天體物理學的案例
科學家發現比鋼還硬100億倍的物質！你沒看錯，是100億倍！
它也是人類到目前為止發現的最強物質——
據美國物理學家組織網近日報道，來自美國和加拿大的三名科學家進行的計算機模擬表明，中子星表面下的核物質——所謂的“核面食”可能是宇宙中最強的物質。研究人員稱，新的模擬結果可以幫助他們更好地理解引力波等重要天體物理學現象。
以前的研究表明，當恒星到了一定年齡時，就會爆炸并坍縮成大量的中子——所謂的中子星。這些恒星的表面非常致密，使表面物質堅硬異常。而新研究提供的證據表明，表面下方的材料強度更高。
天體物理學家推測，恒星變成中子星時，密集的中子會以不同方式被推移和拉動，導致其在表面下形成各種形狀。
這些形狀類似不同種類的意大利面食，因此被統稱為“核面食”，但根據不同的形狀來命名，比如“馬鈴薯團子（gnocchi）”“烤寬面條（lasagna）”等。
研究團隊利用超級計算機耗費200多個小時進行的模擬研究顯示，“核面食”強度確實超過了地殼上的物質，達到鋼的100億倍，它們可能是整個宇宙中最強的物質。
模擬還支持了另一種理論——中子星由于其強大的引力可能在時空結構中產生漣漪。理論上的波紋效應是由于“核面食”不規則的形成方式所造成，這意味著中子星可以發射引力波，有朝一日可被地球上的超敏感設備觀測到。
來源：世界先進制造技術論壇
展開 南京大學劉輝Nature子刊：超表面拓撲缺陷的確定光子偏轉和具有材料損失的對稱性破裂相變
【引言】
拓撲學在現代物理學的前沿領域中起著非常重要的作用。眾所周知，拓撲性質已經在凝聚態物質和經典波中被廣泛報道。此外，拓撲學也被用于廣義相對論和現代宇宙學。由于最近引力波探測的突破，人們對宇宙時空的拓撲效應將會越來越感興趣。特別是，理論家預測，在早期宇宙中Higgs真空場對稱性破裂期間，當與這種對稱性破裂相關聯的真空流形的拓撲不是簡單地連接在一起時，可能會形成一些拓撲缺陷。例如單極子、宇宙弦和疇壁，它們分別是時空的0維、1維和2維拓撲缺陷。天體物理學中對這些拓撲缺陷的實驗觀察將徹底改變宇宙的視覺。此外，各種論證，如宇宙弦產生的宇宙微波背景輻射中的引力波和特定印記，可能被提出用于天文觀測。然而，據作者所知，迄今為止，在天體物理學中還沒有觀察這些拓撲缺陷的好方法。幸運的是，來自實驗室環境中各種系統的模擬模型受到了研究宇宙中不容易接近的現象的可能性的推動。例如Hawking–Unruh和Bose–Einstein凝聚體。
另一方面，基于控制介電常數和磁導率分布的超材料的轉換光學可以被廣泛研究，以設計許多具有新光學應用的人造材料。變換光學最重要的應用是隱形斗篷，其中光線被視為變形空間中的線性平行測地線。在愛因斯坦的廣義相對論中，時空曲率是由能量和動量決定的。最近，通過將時空度量映射到具有局部曲率的電磁介質本構參數，模擬廣義相對論現象成為可能。除了三維超材料之外，超表面(二維超材料)具有易于制造和低傳播損耗，是一種操縱電磁波的新方式。特別的是，不同種類的超表面已經被用來控制表面波的傳播。
展開 NASA四選一：下一個旗艦太空望遠鏡究竟是哪個
圖片來源：《科學》雜志網站
今日視點
據美國《科學》雜志官網近日報道，對美國國家航空航天局（NASA）的天文學家來說，今年可謂流年不利。其詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）的發射日期已被推遲到2021年3月，而且成本已超過88億美元；與之“同病相憐”的還有寬視場紅外巡天望遠鏡（WFIRST），該望遠鏡旨在確定神秘暗能量的本質，或將超支4億美元。
