8月科学速报：黑洞星、塑料饼干与声波无人机等7大发现

科学界每个月都会涌现出大量令人惊叹的研究成果，但受限于篇幅，许多精彩故事难以一一呈现。本文精选了8月份几项差点被错过的重要科学发现，涵盖天文学、材料科学、生物学和工程学等多个领域。

发现"黑洞星"

2024年，天文学家在整理詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据时，发现了数百个神秘的"小红点"，研究人员普遍认为这些是早期类星体，存在于宇宙诞生后数亿年内。其中一个特别的红点引起了科学家的强烈兴趣：它极度红润且异常明亮，但其性质与任何已知天体都不吻合。

天文学家最终得出结论，这个小红点是一颗"黑洞星"——其体积与大质量恒星相当，但产生的能量远超核聚变所能达到的上限，更接近活跃黑洞的能量输出。相关研究成果发表于《自然》杂志。

研究人员最初认为该天体呈红色是因为周围存在尘埃，但观测发现其光线在特定波长以下完全消失，呈现出一种被称为"巴尔末跳变"的现象，通常是恒星大气的特征，而此次观测到的跳变幅度是有史以来最深的。此外，其光谱中没有任何金属或氢、氦以外元素的痕迹。

研究团队通过计算机模拟得出结论：这个被命名为MoM-BH*-1的红点是一颗黑洞星——一个质量约为100个太阳质量的中央黑洞，被一个与太阳系大小相当的致密氢气茧包裹，亮度是普通恒星的1000亿倍。此后又有两颗类似天体被确认，天文学家希望黑洞星的发现有助于解开超大质量黑洞在宇宙大爆炸后如此迅速形成之谜。

用塑料瓶制作饼干

塑料污染是严峻的环境问题，微生物正在帮助科学家从多个角度加以应对。美国南伊利诺伊大学的科学家找到了一种利用微生物分解聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的方法——这种材料正是塑料饮料瓶的主要成分——并将其转化为可食用饼干，研究人员认为这种饼干非常适合未来执行深空任务的宇航员、潜艇乘员或月球、火星殖民地的居民。该成果已在美国化学学会芝加哥会议上展示。

该校教授拉希鲁·贾亚科迪及其团队认为，塑料和食物都以碳为基础，因此食品可以成为PET废料升级再造的理想出口。研究人员通过专有工艺，利用高温高压下的水和氧气将塑料瓶分解成细小碎片，使其更易被微生物处理，随后由不同种类的酵母菌将这些碎片转化为蛋白质、脂肪和酸类物质。

最后一步是加入纤维、淀粉和甜味剂，通过3D打印机将"面团"挤压成型，制成小饼干，研究团队将其命名为μBites（微型饼干）。目前尚未进行人体味觉测试，但参与者表示饼干闻起来很香，并表示在食物极度匮乏的情况下愿意尝试。研究团队也在持续改善口感，预计数年内可达到可直接食用的标准。

鲸鱼叫声与爱因斯坦的相对论

鲸鱼叫声与爱因斯坦狭义相对论之间似乎风马牛不相及，但据宾夕法尼亚大学访问学者、海洋学家约翰·斯皮斯伯格的研究，两者之间确实存在关联。故事始于斯皮斯伯格在调试一个计算鲸鱼叫声正确声速的程序时——这是他鲸鱼追踪方程中的关键参数。鲸鱼叫声可以在水下传播100千米，通过比对声音到达海底各接收器的时间，可以确定鲸鱼的位置。

然而，斯皮斯伯格不断得到不同的声速数值，从每秒1000米到3000米不等（海水中标准声速约为每秒1500米）。他意识到这并非软件漏洞，而是一种物理效应：当鲸鱼靠近水面时，接收器会同时接收到直接信号和其反射回声，从而产生时间干涉现象，使信号最强峰值看起来像是在加速，有时甚至似乎超过了光速。但实际上，编码信息仍然遵守狭义相对论的核心原则，并不违反物理定律。相关论文发表于《物理评论E》期刊。斯皮斯伯格目前正在搭建模拟海底声学参数的麦克风阵列，以期在真实环境中记录这一效应。

每种蚊子都有自己的"偏好"

科学家早已知道蚊子会被特定的体味化学物质所吸引，但一项发表于《iScience》期刊的新研究表明，每种蚊子都有其独特的偏好，因为它们解读人体气味的方式各不相同。这一发现有望推动开发针对特定蚊种的驱蚊剂，以及更有针对性的区域蚊媒疾病防控策略。

佛罗里达国际大学马修·德根纳罗领导的研究团队选取了三种蚊子：埃及伊蚊、白纹伊蚊和致倦库蚊，将三种蚊子暴露在119名愿意为科学贡献自己"被咬机会"的志愿者面前。研究发现：埃及伊蚊是日间吸血者，更偏好男性；白纹伊蚊同样在白天活动，对酮类和植物性挥发化合物含量高的人情有独钟；致倦库蚊则是夜间活动者，其选择对象取决于个体皮肤微生物组——某些微生物组会吸引蚊子，另一些则会让蚊子退避三舍。

