在过去50年中，随着我们拥有的望远镜越发强大，人类洞悉了我们的宇宙邻居更多的秘密。据英国《每日邮报》今晨报道，美国太空网站根据过去50年中人类收集的众多宇宙行星资料，评选出一些“奇特行星之最”，编成了一份宇宙版“奇特行星吉尼斯纪录”。
●知冷暖
最热行星2200℃ 最冷接近绝对零度
“奇特行星吉尼斯纪录”中记载，迄今发现最炽热的行星是WASP-12b，纪录中调侃称，这颗气态行星拥有“比撒哈拉沙漠更炽热的温度”，可达到2200℃。它也是最大行星的候选者之一。
而“OGLE-BLG-390L”是迄今发现最寒冷的行星，其质量是地球的5倍，被认为是一颗岩石行星，它也是距离地球最遥远的行星之一，距离地球大约28000光年。它表面温度仅为零下220℃，低于液氮的沸点，接近于绝对零度（-273.15℃）。
●比大小
最大行星是木星1.7倍 密度仅似软木塞
迄今观测到的最大行星是TrES-4，它的体积是太阳系“巨人”木星的1.7倍，距离地球1400光年。它的质量非常轻，密度仅相当于家用的软木塞，可能拖曳着一个由自身大气层构成的彗星状尾部。
纪录中风趣地形容，如果将这颗行星放置在一个浴缸中，它可以漂浮起来。美国亚利桑那州罗威尔天文台的乔治-曼杜谢维说，“这意味着这颗行星的密度仅为每 立方厘米0.2克，相当于巴尔沙木的密度。由于这颗行星对顶部大气层的引力较弱，一些大气层可能逃逸，形成彗星状尾部。”
●拼速度
跑的最快的行星 自转一圈10小时
运行速度最快的行星是SWEEPS-10，它与主恒星的距离为119万公里，是地球和月球之间距离的3倍，这意味着这颗行星自转一周的时间仅相当于地球的10个小时。
纪录评论说，随着更多先进望远镜的诞生，人类将能拓展更广阔的太空观测范围，每月都会发现新的系外行星，“我们将期待更多奇特的天文发现。”
《法制晚报》
本帖最后由 浑狱弥 于 2013-2-2 17:07 编辑
物理宅的法庭“历险记”gavin_x 2012-04-16 19:13:23被逮到违反交规怎么办？美国的物理学家克里科夫为各位物理宅做了个榜样：自己写篇论文作证据！在美国，交通违章都需要进入司法程序，而在轻罪庭中，被告则需要向法官或陪审团证明，检方的证据不靠谱，来避免处罚。
最近微博上有一条很热门的段子：美国加州大学圣地亚哥分校（UCSD）的物理研究员授迪米特里•克里科夫（Dmitri Krioukov）因为没有在“STOP”标记下按规定停车，被交警逮到，并处以400美元的罚款。不过迪老师可能觉得自己冤枉，于是写了一篇4页的论文，最终证明自己无罪。在高呼“物理宅拯救世界”的同时，你知道为什么这几页纸可以在法庭上推翻警察的罚单吗？【关于这篇文章的报道，传送门在这里~~><~交通违章归轻罪庭处理
虽然我们中的绝大多数没有旁听过美国法庭审判，但一定看过类似的美剧。律师口若悬河，法官不发表事实性的意见（只是个主持人），律师和检察官都在向陪审团游说当事人是多么的善良无辜或者罪大恶极。
但电视上一般不会说的是，其实在美国的各类案件中，只有很小的一部分会进入开庭诉讼的程序，庭外非诉讼程序和认罪协商制度解决了绝大部分的纠纷，也节约了不少的司法资源。文章开头的故事属于刑事案件中的“轻罪案件”，由轻罪法庭（Traffic and Misdemeanor Court）负责审理。轻罪庭是法院内部的一个部门（Division），它并不是一个法院，而是一个法庭。它处理违章停车（Minor Parking）、交通违规（Traffic Violations）等轻微犯罪违法行为（Petty Misdemeanor Offenses）；同时也处理醉酒驾车（Driving while Intoxicated）、盗窃（Theft）和票据诈骗（Worthless Check Violations）等轻罪犯罪行为（Misdemeanor Offenses）。2005年，仅仅明尼苏达州的轻罪庭就共审理了74,000件新轻罪案件。与中国不同的是,只要当事人行为触犯法律需要被处罚时，便自然进入了诉讼程序。也就是说，克里科夫在被开罚单后，不是去交管局交钱，而是需要进入轻罪庭的程序。轻罪庭的3步程序
在轻罪庭的程序中，首先进行的程序是听证（Hearings），又称作轻罪案的第一次传讯或聆讯（Arraignments for Petty Misdemeanor & Misdemeanor Cases）。接下来为预审，又称轻罪案审前听证（Pre-trial Hearing for Misdemeanor Case）。最终是审理（Trial）。其中又包括法官审理（ Court Trial）和陪审团审理（Jury Trial）。过程如下图所示，如果被告在任意一个阶段认罪，那么程序即宣告终止。