然而，這無法阻擋天文學家們追求星辰大海的夢想。美國天體物理學領域的《十年調查》于上月啟動，旨在為NASA、美國能源部和國家科學基金會的未來任務確定優先事項，其中關鍵任務之一是從四個擬議的望遠鏡項目中挑選一個，做JWST和WFIRST的“接班人”。
《科學》雜志的報道稱，目前已“浮出水面”的這“四朵金花”各有千秋，無論最后選中哪朵，關鍵是進行成本控制，不要步JWST和WFIRST的后塵。
四大方案 浮出水面
這四大擬議的望遠鏡包括：“大型紫外/光學/紅外測量儀”（LUVOIR），這款15米寬的巨型望遠鏡的集光能力將是哈勃太空望遠鏡的40倍，旨在追溯到宇宙的第一個星系，并厘清宇宙其他地方是否有生命存在這一亙古謎題。
“宜居系外行星天文臺”（HabEx）也致力于回答上面的問題，但其鏡面比較小。HabEx將攜帶一個足球場大小的遮星板一起飛行。遮星板可阻擋恒星的眩光，揭示類地系外行星。HabEx將仔細檢查系外行星發出的微弱光線，以尋找生命的信號。
林克斯X射線天文臺（Lynx Xray Observatory）將收集宇宙第一批黑洞發出的X射線，了解它們如何幫助星系形成和演化。
“起源太空望遠鏡”（Origins Space Telescope）上的設備可將望遠鏡冷卻到絕對零度以上4℃，對幫助恒星和行星形成的冷氣體和塵埃發出的一種紅外輻射進行研究。
展開 人類第一個太空殖民地可能不在火星
但它不是唯一的候選星球，近日，芬蘭天體物理學家 Pekka Janhunen將谷神星在候選星球目錄的順序提到了第一位，這是一顆位于火星和木星之間小行星帶的矮行星，作為軌道巨型衛星的所在地。谷神星與地球的距離與火星相同，并且含有豐富的氮，這對于創造大氣層至關重要。
在 COMSOL 中對自適應光學系統進行仿真
使用 COMSOL 多物理場仿真軟件模擬自適應光學系統
使用多物理場仿真對自適應光學系統進行設計有很多好處，特別是對帶有不同 MEMS 執行器的可變形鏡進行設計。COMSOL Multiphysics 仿真軟件平臺是對這類自適應光學系統中的關鍵部件進行建模的理想工具。
自適應光學，特別是它在天文系統中的應用，曾經是我們多次在用戶年會上重點討論的話題。現代天體物理學是一門高科技科學，它從工業和研究之間的緊密聯系中獲取能量，用于解決宏大的科學項目中的各種工程挑戰。
天體物理學科學和工程的一個挑戰是開發大型先進望遠鏡，其鏡面直徑從幾米到高達 40 米。例如，目前正在夏威夷 Mauna Kea 天文臺建造的30 米望遠鏡，由于采用了創新的自適應光學系統，光學性能將比哈勃太空望遠鏡好近十倍。另一個正在智利建造的巨型望遠鏡是歐洲超大型望遠鏡，長達 39 米，其中一個鏡子將包含 6000 多個形狀每秒可變形 1000 次的執行器，。
COMSOL 用戶年會上的用戶案例研究
2012 年在米蘭舉行的 COMSOL 用戶年會上，來自意大利 Arcetri 天體物理觀測站和意大利卡西諾大學（University of Cassino and South Latium）的一個科學家團隊發表了一篇關于使用 COMSOL Multiphysics 設計一個基于磁路的自適應光學執行器，也稱為可變磁阻自適應鏡面線性執行器（VRALA）的論文。
