太陽(yáng)日冕物質(zhì)拋射

科學(xué)家找到破解日冕磁場(chǎng)測(cè)量難題新途徑

中國(guó)科學(xué)家在日冕磁場(chǎng)測(cè)量方面取得重要進(jìn)展，首次測(cè)量到太陽(yáng)日冕磁場(chǎng)的全球性分布，為日冕磁場(chǎng)測(cè)量這一世紀(jì)難題的解決提供了一個(gè)新的有效途徑，從而向?qū)崿F(xiàn)日冕磁場(chǎng)常規(guī)測(cè)量的最終目標(biāo)邁進(jìn)了一大步。兩篇相關(guān)論文近日分別發(fā)表在《科學(xué)》和《中國(guó)科學(xué)：技術(shù)科學(xué)》上。

磁場(chǎng)對(duì)于太陽(yáng)具有極其重要的意義，然而迄今為止，人類對(duì)太陽(yáng)磁場(chǎng)的常規(guī)測(cè)量?jī)H局限在光球?qū)?。光球之上的太?yáng)大氣，尤其是最外層日冕的磁場(chǎng)難以測(cè)量，這極大制約了太陽(yáng)物理學(xué)科的發(fā)展。科學(xué)家一直在尋找其他能夠用來(lái)測(cè)量日冕磁場(chǎng)的方法。其中磁震學(xué)方法是基于日冕波動(dòng)的觀測(cè)來(lái)推斷磁場(chǎng)的信息。過(guò)去，該方法主要用于日冕局部區(qū)域中的一些偶發(fā)的波動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)人類理解日冕磁場(chǎng)作用有限。

要打破這個(gè)瓶頸，對(duì)更大區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)及其演化進(jìn)行測(cè)量，需要將磁震學(xué)方法應(yīng)用到更加普遍的波動(dòng)現(xiàn)象上。2007年，利用美國(guó)國(guó)家大氣研究中心下屬高山天文臺(tái)的日冕多通道偏振儀（CoMP），科學(xué)家發(fā)現(xiàn)日冕中幾乎處處都存在傳播磁流體橫波。

與CoMP團(tuán)隊(duì)合作，中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)提出基于日冕中普遍存在的磁流體橫波來(lái)測(cè)量日冕磁場(chǎng)的新思路。他們將過(guò)去局限于部分區(qū)域的波動(dòng)追蹤方法拓展到整個(gè)視場(chǎng)范圍，從而獲得這些波動(dòng)傳播速度的全球性分布。之后，他們利用1074.7nm和1079.8nm譜線輻射強(qiáng)度之比對(duì)密度敏感的特性，得到了日冕等離子體密度的全球性分布。最終，在波動(dòng)追蹤和密度診斷的基礎(chǔ)上，他們首次基于日冕觀測(cè)獲得了日冕磁場(chǎng)的全球性分布。

這一研究成果實(shí)現(xiàn)了用磁震學(xué)方法測(cè)量日冕磁場(chǎng)從點(diǎn)、線到面的飛躍，填補(bǔ)了太陽(yáng)磁場(chǎng)測(cè)量的空缺。

我國(guó)首次高空大型無(wú)人機(jī)臺(tái)風(fēng)探測(cè)試驗(yàn)成功

8月2日下午，在2020年第3號(hào)臺(tái)風(fēng)“森拉克”影響海南期間，一架由我國(guó)自主研發(fā)的高空大型氣象探測(cè)無(wú)人機(jī)從海南博鰲機(jī)場(chǎng)起飛，歷時(shí)4個(gè)小時(shí)，圓滿完成對(duì)臺(tái)風(fēng)“森拉克”外圍云系的綜合氣象觀測(cè)任務(wù)，這標(biāo)志著我國(guó)在這一領(lǐng)域取得了重大突破。

這架大型氣象探測(cè)無(wú)人機(jī)成功下投30枚探空儀，與毫米波雷達(dá)一起，對(duì)臺(tái)風(fēng)“森拉克”外圍云系進(jìn)行了“CT式立體掃描”。一組組溫度、濕度、氣壓、水凝物等海洋上空和海面觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳送回地面指揮系統(tǒng)。我國(guó)首次高空大型無(wú)人機(jī)海洋、臺(tái)風(fēng)綜合觀測(cè)試驗(yàn)取得圓滿成功，填補(bǔ)了基于高空大型無(wú)人機(jī)開展海洋綜合觀測(cè)的空白。