听证，是指要求被控诉的人第一次在法庭露面。由地方检察官（The City Attorney）代表控诉方主持控诉。主要讨论承认指控和不承认指控的问题，如若被控诉的人承认指控成立，就是认罪了，这样就免去了后面的审理程序。地方检察官会鼓励被控诉的人解决这个问题，主要方式为缴纳罚款，如果被控诉的人没有支付能力，将被指派参加公益劳动。如若被控诉的人申辩无罪，本程序便结束。下一步将转入第二个程序“预审”，即是被控诉人第二次露面。这一次听证是由法官主持的，属于真正的审理了。如果在第一次露面时申辩无罪，被控诉人就必须出庭参加此程序。与其说预审，不如说是调解，它是一个非正式的双方会晤，目的是创设一个机会，促使双方当事人和解。如果没有达成和解方案，则由嫌疑人选择进行法官审理或者进行陪审团审理。法官审理由一名法官和一名陪审员组成，快捷专业；如果选择的是陪审团审理，则由一个6人（标准配置是12人）的陪审团负责判断嫌疑人是否有罪。陪审团成员不能有医生、律师、公务员、法官等专业人士，因为美国人认为这些人很容易有某种精英才有的偏见，对嫌疑人不利。而为了避免陪审员可能做出不公正判断，法院还需剔除一些由于环境、经历及其它原因所造成的有心理倾向的候选人成为陪审团成员。在陪审团候选人确定后，法院会采取措施防止他们通过法庭开庭以外的任何方式了解案情。在双方法庭辩论结束后，由陪审团投票确认被告有罪或无罪。如果陪审团一致认为被告有罪（guilty），那么检方的指控将会成立，法官则会根据法律规定判定一个比认罪协商高的罚金或刑期。但如果陪审团可以对检方提供的事实提出合理的怀疑，那么他们则不能确定被指控的犯罪成立（not guilty）。如何证明自己无罪？
在本案的庭审过程中，检察官必须要出示警方的证据，证明克里科夫先生是在何时何地没有在STOP标志前停车。在本案中，应该就是警察的笔录以及手持记录仪等工具。而克里科夫的律师（作为和Sheldon一样的物理宅，他可能就没有请律师）则要证明检方律师提供的证据不靠谱。要注意的是，因为美国宪法规定任何人都没有自证其罪的义务，所以克里科夫不需要证明“自己没有违章”，而只需要证明“检方的证据不能说明自己违章”。
克里科夫提出的证据，就是那4页的论文。在论文中，他指出警察观察的只是自己的角速度，而非线速度。此外，他认为自己当时由于速度较快，所以停车和启动的加速度很快，这也导致自己的小型车（丰田雅力士）在停车的一瞬间被外侧车道的一辆越野车（斯巴鲁傲虎）挡住，这也就是为什么警察没有看到自己停车的那一瞬间。（具体请看 @死理性派的详细解答 ）警察的视线可能受到了另外一辆车的阻挡而没有观察到Dmitri停车的过程法官和律师们并不是物理学家，他们精通的仅仅是法律和法律程序而已，因此对于这种涉及到专业领域的事实认定，必须需要第三方的专家证人证明那个线速度角速度的理论能够成立。同理，检方也可以找他们的专家证人，说明这个理论的荒谬之处在哪里。这样的专家证人，在医疗纠纷、产品质量纠纷等专业性比较强的诉讼中非常普遍。而最后呢，则由那些洗碗工、保姆、司机等普通美国人组成的陪审团在双方法庭辩论结束后投票确认被告有罪或无罪。在本案的新闻报道中，我们无法得知克里科夫采用的是法官审理还是陪审团审理，不过如果是陪审团审理的话，那么克里科夫的理论说服了陪审团。在《生活大爆炸》中，Sheldon因为无法向“正常人”解释自己的理论而败诉，看来克里科夫老师肯定不是一般的物理宅，他用通俗的语言证明了检方的证据不靠谱。不过，如果地方检察官能够让一位拥有同样资质的物理学家出庭反驳克里科夫的理论，那结果可能就没有这么乐观了……╮(￣▽￣")╭了解更多：
本帖最后由 銀琉迦 于 2012-4-30 11:18 编辑
大型强子对撞机发现新粒子！环球科技观光团 2012-04-28 15:39:28欧洲核子研究组织（CERN）的大型强子对撞机（LHC）发现了一种新的重子。新发现的粒子类似于中子和质子，由夸克组成，但很不稳定。很早之前理论已经预测到了新粒子的存在，此次发现依然尽在标准模型掌握之中，地球又度过了平静的一天。2012年4月26日，隶属于欧洲核子研究组织（CERN）大型强子对撞机（LHC）的六大实验之一——紧凑渺子线圈（CMS，Compact Muon Solenoid）实验向arXiv递交了研究论文稿 ，研究者表示，发现了一种新的名为b Ξ^*粒子的重子（Ξ是大写的ξ，可读“可see”或者“sai”，是希腊字母表第14个字母)。最常见的重子有质子和中子，新发现的粒子类似于中子和质子，是由夸克组成的，但很不稳定。
b Ξ^*粒子是由一名叫欧内斯特（Ernest Aguiló）的博士后发现的，他在能量为7万亿电子伏的质子-质子碰撞实验的数据中偶觅此新粒子衰变的迹象，这些数据是2011年紧凑渺子线圈实验在碰撞中搜集的，当时主要是为寻找希格斯玻色子，总共大约有5.3 femtobarn^(-1)，这个奇怪的单位意味着这些数据记录下了高达8亿次成功的质子-质子碰撞。
b Ξ^*粒子为重子中的级联粒子的一种，由一个上夸克和一个奇夸克，外加一个底夸克构成，前两种较轻，后一种较重，简称usb（up+strange+bottom，质子是uud，中子是udd），被归结到Ξ粒子的大家庭是因为该重子只有一个上或者下夸克，被称为b粒子是因为包含一个底夸克。同时b Ξ^*粒子并不带电，自旋为3/2。b Ξ^*粒子和强子对撞机各大实验主要寻找的希格斯玻色子不同，它并不是基本粒子，是由基本粒子构成的复合粒子。
