你眼中的世界是什么颜色?

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自从工作以后,少了很多时间给摄影,对世界的感受力也不如从前那么强烈。但记忆中的山川湖海、日暮星晨总能带我回到那些安静到只有景色的时刻。

最近收到了明基的专业摄影显示器SW240,24寸的大屏幕仿佛在这平淡的日子里为我打开了一扇窗,空闲时间翻出旧图修修也是非常的享受。他的色彩还原度很真实,还原出治愈的橙、温柔的粉与静谧的蓝,让单调的生活添加些许色彩。

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以不同技艺看清“不同的光” 韦布和它的太空“战友”们

  科学家给了它一双“大眼睛”,它决心去往遥远的地方,探知浩渺宇宙的微妙波动。

  2021年12月25日,迄今为止体积最大的空间望远镜——詹姆斯·韦布空间望远镜(以下简称韦布望远镜)升空,将于不久后到达距离地球150万公里的第二拉格朗日点。

  苛刻工艺致使发射推迟14年

  “韦布望远镜之大,不仅是体积大,更是功能集大成者。”华中科技大学天文学系副教授张华年说,该望远镜的主镜直径达6.5米,有效面积25.4平方米,由18块边长约0.75米,面积约1.4平方米的正六边形小镜面拼接而成,重约6.5吨,副镜则为直径约0.74米的圆形镜面。

  为阻止外来热量及仪器自身产生的热量所造成的红外线污染,天文学家给韦布望远镜装上了5层“遮阳伞”,每层长约21.197米、宽约14.162米,大小如网球场,厚度近乎头发丝。

  同时,为提高镜面反射能力,工程师在主镜上镀了一层厚度仅为头发丝十分之一的“土豪金”。

  韦布望远镜空间分辨率达到0.1角秒,工作波长范围位于近红外和中红外波段(0.6—28.5微米),设计服务年限5—10年。

  张华年介绍,受运载火箭大小限制,韦布望远镜必须折叠起来才能塞进火箭,在航行中一步一步慢慢展开,这对加工工艺要求几近苛刻,导致望远镜发射推迟14年之久,最终预算超过100亿美元。

  他表示,韦布望远镜主要由4个探测仪器构成,即近红外照相机、近红外光谱仪、中红外设备、近红外成像器与无缝光谱仪。

  其中,近红外照相机和中红外设备主要由美国亚利桑那大学领导设计。

  此前在该校读博的张华年,曾与领导设计这两个仪器的教授,对仪器的设计和工作流程进行过交流。他表示,近红外照相机可以帮助韦布望远镜完成最重要的探索任务,再由可同时观测100个物体的近红外光谱仪来认证近红外照相机拍摄到的“奇异”天体;中红外设备则集合中红外相机与中红外光谱仪于一体,无缝光谱仪能极大提高望远镜对多天体的探测效率。

  探寻宇宙大爆炸后“第一缕光”

  张华年直言,筹备近30年,等待14年之久的韦布望远镜,其科学目标极其宏大。韦布望远镜志在寻找宇宙大爆炸后“第一缕光”,即第一代星系、恒星或亮物体。

  若韦布望远镜探测到第一代星系,结合其他望远镜对宇宙不同时期各类星系的观测,天文学家就能研究星系是如何一步一步成长的,从而描绘出星系演化的完整图景。

  同时,韦布望远镜也可探测一些正在形成的恒星系统。在活跃的恒星系统中,其外围会先形成气体与尘埃构成的冷盘,冷盘内正在形成类似地球与木星的行星,它们发出的辐射集中在红外区域,但极其微弱。由于韦布望远镜所在的空间背景“噪声”极低,加上相比哈勃望远镜更大的口径,可以展示更多冷盘细节,揭露恒星形成的“真实面貌”。这对研究恒星形成、恒星原初质量函数等具有划时代意义。

  此外,韦布望远镜还可以测量太阳系及系外行星的物理和化学参数。对一些特殊恒星系统来说,如其中某些行星遮住了母恒星,韦布望远镜就可捕获母恒星被行星大气折射的星光,据此分析行星大气的化学成分和物理参数,甚至确定行星上是否存在液态水,是否适合生物生存,为人类寻找外来文明提供更多可能性。

  各望远镜波长不同功能迥异

  使命不凡,战友同在。仰望星空,还有一些“大眼睛”正在紧张工作,试图“看”得更远、“看”得更清。

  张华年介绍,空间望远镜靠收集宇宙光线进行探测,而光是一种电磁波,探测不同波长的光对望远镜加工工艺和技术细节的需求完全不同。所以星空中才会有那么多不同类型的望远镜,代替我们去“看一看”这个宇宙。

  哈勃望远镜于1990年升空,位于近地轨道约500公里处。其主镜为2.4米的单一镜面,有效面积远小于韦布望远镜,但重量却约为韦布望远镜的两倍,且波长覆盖范围正好与韦布望远镜互补。

