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在2024年2月26日，作为NASA的月球开拓者计划的一部分，一台热成像相机发射升空前往月球。该计划旨在绘制月球上的水源，以阐明月球水循环并指导未来的机器人和载人任务。 一旦进入轨道，这艘重量为200公斤、大小约如洗衣机的航天器将每天12次绘制月球表面的温度和组成，分辨率为50米。利用尖端仪器，它将检查包括月球南极的永久阴影陨石坑在内的特征，这些地方可能含有相当数量（潜在可达6亿公吨）的水冰。这可以用于多种方式，从经过净化作为饮用水到加工为未来人类月球着陆所需的燃料和可呼吸氧气。 两台主要仪器之一，月球热探测仪（LTM）是由牛津大学物理系的行星实验小组研发的。该仪器将测量表面温度以及组成月球景观的各种矿物，以帮助确认水的存在和位置。该仪器将与NASA/JPL的高分辨率挥发物和矿物月球探测器（HVM3）协同工作，制作迄今为止最详细的月球水分布图。（有关仪器工作原理的更多细节见下文） 月球开拓者于2019年被NASA的小型创新行星探索任务（SIMPLEx）计划选中，该计划为低成本科学航天器提供与选定主要任务共享发射机会。该航天器将作为附加有效载荷发射，为由直观机器公司领导的计划月球着陆者任务提供支持，实际上是搭载在更大的航天器上，该航天器将尝试在月球上软着陆。如果在佛罗里达州的NASA肯尼迪航天中心的发射顺利，LTM的第一张图像应该在三天内返回地球。 由于航天器引擎相对较小，计划的轨道将利用太阳、地球和月球的引力引导至最终轨道——这是一种低能量转移的技术。火箭助推器提供的动量将推动航天器驶过月球，进入深空，然后再被引力拉回。航天器随后将使用小型推进器的短促喷射慢慢纠正其轨道，直到距离月球表面约60英里（100公里）。总的来说，月球开拓者的到达最终轨道预计需要四到七个月的时间。…

一项新研究揭示了限制光电化学水分解利用二氧化钛光阳极进行清洁氢气生产效率的关键因素。研究人员将强度调制光电流光谱与弛豫时间分布分析相结合，以分析载流子动态。他们识别出与光强和不同施加电位下复合相关的明显行为，并发现了一种先前未报告的“卫星峰”，为改善材料设计和氢气生产效率提供了新的见解。 氢燃料正在成为一种可能取代化石燃料的清洁能源。可持续生产氢气的一种方式是通过光电化学（PEC）水分解，其中二氧化钛（TiO₂）这样的光阳极吸收阳光并促进氧的产生，而氢气则在阴极产生。然而，光阳极中的过程由于电子和空穴在完成反应之前复合而遭受效率损失。理解这些损失对于改善技术至关重要。 一项最近的研究，发表于美国化学学会杂志（Journal of the…

一个多机构研究团队开发了一种方法，可以在材料缩小到纳米尺度时保持其电气特性。使用软基底六方氮化硼减少了应变对原子结构造成的损害，使材料能够保持其导电特性，即使是厚度仅为12纳米的薄膜。 如果您的电子设备能够实时适应温度、压力或冲击会怎么样？得益于在量子材料缩小方面的新突破，这个想法正在成为现实。 在本月发表在《应用物理快报》上的一篇文章中，由大阪大学领导的多机构研究团队宣布，他们成功地在柔性基底上合成了一种超薄二氧化钒薄膜，从而保持了薄膜的电气特性。 二氧化钒在科学界因其在接近室温下在导体和绝缘体相之间转变的能力而著称。这种相变是智能和适应性电子设备的基础，可以实时调整以适应其环境。但二氧化钒薄膜的厚度有一个限制，因为使材料太小会影响其导电或绝缘电的能力。 来自研究的主要作者余博源解释说：“通常，当薄膜放置在硬基底上时，强表面力会干扰薄膜的原子结构，并降低其导电特性。”…

该新开发的合金强大、轻巧、超弹性，并能在范围温度内发挥作用，可能会改变太空探索和医疗技术的游戏规则。 **研究人员在东北大学开发了一种突破性的钛铝（Ti-Al）基超弹性合金。**这种新材料不仅轻巧而且强大，具有在广泛温度范围内发挥作用的独特超弹性能力——从低至-269°C（液氦的温度）到+127°C（高于水的沸点）。这一发现为包括太空探索和医疗技术在内的多种应用提供了重大潜力。 **东北大学前沿研究所的助理教授徐胜强调了合金宽广操作温度范围的重要性。**“这种合金是首个能在如此极端温度范围内保持超弹性的合金，同时仍然轻巧和强大，这为之前不可能实现的各种实际应用开辟了道路。合金的性质使其非常适合未来的太空任务，比如为月球探测车制造超弹性轮胎，以便在月球表面应对极端温度波动。” **合金在极低温下的柔韧性使其成为即将到来的氢社会和其他各种行业应用的有前途材料。**当然，该合金还可以用于需要灵活性的日常应用，如支架等医疗设备。 **目前，绝大多数形状记忆合金——能够在去除力量后恢复其原始形状的材料——都受到特定温度范围的限制。**新的钛铝合金克服了这一限制，为需要具有卓越强度和灵活性的材料的领域提供了广泛的适用性，从太空探索到日常医疗工具。…

