小行星險撞地球，為什麼近到眼前才發現？ | 一週科技速覽_風聞
返朴-返朴官方账号-关注返朴（ID：fanpu2019）,阅读更多！2019-08-05 10:05
編輯 | 陳航
******編譯 |******陳航、徐穎、董唯元
空間科學
Space Science
小行星險撞地球，為什麼近到眼前才發現？
7月25日你在做什麼？
那天，有顆名叫“2019 OK”直徑57-130米的小天體，差點撞上地球。最近的時候，離我們的頭頂只有7萬公里，相當於地月距離1/5！要是這個數字沒給你感受到驚險的話，來對比一下洛希極限，對，就是電影《流浪地球》裏提到的那個洛希極限。根據來犯天體的密度不同，地球的洛希極限大約就在1~3萬公里左右。這次7萬公里的擦肩邂逅，真心沒有偏出太多。
也許你還覺得直徑100米左右的石頭聽起來沒什麼可怕，然而歷史告訴我們，哪怕一個直徑10米的小天體撞上地球也會產生原子彈級別的破壞力。2002年6月6日降落在東地中海，2009年10月8日降落在印度尼西亞，這兩次撞擊的天體都只有10米左右，但是都釋放了不亞於廣島原子彈的能量。所幸這兩次撞擊地點都遠離人類居住區，沒有造成人員傷亡。而2013年2月15日那次發生在俄羅斯的隕石事件就沒有那麼幸運。儘管不是結實地撞擊地球，只是斜擦過地球時在3萬米高空碎裂，這顆僅20米大小的天體，仍然在人口稀疏的Chelyabinsk市造成了1491人受傷，大多是被震碎的玻璃劃傷。
對太陽系裏這些熊孩子一樣亂跑的小天體，天文學家們早就又擔心又害怕，尤其是其中的近地小行星——直徑1公里以上且軌道跟地球軌道有交叉的小行星——天文界專門組織了巡天監測任務。承擔熊孩子看守工作的有Pan-STARRS、ATLAS、SONEAR和Catalina等。幾天前這次驚險一幕，就是被巴西的SONEAR發現的。SONEAR的全稱是Southern Observatory for Near Earth Asteroids Research，看名字就知道他們的本職是什麼了。
你猜SONEAR提前了多久發現“2019 OK”這個熊孩子？答案是7月24日，也就是隻提前了1天！先別掀桌子，其實11年前也有一次類似經歷，2008年10月6日Catalina巡天系統發現了一個直徑4米多的小天體要撞擊地球，20小時後的10月7日，這顆剛剛被命名為“2008 TC3”的小天體，就在蘇丹北部努比亞沙漠上空爆炸，化做耀眼的流星雨。
科學家之所以沒能更早地發現“2008 TC3”和“2019 OK”，完全是因為這種直徑只有幾百米甚至幾十米的天體實在太暗了。如果在夜晚可觀測到的話，發現難度還相對低些，可是如果運行軌跡剛巧淹沒在太陽光中，那科學家們就算瞪瞎了眼睛也不可能看到。更何況承擔大範圍巡天任務的都是小口徑望遠鏡，只有專注小範圍天區的工作才使用大口徑望遠鏡。
另外一個困難就是引力擾動影響，小天體很容易受行星或衞星的影響改變軌道，這種軌道改變本質上是混沌系統，不能長期精確預測，只能持續跟蹤觀察，並根據觀察結果數據不斷更新軌道計算結果。
當然，真正世界末日級別的威脅主要還是來自於直徑在1公里以上的小行星，比如6500萬年前滅絕了恐龍的那顆小行星，據估計直徑大約10公里左右。自從近地小行星巡天監測成為一個專門任務以來，已經有近900顆直徑1公里以上的小行星被密切監視着。
所幸近年來新發現的直徑1公里以上的小行星數量越來越少，這個趨勢讓我們大體可以不必太擔心遭遇物種滅絕級別的大災難。最近新加入監視清單的都是直徑1公里以下的小天體，而且似乎存在某種機制在不斷製造出小天體。
噢，對了，科學家還預測到10年後還有一次驚險時刻。2029年4月13日（那天是個星期五，是不是有點慌？）一顆直徑400米的小行星會擦過地球，最近距離只有3萬公里，比這次更近……
[1] http://www.sci-news.com/astronomy/asteroid-2019-ok-07446.html
[2]https://en.wikipedia.org/wiki/Near-Earth_object
交叉學科
Interdisciplinary
學科交叉：地震學啓發光學算法，白牆能當鏡子用有了新進展！
Wave-based non-line-of-sight imaging using fast F-K migration
針對非視距成像（NLOS）問題，斯坦福大學提出了一種基於波的成像模型。受到地震學方法的啓發，他們採用頻域方法f-k偏移來求解NLOS的反演問題**[****1, 2]**。那麼，什麼是非視距成像？簡單來説，就是應用一些中間媒介，對躲藏在遮擋物之後的目標進行數字化重建，從而讓人“看到”視線所不及之處的場景。
