已經(jīng)無數(shù)次“跳票”的史上最貴望遠(yuǎn)鏡——詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡（JWST），在本周迎來了新的進(jìn)展。NASA宣布，他們完成了對(duì)JWST主鏡的部署測(cè)試，直徑達(dá)6.5米的主鏡首次成功展開。
作為望遠(yuǎn)鏡最昂貴、最核心的部件，主鏡將在JWST進(jìn)入軌道后，承擔(dān)著搜索一系列天文現(xiàn)象的重要任務(wù)。由于主鏡折疊以裝進(jìn)火箭，在進(jìn)入太空后，JWST需要將鏡面伸展開，因此在地面上模擬這一動(dòng)作是必不可少的。NASA的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡元件主管Lee Feinberg說：“此次測(cè)試的成功，是JWST的一個(gè)重要里程碑，意味著它可以在太空中完成鏡面部署。”
作為哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的接任者，JWST將前往150萬千米外的第二拉格朗日點(diǎn)。通過精密的紅外儀器以及直徑達(dá)6.5米的巨大鏡面，位于高軌道的JWST將探測(cè)到眾多哈勃無能為力的宇宙圖景，幫助人類理解早期宇宙演化、恒星的形成與演化等天文學(xué)難題。
不過，JWST的研發(fā)之路并不順利。自2005年以來，JWST已經(jīng)至少6次推遲了發(fā)射計(jì)劃，其最新的發(fā)射計(jì)劃為2021年3月，項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)也由最初的10億美元飆升至97億美元。不過，雖然JWST的主鏡已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，但受新冠疫情影響，該項(xiàng)目的研發(fā)被迫暫停。JWST究竟能否如期發(fā)射，我們將拭目以待。
中等質(zhì)量黑洞存在的最有力證據(jù)
質(zhì)量由低到高，黑洞包括恒星級(jí)黑洞、中等質(zhì)量黑洞與超大質(zhì)量黑洞。其中，相當(dāng)于100~10萬倍太陽質(zhì)量的中等質(zhì)量黑洞并不好找。它們不像超新星爆發(fā)后坍縮形成的恒星級(jí)黑洞那樣，可以通過超新星和伽馬射線暴找到；也不像超大質(zhì)量黑洞那樣，有足夠的質(zhì)量吞噬其他星體，從而產(chǎn)生能夠被捕捉的X射線。因此，它們一直悄悄藏匿在黑暗之中。
為了找到它們的蹤跡，新罕布什爾州大學(xué)的科學(xué)家試圖從XMM牛頓望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)中尋找線索。2006年，XMM牛頓望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到了一陣強(qiáng)烈的X射線，其來源位置不明，但應(yīng)該是一個(gè)恒星被某個(gè)被高引力物體（如黑洞）撕裂。
哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的3XMM J215022.4?055108（白圈處）；圖源NASA
超大質(zhì)量黑洞一般都位于星系中心，但這次的X射線的源頭并不在那兒。是終于有中等質(zhì)量黑洞露出馬腳了嗎？還是說，這些信號(hào)僅僅是銀河系的某個(gè)中子星冷卻時(shí)釋放的X射線？
最終，哈勃望遠(yuǎn)鏡找到了X射線的源頭。它們不在銀河系內(nèi)，而是源自某個(gè)遙遠(yuǎn)星系邊緣的一個(gè)稠密星團(tuán)中——這正是理論所推測(cè)的中等質(zhì)量黑洞所處的位置。
這個(gè)黑洞被命名為3XMM J215022.4?055108。過往研究表明星系中心的黑洞質(zhì)量和星系核球（星系中央恒星密集的區(qū)域）的質(zhì)量是成正比的，因此研究人員推測(cè)，黑洞所處的稠密星團(tuán)可能是一個(gè)低質(zhì)量矮星系的中心，隨后受到了更大星系的引力和潮汐力的影響，并被收入囊中。通過分析恒星被撕裂過程中釋放的X射線的亮度和光譜，研究人員估計(jì)3XMM J215022.4?055108的質(zhì)量約為5萬個(gè)太陽質(zhì)量。