研究团队展示了"世界上最小的射击游戏"，这是一个独特的纳米级游戏，灵感来自经典的街机游戏。这个成就归功于使用聚焦电子束对纳米粒子之间的力场进行实时控制。这项研究具有实际应用，因为对纳米级物体的操控可能会彻底改变生物医学工程和纳米技术。 由日本名古屋大学工程研究生院的星野隆之教授领导的研究团队，通过实时操控纳米粒子，展示了世界上最小的射击游戏，玩家使用大约十亿分之一米大小的粒子进行游戏。这项研究是发展计算机接口系统的重要一步，该系统能够将虚拟物体与真实纳米材料无缝集成。他们在《日本应用物理学杂志》上发表了他们的研究成果。 该游戏展示了研究人员所称的"纳米混合现实(MR)"，它使用高速电子束实时将数字技术与物理纳米世界融合。这些电子束在显示表面上生成动态电场和光学图像的模式，使研究人员能够在实时控制作用于纳米粒子的力场，以移动和操纵它们。 团队的目的是创造一种直观且吸引人的方式来展示他们的技术。作为复古视频游戏的爱好者，他们设计了一个受经典街机游戏启发的互动射击游戏。星野将其称为"世界上最小的射击游戏"，它使玩家能够与纳米级别的物体进行互动。 纳米游戏…

流浪的行星质量天体——质量介于恒星和行星之间的天体——是如何形成的？一个国际天文学家团队，包括苏黎世大学，利用先进的模拟显示这些神秘物体与年轻星团的混沌动态有关。 行星质量天体（PMOs）是宇宙流浪者：它们在太空中自由漂流，与任何恒星无关，质量小于木星的13倍。虽然在如猎户座的梯形星团等年轻星团中数量众多，但它们的起源让科学家们感到困惑。传统理论认为它们可能是失败的恒星或从其太阳系被抛出的行星。 一个国际天文学家团队在苏黎世大学（UZH）的合作下，利用先进的模拟展示这些神秘的物体可能直接来源于环绕年轻恒星的盘面之间的剧烈相互作用。“PMOs并不完全符合现有的恒星或行星类别，”来自UZH的研究通讯作者卢西奥·迈耶（Lucio Meyer）说。“我们的模拟显示它们可能是通过完全不同的过程形成的。” 盘面如何碰撞以形成PMOs…

最新的制冷剂和气溶胶中使用的化学物质会分解为污染物，科学家表示。 一个来自新南威尔士大学（UNSW）的科学家团队发现，一些最重要的新制冷剂部分分解为持久性温室气体污染物，包括已被国际禁止的化合物。制冷剂是指在过程中从液体转变为气体，反之亦然，并转移热量的化学物质，广泛用于制冷和室内的加热和冷却。这些化学物质还用作气溶胶推进剂、防火剂，以及在发泡塑料的制造中使用。 氟烯烃（HFOs）快速在低层大气中反应，已经成为制冷剂的主要合成化学物质，被视为比其化学前体更环保的替代品。 虽然已知HFO会分解成如三氟乙醛等化学物质，但关于该化合物是否进一步分解为氟仿——其曾用来替代的最具环境危害的氟烃（HFC）——的讨论仍然存在。 由新南威尔士大学化学系的克里斯托弗·汉森博士领导的一篇论文，发表在《美国化学会杂志》中，证明HFO确实会分解成少量氟仿。这项新研究表明，我们需要更密切地检查HFO的环境影响，并提出长期安全性的问题。…

一个研究团队经过两年的专注研究，成功开发出了超光稳定的有机染料，展现出与玛丽·居里同等的毅力，玛丽·居里曾费尽心力从八吨矿石中提取到了仅0.1克镭，从而获得了诺贝尔奖。 来自POSTECH（浦项科技大学）的研究团队经过两年的专注研究，成功开发出了一种超光稳定的有机染料，展现出与玛丽·居里同等的毅力，玛丽·居里曾费尽心力从八吨矿石中提取到了仅0.1克镭，从而获得了诺贝尔奖。 单分子成像是一种利用荧光标记物精确追踪蛋白质的技术，在细胞生物学、生物化学、分子生物学和药物发现中起着至关重要的作用。然而，传统的有机荧光染料因其低光稳定性而受到阻碍。光漂白的问题——在长时间光照后荧光的损失——使得在细胞内追踪蛋白质或在长时间内监控复杂的生物过程变得困难。 POSTECH的柳成浩教授研究团队在进行单分子成像时意外且开创性地发现了一种超光稳定的荧光分子，这一现象源于光漂蓝现象。在与张永太教授团队的合作下，他们使用质谱和核磁共振分析确定了它的结构，并命名为凤凰荧光555（PF555）。 PF555的光稳定性显著高于现有的荧光染料，使其在单分子水平追踪单个蛋白质以及在大规模水平同时追踪多个蛋白质方面非常有效。值得注意的是，PF555不受氧浓度的影响，并且具有较长的光漂白寿命。…