在可見光波長上運行一個十米級望遠鏡的自適應鏡比在其他波長上運行的鏡子更細、更快。VRALA 是用于這些波長的執行器的理想選擇。該團隊在設計過程中使用 COMSOL 仿真軟件進行了電磁、結構和熱研究。
展開 星際訪客“奧陌陌”或是外星人的飛船
星際訪客“奧陌陌”
這個被稱為“Oumuamua”（夏威夷語意為“遠方的信使”，被天文學家們昵稱為“奧陌陌”）的物體又細又長，呈雪茄狀，仔細觀察表明它正在加速，好像有什么在推動著它。
一種解釋是該物體由外星設備（如光帆）推動，這是一種毫米尺寸的設備，能夠受太陽輻射推動而加速。該論點的主要支持者是哈佛大學的天體物理學家阿維·勒布。
但是，大多數科學家認為“奧陌陌”的突然加速可能是由自然現象造成的，今年6月，一個研究小組提出，固體氫在星際物體表面發生不可見的爆炸，促使其加速。
但是，有研究團隊證實氫假說并不成立，這將意味最合理的解釋仍是外星人拜訪過我們的星系，而且我們當時發現了它們的存在。
研究團隊提出了幾點證據如下：
1、“奧陌陌”長約400至800米，像彗星一樣運動，但沒有彗星的尾巴；
2、“奧陌陌”是有史以來第一個飛入我們太陽系并再次返回的物體，這與大多數太陽系物體相反，它們繞太陽轉圈而且從未離開天體附近。
3、沒有氫彗星能夠存活這么長時間，經歷這么久的星際空間旅行，它早就應該被星輝分解。
神秘的“奧陌陌”究竟是什么還有待爭議，但它種種奇怪的表現給我們留下了很多疑問。
展開 前沿：基于寬視場光譜巡天望遠鏡（MUST）的光學系統概念設計
撰稿人 | 張藝凡
論文題目 | Conceptual Design of the Optical System of the 6.5m Wide Field MUltiplexed Survey Telescope with Excellent Image Quality
作者 | 張藝凡，姜海嬌，Stephen Shectman，楊德華，蔡崢，施勇，黃崧，鹿璐，鄭亞旻，康少男，毛淑德，黃磊
完成單位 | 清華大學MUST項目團隊，清華大學天文技術中心，清華大學精密儀器系，清華大學天文系，華盛頓卡內基研究所卡耐基天文臺，南京大學天文與空間科學學院，南京大學現代天文學和天體物理學重點實驗室
研究背景
天文學、天體物理學是研究宇宙空間天體、宇宙結構和發展的科學，它跟所有自然科學一樣是一門實驗科學，望遠鏡就是最重要的實驗觀測設備之一。
展開 是時候向外星智慧文明發送另一條信息了嗎？
1974年11月16日，天文學家使用0和1創作了一幅包含太陽系和人類信息的圖案，通過阿雷西博天文臺向太空深處發出了該信息
近日，NASA的天體物理學家喬納森·江 (Jonathan Jiang) 提出這樣的想法，他希望在宇宙海洋中拋出一個“漂流瓶”，里面寫上“嘿，我們在這里！”
聯系ET
江和他的團隊設計的信息是建立在人類先前發送到太空信件基礎上，他們計劃將新信息的創建時間安排在阿雷西博信息50周年之際，這是與外星人聯系最可能成功的一次嘗試。
1974年發出的阿雷西博信息使用二進制代碼，傳達了有關人類以10為基數的計數系統、常見的重要元素和太陽系地圖的信息。而即將發出的新信息還以二進制編碼信息描述了基本數學、物理學和生物學，包括對 DNA、氨基酸和葡萄糖的描述，同時它還將包含銀河系、太陽系和地球本身的地圖，甚至還有關行星及其大氣構成的信息。
在該信息中，科學家們嘗試使用脈沖星作為路標來精確定位地球。研究人員還創建了一個時間戳，這樣任何攔截信息的外星智慧文明都會知道它是什么時候發送的。
