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大型食肉動物滅絕，生態(tài)系統(tǒng)會崩潰？
作者：賈偉發(fā)布時間：2022-09-26強大的生態(tài)系統(tǒng)沒那么脆弱
或因其體型龐大，亦或是人類本身處于食物鏈頂端，我們對同處于食物鏈較高位置的大型食肉動物會有更多關注。因此，相比于小型且食草的動物來說，我們下意識認為大型食肉動物在生態(tài)系統(tǒng)中會更加重要。人們不禁思考，如果大型食肉動物滅絕，生態(tài)平衡是否會被打破，生態(tài)系統(tǒng)最終是否會不可修復，走向崩潰？
圖片來源：veer圖庫在相同營養(yǎng)級的物種間可被替代
生態(tài)系統(tǒng)中的生物與生物之間，生物與無機環(huán)境之間通過能量流動、物質循環(huán)和信息傳遞使其處于動態(tài)平衡。同時，生態(tài)系統(tǒng)具有保持自身穩(wěn)定的能力，一般認為其食物網越復雜，其自我恢復的能力越強。
在較穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)中，某一物種的滅絕，可以通過其他具有相似物種進行替代，如在草原生態(tài)系統(tǒng)中，當大型食肉動物獵豹滅絕，食草動物瞪羚數(shù)量短時間就會急劇增加，草的數(shù)量也會急劇減少；如果除了獵豹以外還有另一種食肉動物（比如狼）的存在，那么獵豹一旦絕滅，狼就會增加對鹿的捕食壓力，而不致使鹿群發(fā)展得太大，從而就有可能防止生態(tài)系統(tǒng)的崩潰。
狼和獵豹正在捕獵（圖片來源：veer圖庫）事實上，狼與獵豹可以處于食物網中同一營養(yǎng)級，相同營養(yǎng)級的不同物種具有相同的“作用”，因此獵豹滅絕，便可以由狼來“替代”。詳細來講，位于同一營養(yǎng)級的不同物種均能完成相同程度的生態(tài)系統(tǒng)中的物質循環(huán)、能量流動和信息傳遞功能。
回到最初的假設，我們如果能夠找到能代替大型食肉動物在生態(tài)系統(tǒng)中完成相同程度的物質循環(huán)、能量流動和信息傳遞功能的其他事物，或者大型食肉動物的滅絕不會通過影響這三大功能來破壞生態(tài)平衡，那么我們就認為生態(tài)系統(tǒng)不會因大型食肉動物的滅絕走向崩潰。
在能量流動過程中可被替代
因此，就能量流動而言，能量流動是單向的，只能從第一營養(yǎng)級流向第二營養(yǎng)級，再依次流向后面的各個營養(yǎng)級，不可逆轉，也不能循環(huán)流動；能量在流動過程中逐級遞減，相鄰兩個營養(yǎng)級間的傳遞效率大約是10%～20%。
所以，真正被大型食肉動物獲取的能量少之又少，多數(shù)能量還是集中在物種的最底層，即綠色植物和食草動物之間。也就是說，即使大型食肉動物相繼滅絕，能量流動的過程是幾乎不受影響的。大型食肉動物在能量流動過程中可以被替代。
地球上的能量幾乎都來源于太陽（圖片來源：veer圖庫）
同時，生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)指的是組成生物體的C、H、O、N、P等元素，不斷進行著從無機環(huán)境到生物群落，再到無機環(huán)境的循環(huán)過程。例如碳元素主要以二氧化碳的形式憑借綠色植物的光合作用從無機環(huán)境進入生物群落，然后在生物體之間以食物鏈和食物網傳遞，最后又以生物的呼吸作用或分解者的分解作用從生物群落進入大氣。
如果大型食肉動物相繼滅絕，只是生物的呼吸作用會受到一定影響（比如草原生態(tài)系統(tǒng)上的獵豹滅絕，瞪羚的數(shù)量增加導致呼吸作用相應增大），對分解者的分解作用影響甚微，所以生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)也基本無影響，大型食肉動物在物質循環(huán)中可以被替代。
物質循環(huán)（圖片來源：全景網）
對生態(tài)系統(tǒng)信息傳遞影響甚微
最后，就信息傳遞而言，大型食肉動物滅絕后，生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞格局會改變，但總體并不會受到太大影響，因為捕食者沒有了，就沒辦法傳遞給食草動物其捕食者的物理信息和行為信息，食草動物的警覺就會下降，但是警覺下降并不會讓自身的生存受到威脅，所以大型食肉動物滅絕就算影響了生物之間的信息傳遞，但也不會讓生態(tài)系統(tǒng)崩潰。
對于可能擔心的草食動物等其他動物數(shù)量泛濫問題來說，捕食只是限制其數(shù)量的一個因素之一。限制動物種群數(shù)量增長的包括內源性和外源性因素，捕食只是外源性因素之一，外源性因素還包括疾病、寄生、自然災害、食物限制等，內源性因素包括領域行為、內分泌調節(jié)等，這些行為由于捕食者是突然消失短時內也不會改變，這些因素都會限制其他物種數(shù)量的增長。
死亡的鹿 （圖片來源：veer圖庫）綜上所述，從“崩潰”的角度來說，就算所有大型食肉動物都滅絕，生態(tài)系統(tǒng)也不會完全崩潰，菌類通過漫長的進化后也可以使生態(tài)再度恢復到一個我們現(xiàn)在完全不認識的模樣。即使動植物全部沒有了，細菌也能繼續(xù)維持地球生物圈的活躍，況且“大型食肉動物滅絕”并不會引起多少動物滅絕，作為食物的食草動物的數(shù)量也可以被病原體、寄生蟲和人控制。
參考文獻：
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出品：科普中國
作者：賈偉
監(jiān)制：中國科普博覽
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10月“夢天”起航，30年“天夢”成真
作者：冰結向日葵發(fā)布時間：2022-10-31浩瀚星河，“夢天”圓夢
在祖國的南海之濱，東方的巨龍再次迸發(fā)出怒吼。隨著烈焰劃過長空， “夢天”實驗艙也航向了它的目的地：“天宮”空間站。
作為“天宮”空間站的第二個實驗艙，“夢天”實驗艙和三個月前發(fā)射的“問天”實驗艙在結構上近似，都呈現(xiàn)了“大頭尖、下部圓”的特點，最大直徑均為4.2米，高度均為17.9米，質量均超過了23噸，從上往下也都是資源艙、氣閘艙和工作艙的布置。
“天宮”空間站三個主要艙段的結構（圖片來源：作者提供）
“夢天”：更大型的氣閘艙，更專業(yè)的實驗室
“夢天”的資源艙大體和“問天”實驗艙類似，其上也布置了大尺寸的柔性太陽翼和通信天線。而“夢天”和“問天”的最大區(qū)別就在于中間的氣閘艙。盡管“問天”氣閘艙的出艙艙門直徑大了“天和”核心艙的出艙艙門一圈，然而“夢天”貨物氣閘艙的出艙艙門面積比“問天”的還要大，能夠進出更大尺寸的載荷（表1）。
表1 “天宮”空間站氣閘艙基本情況
“問天”和“天和”的氣閘艙艙門便于航天員出入，但航天員只能攜帶較小尺寸的物品出入，不便于大量部署艙外載荷。而“夢天”的貨物氣閘艙不僅具有巨大的艙門，讓大尺寸、大質量的載荷的進出艙成為了可能，而且貨物氣閘艙內還具有一個自動轉移機構，可以自動將載荷轉移到艙外，再配合空間站的大小機械臂，無需航天員出艙即可完成載荷的部署，極大提升了效率。
不過，正如貨梯一般不用來運輸人員一樣，“夢天”的貨物氣閘艙一般也用于進出貨物，航天員進出艙仍然主要通過“問天”氣閘艙實施。即便“問天”的氣閘艙出現(xiàn)了無法工作的現(xiàn)象，航天員需要應急返回，也主要前往更近的“天和”氣閘艙避險。
“夢天”的氣閘艙不僅可以實現(xiàn)大質量貨物的進出，還自帶可展開的艙外暴露實驗平臺，它也將在“問天”暴露實驗平臺基礎上更進一步，再次拓展人們在太空開展暴露實驗的可能，能夠讓人們有更多的機會來研究外太空的輻射環(huán)境對材料、生物、設備等影響，進一步了解空間環(huán)境產生的各種效應。
“問天”和“夢天”的艙外暴露實驗平臺也有一定的區(qū)別（圖片來源：作者提供）
和“問天”實驗艙相比，“夢天”實驗艙的實驗功能得到了特化，它沒有位于“問天”實驗艙的3個睡眠區(qū)和1個衛(wèi)生區(qū)，因此多出來的空間可以部署更多的大型實驗機柜。這讓“夢天”實驗艙在軌開展實驗的能力更加強悍，也將進一步提升“天宮”空間站的整體科學產出。
空間站常態(tài)化運行：讓這一中國人的太空家園行穩(wěn)致遠
“夢天”實驗艙已然起航，它將在未來幾個小時內，和“天和”核心艙的前向對接口對接。而對接完畢的“夢天”實驗艙也將和“問天”實驗艙一樣，將在未來的一段時間內，在天地協(xié)同作用下實現(xiàn)轉位，最終部署在“天宮”空間站的第二個停泊口，讓“天宮”空間站的整體呈現(xiàn)“T字”的基本構型。此時，“天宮”空間站的總重量將達90噸（以空間站三艙+一載人飛船+一貨運飛船計），達到我國空間站的第一個建設里程碑。
