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2019年 31卷 3期 刊出日期 2019-06-18 嫦娥四号专题 激光光学专题 科学源流 嫦娥四号专题 3 中国探月工程 王琴 人类对月球的向往自古有之，我们对月球的探索从未停止。2004年，中国正式开展月球探测工程，探月工程又命名为“嫦娥工程”。工程规划分为三期，简称为“绕、落、回”。 2019 Vol. 31 (3): 3-4 [摘要] ( 2775 ) [HTML 1KB] [PDF 1930KB] ( 167 ) 5 打开宇宙电磁频谱的新窗口——超长波 Hot! 陈学雷 1800年2月11日，英国天文学家威廉·赫谢尔在观测太阳光谱热效应时意外发现了肉眼不可见的红外辐射。此后，随着麦克斯韦电磁理论的建立，人们开始意识到，在可见光之外，还存在着其他波段的电磁波，它们的差别只在于频率或者说波长。现代的天文研究综合了这些不同波段的观测以获取信息。但是，地球大气对于观测不同频段的天体辐射却有很大影响。图1为地球大气对不同波段电磁辐射的吸收。我们看到，这其中有两个几乎完全透明的窗口，分别位于可见光波段和无线电波段（米波至厘米波）。我们的眼睛之所以对可见光敏感大概是长期进化的产物。现在，地面的天文观测也是以可见光和射电（无线电）天文观测为主，而其他波段特别是X射线、伽玛射线等高能天文观测，以及红外和毫米波观测，则往往依赖航天器的空间观测或火箭、气球等近邻空间观测手段，或者至少是利用高海拔观测站以尽量减少大气吸收。仅X射线波段，空间望远镜和实验就已有几十个。这些空间观测，打开了高能天文的观测窗口。 2019 Vol. 31 (3): 5-13 [摘要] ( 1115 ) [HTML 1KB] [PDF 22750KB] ( 608 ) 14 月球背面——低频射电天文观测的圣地 Hot! 贾瑛卓, 薛长斌, 邹永廖 宇宙辐射电磁波谱的任何一个波段背后，都有天体的物理现象和机理，只要能感知到，就可以寻找它们的规律。20世纪30年代，美国贝尔实验室工程师卡尔央斯基在短波高频波段偶然收到来自地球之外的天体辐射，开启了射电天文的大门。自此，电磁波成为了天文学家观测天体辐射的核心手段之一。由于地球空间存在的比较浓密的电离层，能够反射短波和中波波段的人造电磁波，使得电磁波无法逃出地球范围。但与此同时，来自地球以外低于10兆赫兹的电磁辐射，也无法透过地球电离层到达地面。可以说，这个波段的天文观测窗口被地球电离层“屏蔽”了。与地球相比，月球的电离层非常稀薄，在其表面的射频观测下限可以达到500 kHz，在夜间还会更低。利用月球背面“干净”电磁环境开展低频射电探测，是全世界天文学家梦寐以求的事情，将填补低频射电观测的空白。因此，嫦娥四号月球着陆探测为科学家提供了在月球背面和月球空间开展低频射电天文研究的绝佳起步机会。 2019 Vol. 31 (3): 14-17 [摘要] ( 860 ) [HTML 1KB] [PDF 5412KB] ( 944 ) 18 嫦娥四号月球背面探秘之旅 Hot! 徐琳 在地-月系统长期的演化过程中，地球和月球之间的潮汐力使月球的自转逐渐减缓，最终导致月球被地球潮汐锁定，使得月球总是同一面朝向地球，所以从地球上始终不能完全看见月球的另一面（仅有18%因天平动效应和视差而被观测），因此被称为月球背面。月球背面的第一张影像由前苏联的“月球3号”环月探测器在1959年10月拍摄，揭开了月球背面的神秘面纱，直到1968年12月的阿波罗8号任务环绕月球时，才直接用眼睛看见月球背面。2007年中国发射了嫦娥一号，获取了分辨率为120米的全月图，2010年发射的嫦娥二号，进一步获取了分辨率为7米的全月图。