這是我國(guó)高空大型無(wú)人機(jī)海洋綜合氣象觀測(cè)試驗(yàn)（簡(jiǎn)稱“海燕計(jì)劃”）的重要成果。中國(guó)氣象局于2018年啟動(dòng)“海燕計(jì)劃”，選用“翼龍-10”大型無(wú)人機(jī)，聯(lián)合12家單位開展試驗(yàn)，海南省氣象局強(qiáng)化空域協(xié)調(diào)，并為試驗(yàn)順利開展提供有力氣象保障。下一步將繼續(xù)完善技術(shù)體系，建立大型無(wú)人機(jī)全鏈條式觀測(cè)業(yè)務(wù)和臺(tái)風(fēng)探測(cè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)目標(biāo)，并打通從觀測(cè)到業(yè)務(wù)應(yīng)用各環(huán)節(jié)。

盡管我國(guó)臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)水平近年來(lái)穩(wěn)步提高，但海上觀測(cè)資料的匱乏限制了對(duì)臺(tái)風(fēng)生成機(jī)理的研究和預(yù)報(bào)技術(shù)的提升。這次海洋綜合探測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為預(yù)報(bào)員確定臺(tái)風(fēng)“森拉克”中心位置提供了重要參考依據(jù)，對(duì)我國(guó)進(jìn)一步提高臺(tái)風(fēng)路徑和強(qiáng)度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率、筑牢氣象防災(zāi)減災(zāi)第一道防線具有重要意義。

首個(gè)葉面積指數(shù)自動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)建成

近日，中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院遙感衛(wèi)星應(yīng)用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)完成國(guó)內(nèi)首個(gè)葉面積指數(shù)自動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，首次實(shí)現(xiàn)對(duì)典型生態(tài)環(huán)境下葉面積指數(shù)的全國(guó)范圍、長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)地面觀測(cè)。

葉面積指數(shù)是指單位地表面積上方植物單面葉面積之和。在田間試驗(yàn)中，葉面積指數(shù)是反映植物群體生長(zhǎng)狀況的一個(gè)重要指標(biāo)；同時(shí)，這也是全球生態(tài)研究的重要輸入?yún)?shù)。20世紀(jì)末，科學(xué)家便開始利用遙感技術(shù)進(jìn)行全球及區(qū)域尺度的葉面積指數(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)，但由于缺乏持續(xù)的大范圍和長(zhǎng)時(shí)間地面觀測(cè)，葉面積指數(shù)產(chǎn)品真實(shí)性驗(yàn)證成為長(zhǎng)期困擾科學(xué)家的難題。

針對(duì)這一問(wèn)題，遙感衛(wèi)星應(yīng)用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室開展了葉面積指數(shù)地面觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)工作：在全國(guó)典型植被區(qū)域選取典型植被合適實(shí)驗(yàn)區(qū)，如高寒草甸（海北）、典型草原（沽源）、亞熱帶喬灌木（合肥）等，布設(shè)15套我國(guó)有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的葉面積指數(shù)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并通過(guò)這些典型植被區(qū)域的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)衛(wèi)星產(chǎn)品進(jìn)行真實(shí)性驗(yàn)證，從而對(duì)全國(guó)的植被進(jìn)行監(jiān)測(cè)。據(jù)介紹，該項(xiàng)目自2018年底開始建設(shè)，目前已完成15個(gè)站點(diǎn)的儀器布設(shè)，截至2020年7月，已獲取有效原始數(shù)據(jù)1200萬(wàn)余條。

新型能谷電子器件研制成功

隨著摩爾定律接近極限，傳統(tǒng)的晶體管器件已進(jìn)入發(fā)展瓶頸。如何利用新原理、新結(jié)構(gòu)和新材料來(lái)解決和優(yōu)化傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件中的尺寸微縮和能耗等問(wèn)題，是后摩爾時(shí)代半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)。中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)研制了一種在常溫下實(shí)現(xiàn)能谷自旋流產(chǎn)生、傳輸、探測(cè)和調(diào)控等全信息處理功能的固態(tài)量子器件，成果近日發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》雜志上。