“天宮”空間站的“T字”布局（圖片來源：作者提供）
即便是建成了“T字”的空間站，也并不是一成不變的。
“問天”和“夢天”實驗艙體積龐大，有阻擋“天和”核心艙太陽翼的可能。為了避免實驗艙艙段對“天和”太陽翼的阻擋，“問天”和“夢天”的太陽翼桁架頂端預留了“天和”太陽翼的掛點。未來，航天員將通過執(zhí)行兩次出艙任務，拆下“天和”核心艙的太陽翼，隨后安裝在實驗艙上。在太空中拆裝大尺寸、大質量的載荷，將是航天員們未來面臨的重要挑戰(zhàn)。
“天和”核心艙的太陽翼將安裝到兩個實驗艙上（圖片來源：作者提供）
不只是空間站艙外，來自空間站艙內的挑戰(zhàn)也同樣巨大?！皦籼臁睂嶒炁搸砹烁嗟目茖W實驗機柜，這些實驗機柜不僅數(shù)量繁多，種類也各不相同，航天員的工作量將變得十分繁重。因此，未來飛行乘組的組員也將增加載荷專家和工程師，他們將基于自身豐富的科學研究和工程技術經驗，更高效地使用空間站的各類實驗機柜，為我們進一步揭示太空環(huán)境給物理、化學、生物過程帶來的影響。
在“夢天”核心艙發(fā)射之后，“神舟十五號”載人飛船也將啟程，和“神舟十四號”的乘組在太空會師。屆時，太空中也將出現(xiàn)6名中國人的身影。而這也將宣告著空間站實現(xiàn)常態(tài)化運行。每6個月一次的乘組輪換，每8個月一次的貨物上行，都將源源不斷地助力著“天宮”空間站，讓這一中國人的太空家園行穩(wěn)致遠。
“天宮”空間站的建設也遠遠沒有結束。隨著“天和二號”核心艙的披露，空間站的擴建工程也將提上議事日程?！疤旌投枴钡暮诵呐摰臉嬓团c“天和”核心艙完全一致，也將具備停泊兩個實驗艙的能力，或許在幾年后，一個具有6個主要艙段，重逾180噸的完全體“天宮”空間站將在太空中馳騁，為全球的科研人員提供服務，拓展全人類的知識邊界。
自1992年起中國載人航天工程立項至今，已然過去了30年。進入而立之間的中國載人航天事業(yè)正值當時。從更長遠的未來回望今天，或許空間站也僅僅是個開始。從地球出發(fā)，我們也終將走向更遼闊而壯麗的星辰之中。
出品：科普中國
作者：冰結向日葵
監(jiān)制：中國科普博覽
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地球漏的這個洞，終于要被補上了？
作者：半懶不懶發(fā)布時間：2022-09-22保衛(wèi)臭氧層，現(xiàn)在進行時
提起“臭氧層空洞”，你是不是會想到南極？這個在南極上空的大氣臭氧層上意外發(fā)現(xiàn)的空洞，改變了人們的生活，并幫助確立了一項成功的全球環(huán)境政策。
“等等，南極臭氧層空洞難道不是上個世紀的遺留問題了么，我小學就聽老師講過了”“這么久不被提起，是不是已經修復了？”
其實不然，保護臭氧層，依然是進行時。
臭氧層到底在哪里
在地球誕生40億年后，隨著大氣中氧含量的增加，臭氧層慢慢建立。這平鋪在地表上不過2.5（2.45）mm厚的薄層，——大約是兩個半疊起來的硬幣，卻吸收了到達地球的90%以上的紫外線輻射（波長在180～280nm），同時它將吸收的紫外線轉化為熱能加熱大氣，才有了平流層（距離地表約10-50km）的存在。在平流層中，臭氧在陽光的作用下不斷重復著生成和破壞的化學反應。
臭氧濃度并不是垂直均勻分布的，它隨海拔高度而變化。臭氧濃度最大值（0.0015%）出現(xiàn)在海拔30到35公里之間。其水平分布也不均勻，在世界三極地區(qū)，即南極、北極和青藏高原由于氣候寒冷，臭氧層更加稀薄。
臭氧濃度垂直分布 圖片來源：NASA
臭氧層對我們有多重要？
臭氧層是地球生物進化的“保護傘”和“護航者”。臭氧層可以吸收大部分紫外線輻射，屏蔽所有能量最大的UVC輻射，大部分UVB輻射，以及約一半的UVA輻射。在臭氧層的庇護下，地球生命的基礎物質——脫氧核糖核酸(DNA)與核糖核酸(RNA)逃脫了紫外輻射的“魔爪”，生命得以向淺海和陸地發(fā)展。隨著生命多樣性的增加，才有了人類出現(xiàn)。
而臭氧層的損耗增加了到達地球表面的紫外線，特別是中段紫外線的數(shù)量，可能導致皮膚癌和眼睛損傷等一系列健康問題。不僅如此，UVB輻射還影響植物的生理和發(fā)育過程，使得浮游植物的產量直接減少，影響海洋生物的繁殖發(fā)育，從而對整個海洋食物鏈產生影響。同時，它影響陸地和水體的生物地球化學循環(huán)，我們生產生活中需要的建筑材料也會隨著UVB的增加而加速分解?？梢哉f，臭氧層的持續(xù)損耗造成的損失是難以估量的。
既然臭氧層遍布全球，人們是怎么發(fā)現(xiàn)南極出現(xiàn)一個大窟窿的呢？
南極上空的臭氧層空洞 圖片來源：NOAA 誰發(fā)現(xiàn)了臭氧層空洞
最初，制冷和空調系統(tǒng)使用的制冷劑是易燃有毒的。20世紀30年代初，小托馬斯 米基雷（Thomas Midgely Jr.）帶領團隊研發(fā)出了無毒、且不易燃的制冷劑替代品-氯氟烴（CFCs），便宜好用，深受歡迎。到20世紀70年代初，全球范圍內氯氟烴的年產量達到了近100萬噸，在化學工業(yè)中占了大約5億美元的份額。
1974年，科學家馬里奧 莫利納（Mario Molina）和舍伍德 羅蘭德（F. Sherwood Rowland）發(fā)表了一篇論文，指出CFCs雖然對人體無害，但可能破壞地球平流層的臭氧。這一發(fā)現(xiàn)遭到了產業(yè)界的攻擊，研究也受到了科學家的質疑。
1985年，英國南極調查局的三位大氣科學家喬 法曼（Joe Farman）、布萊恩 加德納（Brian Gardiner）和喬納森 尚克林（Jonathan Shanklin）在《自然》雜志發(fā)表論文，首次證實了臭氧洞的存在。
他們發(fā)現(xiàn)南極哈雷（Halley）站和法拉第（Faraday）站上空平流層臭氧水平出現(xiàn)了意料之外的大幅下降。他們的數(shù)據(jù)顯示，經過大約20年的穩(wěn)定后，臭氧水平在20世紀70年代末左右的南方春季月份開始下降。到1984年10月，哈雷站上空平流層的臭氧層只有前幾十年的三分之二厚，喬 法曼等人大膽地認為這與人類使用的CFCs有關，這種化合物由于無毒便宜經常用于氣霧劑罐和冰箱等冷卻設備。這一現(xiàn)象后來被稱為南極臭氧空洞。
1979-2012年觀測到的臭氧層空洞范圍變化 圖片來源：NASA
很快的，1986年，美國國家海洋和大氣管理局的研究員蘇珊 所羅門（Susan Solomon）帶領科學家們通過建立大氣模型，終于解釋了CFCs影響臭氧層的化學機制。
通過10年的不斷努力，科學家們最終確定CFCs的氯是造成南極臭氧損失的最主要原因，極地渦旋和極地平流層云冰粒的存在加速了這一過程，并且在北極也發(fā)生了同樣的化學反應。實際上不止是兩極，臭氧趨勢委員會于1988年發(fā)布的一個報告證實臭氧損耗全球都存在。至此，臭氧層空洞及背后的秘密終于被揭開，這一發(fā)現(xiàn)震驚了世界。因“對大氣化學的研究工作，特別是臭氧的形成與分解”，莫利納和羅蘭德獲得了1995年諾貝爾化學獎。
1995年獲得諾貝爾化學獎的三位科學家 圖片來源：https://ozone.unep.org/ozone-timeline
臭氧層空洞，是個洞么？其實不是
臭氧層空洞，聽起來就像是臭氧層漏了個洞？這個洞到底有多大呢，我們又是怎么判定的？
臭氧觀測的主要方式 圖片來源：NOAA
每天，科學家會通過站點儀器監(jiān)測臭氧的變化，還會通過氣球、飛機和衛(wèi)星探測不同高度上的臭氧含量。
科學家正準備放探測氣球 圖片來源：NOAA
臭氧空洞并不是指某個地區(qū)上空完全沒有臭氧，也并非是一直都存在，而是指在南半球的春天(8月-10月)開始時，發(fā)生在南極上空平流層的一個臭氧異常消耗的區(qū)域。南極臭氧層空洞最大的時候曾達到2950萬平方公里，相當于3個中國的面積。
臭氧層到底有沒有“洞“，其實是總臭氧柱說了算。
南極上空的臭氧層空洞 圖片來源：NASA
臭氧空洞的面積是根據(jù)總臭氧柱圖確定的，科學家以220多布森(DU)為單位來判定。
多布森(DU)是測量臭氧總量的單位，以英國物理學家和氣象學家戈登 多布森（Gordon Dobson）的名字命名。如果把所有的臭氧放在一個從地球表面一直延伸到太空的空氣柱中，把所有的臭氧放在標準溫度(0攝氏度)和標準氣壓(1013.25Pa，或一個大氣壓，用atm表示)下，它等于在標準大氣狀態(tài)下千分之一厘米臭氧層的厚度。300DU標態(tài)下表示單位面積上有3mm厚臭氧，而這正是地球上空臭氧的平均總量值。
之所以選擇220DU為判定標準，是因為在1979年以前的南極洲歷史觀測中，沒有發(fā)現(xiàn)臭氧總量低于220多布森單位。此外，從對南極洲上空的直接測量結果來看，臭氧水平低于220多DU是氯和溴化合物造成臭氧損失的結果。被220DU線包圍的區(qū)域計算出來的，就是被公布的臭氧空洞的面積。所以，臭氧層空洞根本不是一個洞，而是臭氧含量的低值區(qū)。
