牛顿万有引力定律迎来史上最大考验；细胞内部温差竟可达1℃！

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·物理学·

牛顿万有引力定律经受住了迄今最“大”的考验

X星系团Abell-370包含数百个星系。研究人员探测了这些巨型结构之间的引力如何在数亿光年范围内变化。（图片来源：NASA; ESA; J. Lotz and the HFF Team/STSci）

牛顿万有引力中著名的平方反比定律指出，两个大质量物体之间的引力与它们之间距离的平方成反比，该定律早已在实验室实验和太阳系内得到验证。这项发表于上月 《物理评论快报》（Physical Review Letters）的新研究， 将该定律扩展到了迄今最大的尺度：相距数亿光年的星系团。

研究人员结合星系团位置和运动速度的独立统计测量数据，探测了数十万个星系团之间的引力。为了解释其中的复杂性，研究人员首先从斯隆数字化巡天（Sloan Digital Sky Survey, SDSS）中提取了数百万个星系的空间分布数据。然后，他们将一个具有可调参数的广义力定律应用于该空间分布，以预测星系团对的相对速度如何随距离变化。研究人员随后将这一预测与2007年至2022年运行的阿塔卡马宇宙学望远镜（ACT）所获取的速度数据进行了比较。为了避免宇宙膨胀和暗能量造成的空间拉伸效应的干扰，研究人员将研究重点放在距离地球56亿至77亿光年的星系团上。研究团队探测到了低至10飞米/秒²的加速度，这相当于地球引力的万亿分之一。在8000万至8亿光年的距离范围内，引力与距离的2.1次方成正比，误差为正负0.3，完美地验证了牛顿万有引力定律。该研究在有史以来最大尺度上验证了平方反比定律，同时进一步削弱了修正牛顿力学理论（MOND）。（Science News）

·材料学·

细胞不同部位的温差可达1℃

据《自然》新闻（Nature news）报道，科学家已经研制出了足够小的“温度计”，能够检测单个细胞的温度，甚至能测量细胞核等特定区域的温度。相关研究已发表于《科学·进展》（Science Advances）。

此前，最先进的细胞温度计是含有氮-空位缺陷的纳米金刚石，然而每颗金刚石的微观结构存在差异，这会影响测量结果。在这项研究中，研究者将一种名为并五苯的烃嵌入晶体，利用并五苯分子的电子在特定量子态之间的叠加测量温度。最终制成的温度传感器直径仅有200~500纳米，不及人体红细胞直径的十分之一，且多个传感器的测量结果相差不超过0.3℃。作为测试，研究团队将癌细胞浸泡在含有传感器的溶液中使其自然吸收，并将传感器直接注入细胞核。测试结果显示，细胞内不同区域的温差最高可达1℃。研究者表示，这种传感器不会对细胞造成可测量的损伤，并且除了温度，还能检测氧化应激水平等指标。未来他们计划进一步缩小颗粒尺寸，以更好地窥探细胞活动。（Nature news）

·环境·

空气中的微塑料可能导致大气变暖

此前的研究曾指出，空气中塑料对大气变暖的贡献微乎其微，但此类分析往往假设塑料颗粒无色，而现实中的塑料通常含有颜料。最近，一项发表于《自然·气候变化》（Nature Climate Change）的新研究表明，悬浮在大气中的有色微塑料和纳米塑料，其导致全球变暖的程度或相当于黑碳（即烟尘）所致效应的16.2%，且在海洋垃圾带上空的数值更高。

研究团队利用高分辨率电子能谱技术考察了单个微塑料和纳米塑料颗粒的行为，并将这些测量结果与大气传输模拟相结合。他们发现，与白色颗粒相比，黑色和彩色颗粒能强烈吸收阳光。在假设这些颗粒的全球大气浓度符合实际的情况下，研究报告称，微塑料颗粒的有效辐射强迫（即行星大气吸收和释放太阳辐射的平衡）相当于黑碳排放辐射强迫的16.2%。尽管这种变暖效应在全球范围内微乎其微，但在塑料浓度较高的海洋区域（如北太平洋垃圾带），其变暖效应最高可达黑碳的4.7倍。研究结果表明，这些颗粒可能是此前未被认知的气候变暖贡献因素，未来的气候评估中应将其作用纳入考量。（Nature）

·演化·

地球早期生命可能就曾使用钼

现代生命普遍依赖于钼（Mo）元素，它是多种酶的催化中心。然而，地球化学证据表明，早期地球的缺氧海洋中钼极度缺乏，特别是在光合作用出现之前。最近，一项发表于《自然·通讯》（Nature Communications）的研究指出，生命对钼的使用最早可以追溯到约37亿~31亿年前的始太古代和中太古代。

研究团队利用系统发育学方法，重建了钼酶及其转运系统和生物合成途径的时间和生态起源。最终证明，早期地球海洋中钼元素的稀缺并未阻碍基于钼的酶的演化，这也是首次将生命利用钼的历史追溯到如此救援的年代。另外，研究团队还追溯了钨的使用历史，钨可以发挥与钼相似的作用，但通常出现在生活在极端环境中的现生生物。结果显示，早在数十亿年前，生命就已经开始尝试同时利用钼和钨这两种元素。（University of Wisconsin-Madison）

·天文学·

冥王星近亲天体周围存在稀薄大气层

这幅艺术概念图描绘了海王星外天体 (612533) 2002 XV93 掩星背景恒星的景象。2024年1月对此次恒星掩星的观测显示，恒星光线逐渐变暗又逐渐恢复，这为该天体周围存在极薄的大气层提供了证据。（图片来源：日本国立天文台有松亘）

绕行于海王星轨道之外的天体被称为海王星外天体，是太阳系形成过程中的残留物。其中，只有矮行星冥王星拥有被明确探测到的大气层。最近，一项发表于《自然·天文学》（Nature Astronomy）的研究指出，对冥王星外侧遥远天体的观测表明，该天体周围存在一层稀薄的大气层，可能是冰火山活动，或由彗星状天体的撞击所致。

通过观测恒星掩星现象——即该天体从恒星前方经过——对编号为(612533) 2002 XV93的天体进行了研究。2024年1月，研究团队利用日本京都和长野县的专业天文台，以及福岛一位业余天文学家运营的望远镜，在三处不同地点观测了这一现象。在某些观测中，当该天体从恒星前方经过时，恒星光线在数秒内逐渐变暗，而非突然变暗。这种现象符合天体周围存在薄层气体（即大气层）的预期表现。研究人员计算得出，该大气层的密度约为地球大气层的500万至1000万分之一，并推测其可能由冰火山喷发的气体维持，或者属于短暂存在的现象——由近期彗星状天体撞击后释放的物质所形成。这一发现挑战了此前“浓密大气层仅形成于较大行星周围”的假设。未来需要进行更多观测，特别是更多掩星观测或利用空间望远镜的测量，以了解大气随时间的变化，并更好地理解其形成机制。（Nature）

撰文：冬鸢、二七

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