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中国科学家挑战天文学“经典假设”，恒星初始质量分布规律显著变化
郭守敬望远镜（图片来源：国家天文台）
恒星初始质量分布规律，也称恒星初始质量函数，描述了一群恒星在刚刚诞生时，不同质量的恒星所占的比例。它是天体物理学领域一个非常基础的物理概念，通常被认为在宇宙各处及各个演化阶段是普适不变的。近日，一项发表在《自然》（Nature）上的研究发现，恒星初始质量分布规律会随着恒星金属元素含量和年龄发生显著变化，挑战了“经典假设”。此前，恒星初始质量分布规律不变作为“经典假设”，在星系形成与演化、星团结构和演化、双星演化，甚至太阳系外行星以及引力波等诸多天体物理研究领域广泛应用。但是我国科学家团队借助郭守敬望远镜（LAMOST）、欧洲空间局盖亚（Gaia）卫星等国内外大型天文设施观测到的海量数据，首次清晰地观测到恒星初始质量分布规律随着恒星金属元素含量和年龄发生了显著变化，直接导致恒星初始质量分布规律在宇宙中普适不变的基本假设不再成立，终结了一直以来天文界关于恒星初始质量分布规律是否变化的争议。这一突破性成果将对天体物理学多个领域的研究产生影响。
微生物组是人体必不可少的部分，在免疫、消化等方面发挥着重要作用。但目前科研人员对微生物如何定植于人体、如何在人际间传播所知甚少。一项发表在《自然》（Nature）的新研究为该问题提供了新的认识。
该研究是迄今规模最大、人群多样性最好的一项人类微生物组研究。样本提供者来自20个国家、囊括除南极洲外的所有大洲。研究者对超过9000份粪便、唾液样本的800多种微生物进行了检测。结果发现，肠道菌群的代际传播（即垂直传播）首次发生在出生时，且后续会持续很长时间，甚至在老年人的肠道菌群中仍能检测到来自母亲的微生物组。但婴儿仍然缺少许多成人常见菌种。因此研究人员进一步分析发现，成人主要通过与伴侣、家人或朋友的社会交往获得微生物，且相处时间越长，共有的微生物种类越多。此外，口腔微生物传播速度快于肠道菌群，且以水平传播为主。该结果表明，社会联系能够塑造人体微生物组的成分。研究人员下一步会继续探索微生物传播的具体机制及其与非传染性疾病发病的关联。
通过将原子沉积在涂有“掩模”的硅芯片上（左上），研究人员可将原子聚集在掩模的各个的口袋中（中），促使原子长成更完美的二维单晶层（右下）。（图片来源：Jeehwan Kim, Ki Seok Kim, et. al）根据摩尔定律，芯片上集成的晶体管数量会逐年增加，这就需要晶体管的尺寸越来越小。然而，现有的硅基晶体管尺寸降到一定程度后，电性能会大幅下降，这使人们转向导电更高效的二维材料。但是，材料晶体不同取向形成的“晶界”会阻碍电子传导，制造出具有一致单晶的二维材料一直是业界难题。近日，一篇发表在《自然》（Nature）上的文章显示，研究人员成功在硅芯片上培育出完美的二维单晶。研究人员先在硅芯片上覆盖一层具有微小网格图案的二氧化硅“掩模”，再使用传统的气相沉积法向上面泵送原子。这些网格单元能够捕捉气体原子沉积形成的单个晶核，并限制其生长方向，使其最终生长为取向一致、导电性良好的二维单晶材料。使用两种材料先后在网格内生长，还可以制造出超薄单晶双层结构，为芯片的发展带来更多可能。
· 物理学 ·
在量子模拟系统中，通常用实验测量的量子态与理论预期的态之间的差距来衡量保真度。近日，发表于《自然》（Nature）上的一项研究表明，可用量子涨落的随机性作为衡量量子模拟系统保真度的新基准。粒子的量子涨落具有一定的随机性，而这种随机行为在宏观上又表现出可预测的特性。这种既随机又可预测的行为看上去自相矛盾。但这个研究团队证实，某些随机波动的确遵循可预测的统计模式。通过理论分析和实验验证，他们开发了一种新的量子模拟系统保真度测试方法：分析其量子涨落模式的随机波动以衡量保真度。研究人员表示，量子涨落本就是纯粹的量子行为，这种表征量子系统保真度的能力几乎可以应用于所有量子模拟平台中。
极热事件是指气温大幅超出历史阈值的时期。现在的极热事件发生频率比历史记载的更高，而且程度也因人类活动而加剧。极端高温的反复出现会伤害野生动物，与心理应激增加、繁殖输出减少、种群数量下降有关。近日，《自然》（Nature）发表的一项研究显示，按照当前对未来全球气温估计的最大值，到2099年可能将有超过40%的陆地脊椎动物经历极端高温事件。长期暴露在高温中可能会对全球许多物种的未来构成威胁。研究者利用对1950-2099年极热事件发生频率、持续时间和强度的预测，模拟了在不同温室气体排放情景下，约33600种陆地脊椎动物对极热事件的暴露情况。作者预计，在高排放情景下（升温预计达4.4 °C），41%的物种在它们分布的至少一半陆地区域内会经历极端热事件。这一比例在中高排放（升温接近3.6 °C）和低排放（升温控制在1.8 °C以内）情景下分别为28.8%和6.1%。两栖动物和爬行动物面临的风险可能最高，预计将有55.5%的两栖动物和51.0%的爬行动物会在高排放情景下经历极端热事件，相比之下，鸟类和哺乳动物的这一比例分别为25.8%和31.1%。研究者强调，控制温室气体排放能大幅减少极端高温对生物多样性的影响。
格陵兰冰盖比过去1000年更热了
格陵兰冰盖因其巨大规模、辐射效应和淡水储量，对全球气候的调节至关重要。格陵兰冰盖边缘的气象站显示，其沿岸区域一直在变暖，但由于缺乏长期观测，关于全球变暖对格陵兰冰盖中部的影响我们所知不多。对该区域仅有的多站点冰芯记录来自北格陵兰走廊（North Greenland Traverse），已于1995年终止。近日，对1100年至2011年格陵兰中北部的温度重建显示，格陵兰冰盖的近期温度是过去1000年里最高的。这项发表于《自然》（Nature）的研究指出，格陵兰冰盖在2001年至2011年的温度比整个20世纪平均高了1.5 °C。 研究者通过测量冰芯中的氧同位素估测成冰时温度的差异，并结合气候模型及GRACE/GRACEFO重量勘探任务中卫星采集的2002-2021年冰盖质量，将气温变量与冰芯的融化率建立关系，为过去1000年的数据提供估测依据。研究表明，2001-2011年是一千年间气温变化最剧烈的年份，平均气温较1961-1990年高了1.7℃，比整个20世纪高了1.5℃。此外，格陵兰岛冰盖的气候变化与北极其余地区有明显差异，这可能由于高海拔地区更易受大气层温室气体影响。研究者表示，升温或许是自然变率以及18世纪以来人为造成的气候变化导致明显长期暖化趋势这两个因素共同作用的结果。
编辑：不周、二七