• 如何進行目標物重建？
目標物的重建依託於非視距成像原理，具體來説，在拍攝時，高速脈衝激光器（如皮秒激光器）發射的高速脈衝，入射至牆面或天花板等遮擋物發生散射，散射光傳向待測目標物體表面，經過目標物再次反射散射後一部分光子得以原路返回。最終，這些光子會回到激光的出射位置，根據光子返回時間的差異，成像系統能對拍攝空間進行數字化計算，從而重建出隱藏物體的三維幾何形貌。
成像系統記錄了激光從牆上散射後，繼而從隱藏目標身上反射，再回到牆上所花的時間。通過獲取不同激光位置在壁面上的定時測量值，可以重建隱藏物體的三維幾何形狀 | 圖片來源：David Lindell
• 頻域方法f-k偏移的算法優勢
與現有的非視距成像算法不同，f-k偏移算法計算速度快，內存效率高，與其他方法相比，f-k偏移算法對測量噪聲具有更強的魯棒性，通常能產生更好的重建質量，且原理簡單易於實現。
頻域方法f-k偏移來求解NLOS的反演問題，簡單來説，需要三個步驟。(1)將測量值進行傅里葉變換，(2)沿時間頻率維度重新採樣。然後，(3)利用傅里葉反變換恢復隱藏目標物的三維幾何形狀。具體過程如下視頻所示。（視頻來源：David Lindell，相關視頻請點擊“閲讀原文”查看）
利用f-k偏移算法實現的非視距成像，已經得到了許多令人着迷的實驗結果。在交互捕捉實驗中，我們可以以4 fps的交互速率捕捉身着白色反光服志願者的運動。雖然從拐角處拍攝，但我們清楚地重建了志願者的運動行為。（交互捕捉|視頻來源：David Lindell，相關視頻請點擊“閲讀原文”查看）
在户外環境下實測（噪聲更大），利用高能激光束掃描石頭牆壁也成功地實現了隱藏場景（石膏雕像以及綠植）的重建，該實驗也進一步驗證了f-k偏移算法具有更強的魯棒性。（户外實測 | 視頻來源：David Lindell，相關視頻請點擊“閲讀原文”查看）
雖然，目前這種技術，在一些簡單環境中，實驗性質的操作，或者説理論上的驗證沒有任何問題。但要進入實際應用，也許還需要技術方面更大的突破。
[1] https://news.stanford.edu/press/view/29312[2] http://www.computationalimaging.org/publications/nlos-fk/
智能設備
Intelligent Device
超乎想象：智能手機甚至可以進行病毒檢測
Mobile imaging platform for digital influenza virus counting
傳統的科研離不開大量的設備，而上位機更是其中進行協調和指揮的“大腦中樞”。計算機作為一種應用最為廣泛的上位機，已成為了數據處理和分析的最為主要的平台。智能手機以及各種移動端設備的普及，使得輕量化、雲端、遠程科研成為了另外一種趨勢。試想，無論你身在何地，通過身邊的智能手機就可以控制和操作複雜的實驗流程，這將是多麼的便捷與高效！一個典型的例子就發生在人工智能領域，科學家曾嘗試利用智能手機進行神經網絡訓練，當全球幾十上百億台智能手機同時進行算法訓練，其算力將遠超這個地球上性能最強的超級計算機。
另一個例子發生在最近，日本科學家利用智能手機實現了病毒檢測**[****1]**。目前評估病毒和其他疾病生物標記物存在的主要方法雖然很高效的，但是往往規模較大且價格昂貴，甚至由於某些經濟和地理因素，使得它在許多情況下都難以使用。因此，東京大學研究人員使用低成本組件和智能手機創造並測試了一種微型系統，研究人員希望該系統能夠幫助到那些處理和分析疾病傳播的醫療人員。
東京大學研究人員使用低成本組件和智能手機創造並測試的一種微型病毒檢測系統 | 圖片來源：2019 Rohan Mehra - Division for Strategic Public Relations
利用該平台，研究人員成功完成了牛鹼性磷酸酶的數字酶測定，基於熒光法測定病毒神經氨酸酶活性的數字流感病毒計數也得到了證實。在該平台上成功觀察到了單個病毒顆粒產生的不同熒光斑點。檢測到的熒光點數目與病毒效價呈良好的線性關係，表明該方法具有較高的靈敏度和定量能力。除此之外，使用該移動成像平台進行數字流感病毒計數，結果顯示出比商用快速流感測試劑高達100倍的靈敏度。這些實驗證明了智能手機檢測流感病毒的可行性，為病毒檢測提供了一種新思路。
[1] https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/LC/C9LC00370C#!divAbstract