臭氧層修復行動
從1986年確定發(fā)現(xiàn)CFCs破壞了臭氧層到全球人類自發(fā)決定采取行動修復它，可以說是氣候行動主義歷史上最快速也是最成功的故事之一。
1987年《蒙特利爾議定書》落定 圖片來源：https://ozone.unep.org/ozone-timeline
1987年9月16日，美國和其他45個國家簽署了《蒙特利爾議定書》，議定書承諾各簽署國逐步淘汰損害臭氧層的鹵化化合物，包括氯氟烴、氟氯烴和含溴碳氫化合物，以降低大氣中的氯和溴水平，并減輕進一步的臭氧消耗。我國于1991年加入議定書。到今天，已有197個國家批準了這項條約。這是聯(lián)合國歷史上第一個被普遍通過的條約，這一天也在全球范圍內被標記為國際臭氧層保護日。
隨著科學家對臭氧消耗物的深入了解，2016年10月15日，盧旺達基加利通過了《基加利修正案》，將氫氟碳化物（HFCs）這一人工合成的強溫室氣體納入《蒙特利爾議定書》管控范圍，我國也于2021年成為該修正案第122個締約方。正是在全世界人們的共同努力下，超過98%的臭氧層消耗物被淘汰。
2016年，蘇珊 所羅門和她的同事發(fā)表在science上的研究提出，在《蒙特利爾議定書》生效近30年后，南極臭氧空洞終于出現(xiàn)了消失的跡象，南極洲上空的臭氧量已經開始增加。
自2000年以來，9月（臭氧層空洞最明顯的月份）檢測到了臭氧柱數(shù)量的增加，臭氧濃度垂直剖面的變化，以及臭氧空洞面積的減小。通過利用數(shù)值模式模擬地球變化，他們直接證實了《蒙特利爾議定書》的作用。觀測結果與模式預測相符，超過一半的空洞減少可以歸結為大氣中氯的減少。
美國國家航空航天局(NASA)聯(lián)合主席保羅 紐曼(Paul Newman)也表示:“如果不采取這些措施，到2065年，臭氧層的三分之二將被破壞?！盢OAA研究指出，如果今天大氣中氯氟烴的氯含量和本世紀初一樣高，那么在同樣的天氣條件下，2021年的臭氧空洞可能會擴大約400萬平方公里。
這張圖描繪了自1979年至今臭氧消耗高峰季節(jié)南極臭氧空洞的平均范圍，可以發(fā)現(xiàn)該范圍已經呈現(xiàn)下降趨勢。 圖片來源：NOAA
一切看起來都在向更好的未來前進。那么，南極臭氧層空洞到底什么時候才能完全修復呢？
聯(lián)合國一份報告認為，如果一切按計劃進行，到21世紀60年代，臭氧層空洞可能會被修復。在其他臭氧消耗不那么嚴重的地區(qū)，恢復正?？赡軙臁１睒O和北半球中緯度地區(qū)的臭氧水平可能會在本世紀30年代達到這個水平，而南半球中緯度地區(qū)的臭氧水平可能會在本世紀中葉達到上世紀80年代的水平。
故事仍未結束
需要指出的是，協(xié)議要求CFCs在20世紀90年代停止生產，這意味著即使在完全停止生產CFCs很長一段時間后，使用CFCs制冷的舊設備被處理或銷毀的過程中，CFCs排放仍將繼續(xù)向大氣中提供極具破壞性、壽命長的氣體。由于其壽命為50到100年，所以20世紀70年代和80年代產生的氯分子仍在大氣中存在。而到目前為止，我們依然可以在北極、在熱帶發(fā)現(xiàn)臭氧層空洞現(xiàn)象。但是不可否認的是，在大家的共同努力下，故事在慢慢往更積極樂觀的方向發(fā)展。
從太空中看到的地球大氣層 圖片來源：NASA
在今天，我們依然提起臭氧層空洞和臭氧層保護，是為了提醒大家，一個新的艱難挑戰(zhàn)正擺在我們面前——全球變暖。
雖然臭氧消耗和全球變暖是兩個不同的問題，但同一個大氣使得他們交織在一起——許多臭氧消耗化合物也是導致全球變暖的溫室氣體。部分研究認為，溫室氣體導致的變暖加劇改變了大氣中的行星環(huán)流，從而導致熱帶地區(qū)臭氧減少，北極和中緯度地區(qū)臭氧增加。
但正如卡羅門所說：“臭氧層保護給了我們希望，我們不應該害怕解決面臨的大型環(huán)境問題。”在30年前，我們就可以團結一心保護臭氧層，那么我們有理由相信，人類有能力，并且有希望，通過全球協(xié)作解決人類共同面臨的氣候環(huán)境問題。
我們始終需要科學的指引。因為“科學不會告訴我們該做什么，但會告訴我們這么做或那么做的結果。是否要為氣候變化采取行動不是靠科學家來說的，而是一種社會責任，是道德問題?！保R里奧 莫利納）
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作者單位：中國科學院大氣物理研究所
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現(xiàn)代的“夸父”衛(wèi)星如何逐日？
作者：王錚發(fā)布時間：2022-10-17向著太陽的方向前進！
2022年10月9日7時43分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心采用長征二號丁型運載火箭，成功將“夸父一號”發(fā)射升空，且衛(wèi)星順利進入預定軌道。
“夸父一號”發(fā)射景象 （圖片來源：新華社）
用了夸父這樣的名字，朋友們很容易就能想到一個咱們的神話故事——夸父逐日。
神話中的夸父
神話中的遠古時候，有一群力大無窮的巨人，他們的首領叫做“夸父”。有一年的天氣非常熱，火辣辣的太陽直射在大地上，烤死莊稼，曬焦樹木，河流干枯。酷熱讓人難以忍受，夸父族的人紛紛死去?？粗纯嗖豢暗淖迦耍涓笡Q心捉住太陽，讓大家的生活回歸正軌。
夸父追逐太陽，一路追趕到太陽落下的地方。跑了這么久又累又被太陽烤，他感到口渴想要喝水，喝干了黃河、渭河的水，但這兩條河的水還不夠他止渴，于是他又出發(fā)去喝北方的大湖水，但夸父還沒有到達大湖，就在半路渴死了。他死后，手中的手杖遺棄下來，化作了桃林，這片桃林終年茂盛，為往來的過客遮蔭，結出的鮮桃，為勤勞的人們解渴。
這段故事的原文是《山海經 海外北經》：“夸父與日逐走，入日?？视蔑嫞嬘诤游?，河渭不足，北飲大澤。未至，道渴而死。棄其杖，化為鄧林。”
人教版小學語文課文配圖的夸父逐日 （圖片來源：教材掃描）
神話小故事中定義了“夸父”是追逐太陽的人，反映了古代人民探索大自然的強烈愿望和頑強意志。那么，人類觀測、探索太陽的航天器，采用這個名字，是很有文化內涵的。
現(xiàn)實中的“夸父”——先進天基太陽天文臺（ASO-S）
本文的主題——夸父一號衛(wèi)星，筆者所在的單位正是牽頭單位。
這顆衛(wèi)星的科學名稱叫做先進天基太陽天文臺（Advanced Space-based Solar Observatory，簡稱ASO-S），早在2011年就已經由我國科學家自主提出，在中國科學院空間科學先導專項的支持下，ASO-S先后經歷了預先研究、背景型號研究和綜合論證，2017年底獲得中國科學院批復正式工程立項，并最終研制發(fā)射。我們耳熟能詳?shù)摹拔蚩铡薄ⅰ澳犹枴?、“慧眼”、“實踐十號”、“太極一號”、“懷柔一號”這些衛(wèi)星，都是該先導專項支持研發(fā)的。
“夸父”這個名字其實早就被用于中國的太陽觀測計劃——北京大學涂傳詒院士在2003年提出的“夸父計劃”（Kuafu Mission），可惜計劃最終未能實施?？涓赣媱澰浻媱澰诿?1年為周期的太陽活動峰值年份（2012-2014年）發(fā)射并探測太陽的活動，而ASO-S衛(wèi)星也有此意，瞄準的是咱們現(xiàn)在正在經歷的太陽活動第25周的峰年，并實現(xiàn)我國綜合性太陽衛(wèi)星探測零的突破。
突破的是什么呢？ASO-S是一顆科學衛(wèi)星，它的科學目標可以簡稱為“一磁兩暴”——“一磁”就是太陽磁場，太陽和地球一樣有磁場，甚至比地球的磁場更強，太陽上的日珥、黑子等等都與它的磁場有關；“兩暴”則是指太陽上兩類最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象，分別是太陽耀斑和日冕物質拋射，耀斑是太陽上耀眼的光斑，而“日冕物質拋射”指的是太陽爆發(fā)時把自己外層名為“日冕”的圈層中的物質大量噴出到太空當中。ASO-S對太陽的研究是多方面一體的，即觀測和研究太陽磁場、太陽耀斑和日冕物質拋射的起源及三者之間可能存在的因果關系。
171 （17.1nm）輻射成像下的太陽，能看到耀斑和日冕物質拋射 （圖片來源：美國太陽動力學天文臺SDO）
對于ASO-S的名字，在2022年7月，衛(wèi)星工程部門就向全國征名，共搜集到25000多份提名，其中三分之一都建議命名為“夸父”，最后選擇使用“夸父一號”作為衛(wèi)星的名稱。也許可以說，從前未能實施的夸父計劃，在這個新的太陽觀測系列衛(wèi)星身上，得到了新生。
這顆衛(wèi)星如何探測太陽呢？
我們知道了“夸父一號”衛(wèi)星正在幫助人類更好的認識太陽，通過的是對太陽磁場、太陽耀斑和日冕物質拋射這三者的觀測和研究，但是它只是一顆地球周圍的衛(wèi)星，要怎么探測太陽上的這些事物呢？