另外，很早之前物理理论已经预测到了b Ξ粒子的存在，并且早在1995年就已经被大型正负电子对撞机观测到，2007-2011年费米实验室的兆破天对撞机也 观测 到过，这次观测到的粒子特别之处在于其处于激发态，具有3/2的自旋（相比以前的1/2）。
此次发现依然尽在标准模型掌握之中，所以高能物理界并不是那么兴奋（那位博士后哥们应该挺兴奋的），不过对物理学家更好地了解强作用力（目前所知四大基本作用之一）会有所帮助。 地球又度过了平静的一天。
作者注：为什么我说那位博士后哥们会很兴奋的原因大约是，某些粒子并不能直接被探测到，因为该粒子同希格斯波色子一样并不稳定，所以我们只能去观测该粒子理论所预测的衰变产物，但一种产物也可能是由其他粒子衰变得来的，而且可能性之多令人绝望，寻找就变成了数百亿数据的人肉统计。
欲知详情，可以参看这个博客 。
作者：MathChief
图片：CERN
本帖最后由 香哥的怪盗史 于 2012-4-29 23:58 编辑
在渣浪上看到的这个，自从高中毕业完全接触不到物理了，似乎当时老师讲了很多，但印象不是很深。。。#7144!米娜桑会不会觉得太简单了。。这个问题是：A读数是多少~#7021!为了方便，设R1=2Ω，R2=3Ω，R3=4Ω。就是R3那个地方有点混，不知道应该属于前边的并联还是应该属于后边的并联或者是后边的串联……似乎老师还给出过一个等效果的图示，好像当时就不太理解……╮(￣▽￣")╭ 现在的专业完全跟理科木什么关系，拿出这样的问题真的是好惭愧@70#
有点乱，我整理了一下，似乎是这几个比较对
就是这个↑↑↑↑↑↑@95#
至于说的第一个电阻会被短路的问题我求教了一下，那个人说你把红线部分的线变短，就会发现电路图会变成中间图的位置。听过之后我就@86#这个样子了……突然赶脚自己把什么东西都交给老师了……
米娜桑！！！！！！！！！！！！！！！！！#7203!这个答案可以算作正确答案么？如果不对我再继续改~~~~不过似乎觉得这个答案没什么大碍~!25~没想到这么多人回答，感动~~~
natalisilver 发表于 2012-4-30 16:13en~
其实吾辈第四季的时候就磨灭了对sheldon的热情。。
#7176!但是赶脚谢晓顿好可爱啊，虽然现实中让我碰到这种人我绝对会暴扁他
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natalisilver 发表于 2012-4-30 16:01现在的第五季很激情啊
#7203!要知道，这个东西一旦放下来再追就有点困难，虽然知道自己继续看的话还是很喜欢~~~
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比起正反物质的数量的差异，还是可测量物质及能量和模型估计物质及能量之间的差异更可疑……所以我们应该考虑一下怎么自制暗物质探测器。（我觉得用梯度磁场加速有磁矩的粒子来实现反物质磁矩的测量比在Penning Trap里面测更有希望，反物质实在太难handle了~）【新宅求勾搭^_^】
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| 宇宙正在膨胀，越来越快的膨胀——暗能量发现者索尔·珀尔马特访谈 | ||
Andrew Grant 文 Shea 编译 | ||
[图片说明]：索尔·珀尔马特。 通过发现它在加速膨胀，索尔·珀尔马特正在改变我们对整个宇宙的认识。 有一些科学家他们的工作永远地改变了我们对宇宙的看法。索尔·珀尔马特（Saul Perlmutter）就是其中之一，他在1998年发现暗能量中起到了核心作用。暗能量是一种无形的能量，在宇宙万物中的比例高达73%，正是它在拉伸空间结构并且导致宇宙在加速膨胀。通过他的开创性研究，这位当时38岁、在美国劳伦斯伯克利国家实验室工作的物理学家彻底颠覆了我们的宇宙模型。 科学家们长久以来一直认为，组成恒星、行星和人的原子占据着宇宙的主导。现在人们普遍认为，这些物质其实只占5%，和驱动空间膨胀的神秘反引力能比起来相形见绌。宇宙中其余的22%是暗物质，它和暗能量无关，但目前的探测手段还没有直接探测到它。科学家们也曾经一直认为，宇宙膨胀要么会在无穷长的时间里一直减速下去，要么最终会停止膨胀继而开始坍缩。珀尔马特的发现迫使他们重新思考这个问题，宇宙会一直膨胀下去，甚至最终还会出现所有恒星和星系都被撕开的“大撕裂”。 自1998年以来珀尔马特一直致力于完善对宇宙加速膨胀和暗能量的测量。关于难以捉摸的暗能量的理论大量涌现，而珀尔马特则热衷于寻求观测证据来帮助寻找有关的答案。在这里他将告诉我们他奇怪的发现、对暗能量的最新观点以及正在试图探究暗能量属性的观测计划。 问：是什么研究动机导致你在1998年发现了暗能量？ 答：20世纪20年代，埃德温·哈勃（Edwin Hubble）发现宇宙正在膨胀。但紧接着就产生了更多的问题。宇宙会一直膨胀下去吗？它会停止膨胀吗？也许它会调头并开始坍缩。我们如何才能知道宇宙是否会永世存在下去？当你说我们住在一个不断变化、膨胀的宇宙中时，有些明显的事情你会想知道。