物理实验教学中提高学生核心素养的几个途径,

2019-12-28 作者:开元棋牌资讯   |   浏览(137)
哈勃太空望远镜捕捉到新生恒星
呈亮蓝色距地球约1000光年

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质量是普通氢原子的两倍,氘对于全面了解早期宇宙、星系演化乃至生命都起着至关重要的作用。

法国开发出可利用阳光导航的“机器蚂蚁”

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在不到煮熟一个鸡蛋所需的时间里,宇宙大爆炸之后的核反应便产生了化学元素周期表中最轻的原子核。宇宙的最初3分钟见证了氢、氘、氦3、氦4和锂7的形成。天文学家把所有比氦重的元素——从锂开始,到赋予生命的碳和氧以及珍贵的金等——都称为“金属”。

新华社华盛顿2月15日电从生活在撒哈拉沙漠的箭蚁获得启发,法国科研人员开发出一款可以认路的“机器蚂蚁”,不需要全球定位系统,仅利用阳光就能找到归路。这为研究新的、可运用于自动驾驶车辆和机器人等设备的导航方式提供了思路。

但在所有的这些元素里,氢的同位素氘却引起了天文学家的浓厚兴趣。它被用作早期宇宙中物质密度和银河系化学演化的示踪器。它的丰度掌握着有关大爆炸核合成特性、星系化学演化以及宇宙中拥有生命的行星数量的线索。但麻烦的是,氘难以探测,特别是位于银河系之外的氘。

法国艾克斯-马赛大学和国家科学研究中心等机构研究人员在新一期美国《科学·机器人学》杂志上报告说,“机器蚂蚁”是一款小型六足机器人,可以走“之字形”漫步14米后返回起点,误差只有约1厘米。

图片 3回到起点

多数昆虫依靠分泌信息素导航,然而撒哈拉沙漠的高温可以瞬间将这种外激素烤干,生活在这里的箭蚁因而进化出一种特殊导航能力:利用特定波段阳光的偏振光来确定方向,同时记录步数,然后合并计算出回巢的准确路径。

原初氘的丰度可以告诉我们宇宙年龄只有几分钟时重子的密度,而威尔金森微波各向异性探测器所能探测到的密度却已经在宇宙近40万年的时候了。现在天文学根据理论得到的结果和由WMAP数据确定的重子密度参数完全一致。你可能会认为,这个问题解决了。我们不仅能了解宇宙诞生之后40万年的样子,还能深入最初的几分钟。是时候干点别的事情了。

参与新研究的法国生物机器人专家斯特凡·维奥莱解释说,尽管人眼看不到太阳的偏振光,但可以想象一下,根据太阳位置的不同,天空中有特定方向的线条,它们像画在天空中的地图,箭蚁就是利用这些线条确定方向。

还没这么快!自1994年以来,天文学家们就开始搜罗天空中遥远的高红移类星体,它们可以照亮原始而富含氢的星系际介质。到目前为止,只发现了少数几个可靠的类星体观测结果。在这几个类星体中观测到的D/H从16ppm到40ppm不等,几乎无法建立起有关氘原始丰度的共识。

研究人员受到启发,开发出装有“光学罗盘”和“光移动传感器”的“机器蚂蚁”,重量只有2.3千克。“光学罗盘”通过两个光电二极管将太阳发出的紫外偏振光转化为电信号;“光移动传感器”可通过步数、机器与地面相对速度等确定移动距离。将移动方向和距离合并计算后,“机器蚂蚁”就能确定当前相对于起点的位置。

最初,天体物理学家利用夏威夷10米的凯克I望远镜上的高分辨率摄谱仪探测了高红移类星体中的氘。当时他们发现了已知最好的氘样本中的前4个。此后通过哈勃空间望远镜又发现了第5个。看到氘的信号需要花1天的时间,而令天文学家相信这是氘所需的时间则更长。在最初的那些日子里,天文学家们并不知道这有多艰难。然而,时至今日情况也没有比当年好多少。

因为紫外线可以穿透云层,在晴朗或多云的天气下,“机器蚂蚁”均可以精确定位。另外,拥有六只脚的“机器蚂蚁”运动灵活性高,可在轮式机器人和无人机无法工作的复杂环境中作业。

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