首先“夸父一號”衛(wèi)星采用的是高度720千米左右、周期約99分鐘的太陽同步晨昏軌道。所謂的太陽同步，是因為衛(wèi)星飛行時受到非均勻的地球引力，軌道平面會緩緩轉動，從宇宙中看，它一方面圍繞地球飛行且跟隨者地球繞太陽公轉，另一方面軌道平面也圍繞太陽轉動，保持這個面一直朝向太陽。
我們聽說過月亮永遠只有正面面向地球、永遠也看不見背面，衛(wèi)星的太陽同步軌道面也是如此，如同鏡面的正反面，只有一面一直朝向太陽。“夸父一號”衛(wèi)星采取的軌道平面更是沿著地球晨昏線的，這使得它幾乎一年到頭都可以曬到太陽——只有在每年的5月中旬到8月共約2.5個月的時間存在陰影，每天最長陰影時間18分鐘。因此，它幾乎一直可以觀測太陽。
那么它觀測什么呢？那就要說到它的載荷?！翱涓敢惶枴毙l(wèi)星搭載了全日面矢量磁像儀（磁象儀）、萊曼阿爾法太陽望遠鏡和太陽硬X射線成像儀。
磁場是一種看不見、摸不著的物質，但實際上經過“偏振”的太陽光，在沒有磁場的區(qū)域就得到兩個亮度相同的單色像，而在有磁場的區(qū)域就得到兩個亮度不同的像，磁場愈強，兩個像的亮度差愈大。因此，“夸父一號”衛(wèi)星的全日面矢量磁像儀由成像光學系統(tǒng)、偏振光學系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)三大功能塊組成，在常規(guī)觀測模式下，單磁場分量觀測由128 2幀圖像完成，一組矢量磁圖用時2分鐘，通過這種方式獲得太陽磁場的信息。
中科院國家天文臺懷柔太陽觀測基地觀測的一個區(qū)域的太陽矢量磁圖
白色和黑色代表磁場正負，藍色和紅色箭頭分別為正負極性處的橫向磁場
（圖片來源：先進天基太陽天文臺官網）
“萊曼阿爾法”(Ly )是一種輻射的波段，太陽萊曼阿爾法發(fā)射線是太陽紫外光譜中最強的一條發(fā)射線。早期研究表明，太陽耀斑發(fā)生期間，該譜線表現(xiàn)出明顯的輻射增強，后來科學家發(fā)現(xiàn)它能很好的表征太陽外層的色球層、日冕等的特征?！翱涓敢惶枴钡娜R曼阿爾法全日面成像儀在波段（121.6 4.5 nm）以4-40秒的時間間隔對太陽從日面中心到1.2個太陽半徑進行成像觀測，可以幫助我們揭開太陽的神秘面紗。
我們體檢的時候有時會用穿透力很強的“X光”拍照檢查身體的內側，“硬X射線”是能量較高的x光，波長在0.01nm～0.1nm之間（如果波長大于0.1nm就叫軟X射線了）。硬X射線也是太陽一種重要的輻射，太陽上的許多活動都可以用硬X射線更好地看到。因此，太陽硬X射線成像儀對太陽的拍照，也有助于研究太陽耀斑、日冕物質拋射等活動。
有了這三種儀器，“夸父一號”衛(wèi)星能夠從多個方面探測太陽爆發(fā)，有助于研究太陽活動的科學原理，更有助于預報空間天氣，為我國空間環(huán)境的安全提供保障。
頭頂?shù)男浅酱蠛Ｊ冀K是人類的向往，“夸父”逐日的故事告訴我們，在探索深空、探索自然的長路上，人類從未止步。
出品：科普中國
作者：王錚
監(jiān)制：中國科普博覽
編輯：孫晨宇
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給地球插上插頭？向巖石要熱量！
作者：肖易東發(fā)布時間：2022-09-19如果這部分干熱巖可以實現(xiàn)2%的開采率，那么將...
從太空觀察地球，我們會看到一顆蔚藍美麗的星球。由于海洋的藍色和森林的綠色都是冷色調，這樣的地球可能看上去會讓我們感到清朗涼爽。不過眼睛總是會騙人，實際情況或許出乎大家意料。地球其實是一個外冷內熱的小火球，內部蘊含著很高的熱量。雖然不能與太陽這種大火球相比，但據(jù)估計地球中心的溫度也達到了驚人的6000 。
地球內部結構 圖片來源：flickr/ Argonne’s Advanced Photon Source
有學者認為地球熱量來源主要有三個，一是地球內部放射性元素衰變產生的熱量，二是地球內部致密物質下沉到地心時重力勢能轉化成的熱量，三是地球形成時尚未散失的熱量。總而言之，這些都是地球自身產生的熱量。
這些能量能不能被人類利用起來？今天，就給大家介紹一種“未來能源”——干熱巖。
地下除了溫泉，巖石也很熱啊
雖然地心高溫，但是據(jù)資料顯示，地表年平均溫度只有15 左右。這是因為從地心到地表熱量逐漸散失，溫度越來越低，這也讓地層中出現(xiàn)了地溫梯度。在靠近地表的區(qū)域，平均地溫梯度是3 /100m，即每深入地下100 m，溫度就升高3 ；反過來，每向地表靠近100m，溫度降低3 。
發(fā)現(xiàn)這些來自地下的熱量后，人類就想加以利用，將其稱為地熱資源，并按照產出方式分為水熱型地熱資源和干熱型地熱資源。
水熱型地熱資源可以簡單理解為地下熱水。溫泉就屬于水熱型地熱資源，這是地下熱水冒出地表后的產物。還有一些地下熱水并不冒出地表，而是一直封存于地下。水熱型地熱資源的應用實例，除了泡溫泉之外，在國內比較著名的就是西藏羊八井地熱田了，1977年我國就在此建了一座地熱發(fā)電站，并取得了良好效益。
泡溫泉就是利用的水熱型地熱資源 圖片來源：wikipedia
相應的，干熱型地熱資源可以理解為雖然地下的巖層很熱，但沒有水或者只存在很少的水。一般是指埋藏于地殼3~10 km 深處、溫度高于180 （也有學者認為是150 或者200 ）的高溫巖體，因此干熱型地熱資源也被稱為干熱巖。
之所以強調3~10 km這個深度，倒不是說更深的就不熱了，而是因為更深的地方我們夠不著了。目前人類最深的鉆井記錄是蘇聯(lián)的科拉超深井，花了20年時間才達到12.2 km，而且耗資巨大。因此我們一般只關注那些地溫梯度比較高，即挖得不深就能很熱的地方，這里投入產出比比較高。中國的干熱巖資源主要集中在西藏羊八井地區(qū)、云南騰沖地區(qū)以及青海共和盆地等地。
中國干熱巖資源分布圖 圖片來源：參考文獻[13]
干熱巖的資源量是相當可觀的。據(jù)麻省理工學院保守估計，地殼中可開采的干熱巖儲量接近1.3 10^27 J，可供全球使用大約2.17億年。而中國大陸3~10 km 深度的干熱巖資源據(jù)統(tǒng)計約為2.52 10^25 J，大致相當于860萬億噸的標準煤。根據(jù)中國2021年的能源消費總量52.4億噸標準煤計算，如果這部分干熱巖可以實現(xiàn)2%的開采率，那么將能夠維持中國3282年的能源供給。
不過，干熱巖這種資源這么好，怎么還不開采利用呢？
能量誘人，開采不易
雖然干熱巖資源的前景非常誘人，但開采起來困難極大，直到上世紀70年代才有了較大的理論突破。1970年，美國洛斯阿拉莫斯實驗室提出了增強型地熱系統(tǒng)（Enhanced geothermal system， EGS）的概念，基本原理大概是這樣的：向地熱儲層中打兩個井，注入井和生產井。向注入井中注入冷水，等冷水流經地熱儲層被加熱后，再用生產井把熱水抽上來，然后就能用這熱水供暖或發(fā)電了，用完還可以將這些水導入地下循環(huán)利用。
EGS工程示意圖 圖片來源：作者自制
這個方案乍聽起來簡便劃算，等于說讓冷水去地熱儲層串門后，就能帶著熱量滿載而歸了，但實際存在很多工程技術上的難題。比如干熱巖資源所處的地層往往又熱又硬，鉆井難度大、成本高；又比如干熱巖儲層可能致密不透水，注入的冷水無法向鉆井周邊擴散吸熱，難以流到生產井被抽出。
盡管我們可以通過水力壓裂技術（注入高壓水破壞儲層結構，在其中形成裂隙網絡）來改善儲層的滲透率，但由于地下操作看不見摸不著，高壓水注下去后，難以保證裂隙就只按我們想要的方向發(fā)展，萬一它向遠離生產井的方向發(fā)展，那我們注入的水就收不上來了。
水力壓裂技術示意圖，向地下注入高壓水溶液，利用高壓使得巖層中產生裂隙，目前頁巖油采集也主要使用本技術 圖片來源：Wikipedia
1973年，美國開啟了Fenton Hill干熱巖試驗項目，首次進行了EGS的工程嘗試。雖然這個項目最終因鉆井設備缺陷以及工程成本巨大等原因失敗了，但也證實了EGS技術上的可行性，對干熱巖地熱開采起到了至關重要的推進作用。此后英國、法國、德國、澳大利亞以及日本等相繼開展了一系列的EGS 工程嘗試，其中由法、英、德三國于Soultz聯(lián)合開展的EGS系統(tǒng)是目前世界上較為成功的EGS示范項目，于2008年實現(xiàn)了干熱巖地熱發(fā)電。
在歐洲的EGS技術成功后，美國、韓國和中國等國家也加速了這方面研究。美國能源部于2015 年4 月開始實施了“給地球插上插頭”的干熱巖“地熱能前沿瞭望臺研究計劃”（FORGE），計劃在2050 年將EGS 發(fā)電的總裝機容量提高到10 萬兆瓦，相當于4個三峽大壩。
韓國于2016 年啟動了國內第一個EGS 項目嘗試—Pohang EGS，其最終目標是期望實現(xiàn)1 兆瓦（MWe ）的發(fā)電示范。但在該項目啟動后，2017年在項目所在地附近發(fā)生了一次5.5級地震，有研究認為可能是這個項目向地下注水時誘發(fā)了地震，因此這個項目被迫停止。