發送和接收
尋找地外智能（SETI）可以分為兩種方式：被動和主動。在被動SETI中，科學家們使用大型望遠鏡來聆聽或尋找智慧生命存在的跡象。這些提示包括由外星文明無意或故意發送無線電波。
主動SETI涉及信號發送，而且迄今為止我們主動發送的信息大都是象征性的，在1972年和1973年，先鋒號宇宙飛船發射時帶有一對銘牌，描繪了人類的線條圖和旨在顯示飛船起源的符號，它們是人類設計用于在太陽系外傳播的第一條信息，但外星智慧文明在浩瀚的太空中發現它們的機會微乎其微。
展開 使用多物理場仿真研究激光與材料的相互作用
今天這篇文章，讓我們看看來自美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的一個研究團隊如何借助多物理場仿真研究激光與材料的相互作用，來避免高功率激光系統內部光學器件的損壞。
對內部光學器件的激光誘導破壞(LID)
LLNL研究人員的工作是理解激光與材料的復雜相互作用。LLNL 負責掌管國家點火裝置（NIF），這個裝置具有世界上最大和最有能量的激光,可以將光能放大到天文數字的倍數，因此被天體物理學家用來深入探討宇宙和核聚變。
但是，這種激光的工作條件非常苛刻，會對聚焦、反射和引導激光束的內部（或固有）光學器件造成損壞。反復使用激光會對這些光學器件造成損壞，留下一些微小的凹痕和碎片，如下圖所示。這種損壞，如果不加以修復，可能會改變激光器的光學特性，從而改變激光器的功能，特別是會導致不必要的光調制和散射。同時，這些光學器件很昂貴，反復更換它們對項目來說是不經濟的。
因反復暴露在高峰值功率的激光脈沖中而損壞的光學器件的示例。左邊顯示的為損壞的光學表面，右邊顯示了相應的修復部位。
小型激光器可以解決內部光學器件的激光誘導損傷的潛在問題。LLNL 材料科學部的一個研究團隊在 Manyalibo Matthews 的帶領下，專注于研究修復這些光學器件的創新技術。在仿真的幫助下，他們正在探索紅外脈沖微整形、熱退火和激光化學氣相沉積（L-CVD）等方法。
多物理場仿真提供了一種解決方案
仿真研究的第一步是了解熔融石英在不同溫度下暴露在激光束下的行為。研究團隊利用 COMSOL Multiphysics 的內置功能，同時模擬了多種物理現象，包括流體流動、傳熱、質量傳遞、結構力學和化學反應等。
研究團隊首先模擬了熔融石英玻璃在 1300K（即玻璃的轉化溫度）以下的熱力學反應，然后對更高溫度下的結構松弛和黏性流動進行模擬。
展開 美國研發出百萬兆級計算機 Summit，“最強超算”競爭加劇
據報道，中國有團隊在大約在開發15款應用，而美國團隊則正在進行25項應用的工作工作，涵蓋天體物理學和材料科學等領域。美國國家實驗室計算機科學副主任Lawrence Berkeley說：“我們的目標是盡可能實現更多的突破。
雖然開發出世界上第一臺百萬兆級計算機是一件讓人們自豪感飆升的事情，但Yelick和其他研究人員所做的工作提醒我們，開發出百萬兆級的計算機并不是真正的成功，真正重要的是如何利用它來解決一些世界上最棘手的問題。
本文來自36氪，原文鏈接：http://36kr.com/p/5143191.html ，侵刪
顆粒的最大堆積密度是多少？離散元軟件如何模擬最密堆積問題？
首頁 > 新聞媒體
一、最密堆積問題的起源和發展
堆積問題在生活中隨處可見，人們試圖尋找可以在最小空間內堆放更多物品的方式，因而最密堆積問題在很早之前就引起了數學家和物理學家的思考。