而回答这些有关未来的问题的方法则是回首过去。 问：那你是如何从宇宙膨胀的历史来触及这样一个复杂的问题的呢？ 答：其基本思想是，当你所看到的距离越远，你就越深入过去。在一些20世纪30年代的早期论文中，就有人提出用超新星——极为明亮的爆炸中的恒星——来测量宇宙的膨胀，因为它们的光度大致是相同的。如果每个超新星的辐射功率几乎完全一样的话，那么你就可以用它们的亮度来确定出它们到地球的距离。但事实证明，你观测的超新星越多，其中不同类型的也就越多，这种一致性就不复存在了。直到20世纪80年代，科学家发现，超新星中有一类被称为Ia型超新星的，它们的光度具有非常高的一致性。幸运的是，它们同时也是超新星中最明亮的，因此即使是在很远的距离上也能看到它们。 问：超新星是怎样揭示出宇宙在膨胀的？ 答：我们利用Ia型超新星做为距离的标尺。然后就是搞清楚自每个超新星爆炸以来宇宙膨胀了多少。Ia型超新星发出的几乎所有光都集中在一个特定的蓝色波长上。但是，当这些蓝光在传播的过程中，由于宇宙的膨胀它们会被拉伸，所以在它们到达我们的时候就会看起来呈红色（波长更长）。这些光线看起来有多红就怎么告诉了你自这个超新星爆炸以来宇宙究竟膨胀了多少。观测不同的超新星，你就能够确定出50亿年、30亿年或者10亿年前宇宙有多大，由此就能确定出宇宙是如何随着时间而膨胀的。人们原先预期，由于宇宙中所有的物质之间都通过引力相互吸引，因此随着时间的推移，宇宙的膨胀将会减速。而我们却发现，宇宙的膨胀实际上是在加速。 问：宇宙正在越来越快加速膨胀的重要性在哪儿？ 答：这说明宇宙并没有我们想象得那么简单。物质并不会导致宇宙膨胀的加速，它们只会令其减速。于是，我们立刻就知道了，宇宙中还存在其他东西。事实证明，宇宙中的大部分物质是以真空中某种能量的形式所出现的，而且它们还表现出了排斥的奇怪特性。也正是它导致了宇宙的加速膨胀。我们不知道它究竟是什么，但现在人们使用“暗能量”这个词来描述它的神秘属性。 问：你的这些研究结果是突然一下子冒出来的吗？ 答：嗯，这是个有意思的问题。这可能是历史上最慢的“突然一下子”，它花了几个月时间才“冒出来”。原因是这其中的数据分析工作其实相当得复杂，而在得到真正好的数据之前还有许多校准的步骤要做。另一方面，当我第一次去报告这些数据结果的时候，在我的演讲结束之后，著名宇宙学家乔尔·普里马克（Joel Primack）站起来说，他只是想向在场的物理学家指出，这是一个了不起的、绝对让人大吃一惊的结果。在那一刻我也感受到了，没错，这确实令人震惊。 问：现在科学家们是如何试图来解释暗能量的？ 答：爱因斯坦最初在他的广义相对论方程中加了一个Λ项，以此来抵消引力的影响并构建一个静态的宇宙。哈勃所发现的宇宙膨胀使得爱因斯坦深信这个Λ项是不必要的。但后来人们认识到，在量子力学中Λ可以很容易地用真空中粒子的自发出现和消失来解释。这些粒子被称为虚粒子，与它们不断出现和消失相关的能量便成为了我们了解真空能的来源。不幸的是，如果你计算一下这个能量的大小的话，得到的数字会比实际测到的大10的120次方（1后面120个0）倍。这无疑是个大问题。因此，通常假定这里必定存在一个完美的抵消机制，可以使得最后的差等于0。但是，现在我们看到，结果并不正好等于0。我想大多数的粒子物理学家认为我们需要新的解释。 问：这些解释是什么？ 答：一种解释是，暗能量是一个标量场，它的特点是在空间每一点它会从这个数值“滚动”到另一个数值。虽然在滚动，但它的能量足以驱动宇宙加速膨胀。或者也许是爱因斯坦给出的广义相对论方程式并不完美，还需要一点点的修改。另一个有趣的解释是可能存在额外的维度，引力会渗透到那些不可见的维度里。在过去10年里，每个星期都会新出两到三篇解释暗能量的论文。但如果你问我这些理论家是否相信他们所提出的模型就是答案，我想他们几乎每个人都会说：“不，我只是想尝试一下不同的想法，希望由此能得到一些线索。”然后，他们又会转向我们这些观测天文学家寻求更多的数据。 问：那么我们会如何进一步去了解暗能量的实质？ 答：一个很好的例子是近距超新星工厂，这个观测项目已经发现了500多颗可以用来探测暗能量属性的Ia型超新星。我还参与了由美国航天局和美国能源部共同资助的联合暗能量任务。它计划发射一颗卫星来寻找超新星，此外还会研发其他技术来探索暗能量的影响。如果我们能够做一个真正好的项目，那么在若干年之内就会有新的发现，对此我很乐观。我们所需的是正确前进方向的一些暗示。我认为理论家都非常有创造力，最终会给出一个解答，但目前还没有头绪。暗能量可以是任何东西。 问：自宇宙大爆炸以来，宇宙的膨胀和暗能量的影响是如何变化的？ 答：对于宇宙学家而言，在宇宙大爆炸之后10-35秒左右的极早期有一个被称为暴涨的时期。暴涨是另一个宇宙加速膨胀期，而我们也还不知道是什么导致了这一加速。有可能在当时还有另一种形式的暗能量。暴涨之后引力占据了主导，使得膨胀放缓。这一直持续了大约70亿年，此后宇宙中的物质过于分散无法再制约膨胀。此时，暗能量开始发力，宇宙膨胀也由此再次开始加速。 问：这一发现对宇宙的命运而言意味着什么？暗能量会减小吗？ 答：你可以简单地说，由于现在的宇宙正在加速，所以这意味着它会永远加速下去，最终导致一个非常黑暗、空荡、冰冷的结局。但是应该记住，我们并不知道是什么导致了当前的加速，我们也不知道是什么在宇宙的极早期引发了暴涨时期的加速。暴涨最终停了下来，宇宙随之也开始减速。谁知道我们现在看到的加速是不是也会停止，然后宇宙开始坍缩。所以，我要说的是，除非我们搞清楚了宇宙加速膨胀的原因，否则宇宙的命运将始终是个未知的谜。 （本文修改版已刊载于《天文爱好者》杂志2010年第10期） | ||