韓國2017年浦項地震一角，這是該國近年來最大的地震之一，被懷疑很可能與EGS有關。 圖片來源：wikipedia
中國科學家2017年5月在青海共和盆地東部的GR1 地熱井3705 米深處鉆獲了236 的高溫巖體，這是國內首次發(fā)現(xiàn)的埋藏最淺、溫度最高的干熱巖體；2022年1月，在共和盆地成功實現(xiàn)國內首次干熱巖試驗性發(fā)電并網，取得歷史性重大突破。
共和盆地干熱巖壓裂與定向鉆探現(xiàn)場 圖片來源：中國地質調查局
除了傳統(tǒng)的EGS方法外，還有學者另辟蹊徑。其中值得一提的就是我國學者創(chuàng)新提出的重力熱管技術，原理很巧妙：把一根導熱性極好的管道插入到干熱巖地層中，然后熱管就會自動把熱量傳導上來。不過由于距離很長，只用熱管的話可能采熱效率不佳，為此我們可以向管中注入氨水，氨水受熱后容易汽化，可以很方便地把熱量以蒸汽的形式帶上來，進一步提高了采熱率。
《中國科學報》2022年1月報道了中國地質調查局與中科院廣州能源研究所合作創(chuàng)新研制的國內最長的4200米重力熱管采熱試驗裝置。在雄安新區(qū)為期3個月的現(xiàn)場采熱試驗顯示，單井短時采熱功率可達1.3兆瓦，平均采熱功率800千瓦，長期穩(wěn)定運行可支撐供暖面積超2萬平方米。這一技術突破也是我國科技工作者對世界地熱資源開采事業(yè)的一大貢獻。
重力熱管技術示意圖 圖片來源：作者自制
干熱巖開采的隱患，怎么解決？
有人擔憂干熱巖開采可能引發(fā)的問題。一是誘發(fā)地震，如前文提到的韓國地震。不過，事實上這里的地震問題主要是水力壓裂導致的，其他使用水力壓裂技術的工作比如頁巖氣開采等也可能引發(fā)類似的問題。而已有研究指出水力壓裂對3級以上地震活動影響有限，同時水力壓裂誘發(fā)的微地震可能有助于釋放累積的地應力或能量，降低大震風險。此外還有學者認為水力壓裂導致的地震是可以控制的。
二是影響地球壽命。地熱資源是地球自身熱量的一部分，我們自作主張拿走了地熱資源，有人擔心會是殺雞取卵。應該說地球內部的龐大熱量確實是地球還“活著”的象征，它是地球上多種地質活動比如火山和地震的動力來源，等哪一天它消耗用盡后，地球就可能會冷卻成月球那樣，變成沒有生機與活力的荒原。但大家對此其實不用太擔心，因為人類獲取的這一點熱量相對于整個地球而言實在是九牛一毛。而且即便人類不拿走，地球也要通過火山或地震來釋放自己的旺盛精力。
三是耗水量大，且影響生態(tài)環(huán)境。在EGS 儲層改造過程中，通常需要耗費數(shù)萬立方米的水資源，如前文提到的Soultz項目壓裂液用量就超過10萬立方米。而我國干熱巖資源主要分布在青海、西藏等水資源缺乏及生態(tài)脆弱的干旱地區(qū)，水力壓裂帶來的水資源浪費和生態(tài)破壞等問題不能忽視。對此有學者提出了用超臨界CO2充當壓裂液的方法，一來節(jié)約水資源，二來助力碳中和。目前是研究熱點，希望可以早日大規(guī)模應用于實踐。
結語
總的來說，雖然很多國家都制定了開采干熱巖資源的宏偉計劃，但各國普遍還處于小規(guī)模的試驗探索階段。中國地質科學院研究員王貴玲直言：“（干熱巖開采技術）50年的時間沒有特別明顯的進展”。而中國因為起步較晚，技術積累方面相對更加薄弱。
但毋庸置疑的是，干熱巖是極富潛力的未來能源，儲量巨大，且綠色無污染，一旦在開采技術上實現(xiàn)了重大突破，就能很好地造福人類社會。
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作者：肖易東 中國科學院地質與地球物理研究所
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六問讀懂“人工增雨”：為啥不是“...
作者：劉丹?張娟 張格苗發(fā)布時間：2022-09-13一起來盤一盤人工增雨這件事兒
7月以來，我國南方多地遭遇持續(xù)性高溫少雨天氣，部分地區(qū)出現(xiàn)干旱甚至特旱。連日來，全國多地氣象部門抓住有利天氣時機，積極開展人工增雨作業(yè)。
（圖片來源：國家氣候中心）
有網友問：“高溫這么長時間，為何不能一直增雨降溫？”“人工增雨播撒催化劑對環(huán)境有沒有影響？”今天，我們以6個小問題引入，一起來盤一盤人工增雨這件事兒。
一問：什么是人工增雨？為啥不是“人工降雨”？
在了解人工增雨之前，我們首先需要知道——雨從何處來？
雨，是從云中降落的水滴，陸地和海洋表面的水蒸發(fā)成水蒸氣，水蒸氣上升到一定高度后遇冷變成小水滴，這些小水滴便組成了云，它們在云里互相碰撞合并成大水滴，當它大到空氣托不住的時候就從云中落下來，形成了雨。
因此，要形成降雨，必須滿足三個條件，云中水汽充沛、上升氣流運動以及足夠多的凝結核或冰核。
（圖片來源：中國氣象報社）
人工影響天氣（人工增雨是其中一種）是指為避免或減輕氣象災害，合理利用氣候資源，在適當天氣條件下，通過科技手段對局部大氣的物理、化學過程進行人工影響，實現(xiàn)增雨（雪）、防雹、消雨、消霧、防霜等目的的活動。
（圖片來源：中國氣象報社）
人工增雨不等于人工降雨，催化劑的作用就像是“鹵水點豆腐”，但前提是有“鹵水”才能點出豆腐來，也就是天氣已經滿足了降雨的基本條件（水汽充沛、上升氣流運動），人工增雨才能發(fā)揮作用。
二問：人工增雨怎么“增”？
自古以來，人們就幻想能夠控制天氣。中國清代的《廣陽雜記》就載有：“夏五、六月間，常有暴風起，黃云自山來，必有冰雹，土人見黃云起，則鳴金鼓，以槍炮向之施放，即散去?！币馑际窍奶欤Ｓ斜╋L雨，古人見黃色的云氣滾滾而來時就鳴鼓并用土炮向天空射去，使黃色的云氣散開以此達到防雹的效果。這是中國古代用土炮防雹的生動描述。
可以看到，我國勞動人民很早以前就有了想人為干預天氣的想法和實踐，但是由于當時科學技術的落后，這些實踐以失敗告終。
現(xiàn)在，我們人工增雨的方式主要是通過向云中撒播催化劑來增加凝結核，比如鹽粉、干冰或碘化銀等，也可利用聲波、飛秒激光、帶電粒子等手段，來促進水氣凝結、云滴碰并增長等云雨轉化過程，形成降水落到地面。
為應對高溫干旱天氣，湖北宜昌市氣象部門搶抓有利時機，開展人工增雨作業(yè)
（文/圖來源：唐巧珍、冷鵬飛、王罡）
三問：“催化劑”如何送往云端？
如何將催化劑送到云中？這就要看人工影響天氣作業(yè)中的那些“爆款”裝備了！增雨作業(yè)方式上，常規(guī)的是通過飛機、高炮、火箭、地面燃燒爐等向云中播撒催化劑。
用地面燃燒爐：一般而言，地面燃燒爐主要用于交通不便的山區(qū)或是較難申請作業(yè)空域的地區(qū)，作業(yè)人員通過燃燒含催化劑的焰條，將人工冰核送入云中。
地面燃燒爐裝置
用飛機：飛機作業(yè)可以根據(jù)不同的云層條件和需要，攜帶催化劑及其播撒裝置或掛載飛機焰彈發(fā)射系統(tǒng)等，在合適的云層位置進行增雨作業(yè)。此外，飛機上還可以裝載探測儀器進行云微結構的觀測和催化前后云宏、微觀狀態(tài)變化的追蹤監(jiān)測。飛機作業(yè)機動性強， 催化作業(yè)面積大，增雨效果好。
正在作業(yè)中的人影（人工影響天氣）飛機
用高炮/火箭：高炮和火箭相對于飛機機動性較差，適合于在固定目標區(qū)（如為水庫增水）作業(yè)，特別是對飛機飛行安全有威脅的對流云進行催化作業(yè)。
人影高炮
一般情況下，當催化劑成功送達15分鐘至20分鐘后，降雨的效果便很顯而易見了。
在我國，實施人工影響天氣活動，必須嚴格遵守相關法律、法規(guī)及規(guī)范，遵守嚴格的人工影響天氣作業(yè)標準。人工增雨用飛機、火箭和高炮等在增雨作業(yè)前，必須先申請作業(yè)空域，并嚴格在批準的空域時間內發(fā)射人工增雨專用火箭彈、炮彈，以確保作業(yè)安全。
（圖片來源：中國氣象報社）
四問：人工增雨要看“云”施策？
說到這個問題，就要提到一個概念，原來高空的云居然還有“冷暖”之分。由于冷云（云內溫度在0 以下）和暖云（云內溫度在0 以上）的降水機制不同，對不同“冷暖”的云進行人工增雨，使用的催化劑也是不同的。
對冷云的人工增雨，傳統(tǒng)方式通常是播撒碘化銀、干冰等成冰劑或制冷劑，增加云中冰晶濃度，以彌補云中冰核的不足，達到降雨或增加雨強的目的。
（圖片來源：中國氣象局氣象宣傳與科普中心）
對暖云的人工增雨，則通常是向云中播撒鹽粉等吸濕劑，使云中迅速形成一批大云滴，它們能通過碰并過程迅速長大成雨滴，“過度肥胖”的它們“體重”暴增，上升氣流給的支撐終于抵不住重力的作用，只好掉了下來，形成了降雨。
（圖片來源：中國氣象局氣象宣傳與科普中心）
五問：高溫天，為何不能一直增雨降溫？
愿望是美好的，但是，人工增雨可不是想增就增的！