2010年12月，美国的“月球勘测轨道号”探测器拍摄了更多高分辨率的月球背面图像，让人们对月球背面有了进一步地了解。 2019 Vol. 31 (3): 18-21 [摘要] ( 864 ) [HTML 1KB] [PDF 8525KB] ( 833 ) 22 嫦娥四号对我国空间科学国际合作模式的启示与展望 王琴, 范全林, 薛长斌, 时蓬 我国完全自主实施的探月工程又名嫦娥工程，是中国航天迈向深空探测零的突破。自2004年1月正式立项以来，我国先后成功发射了嫦娥一号、二号、三号、五号T1试验器和四号任务，实现了“五战五捷”，成为人类进入21世纪后月球探测活动的重要力量。深受世人瞩目的嫦娥四号任务实施了两次发射，2018年5月21日发射“鹊桥”号中继星；由“玉兔二号”巡视器和着陆器组成的嫦娥四号探测器于2018年12月8日从西昌卫星发射中心升空，2019年1月3日顺利在月球背面预选区着陆，由多个国家和国际组织参与的科学探测任务陆续展开。 2019 Vol. 31 (3): 22-27 [摘要] ( 1197 ) [HTML 1KB] [PDF 4509KB] ( 44 ) 激光光学专题 28 光学发展与社会进步 Hot! 杨宏, 李洪云, 龚旗煌 人从降生开始，光就伴随其一生。宇宙的发展也跟光的发展紧密联系在一起。光学的发展过程是人类认识客观世界进程中的一个重要组成部分，是不断揭露矛盾和解决矛盾，逐渐从不确切认知走向确切认知的过程。光学确实是无处不在的，太阳能的利用，蓝光的发光，激光的焊接和切割，电影的放映，光纤通信，光合作用，X光的应用和显微镜的应用等等。光学仪器已在人们日常生活中起着无可替代的作用。列举一个最熟悉的例子，我们每天都在使用的手机就使用了三十多项光学的技术：光学玻璃、激光切割光滑的玻璃表面、激光打标、OLED和液晶显示、挡光版、背光照明、实现彩色的偏振片和滤光片、增加清晰度的增透膜、照相的镜头、成像的CCD、芯片的制造、光刻技术的应用、通过光纤进行信息的传输、蓝牙无线红外通信、光纤传感和投影等。今天，我们将从光的过去、现在和未来几个方面来探讨光对我们的生活所起到的至关重要的影响。 2019 Vol. 31 (3): 28-34 [摘要] ( 1380 ) [HTML 1KB] [PDF 4350KB] ( 1059 ) 35 超快强激光及其应用——从2018年诺贝尔物理学奖谈起 Hot! 常国庆, 魏志义 激光是20世纪人类的重大发明之一，经过近60年的发展，已成为人们认识世界和改变世界的有力工具。由于其独特的性能，激光又有“最亮的光”、“最准的尺”以及“最快的刀”等美誉，并与我们的生活息息相关，如人们熟知的激光眼科手术、激光打印、激光武器、光纤通信、激光美容、激光测距等等。在科研领域，与激光物理相关的研究是非常活跃的内容，不断涌现出激动人心的发明和创造，与激光直接相关的诺贝尔奖已有十几项之多。2018年的诺贝尔物理学奖再一次颁给了从事激光技术研究的三位科学家：其中美国科学家阿瑟·阿斯金（Arthur Ashkin）因为发明光镊技术（OpticalTweezer）获得一半奖金；法国科学家杰拉德·穆鲁（Gérard Mourou）和加拿大科学家唐娜·斯特里克兰（Donna Strickland）因为发明啁啾脉冲放大（ChirpedPulse Amplification，CPA）技术而分享另一半奖金。实际上这两项发明相互之间没有多大关联，光镊技术大多用到低功率的连续激光，而啁啾脉冲放大技术针对的则是峰值功率极高的超短脉冲激光。超短脉冲激光，也被称为超快激光。经过激光物理学家们的多年努力，超快激光技术已催生了多个崭新的学科，为我们认识世界提供了前所未有的强大工具。 