本帖最后由 natalisilver 于 2012-4-24 17:41 编辑
火星探测寻找最佳着陆地点Richard A. Kerr 文 Shea 译
行星科学家们正在为下一代火星车寻找既安全又有科学价值的着陆地点，但是资料显示恐怕鱼和熊掌不可得兼。
[图片说明]：计划于2010年发射的耗资15亿美元的“火星科学实验室”（MSL）。图片版权：NASA/JPL-CALTECH。
第一次发射火星着陆探测器时，不可避免地看上去更像是扔标枪。对于1977年的“海盗”号而言，当时没有人知道火星上哪里是安全的、哪里又是有探测价值的。但是现在不同了，在5次安全地着陆火星之后，再加上传回的几万亿字节的数据，美国宇航局（NASA）开始为下一个火星着陆计划寻找着陆地点。这次他们要正中靶心，把着陆器送到一个封存着火星的温暖与潮湿的信息几十亿年的地方。如果运气好，他们甚至可能会发现火星早期生命的踪迹。
到目前为止，科学家们在识别火星上的安全着陆地点方面保持着完美的纪录。但是，寻找在地质学上有科学意义的着陆地点又却是另一回事。2004年，在火星轨道上的摄谱仪所发回的数据中出现了一个“矿物信号”，这直接导致了“机遇”号火星车着陆在了本初子午线平原（Meridiani Planum）的平坦开阔地上，在那里发现了古代盐湖的遗迹。但是“机遇”号的孪生兄弟“勇气”号着陆在了被许多科学家认为是古代河床的地点，结果却发现那里只不过是一片熔岩曾经流过的地方。
在选择着陆地点时，“要综合地貌和矿物学特征，这样那才能事倍功半，”美国亚利桑那州立大学的行星地质学家詹姆斯·赖斯（James Rice）说，“但是这说起来容易做起来难。”美国喷气推进实验室（JPL）的行星制图员蒂莫西·帕克（Timothy Parker）说，尽管加倍地努力，但是在着陆的时候你也许会发现我们先前的预计可能完全都是错误的。
为了避免2010年耗资15亿美元的“火星科学实验室”（MSL）着陆火星之后出现同样的窘境，NASA成立了一个专门的委员会，包括了120多位科学家，计划用3年时间来挑选一个既安全又有丰硕科学回报的着陆地点。专家们提出了35个可供选择的着陆地点，但是对于这35个候选地点的看法尚未达成一致。花3年时间把35个候选地点缩小到1个，就时间而言并没有看起来的那么漫长。
图片说明]：“火星科学实验室”（MSL）和火星探测车（MER）的比较，前者要大得多。图片版权：NASA/JPL-CALTECH。
综合数据
一切从评估以前挑选工作的纪录开始。在最早的火星探测计划中，所有人都同意，科学家们在选择着陆地点时基本靠运气。他们从两个“海盗”号火星轨道器发回的模糊照片中挑选了两个着陆地点。用JPL的行星地质学家、NASA着陆地点指导委员会副主席马休·戈龙贝克（Matthew Golombeck）的话来说这就像“盲人给盲人领路”。当时对可能撞坏着陆器底部的不可见岩石的数量和大小的预测以及对着陆地点可能使得着陆器翻到的坡度的估计，“从各个方面来讲都是错误的，”戈龙贝克说。
到1997年NASA“火星探路者”计划的时候，较以前多得多的观测资料使得着陆地点的挑选成了一个更加理性的过程。着陆器的观测一开始就证明了科学家关于着陆地点安全性的预言。在科学性方面，研究者们发现了与“海盗”号着陆地点类似的布满岩石的冲积平原。但不幸的是，那里的岩石太单一，所能提供的信息比预期的要少。
当时间推进到火星探测车（MER）——“机遇”号和“勇气”号——的时候，“对着陆地点安全性的预言已经十分到位，”戈龙贝克说，“但是对于科学性还不够。”如同从火星轨道上所获得的光谱预言的那样，“机遇”号发现了由水形成的赤铁矿。但是与许多专家预计的相反，这些赤铁矿并非形成于拥有生命的湖泊的底部，而是在含盐的高酸性地下水中。有时水会流到火星表面，但在过去的超过30亿年的绝大部分时间里，这一区域一直是含盐的沙丘。尽管如此，绝大部分科学家依然认为“机遇”号的着陆点选择还是非常成功的。他们希望能找到火星早期水的证据，他们找到了。
对于“勇气”号着陆地点古谢夫环形山（Gusev Crater）的选择却并非如此。在原先155个候选地点中，绝大部分被证明存在有致命的问题：风太大无法着陆，灰尘太多无从从事地质学研究，巨石太多，没有足够的空间供着陆，等等。最后剩下4个地点可供选择，其中一个被许多人认为是极为安全的后备着陆地点，但是那里对于全世界而言太平淡无味了，另一个地方发现水的可能性又很小。相比之下，古谢夫环形山看上去更像是一个理想的选择。轨道成像观测使得许多专家相信，洪水曾经涌入了这座环形山，并且形成了一个深达几百米的湖泊。
