发现建造吉萨大金字塔的人力并非古希腊历史学家希罗多德估算的10万劳工那么多。

根据吉萨大金字塔的重力、质量和质心，科学家计算出建造吉萨大金字塔所需的总势能约为2.4万亿焦耳。而每位体重约70千克的成年人处在高强度劳动的状态下，每天能产生450千焦耳的能量。如果一年的工作时间为300天，意味着每年需要将近1.8万人，考虑建造金字塔需要20年，那么每年只需要900人即可。

南太平洋海底发现活着的远古细菌群

在南太平洋海底深处有着1亿多年历史的岩石里，科学家惊奇地发现有机物质碎屑上活跃着密密麻麻的细菌群。

最新论文中称，在这些火山岩里，仅仅1立方厘米的空间就存在着约100亿个单细胞生物，这與人类肠道中的细菌密度差不多。

由于岩石样本采自远离海底热泉的地方，这些细菌恐怕不是被水流随机带入石缝的，它们可能在石缝里“安顿”下来，数百万年来繁衍不息，以石缝里黏土中的有机物质为食。

论文的第一作者、东京大学地球与行星科学系副教授铃木庸平说：“在如此匪夷所思的环境中找到密集的微生物群落，也带来了在火星等其他星球类似岩石环境中有微生物存在的希望。”

（责任编辑 / 黄盈盈美术编辑 / 胡美岩）