早在1611年，著名的天體物理學家開普勒關于球體最密堆積方式的猜想就已被提出。按照開普勒猜想，對于大小相等球體，在所有堆積方式中“面心立方最密堆積”和“六方最密堆積”是最密集的堆積方式，二維空間堆積密度為
但這樣的結果在當時并沒有詳細的證明以說明其正確性。
直到1998年，匹茲堡大學數學系教授托馬斯·黑爾斯利用計算機輔助方法來排除不同的可能配置，給出了針對開普勒猜想的為裁判小組所接受的證明。這樣的證明成為了數學史上的一個里程碑，也標志著計算機在驗證復雜數學問題上的一個重大進步。
隨著堆積問題研究的不斷深入，相關問題的研究引發了越來越多的國內外課題組的廣泛關注。2012年第一屆“堆積問題國際會議”在愛爾蘭都柏林圣三一大學成功舉行，吸引了國際上幾十個國家的學者前來參加。之后2014年第二屆會議在德國埃朗根、2016年第三屆會議在中國上海、2019年第四屆會議在美國耶魯大學相繼舉辦，極大促進了堆積問題的研究和發展。
二、最密堆積問題的應用場景
堆積問題是研究晶體結構、液體結構、非均勻材料結構等凝聚態物質系統的重要模型。除了單分散顆粒外，多分散顆粒的密堆積在實際應用中更加廣泛。顆粒體系在不同顆粒直徑分散性下會表現出不同的密堆積填料分數，這就帶來了顆粒級配問題。
在各類工業領域，顆粒材料的級配對于產品的性能有著至關重要的影響。優化顆粒級配以達到緊密堆積，不僅可以提高產品的強度和耐久性，還能顯著降低成本。例如：
在混凝土砂石骨料中，通過優化粗細砂和碎石的級配，可以提高砂漿的密實度和混凝土性能。
在金屬粉末冶金和3D打印領域，金屬顆粒的級配對材料致密度和力學性能有重要影響。
展開 
如何檢測核輻射,核輻射傳感器應用領域有哪些？
另外，核輻射傳感器還廣泛應用于核醫學影像學，如放射性同位素掃描和正電子發射斷層掃描（PET），用于診斷和評估各種病因。
3.環境監測：核輻射傳感器在環境監測領域中也具有一定的意義。被用于監測空氣環境中的輻射水平，用于評估自然輻射的水平和變化趨勢。此外，核輻射傳感器還可用于水、土壤和食品等環境介質的輻射監測，以保證環境與大家的健康。
4.核能行業：核輻射傳感器在核能行業中的應用。可用于快速監測核反應堆的輻射水平，避免輻射泄露造成的危害。此外，核輻射傳感器還可用于核燃料運輸、核廢物管理和核設施的輻射監測。通過實時監測和記錄輻射水平，可以及時發現潛在的問題并采取相應的措施。
5.科學研究：核輻射傳感器在科學研究領域中的應用。主要用于核物理實驗、天體物理學、地質學和考古學等領域的研究。通過該傳感器可得到準確的輻射測量結果，為科學家們提供數據支持，推動各個領域的研究進展。
核輻射傳感器的應用是十分廣泛的，在工業、醫療、核能、環境和科學研究等多個行業中發揮著重要的作用。下面工采網小編推薦兩款核輻射傳感器：
瑞士Teviso 核輻射探測器 檢測β 輻射 γ 輻射 X射線 BG500 描述：
BG500是一款易于使用和對核輻射活動提供實時反饋的便攜式輻射探測器。
Teviso BG51固態PIN二極管傳感器用于檢測β 輻射（電子）、γ 輻射（光子）和X射線。
瑞士Teviso 核輻射探測器 檢測β 輻射 γ 輻射 X射線 BG500 應用：
尤其推薦BG500傳感器用于以下應用：1. 核物理教學：檢測放射性物質釋放的電離輻射量。研究核輻射屬性的試驗2. 醫療：檢測和測量輻射和放射性物質的存在3. 環境監控: 監測環境是否存在放射性污染，如在土壤、空氣和水中4.