但是，在“勇气”号到达之后，结果却令人沮丧。用一个探测小组成员的话来说，这里就像是一个由熔岩撞击粉碎而形成的“玄武岩监狱”，从来就没有水的存在。当“勇气”号驶入附近的“哥伦比亚”山区的时候，它发现了水与火山岩相互作用或者是岩石撞击的痕迹，但是有关的问题被证明过于复杂还没有得到解释。
[图片说明]：“勇气”号到达的是一片令人沮丧的熔岩流区域，而非是希望中的湖床。图片版权：NASA/JPL-CALTECH。
MSL的解决方案
在MSL上，科学家们希望能避免出现另一个古谢夫环形山。上一次，“我们奢侈地拥有两辆火星车，”赖斯提醒道，“但这一次我们只有一辆。”这是因为NASA正在摈弃原先既能探测过去潮湿环境又能识别有机物质的单一大型火星车的理念。这个计划将专注于“可栖息性”，也就是环境承载过去或者现在生命形式的可能性。MSL所搭载的仪器载荷将会是“机遇”号或者“勇气”号的16倍，包括从亚表面冰探测器到用于照射岩石来分析其化学组成的激光器等等。
同时，MSL和MER相比还具有更强的机动性，可以开到科学家们真正想让它去的地方。MER的登陆舱像子弹一样一头撞进火星的大气层，直到降落伞打开来减缓下降的速度。对于这种不受控制的进入大气层方式以及下落过程，工程师们不得不假设着陆器最后着陆的位置一个100千米长的着陆椭圆之内。由太阳能提供动力的MER设计寿命是90天，在这期间它们至少可以行驶600米。
另一方面，MSL将会有更长的时间和更多的能源来探测更大的范围，甚至可以超出着陆区域的目标。它的登录舱会不断测量自身的高度并且调整姿态，最终把着陆椭圆收缩成一个20千米的圆。一旦着陆，与MER的太阳能电池板不同，MSL上的放射性同位素热电发生器——一种稳定、可预言的能源——就会为它提供2年的能量，使它的活动范围至少可以达到20千米。因此它可以着陆在一小片安全的着陆地带，然后开足马力驶向“危险”的探测目标。另外，它还可以在高海拔的稀薄空气中降落，并且在纬度更高、更寒冷的地区工作。
[图片说明]：“机遇”号发现了由水形成的赤铁矿，和从火星轨道上所获得光谱的预言一致。图片版权：NASA/JPL-CALTECH。
去哪儿？
那么，NASA究竟要把这辆火星车送到哪儿呢？科学家们在从山谷、峡谷、沟壑到环形山、平原和盆地这些令人眼花缭乱的地质结构中寻找“可栖息性”的踪迹。通常，如果有水塑造地貌或者改变岩石的迹象会使得那里成为着陆点。如果那里的岩石是层状的——可能是由于某个时期在水层中所造成的沉积——那就更好了。当然，这一地点对于着陆而言必须是安全的，或者至少从安全的着陆点可以抵达这一地区。
一些学者看好本初子午线平原或者其周边地带，“机遇”号火星车就位于这个大约40亿年前由于风和水作用沉积达800米、富含硫酸盐的平原上。这些本初子午线平原的地层可能记录了火星上相当长的一段时间内环境的变迁。但是“机遇”号仅仅对一个小型陨石坑中800米深的沉积物中最上面的10米进行了研究。美国马林空间科学系统公司的行星地质学家迈克尔·马林（Michael Malin）说，与探测局部的沉积物相比，如果能探测距离“机遇”号几百千米远的平原侧面，MSL有可能为我们展开一幅更加壮美的画卷。
本初子午线平原很显然能满足任何一个火星地质学家对于地层的要求，但是有一些人仍然对此保留意见。“我们已经到过那里了，”赖斯说，“让我们去一些未曾去过的地方吧。”本初子午线平原的一个缺点就在于它的地质历史。酸性盐水对于栖息生命而言并不合适的。在地球上，咸水蒸发之后剩下的岩石上只会留下很少的有机物质。本初子午线平原上的有些地方看上去尘埃太多遮掩了所有令人感兴趣的地质化学活动。在为候选着陆地点投票的过程中，只有一个和本初子午线平原有关的地点——刚好位于该平原的北部边缘——入选前十名，名列第八。
一个更受欢迎的地点来自一个“低调”的层状沉积物地区，在那里带状的沉积物暴露在峡谷、环形山以及其他受到保护的洼地中。科学家们怀疑，至少有一些沉积物形成于静止的水体中，同时火星轨道上拍摄的光谱也显示一些沉积物由与水有关的硫酸盐或者粘土组成。
在位于赤道以南直径160千米的盖尔环形山（Gale Crater）中，层状沉积物在环形山底部的中央形成了一座小山。盖尔环形山中的小山在MER的候选目标中是很著名的一个，但是工程师们没有办法把着陆椭圆放入这座环形山内。现在一些科学家——包括康乃尔大学的行星科学家詹姆斯·贝尔（James Bell）——想再尝试一次。贝尔说，5千米高的层叠沉积是一个令人费解的结构。“无论是什么过程塑造了这样一个结构，它都会渗透到火星研究的各个领域，”他补充道，“现在它还是一个谜。”
但是反对者认为盖尔环形山的科学风险可能过大。“你一直在使用‘谜’这个词，”NASA约翰逊空间中心中的天文资料主管卡尔顿·埃伦（Carlton Allen）说。“这是一次性的、耗资几十亿美元的计划，但是你却告诉我，我们对探测地点是如何形成的还一无所知。”贝尔承认，没有人“确切”知道盖尔环形山中央的小山是否真的由于湖泊沉积、火山灰下落或者是风吹动尘埃而形成的。但在第一轮投票中，好奇心战胜了谨慎。盖尔环形山明列第六，同时还有其他3个低调的沉积地点挤进了前十名。