作為黑洞演化中的缺失一環(huán)，中等質(zhì)量黑洞對(duì)于理解黑洞的演化起著重要作用。中等質(zhì)量黑洞是怎么形成的？它可以成長(zhǎng)為一個(gè)超大質(zhì)量黑洞嗎？如能明確找到中等質(zhì)量黑洞的蹤跡，這些疑問將有望得到解答。
首次重建單個(gè)納米顆粒的三維圖像
很多材料的性質(zhì)都與其原子排列方式相關(guān)，但現(xiàn)有的原子成像技術(shù)還無法拍下液體中材料的精確三維原子排列。在一項(xiàng)發(fā)表于《科學(xué)》的研究中，韓國和澳大利亞的研究團(tuán)隊(duì)首次以原子級(jí)的分辨率，解析出單個(gè)納米粒子的三維結(jié)構(gòu)。該技術(shù)確定原子三維位置的精確度達(dá)到驚人的0.02納米——相當(dāng)于氫原子直徑的七分之一。
這項(xiàng)技術(shù)名為3D SINGLE ，全稱“通過石墨烯液體細(xì)胞確定納米顆粒結(jié)構(gòu)的電子顯微鏡”。為了得到原子的三維成像，研究團(tuán)隊(duì)將納米晶體溶液夾在兩層僅有單個(gè)原子厚的石墨烯片之間，石墨烯超薄的特性使得電子束可以穿透該裝置，同時(shí)確保液體密封。
高分辨率透射電子顯微鏡能夠以每秒400張圖像的速度捕獲在液體中旋轉(zhuǎn)的單個(gè)納米顆粒的行為。利用這些圖像，研究人員得以重建這些數(shù)據(jù)，將二維圖像轉(zhuǎn)化為三維的原子排列圖像。這項(xiàng)研究可以幫助科學(xué)家進(jìn)一步理解納米顆粒在化學(xué)反應(yīng)中的作用。
動(dòng)畫展示，疫苗為什么可以阻斷新冠病毒感染
COVID-19疫情正以驚人的速度在全球200多個(gè)國家和地區(qū)蔓延，目前全球累計(jì)確診病例已超百萬，死亡病例超過5萬。要中介這次來勢(shì)洶洶的全球大流行，很多人將希望寄托在新冠疫苗的研發(fā)上。
根據(jù)現(xiàn)有的研究數(shù)據(jù)，科學(xué)家相信針對(duì)SARS-CoV-2的特性，有很大希望開發(fā)出疫苗。首先，大多數(shù)感染新冠病毒的人都能自愈恢復(fù)正常，這意味著病毒能夠誘發(fā)人體產(chǎn)生自然免疫。其次，科學(xué)家現(xiàn)在還不能確定病毒是否會(huì)隨著時(shí)間出現(xiàn)大量變異，不過已有的證據(jù)還沒有發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)，因此單一的疫苗對(duì)新冠病毒應(yīng)該是有效的。最后一點(diǎn)就是，科學(xué)家很早就確定了疫苗研發(fā)的明確目標(biāo)：刺突蛋白。病毒正是用刺突蛋白來感染并進(jìn)入人類細(xì)胞的。
哈佛醫(yī)學(xué)院制作的這段動(dòng)畫，為我們展示了病毒侵入人體細(xì)胞，以及疫苗起作用的機(jī)制。我們看到，新冠病毒進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，依靠的就是自身的刺突蛋白結(jié)合人體細(xì)胞表面的ACE2受體。ACE2存在于上皮組織，如呼吸道和肺部的細(xì)胞中。
如果找到了針對(duì)刺突蛋白的抗體，抗體就可以結(jié)合刺突蛋白。一旦病毒表面的刺突蛋白都被抗體占據(jù)了，這時(shí)新冠病毒就不再能結(jié)合ACE2受體，失去感染細(xì)胞能力?；谠撛?，多個(gè)國家的研究機(jī)構(gòu)正在研制新冠疫苗，并且一些疫苗已經(jīng)進(jìn)入人體試驗(yàn)階段。不過，即使一切順利，疫苗的正式問世，也需要至少12~18個(gè)月。
文：吳非、楊心舟、陸水
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