首先，有云才有雨，但不是所有的云都有降水潛力。人工增雨的云需要滿足三個條件，云層厚度要大于2公里；云中要水汽充沛；有上升氣流區(qū)。一般來說，晴天的積云和層積云不易產生降水，而積雨云（冰水共存的混合云）則比較有利于云滴增長為雨滴。
因此，前段時間持續(xù)高溫，重慶等多地連日“晴空萬里，沒有一絲云彩”，自然是不滿足人工增雨條件的。
8月25日，中國氣象局人工影響天氣中心聯(lián)合四川省氣象局，調用兩架大型無人機組織實施人工增雨作業(yè)，作業(yè)面積達6000平方公里
（圖片來源：央視新聞）
六問：人工增雨作業(yè)會污染大氣嗎？是否會帶來氣候連鎖反應？
其實，人工影響天氣作業(yè)采用的催化劑主要是干冰（固體二氧化碳）、液氮、碘化銀等，這些催化劑具有很高的成冰能力，每次作業(yè)只需要少量。
以常用的冷云催化劑來說，干冰、液氮汽化后成為二氧化碳和氮氣——都是空氣的主要組成部分，因此它們都是“生態(tài)安全催化劑”，當然不會污染環(huán)境。
另外，長期監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，飛機人工影響天氣作業(yè)和火箭人工影響天氣作業(yè)等使用的碘化銀用量非常小，作業(yè)區(qū)域水體和土壤中積累的銀離子濃度遠低于世界衛(wèi)生組織規(guī)定的濃度。
所以，正確使用人工影響天氣催化劑不會造成環(huán)境污染。
那么，人工干預是否會帶來氣候連鎖反應？
其實，地球水循環(huán)系統(tǒng)是周而復始的。而空中云水資源主要分布在對流層大氣中。
地球水文循環(huán)示意圖。
?。▓D片來源：世界氣象組織）
按照空中云水資源形成的條件和過程來看，它是一種可再生資源，且人工影響天氣作業(yè)常常是幾十公里的中小尺度，不會影響到整個氣候系統(tǒng)。
專家顧問：中國氣象局人工影響天氣中心二級研究員 姚展予
圖片來源：除已標明外，其它圖片由孫楠、李根攝影，青海氣象局提供
審核：段昊書 葉海英
出品：科普中國
作者：劉丹 張娟 張格苗（中國氣象報社）
監(jiān)制：中國科普博覽
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發(fā)炎發(fā)炎，扁桃體到底能不能割掉？
作者：EVEE發(fā)布時間：2022-09-07扁桃體它，除了經常發(fā)炎還能干嘛？？
咕嘟。啊，好疼！
扁桃體發(fā)炎起來真是要命，咽個口水都這么疼。這樣的場景相信不少朋友在日常生活中都遇到過，有些人甚至還生起過把扁桃體割掉的想法。
扁桃體發(fā)炎真難受 圖片來源：everydayhealth.com
那么，問題就來了，經常發(fā)炎的扁桃體有什么作用？把扁桃體割了對身體有影響嗎？
兒時的免疫屏障，長大后已不再那么重要
想要回答這些問題，咱們就要先了解一下，什么是扁桃體。
在人們消化道和呼吸道的交匯處，通俗點說就是舌根附近的位置，有著好幾團淋巴組織團塊，就像此起彼伏的粉紅色山包，這就是我們常說的扁桃體。
大家平時照鏡子容易觀察到的其實是腭扁桃體(palatine tonsil)，腭扁桃體有一對，它們對稱分布在咽部的兩側，這也是大家通常所說的“扁桃體”。除此之外，咱們還有咽扁桃體（pharyngeal tonsils）、舌扁桃體(lingual tonsils)和咽鼓管扁桃體(tubal tonsils)，咽扁桃體靠近鼻子和耳朵，舌扁桃體則位于舌根處，它們和腭扁桃體以及其他一些淋巴組織一起構成了咽淋巴環(huán)。
咽淋巴環(huán) 圖片來源：uptodate.com
看到這，大家也猜到了扁桃體的作用，作為淋巴組織，扁桃體發(fā)揮著重要的免疫作用。長期以來，人們都認為扁桃體是抵御病原體進入人體的第一道免疫防線。咽淋巴環(huán)就像一個安檢門，無論是我們呼吸的空氣，還是吃進的食物，都要經過這道安檢門，通過免疫細胞的檢查，才會進入人體。
在我們還小的時候，這樣一道防線和屏障十分重要，因為這時我們身體的免疫系統(tǒng)還沒有完全建立，在不斷成長接觸這個陌生世界的過程中，扁桃體就是守護我們長大的免疫衛(wèi)士。但隨著咱們身體免疫系統(tǒng)功能的完善，扁桃體起到的免疫作用就變得不再起眼，對于成年人來說，扁桃體并不是不可或缺的。
事實上，扁桃體自己可能也“意識”到了這一點，在我們最需要它們的時候，扁桃體的淋巴結會增生讓扁桃體更發(fā)達以更好地行使免疫功能。在正常情況下，扁桃體發(fā)達的程度一般不足以引起扁桃體過度肥大，并且隨著我們年齡的增大，扁桃體的作用變得不再重要后，扁桃體就會開始萎縮變小。
當然，凡事都有例外，在一些時候，這些“免疫衛(wèi)士”也會讓我們感到困擾，以至于生出想要徹底“擺脫”它們的念頭。
啊，扁桃體又發(fā)炎了，好想割掉
雖然在我們成年以后，扁桃體的用處已然不大，但它們還是會經常出來刷一刷存在感，時不時發(fā)個炎讓大家記住自己的存在。
大家一起來唱一句：啊~扁桃體發(fā)炎是會呼吸的痛~
健康的扁桃體和發(fā)炎的扁桃體 圖片來源：rh.gatech.edu
其實，扁桃體他也不是故意的，前面咱們也提到了，扁桃體“地貌復雜”，這樣的構造確實有好處。大家可以類比小腸，“千溝萬壑”可以增大小腸的內表面積，以此來增加對養(yǎng)分的吸收效率。對于扁桃體而言，也是如此，復雜的結構可以部署更多的免疫細胞，提高排查病原體的效率。但與此同時，這些丘壑也容易藏污納垢，造成不良影響。舉個例子，遺留的食物殘渣就可能讓細菌滋生，形成扁桃體結石。扁桃體結石的味道別提有多么“酸爽”！
扁桃體結石 圖片來源：livescience.com
如果再嚴重一些，當我們因為過度疲勞等原因，身體免疫力下降時，藏污納垢的扁桃體還會因為細菌感染等原因導致發(fā)炎，讓大家飽受煎熬。
這時候，切除扁桃體就成為了一些人的無奈之舉，畢竟用處不大，就像雞肋一樣，不如割了一了百了。在網上搜索相關內容，我們就會發(fā)現(xiàn)一些成年人，甚至是小孩，因為苦于頻繁發(fā)作的扁桃體發(fā)炎，選擇了一勞永逸的做法。
但總的來說，扁桃體能不切還是不要隨便切，對于兒童來說，扁桃體是一道重要的免疫屏障；對于成人來說，扁桃體雖然對于病原體的“武力值”很低，但是還是能起到一定的預警作用，讓免疫系統(tǒng)知道有病原體入侵了。
那么，什么時候才應該考慮扁桃體的切除呢？
一個主要的考慮指標就是每年扁桃體發(fā)炎的次數(shù)。在一年內頻繁發(fā)作超過7次以上的，或者連續(xù)三年，每年都要發(fā)炎個3-4次以上的朋友們就要去問問醫(yī)生，需不需要割掉扁桃體了。
另一個重要的指標則是扁桃體是不是過度肥大，以至于影響到正常的呼吸、睡眠和飲食。大家可能不能腦補這個場景，其實，扁桃體肥大起來，也是十分恐怖的。大家看看下面這位扁桃體肥大的患者，這么大的扁桃體，基本上把咽部都堵住了，這該有多影響生活啊。
扁桃體過度肥大 圖片來源：參考文獻
但說歸說，大家自己有一個基本的判斷后，還是應該到醫(yī)院去看看，畢竟每個人的情況都不一樣，謹遵醫(yī)囑才是最靠譜的選項。
“殘余器官”也很重要
不過，大家有沒有思考過這樣一個問題：扁桃體真的是人類演化過程中的“殘余器官”嗎？
其實不僅是扁桃體切除術，當前有許多手術都涉及切除一些身體“多余”的部位，比如闌尾、膽囊，甚至子宮(在生育年齡以后)。我們有著許多正當?shù)睦碛扇ミM行這些切除手術，并且許多患者在切除這些器官后，依舊可以過得很好。
但我們也聽過這樣一句話：存在很多時候就意味著合理，這些過去在人們眼中看似多余的器官，其實并非毫無用處。
前面我們已經提到，扁桃體在我們兒時具有很重要的免疫作用，最近的一項研究表明，扁桃體的影響或許不僅限于此。科學家們對一百二十萬名切除或保留了扁桃體的丹麥兒童進行了10-30年的隨訪調查，發(fā)現(xiàn)5%在9歲之前切除了扁桃體的兒童患呼吸道疾病的概率是一般人的2-3倍，同時，這些沒有扁桃體的孩子們也更容易過敏和患上哮喘等疾病。或許扁桃體在我們小時候發(fā)揮免疫作用以外，對免疫系統(tǒng)還有持久性的影響。
闌尾和扁桃體類似，也有著人們意想不到的作用。2007年的一項研究指出，當腸道菌群失調時，闌尾作為益生菌的安全屋，可以對腸道的菌群進行補充。四年后的另外一項研究支持了這一說法，切除了闌尾的患者感染梭狀芽胞桿菌的概率是普通人的兩倍多，因為腸道缺乏有益菌來對抗有害細菌的快速繁殖。
看來，割或不割，才不是挨一刀那么簡單??！
參考文獻：
[1] Bollinger, R. R., Barbas, A. S., Bush, E. L., Lin, S. S., & Parker, W. (2007). Biofilms in the large bowel suggest an apparent function of the human vermiform appendix. Journal of theoretical biology, 249(4), 826-831.
