背景国际空间站是世界上杰出的轨道微重力平台。超过20年,科学家一直使用空间站对生物学,物理,生物医学,材料以及地球和太空科学进行研究。在空间站上的技术演示具有先进的最新应用程序,并在地球和太空中都有好处。空间站的冗余系统使工作人员能够同时测试多个环境系统,从而为生命支持和环境技术创建独特的测试床,以实现未来的探索。部署在空间站上的传感器已经验证了气候模型,并为地球变化的气候变化做出了新的信息,而轨道实验室上的太空科学工具则提高了我们对像中子星和暗物质等现象的了解。
正在研究核物理学在核合成过程中的关键作用,特别是光子强度功能(PSF)和核水平密度(NLDS)对塑造I-,R-和P过程的结果的复杂影响。探索不同的NLD和PSF模型组合发现了(p,γ),(n,γ)和(α,γ)速率的大量不确定性。这些导致核合成过程的潜在显着丰度变化,并强调了准确的实验核数据的重要性。理论洞察力和先进的实验技术为深刻的理解提供了基础工作,可以从核合成机制和元素的起源中获得。最近的结果进一步强调了PSF和NLD数据的影响及其对理解丰度分布的贡献以及精炼复杂的核合成过程的知识。本文是主题问题的一部分,“核物理学的限制位置:从哈德子到中子星”。
超流体是一种迷人而奇特的物质状态,源于极低温度下的量子效应。超流体是一种液体,与传统流体的区别在于没有分子粘性。因此,低速穿过它的物体不会受到任何阻力。超流体的例子有 3He 和 4He、由稀碱性气体制成的玻色-爱因斯坦凝聚体 (BEC)、光学非线性系统中的光以及中子星的核心。超流体的应用范围从冷却超导材料和红外探测器到冷原子和湍流的纯基础研究。超流体湍流中最明显的量子效应是量子涡旋的存在。这种涡旋就像原子龙卷风,具有量化的循环。在 3He 和 4He 以及原子 BEC 等系统中,量子涡旋表现为流体动力学涡旋,重新连接和重新排列其拓扑结构。
美国宇航局及其四个航天局合作伙伴——加拿大航天局 (CSA)、欧洲航天局 (ESA)、日本宇宙航空研究开发机构 (JAXA) 和俄罗斯国家航天公司“Roscosmos”——在二十多年的载人空间站运行期间进行了数千次太空实验,并吸引了数千万学生参与。空间站上的技术演示和开发推动了最先进的应用,对地球和太空都有好处。空间站上部署的气候传感器验证了气候模型,并提供了有关地球不断变化的气候环境的大量新信息,而空间站上的空间科学仪器则增进了我们对中子星和暗物质等现象的认识。空间站机组人员也是实验的重要组成部分,他们自愿作为测试对象,研究人类对微重力生活和工作的适应性。如果不继续进行这些长期的演示和人车联合系统实验,人类对太阳系的探索将是不可能的。
我叫菲奥娜·A·哈里森,是加州理工学院的物理学教授,也是物理、数学和天文学分部的主任。我的研究涉及宇宙中的高能现象,例如黑洞附近的区域、中子星的致密核心以及粒子加速到非常接近光速的区域。我既使用太空和地面上的望远镜观察这些区域,也为 NASA 的任务开发新技术和仪器。我是美国宇航局核光谱望远镜阵列 (NuSTAR) 的首席研究员,这是一个观察 X 射线中高能现象的小型探测器任务。作为部门主席,我承担着学术和行政责任,负责监督研究、教学、学术项目、预算和员工。今天,我以美国国家科学院天文学和天体物理学十年战略联合主席的身份作证,该战略最近发布了《2020 年代天文学和天体物理学发现之路》报告。
脉冲星被称为旋转的中子星,其辐射束在视线上扫过。这些脉冲星的无线电信号在宽的无线电带中脉冲,但由于星际介质中的游离电子而被分散。因此,较低频率的信号更延迟。信号是由射电望远镜接收到的,然后在一系列信号转换和数字过程之后转换为数字信号,最后存储在数字文件中。天文学家通过搜索脉冲(P)的周期性(P)和许多试验的最佳分散度度量(DM)来识别脉冲星信号,以延迟在无线电带中检测到的脉冲延迟补偿的延迟补偿。在从无线电频带中的许多频道数据中进行数据脱离(DE-DM)并加在一起后,可以通过快速傅立叶变换(FFT)方法分析信号后可能找到脉冲星的可能周期。分析可以在许多软件包中进行。最受欢迎的Pulsar搜索软件是Presto。5
国际空间站是全球首屈一指的轨道微重力研究平台,用于研究和开发。二十多年来,科学家和研究人员一直利用国际空间站开展生物、物理、生物医学、材料以及地球和空间科学的研究。空间站上的技术演示和开发推动了最先进的应用,这些应用既有利于地球,也有利于太空。国际空间站上部署的气候传感器验证了气候模型,并提供了有关地球不断变化的气候环境的大量新信息,而国际空间站上的空间科学仪器则增进了我们对中子星和暗物质等现象的认识。国际空间站机组人员本身也是这项实验的重要组成部分,他们自愿成为人类适应微重力生活和工作的研究对象。如果没有这些长期的人车联合系统演示和实验,人类对太阳系的探索将无法实现。
伽马射线爆发喷流的命运和可观测特性主要取决于它们与围绕中央引擎的前身物质的相互作用。我们提出了这种相互作用的半解析模型(该模型建立在之前的几项解析和数值工作的基础上),旨在根据周围物质和发射时喷流的特性,预测爆发后喷流和茧能量以及洛伦兹因子的角度分布。利用该模型,我们构建了合成的结构化喷流群,假设前身是坍缩星(用于长伽马射线爆发 - LGRB)或双中子星合并(用于短伽马射线爆发 - SGRB)。我们假设所有前身都是相同的,并且我们允许发射时喷流特性几乎没有变化:因此我们的群体具有准通用结构。这些群体能够重现观测到的 LGRB 和 SGRB 光度函数的主要特征,尽管仍有几个不确定性和注意事项需要解决。我们向公众开放我们的模拟人口。
在二十世纪观看物理世界的方式上有两种革命:相对论和量子力学。In quantum mechanics the revolution has been both profound—requiring a dramatic revision in the structure of the laws of mechanics that govern the behavior of all particles, be they electrons or photons—and far-reaching in its impact—determining the stability of matter itself, shaping the interactions of particles on the atomic, nuclear, and particle physics level, and leading to macroscopic quantum effects ranging from lasers and superconductivity到中子星和黑洞的辐射。此外,在二十世纪物理学的胜利中,特殊的相对论和量子力学以量子场理论的形式结合在一起。诸如量子电动力学之类的现场理论已经以极高的精度进行了测试,并且在理论和实验之间的一致性比九个重要数字更好。应该强调的是,尽管我们对物理定律的理解正在不断发展,始终受到实验审查,但尚未检测到量子力学的理论和实验之间的确认差异。