  “与其说韦布望远镜是哈勃望远镜的继任者,不如说是相辅相成的合作者。”张华年说。

  于1999年升空的钱德勒X光望远镜,和哈勃望远镜一样,被美国国家航空航天局(NASA)选为“旗舰机”。钱德勒X光望远镜相比韦布望远镜,堪称超级“迷你”版,外围仅1.2米,有效收光面积只有0.04平方米,重量却有近5吨,和韦布望远镜不相上下。其工作轨道为椭圆轨道,近地点高度约1.4万公里,远地点高度约13万公里。

  与钱德勒X光望远镜较接近的另一架望远镜是盖雷斯望远镜,也是一款“迷你”望远镜,直径0.5米,工作波段在紫外线区域,位于距地球700公里左右的轨道。

  张华年说,尽管钱德勒X光望远镜超级“迷你”,取得的成果却不落下风:第一次观测并描绘超新星爆发的遗迹、第一次用X光探测到银河系中心超大质量黑洞的发射线、首次在伽马暴事件GRB 991216中发现X光发射等,都是该望远镜的“杰作”。

  同时,耗资近8亿美元的斯皮策望远镜于2003年升空,主镜0.85米,仍然非常“迷你”,设计工作波段在红外区域。斯皮策望远镜是第一架围绕太阳运转而非围绕地球运转的望远镜,其轨道和地球差不多。

  张华年介绍,斯皮策望远镜远离地球运行在太阳轨道,可最大程度降低来自地球的红外辐射,并拥有天然的低温环境。但在2009年,其用作冷却液的液氦消耗殆尽,远红外观测终止,进入“温观测”阶段,工作温度达到零下243摄氏度。

  不过,韦布、哈勃、钱德勒、斯皮策等望远镜都是通用“点源”望远镜,即对宇宙中某个点进行深度曝光和光谱成像。

  伴随大数据时代到来,未来空间望远镜更多的是巡天望远镜,即“面源”望远镜,这些望远镜可以长时间、大视场对宇宙不同天区进行曝光,收集海量数据。

  在张华年看来,“点源”和“面源”望远镜好比摄影的两个不同场景,“点源”类似棚拍,摄影师对着事先选好的目标模特进行拍摄,而“面源”如同街拍,摄影师在街上对着人群进行大量拍摄,后期再挑选感兴趣的目标。

  目前,国际上即将投入使用的巡天望远镜是美国的罗曼空间望远镜和欧洲的欧几里得空间望远镜。

  张华年介绍,我国研制的中国空间站望远镜口径为2米,工作波段在0.3—1微米。其视场是哈勃的300倍,服役期间其观测范围可以覆盖三分之一天区。高精度、大视场成像巡天,配合3通道无缝光谱巡天,中国空间站望远镜将为未来宇宙学、星系形成与演化、暗物质暗能量、系外行星寻找等方面的研究提供帮助。

  来源:科技日报

#“高头大马”缘何而来# 马是与人类关系紧密的家畜资源,身高、毛色、步态、奔跑性能、繁殖能力等都是备受关注的重要性状。近日,中外科学家团队成功解析了中国家马体高变异的主效基因,并发现该基因突变最早出现在距今2300年前的中亚古马群体,随后迅速扩张至整个欧亚大陆所有现代马群体。相关研究成果https://t.cn/A6xkmIW7在线发表于《当代生物学》(Current Biology)。

△ 西方矮马体高基因在中国马中不存在

马主要分布在亚欧大陆地区。论文通讯作者、中国农业科学院北京畜牧兽医研究所(以下简称牧医所)研究员蒋琳告诉《中国科学报》,全世界家马大约有313个品种,中国有51个品种,占全世界马品种的16%。

“我国有以耐力著称的蒙古马、矮小体格的西南马、适应藏区极端气候的藏马、善于走对侧步的岔口驿马,以及适应极端寒冷的鄂伦春马等等。中国马的遗传资源极其丰富,为世界家马的体高、适应性等一系列重要性状的精准鉴定提供了重要素材。”蒋琳说。

“尤其是分布在我国西南山区的矮马,体高不足100厘米,在相对闭锁的环境下形成了独特的性状,是十分珍贵的资源。”论文第一作者、牧医所博士刘雪雪告诉《中国科学报》,矮马指成年体高在106厘米以下的马。

图:广西德保矮马马王。颜明挥摄影

20世纪70年代末,世界公认的自然矮马品种仅仅指英国的舍特兰马。

然而,我国自汉代起就有矮马记载,古称“果下马”。20世纪80年代起,牧医所教授王铁权等人在我国西南马群中率先发现矮马资源群体。2005年,论文共同通讯作者、牧医所研究员马月辉进行了品种资源的收集并妥善保存。之后,中国矮马逐渐被世界所认识。