[2] Byars, S. G., Stearns, S. C., & Boomsma, J. J. (2018). Association of long-term risk of respiratory, allergic, and infectious diseases with removal of adenoids and tonsils in childhood. JAMA Otolaryngology–Head & Neck Surgery, 144(7), 594-603.
[3] Im, G. Y., Modayil, R. J., Lin, C. T., Geier, S. J., Katz, D. S., Feuerman, M., & Grendell, J. H. (2011). The appendix may protect against Clostridium difficile recurrence. Clinical gastroenterology and hepatology, 9(12), 1072-1077.
[4] Lemyze, M., & Raphael, F. (2010). Enlarged tonsils and fatigue. American Family Physician, 82(6), 669.
作者單位：北京大學生命科學學院
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北極沒有企鵝嗎?其實曾經是有的
作者：EVEE發(fā)布時間：2022-08-11北極熊吃沒吃過企鵝，這是一個問題
為什么北極熊不吃企鵝？這個腦筋急轉彎大家肯定不陌生，答案也不復雜，北極沒有企鵝，同樣的，南極也沒有北極熊。
北極熊和企鵝 圖片來源：pbs.org
這個答案總得來說并沒有什么問題，但大家可能不知道，南極的企鵝曾隨著冒險者到訪過北極。不僅如此，在100多年前，北極還存在著一種和企鵝長得很像的海鳥，也被人們稱作“北極的企鵝”。
隨著海王星號來到北極的旅客
在上個世紀30年代，一位叫做拉爾斯 克里斯滕森的探險家來到南極洲，在這里，他見到了世界上最大的企鵝—帝企鵝。值得一提的是，這位老哥不僅具有冒險精神，還精通炒作，很有經濟頭腦。在看到這些在冰上一腳深一腳淺踱步的企鵝之后，克里斯滕森馬上意識到，賺錢的機會來了。
海王星號 圖片來源：discover.hubpages.com
在返航的時候，他在海王星號里藏了9只帝企鵝，將它們帶到了挪威北部寒冷的羅弗敦群島。至于為什么選擇羅弗敦群島，原因也很簡單，北極熊、北極狐等掠食者無法到達這些島嶼，在上面飼養(yǎng)企鵝總體上比較安全。不得不說，這些帝企鵝在這里度過了一段還算安逸的時光，人們在島上制作了圍欄，在企鵝筑巢期間，當局還發(fā)布了通告，不允許人們上島。
當局禁止人們上島的通告 圖片來源：nrk.no
事實上，克里斯滕森確實獲得了成功，由于媒體的廣泛報道，這些“南極來客”受到了人們的廣泛關注，給他帶來了不菲的收入。
嘗到甜頭的克里斯滕森決定再做一筆更大的買賣，在1938年，也就是初次引進企鵝的兩年后，他再次從南半球引進了60只企鵝。為了保持人們對企鵝的新鮮感，這次他選擇了另外兩種企鵝，馬可羅尼企鵝和巴布亞企鵝。
當?shù)孛襟w對于引進帝企鵝的報道 圖片來源：nrk.no
這些企鵝最初時還是被圈養(yǎng)在圍欄中，但是隨著人們對企鵝熱情的消退，克里斯滕森覺得自己無利可圖，企鵝們吃的比讓自己掙的還多，這讓他坐不住了。
養(yǎng)不起還能咋樣，都放了唄，這些從南方遠道而來的旅客們自由了。盡管挪威的氣候和它們家鄉(xiāng)的一樣寒冷，但這些不會飛的海鳥卻在被放歸野外后遭遇了悲慘的命運。
一個小男孩在飼養(yǎng)企鵝 圖片來源：nrk.no
南極和北極雖然都是冰天雪地，但截然不同的地理環(huán)境決定了它們擁有完全不同的生態(tài)系統(tǒng)，南極洲是被海洋包圍的陸地，相反，北極則是被陸地包圍的海洋。在南極洲，企鵝只要不下水，幾乎就沒有任何天敵，只有在水下，它們才可能被海豹和虎鯨獵殺。
事實上，在南極洲之外的其他企鵝的分布區(qū)，陸地上同樣沒有強大的捕食者。習慣了安逸環(huán)境的企鵝突然來到北極，當然就是羊入虎口了，至少，北極熊們不會對這些行動緩慢的美味們視而不見。
南極和北極 圖片來源：NASA
根據(jù)報道，在1954年，人們最后一次目擊了這批被放生的企鵝，企鵝短暫的北極之旅就此落下帷幕，就像110年前，最后一只大海雀的消失一樣，令人嘆息。
北極“企鵝”的消亡18世紀，在蘇格蘭海岸附近的一個小島，玄武巖組成的峭壁在陽光下閃閃發(fā)光，冰冷的海水不住地拍擊著。在海浪里漂浮著一種黑白相間的大鳥，它們正在等待合適的時機登陸，盡管它們長著翅膀，但卻不能依靠翅膀飛翔，這些大鳥被稱為大海雀。倘若它們到今天還沒有滅絕，肯定會有人把它們當做北極的“企鵝”。
蘇格蘭的Stac an Armin，大海雀曾經的棲息地 圖片來源：zmescience.com
最后一只大海雀于1844年被三名漁民殺死，它的尸體被漁民們賣給了博物館，對于一種不會飛翔，被人類大肆獵殺而走向滅絕的海鳥而言，這似乎是一個悲慘但又恰如其分的結局。
在大約500萬年前，大海雀就已經在北極的“土地”上漫游，這遠早于古代人類出現(xiàn)的時間。大海雀的身高大約為75-80厘米，體重可以達到5千克，背部為黑色，腹部則是白色，它們的外表和行為和企鵝十分相似，但二者之間并不存在親緣關系。
大海雀的標本 圖片來源：zmescience.com
由于大海雀滅絕的時間過早，現(xiàn)代科學家們從未在野外真正觀察過大海雀的行為和生活，不過基于對其親戚刀嘴海雀的研究，科學家們對這種不會飛的海鳥的行為也有了一定的了解。大海雀的天敵可能是逆戟鯨、北極熊或者白尾鷹，但這些天敵幾乎沒有一個會到大海雀生活的島嶼上。
當然，這也不是絕對的，16 世紀到 19 世紀的小冰河時代。冰川活動劇烈，擴張的冰川使得北極熊更容易接近大海雀，這讓大海雀的種群數(shù)量出現(xiàn)了一定的下降，但大海雀的適應力讓它們挺了過來，直到人類進入了它們的領地，才宣告了這一物種的悲慘命運。
島嶼上遍布的大海雀 圖片來源：zmescience.com
考古和歷史記錄表明，人類狩獵大海雀的歷史十分悠久。在史前時期，北美的貝奧圖克人、格陵蘭的因紐特人，甚至是尼安德特人都獵殺過大海雀；公元16世紀，歐洲的海員們在紐芬蘭的漁場開始了對大海雀的密集狩獵；在18世紀末期，大海雀羽毛的貿易使得狩獵行為進一步加劇，而大海雀的稀缺進一步激發(fā)了私人和博物館的收藏欲望。
終于，大海雀迎來了滅絕。
毫無疑問，人類的狩獵是大海雀滅絕的重要原因，但也有人認為大海雀的數(shù)量可能由于環(huán)境變化而開始下降。不過，最近的一項關于大海雀的研究表明，即便不存在環(huán)境變化的影響，人類的狩獵已經足以讓這種大鳥走向滅亡。
無需甩鍋，人類就是兇手
在2019年一項發(fā)表在期刊《eLife》上的研究中，科學家們通過整合遺傳數(shù)據(jù)和洋流數(shù)據(jù)，以及歷史上對于大海雀的狩獵記錄，研究了人類狩獵對于大海雀滅絕的影響。具體而言，研究人員在大海雀分布范圍內收集了它們的遺骸，從中提取出DNA對線粒體基因組進行測序，推測了這一物種的歷史種群動態(tài)，并在其曾經的分布區(qū)內投放配備有GPS的漂流倉，以推測大海雀的潛在遷移路線。
推測的大海雀可能的遷移路線 圖片來源：參考文獻
倘若環(huán)境變化會對大海雀的生存產生很大的影響，那么其遺傳信息中就會有所體現(xiàn)。事實上，科學家們發(fā)現(xiàn)大海雀在更新世時(距今4萬多年前)經歷過種群的減少，但隨后大海雀的種群恢復了過來，在此之后其有效種群大小就沒有經歷過明顯的下降，這意味著環(huán)境對其滅絕的影響微乎其微。
進一步，科學家們估計了狩獵對于大海雀滅絕的可能影響。結果表明，只要每年狩獵21萬只大海雀和撿走不到2萬6千個大海雀的卵就可以導致大海雀在350年里徹底消失。而人類對于大海雀的狩獵強度可能遠遠超過21萬只每年。根據(jù)史料記載，在芬克島海岸附近的一次捕獵活動中，有1000只大海雀在半個小時內被兩艘漁船捕獲并殺死。
長期以來，人類和環(huán)境變化在導致物種滅絕中的作用一直存在爭議，但毫無疑問，人類對于大海雀的滅絕有著不可推卸的責任，甩鍋給環(huán)境顯然是一種極不負責的行為。
一位叫做亞倫 托馬斯的英國皇家海軍水兵曾寫下這樣的句子：
“如果你為了它們的羽毛而來，你不必去費心殺死它們，只需要將那根最好的羽毛摘下來，然后讓這些可憐的‘企鵝’們隨波逐流。”
鳥兒長著羽毛，有什么錯嗎？
參考資料：
[1] The Last Arctic King Penguin. https://discover.hubpages.com/politics/The-Last-Arctic-King-Penguin
[2] March of the penguins. https://dolly.jorgensenweb.net/nordicnature/?p=349
[3] Se, pingviner p R st. https://www.nrk.no/nordland/slik-endte-pingvinene-sin-skjebne-1.7341925
[4] Why are there no penguins in the Arctic really just because of polar bears? -Arctic, Penguin – Fast Technology (Media of Drive House) – Technology changes the future. https://gamingsym.in/why-are-there-no-penguins-in-the-arctic-really-just-because-of-polar-bears-arctic-penguin-fast-technology-media-of-drive-house-technology-changes-the-future-2/
[5] The uneasy story of how the Great Auk went extinct. https://www.zmescience.com/other/pieces/great-auk-extinct-tragic/
[6] Thomas, J. E., Carvalho, G. R., Haile, J., Rawlence, N. J., Martin, M. D., Ho, S. Y., ... & Knapp, M. (2019). Demographic reconstruction from ancient DNA supports rapid extinction of the great auk. Elife, 8, e47509.