生命科學
Life Sciences
吸煙的新危害：使病菌更耐藥
Cigarette smoke exposure redirects Staphylococcus aureus to a virulence profile associated with persistent infection
在此之前，研究人員往往認為，吸煙者更易受感染是因為吸煙對我們免疫系統的破壞作用。但最近的一項研究表明，事實也許並非如此：巴斯大學的研究人員表示，香煙煙霧可以改變致病微生物的DNA和特徵，會使例如MRSA（金黃色葡萄球菌）菌株等對抗生素產生更強的耐藥性**[****1]**。
香煙煙霧加速了人類病原體金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)中耐抗生素小菌落變異(SCVs)的出現。左側為正常野生型金黃色葡萄球菌；右側為耐慶大黴素SCVs | 圖片來源：University of Bath
研究表明，暴露在香煙煙霧中的一些金黃色葡萄球菌菌株會更具侵襲性和持久活性，儘管這種效果並不是在所有測試的菌株中都普遍存在。研究人員認為，香煙煙霧引起的應激性會引發金黃色葡萄球菌緊急的“SOS”反應，這將增加微生物DNA的變異率，導致耐受性變強、持久性變強，從而更好地抵抗抗生素。
“吸煙作為全球可預防死亡的主要方式，香煙煙霧中包含有約4800多種化合物。我們以金黃色葡萄球菌作為研究對象，是因為它在人類中很常見，可以引發一系列疾病，所以我們想看看當把它暴露在煙霧中會發生什麼。”巴斯大學的研究人員表示，“香煙會使這些菌落產生變異，使得其具有更強的粘性、侵入性和持久性。此時的它們很難被抗生素消除，並可以引發一系列慢性感染。我們希望通過我們的工作為呼籲人類不吸煙以及現有的吸煙者戒煙提供另一個合理的理由。”
[1] https://www.nature.com/articles/s41598-019-47258-6
生態學與進化
Ecolony & Evolution
未孵化的小海鷗，也能“聽到”聲音
Unhatched Gulls Shake Their Shells to Warn Siblings of Danger
大自然鬼斧神工，演化出無數的“智者”。月見草聽見嗡嗡的聲音，能夠產生更甜的花蜜吸引蜜蜂，促進花粉傳播；牛兒聽着音樂，心情愉快，會產生更多乳汁……近日，有科學家發現，未孵化的小海鷗可以聽到母鳥的示警信息，並通過蛋殼的振動向同窩的“兄弟姐妹們”傳遞危險信號，相關結果發表在《自然生態學與進化》雜誌上**[****1]**。
文章的共同作者Jose Noguera（西班牙維戈大學的進化生態學家）在接受《衞報》採訪時説，“眾所周知，胚胎能夠感知卵子外部的某些信息。但直到現在我們才知道，它們不僅能感知外部信息，還能將其從一個胚胎轉移到另一個胚胎。”鳥兒們在其白色羽毛的沙沙聲中發出叫聲，以便在求偶和餵食期間互相交流。當遇到捕食者時，海鷗們會發出一系列聲嘶力竭的啼叫，這是一種典型的示警信號。
研究人員在Sálvora島上（黃腿海鷗的繁殖地，位於西班牙海岸附近的小塊陸地上）收集了90枚海鷗蛋，他們將其中30枚海鷗蛋暴露在這種標誌性啼鳴聲中，每天四次，並另取30枚海鷗蛋暴露在白噪聲中作為對照，剩下的30枚仍放置在野外安靜的孵化器中。海鷗蛋在示警聲中發出振動，將其放回巢穴內時它們依舊會持續振動。而未暴露在示警聲中的同窩們與實驗組的海鷗蛋進行物理接觸後也受到了“蠱惑”，併產生比對照組更多的振動。
這些振動的海鷗蛋孵化時間較對照組晚，並且在孵化後，產生更迅捷的應激反應和高水平的應激激素皮質酮。另外，在有危險時，幼鳥發出的聲音較少，並可以更迅速地蹲下。小海鷗的DNA甲基化水平也比對照組更高，這表明某些基因在發育期間被激活。康奈爾大學的鳥類學家Kevin McGowan在接受《紐約時報》採訪時評價説，“這一結果太出乎意料了，孵化前的鳥類竟然可以將它們的智慧傳達給它們的兄弟姐妹。”
文章作者Noguera旨在研究胚胎與胚胎之間的關係，以進一步瞭解在發育過程中同窩幼鳥的適應性以及兄弟姐妹在孵化後如何生存。他告訴《科學美國人》説，“如果一個胚胎能夠感知環境信息，它也可能會感知到有多少潛在的兄弟姐妹或競爭對手將會孵化。”[1] https://www.nature.com/articles/s41559-019-0929-8
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