[图片说明]：有太多的问题困扰着着陆地点的选择。曾经有水在这里流过吗？（左上图）埃伯斯沃尔德环形山的三角洲是由什么组成的？（右上图）尼利·福萨凹槽上空的风是否太大不利于安全着陆？（底图）图片版权：NASA/JPL/OMEGA/THEMIS。
确认有水
科学风险风向标“安全”的一端指向了古代的火山湖，例如位于火星南半球亚热带的埃伯斯沃尔德环形山（Eberswalde Crater）。在那里存在一个无可辩驳的由河流冲击形成的三角洲，还有蜿蜒曲折的河道。赖斯说，对于MSL而言，“埃伯斯沃尔德环形山正是它的目标”，因为存在三角洲就意味着有水和沉积物。三角洲中的粘土沉积对于探测有机物而言更是具有得天独厚的优势。但是，即使是埃伯斯沃尔德环形山的拥护者也很快意识到，对于20千米着陆区域的要求而言那里太小了。另外两个被提名的环形山——霍尔登环形山（Holden Crater）和特比环形山（Terby Crater）——尽管没有那么明显的存在湖泊的证据，但是它们拥有安全着陆的所需的足够空间。
但是一般而言，环形山作为着陆地点都有一个严重的问题——风。西南研究所的大气专家斯科特·拉夫金（Scot Rafkin）和蒂莫西·迈克尔斯（Timothy Michaels）初步建立了火星的风场模型。“火星是一个大风凛冽的地方，”拉夫金说，“有些好的探测地点由于当地的大风无法作为着陆点。”
在计划MER的时候，工程师们通过数值发现当地风速过快而无法安全着陆时，他们不得不放弃一些吸引人的地点，例如位于水手大峡谷一侧的米拉斯峡谷（Melas Chasma）。古谢夫环形山正好不在此列。拉夫金说，环形山和和峡谷所产生的小尺度上的风超过了大范围的风。“因此最终可能会和MER一样避开这些地方，”拉夫金说。NASA艾姆斯研究中心的行星地质学家杰弗里·穆尔（Jeffrey Moore）称，这是一个坏消息。他把MER的选址称为是“对着陆地点的杀戮”。尽管如此，这三个环形山最终还是入选了前五名。
真的有水
曾经有水的环形山对于地质学家来说是绝佳的选择，但对于比地质学家更早考虑化学成分的光谱学家而言，他们更强调注重矿物学组成。南巴黎大学的光谱学家让-皮埃尔·比布林（Jean-Pierre Bibring）提醒，探测要以和水有关的矿物为目标。“我们必须去那些有水合矿物的地方，”他说。他们证明，水不仅仅只是流过，还会逗留很长时间来改变矿物的化学特性。
而且，问题还不单单是含水矿物。比布林领导着欧洲空间局“火星快车”轨道飞行器上的OMEGA分光仪小组，°MEGA的观测显示，有利于生命的粘土在硫酸盐之前就形成了。如果生命曾经在火星上出现过，他说，粘土时期是最有可能的。但是探测还没有发现粘土，因此MSL应该以能发现粘土的地方作为目标，例如尼利·福萨（Nili Fossae）凹槽的两侧或者马斯山谷（Marwth Vallis）。尽管两地的风速都很高，但这两个粘土着陆地点最终分列第一和第四。
所有35个候选的地点在16个月内都会被仔细地勘察。在火星轨道上的环火星巡逻者（MRO）将能拍摄到最小的具有危险性的岩石，并且探测到哪怕是一小片令人感兴趣的矿物区。“火星快车”也许也会加入其中。这将有助于精确测量MSL着陆地点的坡度。到2007年底，这张包含了35个候选地点的大名单将最终只剩下12个。
出自：Science
发布日期：2006-06-16
本帖最后由 natalisilver 于 2012-4-23 21:25 编辑
在美国开车碰上“stop”的标记，要停车让行。不同于红绿灯，虽然法律要求汽车在这种标志前完全停止，但并未规定停车时间（不过要求看清路况）。也就是说，在这个标志面前只要车速降到 0 就“安全”了。如果不幸被躲在一边的警察发现车没有停住，一张罚单不可避免。对大多数司机来说，碰到这种事情也就只有认错交款的份。但加州大学圣地亚哥分校的一名高级研究员 Dmitri Krioukov 在因为这个原因被加州警察罚款之后，选择了上法庭申诉。当时的情况是，他经过的道路有两条车道，在他的车身较短的丰田雅力士（Toyota Yaris）和警察中间还有另外一辆车身较长的车在通行，两辆车几乎同时从停车标记S的地方通过。他以一篇 4 页纸的物理论文向法庭证明，在这种环境下，由于另一辆车的遮挡，完全存在自己停了但警察没看到，而被误认为没有停的可能。据此 Dmitri 说服法官，成功免掉了 400 美元的罚款[1]。早在 4 月 1 日， Dmitri 就将这篇论文公布在科学论文预印本网站arXiv上[2]。让我们一起来看看他的论证过程是怎样的，也体验一把法官的感觉。警察依据什么开出罚单？首先让我们还原一下“案发现场”，如下图所示，警察 O 在和道路 L 垂直的方向上观察通过停车标志 S 处的车辆 C，当他看到车 C 没有在 S 的地方完全停止，就可以追上去给司机开出一张罚单。假设车的速度为 v，车离 S 的距离记作 x，警察离停车标志的距离 SO 记作 r 0 ， 角SOC 记作 α。根据几何关系可以很容易得出，对应于随时间变化的距离 x(t)，角度α(t)=arctan[x(t)/ r 0 ]。