牛油果树每天多次"变性"

牛油果树是雌雄同体植物，其花朵既可释放花粉（扮演"雄性"角色），也可接受花粉（扮演"雌性"角色），且在一天中会在这两种功能之间反复切换。为避免自花授粉，约一半的牛油果树（A型）会在上午开放雌花、下午开放雄花，另一半则相反（B型）。美国加州大学戴维斯分校的科学家已在一项发表于《美国国家科学院院刊》的研究中揭示了这一百年谜题背后的遗传机制。

研究人员分析了数百株牛油果树的基因组，发现一个名为SDMYB的单一基因与牛油果树遵循A型还是B型开花模式有关。该基因存在两个等位基因（变体），类似于许多其他物种中的两种性染色体，其中一个显性，一个隐性。A型树各含一个版本，B型树则含两个隐性版本。

值得注意的是，同样的两个基因版本也存在于另外26种亲缘树种中，说明这一遗传机制并非牛油果树所独有。此发现还将为种植者带来实际好处：此前需要等到树木开花才能判断类型，可能需要种植后10至15年，如今在育苗阶段即可通过基因检测确定，从而合理安排A型和B型树的种植比例，保证全天授粉顺利进行。

声音可驱动微型无人机

我们在日常生活中都曾遇到过"亥姆霍兹共振"现象——向瓶颈轻轻吹气时产生的嗡鸣声。瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的科学家利用这一效应，制造了由声音驱动的微型船只和微型飞行器，相关成果发表于《科学进展》期刊。

声波此前已被用于使物体悬浮在空中，但EPFL团队希望将声音转化为推进力。他们在设备中嵌入了由3D打印塑料、聚合物、玻璃等常见材料制成的小型中空腔体，声波激励腔体内的空气，将振荡气体推出以产生推力。

研究团队设计的微型船只配有三个调谐至不同可听频率的腔体，通过改变扬声器发出的声波频率即可控制航行方向。3D打印的微型飞行器同样集成了三个调谐至超声波频率的腔体，能够产生向上推力或气动升力，工作原理类似直升机。

无需电力的制冷技术

标准冰箱和空调系统依赖卡诺循环，通过电力驱动压缩机，借助制冷剂气体在高压腔和低压腔之间传递热量。爱因斯坦和西拉德等人曾尝试提出替代方案，并共同专利了一种无运动部件的高能效吸收式制冷系统。如今，一项发表于《自然·能源》期刊的新研究带来了最新突破：一种由热能驱动的弹热制冷系统，可利用废热和太阳能实现制冷。

弹热制冷系统利用形状记忆合金的特性——施加机械载荷时升温，释放载荷时降温。现有系统仍依赖电力驱动执行器来施加力。此次研究的作者找到了绕开这一障碍的方法：将两层超薄镍钛合金薄膜耦合在一起。第一层薄膜在加热时收缩，将热能转化为机械功，无需电动机；这一机械功随后传递至第二层薄膜，引发可逆的晶体结构变化，从而产生制冷效果。

这使得利用废热和太阳能驱动固态制冷成为可能。目前该研究仅为可行性验证阶段，下一步是将多层薄膜串联以提升制冷能力。若该方案能够规模化，将非常适合利用计算机处理器自身的废热为其降温，或利用传动系统废热冷却汽车中的敏感电子元件。

Q&A

Q1：什么是"黑洞星"？它是如何被发现的？

A：黑洞星是天文学家在分析詹姆斯·韦伯太空望远镜数据时发现的一类新型天体，其代表是被命名为MoM-BH*-1的神秘红点。它的体积与大质量恒星相当，但能量输出高达普通恒星的1000亿倍，与核聚变无法解释，更接近活跃黑洞的能量水平。研究人员通过计算机模拟推断，其结构为一个约100个太阳质量的中央黑洞，外被大小与太阳系相当的致密氢气茧包裹，相关论文发表于《自然》杂志。

Q2：μBites饼干是用塑料做的，真的能吃吗？

A：μBites饼干的原料是PET塑料瓶，但经过微生物处理后，塑料分子已被转化为蛋白质、脂肪和酸类等食物成分，最终加入纤维、淀粉和甜味剂制成饼干，理论上是可以食用的。目前尚未进行正式的人体口感测试，但参与者表示饼干闻起来很香，并表示在食物匮乏的极端情境下愿意食用。研究团队正在持续改善口感，预计数年内可达到可直接食用的标准。

Q3：弹热制冷系统是怎么工作的？和普通冰箱有什么区别？

A：普通冰箱依靠电力驱动压缩机来转移热量，而弹热制冷系统利用形状记忆合金（镍钛合金）在受力与释力时的温度变化来实现制冷。研究团队将两层超薄薄膜耦合：第一层受热收缩，将热能转化为机械功；第二层接收机械功后发生晶体结构变化，产生制冷效果，全程无需电力，可由废热或太阳能驱动。该技术未来有望用于冷却计算机处理器或汽车电子元件，目前仍处于可行性验证阶段。