前期研究发现,在西方矮马中,比如舍特兰矮马、法拉贝拉矮马,其身高相关的突变位于HMGA2等候选基因上。

“然而我们发现,这个突变在基因组选择中并没有达到显著的水平,而且在中国出土的古马中也没有检测到HMGA2的突变存在。”蒋琳说,西方马体高性状的遗传机制不能解释中国马的体高变异,并且体高性状的主效位点一直未被鉴定。

△ 寻找中国马体高变异的分子机制

既然如此,必定存在另一种调控机制导致了中国马身高的差异化。

牧医所畜禽种质资源保护与利用科技创新团队联合法国科学研究院教授Ludovic Orlando团队开展了深入研究。

刘雪雪介绍,他们首先构建了187份中国家马种质资源的基因组(包括75份矮马和112份普通马)及其体高数据记录,进行了全基因组选择信号和全基因组关联分析,成功定位到8号染色体上一段连锁区域。并发现该区域内TBX3基因增强子上的两个突变可能是体高性状变异的主效突变。

该团队进一步进行了763份中国家马遗传资源的大规模基因鉴定、国外数千份古马基因组的衍生等位基因频率轨迹重建、双荧光素酶试验和基因编辑小鼠模型构建,明确了上述两个突变中的TBX3是主效突变。

刘雪雪说,TBX3基因属于T-box 基因家族,在胚胎、肌肉和骨骼发育等方面起着重要作用,尤其是调控肢体发育方面。在小鼠中,TBX3 缺失会导致小鼠肢体发育迟缓和指头缺失。TBX3 还是肌肉及其附属组织必须的调控因子,缺乏TBX3时会引起尺骨—乳腺综合征。这种疾病的主要特征包括上肢缺陷,大汗腺、乳腺、毛发发育不全,以及各种生殖器异常。

“TBX3突变加速了中国家马体高性状的变异,并促进了TBX3基因的转录表达,从而加速了动物四肢远端骨骼的生长。”马月辉说,身高作为重要的数量性状,会受到基因组多个水平多基因的调控,“我们的发现是一个关键突变,可以解释25%的身高变异。但是不能否认还有其他的突变与身高相关,需要进一步的研究才能确认”。

△ 基因分型与史料记载吻合

“我们利用古马的基因组信息,对发现的关键位点TBX3进行了基因型分型。”蒋琳说,结果发现,该位点上的A等位基因是野生型,G是在体高增加的群体中新衍生的等位基因,具有极强的功能效应,能解释近10cm的体高变异。

刘雪雪说,他们研究发现,G等位基因的突变首次出现在距今2300年前阿勒泰地区巴泽雷克(Pazyryk)文化遗址的古马遗骸中,属于铁石器时期,正值我国秦朝早期,彼时对于战马的大量需求加速了大体型中国马种的选育。随后,大量古马遗骸中都呈现了该基因型,其中包括一些欧洲出土的古马。

史料记载,我国马的身高是逐渐增高的过程。由于古代样品有分化和降解,他们利用现有的分析模型推测了古马的身高。结果发现,在陕西省淳化县枣树沟脑遗址出土的先秦时期的马,身高预计121~122cm;到汉朝时,据《汉书·帝景纪》记载,“马五尺九以上,齿未平不得出关”,汉武帝陵中发现的马身高达到了135cm,专家推测这是一匹汗血宝马;再到唐太宗李世民的六骏图,马的身高进一步增加,与现代马相近。

“而我国西南马的矮小性状因能适应西南崎岖山路而未受到大体型马种的影响,保留了野生型A等位基因,因此保持了矮小的体型。”蒋琳说。

马月辉认为,这说明该位点是在逐渐选择和进化的。

为了进一步验证,他们对比了现代仅存的野马品种——普氏野马。刘雪雪说,家马和野马不是从饲养方式上进行区分的,严格意义上说,野马是普氏野马的简称,属于马属野马种普氏野马野亚种。野外的普氏野马群体基本已经灭绝,只有蒙古和中国新疆有极少量分布。

普氏野马平均身高130cm,他们对资源库中的野马进行基因分型,发现其携带的是和我国西南矮马相同的基因型,即A等位基因。而现代的高马中携带相反的基因型——G等位基因。

“这说明我们发现的TBX3位点突变比较古老。”刘雪雪说。

蒋琳指出,这项工作利用了国家家养动物种质资源库收集保存的850份中国家马遗传资源,家马身高关键位点的成功解析可以作为重要的遗传标记,为中国西南马资源的保种和育种提供科学指导;还将对畜禽遗传资源的挖掘提供方法借鉴;对促进畜牧业的发展和家马种质资源保存与开发利用等具有重要的意义。https://t.cn/A6xkmIWh


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