【警察在和道路垂直的方向上观察通过停车标志的车辆】但实际上，警察观察的并不是车辆沿着道路行使的直线速度 v，而是车辆在道路上行驶时相对 O 点的角速度 ω（角度α的变化率）。就像我们站在铁路边上观察驶过的火车那样，当火车距离很远的时候，看上去像没有动一样；而当火车从面前经过的时候，我们感受到的速度非常快。对于以速度 v 匀速行驶并在 t=0 时刻通过 S 点的车辆，其对应的角速度 ω 可以用公式表示为如果车的速度为 10 m/s， r 0 = 10 m，在 O 点的警察看到的角速度就如下图所示：【警察观察到的匀速通过停车标志S车辆的角速度曲线】而对于以同样大小的加速度 a 0 从 v 减速到在 S 处完全停止（t=0），再重新加速到原有的速度 v 的情况，其角速度也可以很容易地推导出来，为当初始速度为10 m/s 时，加速度为1, 3, 10 m/ s 2 不等的几种情况，警察观察到的角速度如下图所示：【警察观察到的以同样大小的加速度a0先匀加速再匀减速通过S点车辆的角速度】警察通过观察车辆在 S 处的角速度，就可以判定车辆是否在停车标志 S 的地方完全停止（角速度为零）。如果车辆用于停止和加速的加速度比较大，那么体现停车的角速度特征对应的时间会很短，在视线被影响的条件下，警察确实有可能误判。物理学家如何为自己辩护前面说过，故事主角 Dmitri 当时经过的道路有两条车道，在他的车和警察中间还有另外一辆车在通行。 Dmitri驾驶的是雅力士，车身较短（在车道1），而另外一辆车身较长，可能是斯巴鲁傲虎（Subaru Outback）之类的车（在车道2），这两辆车同时从停车标记S的地方通过。【警察的视线可能受到了另外一辆车的阻挡而没有观察到Dmitri停车的过程】问题是这辆车真的让警察误判了吗？要回答这个问题，就要准确判断警察视线受阻的时间，因此我们需要知道知道车辆的运行速度等信息。根据 Dmitri 本人的陈述，当天天气寒冷导致他身体状况不佳，在接近停车标志减速的时候他正打喷嚏，所以刹车踩的很猛，选择 a 0 =10 m/ s 2会更接近当时的情况。据此，他估算的警察视线被部分遮挡和全部阻挡的时间分别为 t p =1.31 秒和 t f=0.45 秒。而在 a 0 =10 m/ s 2 的情况下减速或加速的过程需要的时间为 t’=1.07 秒，虽然比全部阻挡的时间长但比部分阻挡的时间短。因此很有可能警察没有看到他减速到完全停下来再加速的过程（虽然时间很短）。【在另一辆车遮挡视线情况下，警察可能会把观察到的角速度和预想的匀速运动混淆起来】这样一来，虽然 Dmitri 的车实际的角速度是上图中蓝色的曲线，其中实现了完全停止，不过由于另一辆车的阻挡，警察观察到的是红色的虚线，并没有看到中间减速和加速的过程。警察的观察和预想的以 8 m/s 速度匀速通过的车辆的角速度比较接近，可能他正是据此判定 Dmitri 没有停车而开出罚单的。根据这些分析， Dmitri 总结说，在以下三种因素的影响下，警察很可能做出了错误的判断：
- 警察并不是用特殊的设备来观测车辆的线速度，他是用眼来估计车辆的角速度；
- 车辆减速和加速的加速度比较大；
- 在t=0时刻附近，警察的视线被另外一辆车阻挡。
在法庭上，这个理论说服了法官，也说服了出庭作证的警察。这使得他成功免掉了 400 美元的罚款。之后很快，几乎全世界都知道了这个“物理学家统治世界”的传奇故事。根据圣地亚哥当地新闻的报道，当被问到是否真的完全停车时， Dmitri 微笑着说 ，“我当然停了”。很可能法官被骗了不得不说，Dmitri 在这次“斗争”中表现得智勇双全。不过他很可能只是欺负了法官和警察是外行。因为他的分析并非无懈可击，比如 PhysicsCentral 的报道就提到[3]，Dmitri的推导有一个瑕疵。虽然文章里面对警官视线受阻时间的估计也不是很合理，不过最大的瑕疵恐怕还是在加速度上。根据网上能找到的关于丰田雅力士的介绍（比如 这个 ），这种车从100千米每小时减速到静止需要47.21米，对应的加速度和理论里使用的10 m/s2 接近，但是从静止加速到 100 千米/小时 的速度大约需要 10 秒。也就是说，它的最大加速度大约为 3 m/s2 左右，不能够达到 Dmitri 宣称的 10 m/s2 。因此，很有可能他并没有在停车标志的地方完全停止，只是成功运用物理知识使得法官和警察相信了这种可能性。PS：据推测法官和警察看到这篇论文的反应应该是“虽不明但觉厉”……扩展阅读在高呼“物理宅拯救世界”的同时，你知道为什么这几页纸可以在法庭上推翻警察的罚单吗？请看谋杀站的文章 物理宅的法庭“历险记” ，告诉你轻罪庭的司法程序是怎样的。参考资料1. NBC-San Diego, Man Uses Physics to Fight $400 Traffic Ticket2. Dmitri Krioukov, The Proof of Innocence, arXiv:1204.01623. PhysicsCentral, Physicist Uses Math to Beat Traffic Ticket