一名工程学生将一个百年数学问题提炼成更简单、更优雅的形式，使其更易于使用和探索。Divya Tyagi的研究扩展了气动学的研究，开辟了风力涡轮设计的新可能性，这是英国气动学家和原作者Hermann Glauert所未曾考虑的。 宾州州立大学的一名工程学生将一个百年数学问题提炼成更简单、更优雅的形式，使其更易于使用和探索。Divya Tyagi的研究扩展了气动学的研究，开辟了风力涡轮设计的新可能性，这是英国气动学家和原作者Hermann…

一种仿生机器人能够改变形状，以改变其自身的物理属性以响应环境，从而实现强大而高效的自主移动工具，并为机器人的运动提供了一种全新的方法。 从能够在近乎垂直的岩石面上奔跑的山羊到能卷成保护球的犰狳，动物们已经进化出能够轻松适应环境变化的能力。相比之下，当自主机器人被编程到达目标时，其预定路径的每一次变化都会带来显著的物理和计算挑战。 在洛桑联邦理工学院工程学院的CREATE实验室，Josie Hughes领导的研究人员希望开发一种能够像动物一样灵活穿越多样环境的机器人，通过实时改变形态。借助GOAT（适合所有地形的机器人），他们实现了这一目标，同时创造了机器运动和控制的新范式。 得益于其灵活而耐用的设计，GOAT在移动时可以自发地在平坦的“探测器”形状和球形之间转换。这使其能够在行驶、滚动，甚至游泳之间切换，同时消耗的能量低于具有肢体或附属物的机器人。…

近期的天文观测进展发现了大量能够支持地表水的系外行星，对这类行星上外星生命的搜索正在加速。一组天体生物学家提出了一种新颖的方法来探测海洋行星上的生命。通过进行实验室测量和卫星遥感分析，他们证明漂浮植被的反射光谱可以作为一种有前景的生物标志。漂浮植被的季节性变化可能为遥感检测提供特别有效的手段。 天文调查已经发现了近6,000颗系外行星，包括许多可居住的行星，这些行星的表面可能有液态水。对这类行星生命的搜索是本世纪最重要的科学努力之一，目前正在开发直接成像观察项目。 在类地行星上，被称为“植被红边”的陆地植被特征反射光谱被认为是关键的生物标志。然而，海洋行星由于大部分表面被水覆盖，可能不支持陆地植被。为了扩大对海洋行星的生命探测范围，本研究考察了漂浮植物的反射光谱特征并测试了它们的可探测性。 该研究在不同的尺度上研究了漂浮植物的反射光谱，从实验室中单个叶片到通过卫星遥感进行的大规模湖泊植被观察。 尽管漂浮叶片在物种间表现出显著的形态变化，但它们的总体趋势显示出明显的红边，通常与陆地植物相当甚至超过。这种增强被归因于海绵组织中的空气间隙，提供了浮力，并且具有特殊的表皮结构，具有防水性。虽然漂浮叶片在潮湿时的反射率略有降低，但它们仍显示出比水下植物更明显的红边。…

科学家们利用了一种独特的特性，称为初始铁电性，创造了一种新型计算机内存，可能会彻底改变电子设备的工作方式，例如使用更少的能量，并在极端环境中运行，例如外太空。 宾州州立大学的科学家们利用了一种独特的特性，称为初始铁电性，创造了一种新型计算机内存，可能会彻底改变电子设备的工作方式，例如使用更少的能量，并在极端环境中运行，例如外太空。 他们在《自然通讯》上发表了他们的研究，重点关注多功能二维场效应晶体管（FET）。场效应晶体管是先进的电子设备，利用超薄材料层来控制电信号，提供开关、传感或内存等多种功能，形式紧凑。它们具有类似铁电的特性，这意味着在施加外电场时，它们的电导方向可以逆转。场效应晶体管在计算中至关重要，因为其类似铁电的特性使它们能够改变信号。 传统的计算系统，尤其是处理图像识别的人工智能（AI），消耗大量能源。铁电晶体管的低能耗需求提供了一种可持续的替代方案。 “人工智能加速器以其巨大的能耗而闻名，”工程科学与力学博士生及该研究的共同作者哈里克里希南·拉维昌德兰说。“我们的设备切换迅速，消耗的能源远远更少，为更快速、更绿色的计算技术铺平了道路。”…