現(xiàn)代半導(dǎo)體器件主要依賴電荷實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的表達(dá)、存儲(chǔ)、傳輸和處理。而該研究團(tuán)隊(duì)提出并實(shí)現(xiàn)的是一種“能谷自旋”晶體管新穎器件。該器件以能谷自旋自由度替代電荷作為信息編碼的載體，能谷自旋器件中數(shù)據(jù)的操作和傳輸可以不涉及電荷流，從而有望實(shí)現(xiàn)超低功耗的功能器件。

“能谷”是指半導(dǎo)體材料能量-動(dòng)量色散關(guān)系中的極值點(diǎn)，雖然人們很早意識(shí)到，能谷自旋可以像電荷或自旋等自由度一樣表達(dá)信息，但由于能谷很難通過(guò)外場(chǎng)操控，目前無(wú)法利用能谷自旋制作晶體管等器件。該團(tuán)隊(duì)利用不對(duì)稱等離激元納米天線中的光學(xué)手性，實(shí)現(xiàn)電磁場(chǎng)與過(guò)渡金屬硫族化合物中能谷自旋的可控相互作用，并結(jié)合材料中的手征貝瑞曲率，在器件級(jí)別上實(shí)現(xiàn)了谷信息的產(chǎn)生、傳輸、探測(cè)和開關(guān)操作。這一能谷自旋晶體管對(duì)能谷信息的注入、傳輸和探測(cè)過(guò)程進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)，使能谷信息流得以在零偏置電壓下獨(dú)立于電荷流進(jìn)行傳輸和調(diào)控。并且該器件單元有望通過(guò)類似于CMOS電路的構(gòu)造方式集成形成特定邏輯功能的超低功耗谷電子電路。

這項(xiàng)研究的重要意義在于，首次提出了一種室溫工作的能谷自旋的基本單元器件，這為后摩爾時(shí)代的新型谷信息器件的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，展示了能谷信息器件應(yīng)用于未來(lái)集成電路的可能。

能谷信息器件未來(lái)可能應(yīng)用于集成電路上

中國(guó)學(xué)者發(fā)現(xiàn)1.6萬(wàn)年前稻屬植硅體

中國(guó)科研人員通過(guò)在距今3萬(wàn)年左右的中國(guó)南方地區(qū)廣西婭懷洞遺址開展合作研究，利用放射性碳同位素測(cè)年，結(jié)合婭懷洞古人類遺址的遺跡與遺物，建立研究點(diǎn)的年代框架。通過(guò)植硅體分析，輔以孢粉信息，獲取古人類植物資源信息。

研究發(fā)現(xiàn)，不同時(shí)間跨度，古人類利用植物種類不同：在深海氧同位素3階段至海因里希1期，發(fā)現(xiàn)了榆屬植物；竹子和棕櫚，則出現(xiàn)在整個(gè)時(shí)間序列中。更為重要的是，研究人員發(fā)現(xiàn)了距今1.6萬(wàn)年的稻屬植硅體，這為古代人類利用野生稻提供了重要證據(jù)。

與此同時(shí)，這項(xiàng)合作研究還發(fā)現(xiàn)，婭懷洞遺址獨(dú)特的石器組合類似于華北地區(qū)而非華南地區(qū)，暗示這樣一種可能性——因氣候變冷北方的古人類南遷，帶來(lái)他們慣用的工具和技術(shù)。這表明，溫暖的廣西地區(qū)不僅為古代人類的擴(kuò)散和遷徙提供了重要途徑，而且還是規(guī)避突變氣候事件的理想避難所。

業(yè)界專家指出，最近3萬(wàn)年是晚更新世全球氣候變化的關(guān)鍵時(shí)期，對(duì)人類產(chǎn)生了廣泛而深刻的影響。廣西是著名的古人類化石產(chǎn)地之一，也是現(xiàn)代人類出現(xiàn)和演化的關(guān)鍵區(qū)域。然而，此前這一地區(qū)的植物利用類型與方式研究相對(duì)較少。

婭懷洞遺址位于廣西隆安縣，包含了舊、新石器時(shí)代不同時(shí)期的文化遺存，廣西文物保護(hù)與考古研究所通過(guò)發(fā)掘，已在婭懷洞遺址發(fā)現(xiàn)中國(guó)極為少見的完整人類頭骨化石，以及大量的打制石器和哺乳動(dòng)物化石。