作者單位：北京大學生命科學學院 -
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激光雷達，揭開土地上的“神秘面紗”
作者：海里的咸魚發(fā)布時間：2022-07-12亞馬遜河流域森林中，古代城市遺跡的面貌，是...
人類在地球上渺小而又頑強地繁衍著，在這廣袤的大地上，我們的祖先是如何生活的呢？他們種植糧食、搭建房屋、組成部落、建立城市，留下了存在過的痕跡。通過對古跡的勘探，我們能夠推測古人的生活方式、社會文化以及技術發(fā)展水平。不過，歷經千百年的時光，尋找古人留下的遺跡可不是一件容易的事情。
因為滄海桑田，原本的建筑可能已經被深埋在地底下，不論是廣袤的植被還是茂密的森林，它們都能輕易阻擋我們對地下世界的探索。不過，激光雷達技術的出現(xiàn)卻能幫助我們揭開土地上的“面紗”，讓我們看見大地最原始的“面貌”。
激光雷達，勘探遺跡的利器
20世紀初，英國探險家珀西 福斯特（Percy Fawceet）多次深入亞馬遜地區(qū)，尋找曾經存在于那片土地上的古文明，卻在尋找遺跡的行動中，永遠迷失在亞馬遜的密林中。于是，亞馬遜地區(qū)的歷史遺跡就同那一支探險隊一起從人們的視野中消失了。
不過，最近《自然》雜志上刊登了一篇論文，科學家們利用激光雷達，終于得到了亞馬遜河流域森林中，古代城市遺跡的面貌圖。讓我們先看看遺跡長什么樣：
圖片來源：參考文獻1
圖中顯示的這些建筑是由卡薩拉貝社區(qū)于公元500-1400年間建造的，是以前的房屋、梯田、圍墻等人造事物的痕跡。這張圖片是直升機搭載激光雷達在森林上空進行勘探并經過后期圖像處理得到的。
不過也許你會發(fā)現(xiàn)，這張圖似乎和平時的航拍圖片有些不一樣，其實最大的區(qū)別就在于——樹林不見了。
左：航拍相機獲取的森林圖片
右：同一地點激光雷達探測得到的圖片
圖片來源：參考文獻1
沒有了樹林的遮蔽，古建筑遺存下的痕跡變得一覽無余?？脊殴ぷ饕簿妥兊庙樌嗔耍胂爰す饫走_出現(xiàn)之前，為了勘探森林中的遺跡，還要先學會野外生存，實地考察時還要在熱帶森林里上躥下跳（考古學家：我太難了）。
現(xiàn)在有了激光雷達，考古學家們就可以避開樹木的干擾，更清晰的觀察古建筑遺址了。那么，排除樹木干擾的地形圖是怎樣繪制出來的呢？
主動成像，照亮幽暗角落
茂密的森林，樹葉遮擋了大部分的陽光，很少有陽光能夠照射到樹林下的地面，從天上觀察的時候，普通的相機幾乎沒辦法獲得地面的影像，葉子的縫隙處多是黑漆漆的陰影。
相機是一種被動的成像裝備，相機接收外界事物發(fā)出或者反射的光線后，才能形成照片；激光雷達則是主動的探測器，它自己會發(fā)出激光去探測外界的形貌。
對于森林這種復雜形貌，依然有不少激光光線能夠到達樹林下的地面，激光雷達探測得到的點云數(shù)據(jù)會被送入計算機，計算機識別哪些數(shù)據(jù)點是森林的，哪些是地面的，接著濾除森林的點云數(shù)據(jù)，剩下的就是地面的形貌數(shù)據(jù)啦。
激光雷達獲得的原始點云數(shù)據(jù)
圖片來源：answers.usgs.gov
計算機對點云進行分類（黑色點為植被的數(shù)據(jù)點，彩色點為地表的數(shù)據(jù)點）
圖片來源：參考文獻2
濾除植被點云后獲得的地形表面裸土圖像，又稱為數(shù)字高程模型（DEM）
圖片來源：answers.usgs.gov
激光雷達在地形繪制方面的“超能力”，讓全世界的考古學家都喜歡上了它。2016年，pacaunam計劃對位于危地馬拉的瑪雅生物圈保護區(qū)進行了大規(guī)模的激光雷達調查，調查發(fā)現(xiàn)了六萬余座古建筑，一百多公里的堤道，這一結果表明該區(qū)域存在過由數(shù)百萬人口構成的瑪雅文明。
良渚古城的勘測考察工作也用到了這項技術，激光雷達掃描良渚古城遺址，濾除地面的植被后，古城的水利設施，外郭等結構都顯現(xiàn)了出來。
不僅能發(fā)現(xiàn)過去，還能預警未來
除了利用激光雷達探測遺跡，激光雷達對地形地貌的清晰呈現(xiàn)也讓它在預防山體滑坡中發(fā)揮了作用。
山體滑坡是常見的地質災害之一，每年都有人因為山體滑坡?lián)p失財產甚至失去生命。了解山體滑坡的產生機制，觀察山體滑坡的發(fā)生前兆，建立相應的滑坡預測系統(tǒng)，是減輕山體滑坡危害的重要手段。
利用激光雷達測繪得到的高精度數(shù)字高程模型（HRDEM）是幫助地質學家分析山體滑坡機理，建立預警模型的得力幫手。
研究山體滑坡，需要大量的滑坡數(shù)據(jù)作為研究素材?？茖W家們利用遙感衛(wèi)星、激光雷達、航空相機等觀測手段建立了滑坡清單地圖。
地圖標示出了各個地區(qū)以往滑坡的位置，滑坡的形貌，還包含該地區(qū)的降雨、土壤類型，地震震動程度等信息。利用滑坡清單地圖，人們可以計算各區(qū)發(fā)生滑坡的可能性。
基于激光雷達測繪得到的滑坡清單地圖，不同顏色的區(qū)域代表不同類型的山體滑坡右下角小地圖中的紅色色塊代表深層滑坡，藍色色塊代表淺層滑坡。
圖片來源：參考文獻3
山體滑坡發(fā)生之前，滑坡底部會形成一定高度的隆起，坡面會產生裂紋。由于植被的覆蓋，沒辦法憑肉眼或攝像機觀測這些征兆，但借助激光雷達就可以很好的解決這個問題。
在山體滑坡高發(fā)的地方部署搭載激光雷達的無人機群，對坡面的表面形貌進行不間斷的掃描觀測，觀測數(shù)據(jù)將有效提高我們預測山體滑坡的能力與準確性。
想要探尋某塊土地過去發(fā)生的活動遺跡不是一件簡單的事情，隨著時間的流逝，不論是人類活動還是地殼變化留下的痕跡都會逐漸被大自然淹沒。但是，激光雷達卻給了我們重新認識“過去”的機會，讓我們從“過去”的遺跡中尋找到對未來的啟發(fā)。
參考文獻：
[1] Erickson C L . An artificial landscape-scale fishery in the Bolivian Amazon.[J]. Nature, 2000, 408(6809):190-3.
[2] Vanvalkenburgh P , Cushman K C . Lasers Without Lost Cities: Using Drone Lidar to Capture Architectural Complexity at Kuelap, Amazonas, Peru[J]. Journal of Field Archaeology, 2020, 45(supplement 1).
[3]Gorum, Tolga. Landslide recognition and mapping in a mixed forest environment from airborne LiDAR data.
[4]M, J, Lato, et al. Reducing Landslide Risk Using Airborne Lidar Scanning Data[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2019, 145(9).
[5]https://www.usgs.gov/faqs/what-difference-between-lidar-data-and-digital-elevation-model-dem
[6]http://m.app.cctv.com/video/detail/aa9c36ee6d92b0a7a7a98d2f86eb447c/index.shtml
出品：科普中國
作者：海里的咸魚
監(jiān)制：中國科普博覽