展開 新型“無鏡頭”成像技術：未來智能手機有望變得更加輕薄！
Dang 教授解釋道：“我們的技術也可以重構對于肉眼不可見的多個波段的光線，例如紅外線和紫外線，它們會用于醫學、監控和天體物理學，也可以用于重構在微觀水平上拍攝的圖像。”
“我們的多光譜成像技術使用單色（黑和白）攝像頭，外加一片簡單的毛玻璃，相對于市場上現有的多光譜攝像頭來說非常經濟實惠。”
“我們攝像頭的獨特功能是，它可以捕捉任何頻譜范圍的光線，不像市場上現有的攝像頭是預先設置好的。它也很少像傳統攝像頭一樣受到光學對準問題的影響，因為它不含活動部件和聚焦光學元件。”
NTU 電氣和電子工程學院主席 Yoon Soon Fatt 教授表示，這是包含物理學和光子學的跨學科研究的創新成果。Yoon 教授表示，“光線與物體的交互是如何隨著波長變化而變化，所以我們的科學家必須創造性的思考問題，設計出一個不限于典型的紅、綠、藍光譜的攝像頭。對于采用先進光子學研究改善診斷、感知和監控方面的技術來說，這項研究是一個典型。”
論文的第一作者 Sahoo 博士表示：“我們的技術適用于其他許多應用領域。例如，它可以用于食品安全，某人可以拍一張有關水果或者肉類的特定光譜照片，尋找與導致腐敗的化學或者細菌活動相關的斑點。”
研究團隊采用這項技術區分兩杯不同的蘋果汁，它們對于肉眼來說沒有什么區別，但是不同的光譜卻可以表示出它們在成分或者新鮮程度上的區別。
這項技術也可以用于刑偵學，當攝像頭調諧到可以捕捉寬頻譜時，包括近紅外線和紫外線時，也可以揭示出尋常環境下不可見的線索和證據。
這種多光譜成像技術結合了視覺技術和光譜學的優勢，只需一幅快照圖片和一個計算算法，就可以在非常高的速度下進行多項分析。
展開 太空采礦競賽袖珍小國也能領先？這個國家做到了
包括著名天體物理學家尼爾·德格拉斯·泰森（Neil deGrasse Tyson）在內的許多專家表示，在月球和大約1.6萬顆近地小行星之間，現有的資源可能足以產生世界上第一批萬億富翁。在盧森堡頒布2016年的太空法后，目前的太空競賽已經加速。這使它成為繼美國之后、世界上第二個為開發地球以外資源制定全面法律框架的國家。
負責管理政府SpaceResources.lu計劃的盧森堡經濟部長保羅·澤納斯(Paul Zenners)表示：“自2016年2月以來，我們與近200家相關的公司進行了互動。”
盧森堡的太空框架與美國框架完全不同，后者的法律要求公司持有超過50%的美國背景的股權，而盧森堡則沒有這種限制。根據國際貨幣基金組織(IMF)發布的數據，按人均國內生產總值(GDP)排名，盧森堡是全球最富有的國家，但它也被許多人指責為“避稅天堂”。盧森堡確實提供了一系列的稅收優惠和福利，包括極低的資金匯回率。
盧森堡2016年進入太空資源競賽，這吸引了在該領域最大的美國公司，包括Deep Space Industries和Planetary Resources，后者擁有英國大亨理查德·布蘭森爵士（Richard Branson）和谷歌聯合創始人拉里·佩奇(Larry Page)的支持。Planetary Resources是私人太空行業最早的參與者之一，將2800萬美元股份賣給了盧森堡。具體的股本金額從未披露，但該公司首席執行官承認，盧森堡是最大的投資者之一。
盧森堡的《太空資源法案》為太空采礦投資打開了閘門，其經濟部長現在表示，太空產業占該國GDP的1.8%左右，在歐盟國家中所占比例最高。盡管進吸引了大量投資，但太空采礦行業同時也凸顯出了模糊的法律陷阱。
展開 故障物理學
故障物理學是新發展起來的元器件失效分析技術，著重從微觀角度出發，研究元器件的失效發展過程和失效機理，以采取糾正措施，提高可靠性。