2019 Vol. 31 (3): 35-40 [摘要] ( 1108 ) [HTML 1KB] [PDF 1372KB] ( 839 ) 41 大国重器——激光惯性约束聚变 王巧巧 激光惯性约束聚变被认为是人类工程物理科技领域的顶峰，这不仅是因为其实现技术难度极高，更因为其研究具有重大的科学意义。通过可控核聚变解决能源问题固然是激光聚变的研究目的之一，但其应用领域却显然不仅限于此。本文简要介绍了激光惯性约束聚变的基本概念和基本物理过程，并回顾了自激光诞生以来惯性约束聚变的发展历程。 2019 Vol. 31 (3): 41-49 [摘要] ( 1192 ) [HTML 1KB] [PDF 5442KB] ( 77 ) 50 探索亚原子世界的利器——阿秒光脉冲 周胜鹏, 刘爱华 在以化石能源为动力的现代交通工具出现以前，马作为最快的交通工具已经为人类服务了几千年。千百年来，无数人好奇马在奔跑过程中，是四脚腾空，还是始终有一蹄着地。在照相技术出现后，人们就开始考虑用照相技术来解决这一问题。在摄影技术中，一个“快门”时间内可以曝光并记录一个动作，动作发生时间越短，需要记录它的“快门”就相应地要求越短，否则图像就会出现虚影。但早期的照相技术曝光时间长，成像速度慢。直到1878年，改进了快门的照相机得以应用，才由迈布里奇（E.J.Muybridge）拍摄了一组赛马奔跑的照片（见图1）。迈布里奇的照片清晰地表明了，在马匹奔跑中的某一时刻，它的四蹄是全部离地的。因此，提高照相机的快门速度（时间分辨能力），可以让我们对事物的认识提高到一个更高水平。 2019 Vol. 31 (3): 50-55 [摘要] ( 1025 ) [HTML 1KB] [PDF 7334KB] ( 224 ) 56 激光干涉仪引力波探测器的噪声和灵敏度 王运永, 朱宗宏 引力波是爱因斯坦“广义相对论”的重要预言，引力波探测是当代物理学重要的前沿领域之一。引力波的发现开辟了引力波天文学研究的新纪元。早在1916年，爱因斯坦就根据弱场近似，预言了引力波的存在。但是直到今天引力波才被发现，前仆后继，科学家为之奋斗达百年之久。关键的困难就是引力波强度太弱，引力波探测器的灵敏度太低，引力波信号完全湮没在噪声本底之中。在引力波天文学研究蓬勃发展的今天，降低噪声、提高灵敏度仍是激光干涉仪引力波探测器发展的关键课题。 2019 Vol. 31 (3): 56-62 [摘要] ( 1008 ) [HTML 1KB] [PDF 5071KB] ( 62 ) 63 光钟的发展和应用 管桦, 黄垚, 高克林 原子频标（原子频率标准的简称）是利用量子力学原理制成的高稳定度和高准确度的频率、时间信号产生系统（成为一个装置时又称为原子钟）。通俗地说，原子钟就像一个计时器一样，记录着时间的流逝。而今天所说的光钟，作为原子钟的一员，顾名思义，就是利用光学频率作参考的原子钟。 2019 Vol. 31 (3): 63-69 [摘要] ( 932 ) [HTML 1KB] [PDF 6683KB] ( 181 ) 科学源流 70 1948年5月29日：预测卡西米尔效应的论文发表 萧如珀, 杨信男 一般人不会马上认为壁虎的脚如何黏附在表面上，以及微小的纳米器件常因摩擦而故障，两者之间有关联性。前者牵涉到分子吸引的特性，而后者则是由空无一物的空间中量子力的“黏性”所引起。然而，两者皆根源于范德华（JohannesDiderik van der Waals）和卡西米尔（Hendrik Casimir）两位荷兰人的研究。 2019 Vol. 31 (3): 70-71 [摘要] ( 680 ) [HTML 1KB] [PDF 950KB] ( 45 ) 72 1908年6月30日：通古斯事件 萧如珀, 杨信男 1908年6月30日上午，在一个大都是鄂温克族原住民和俄罗斯拓荒者居住的西伯利亚人烟稀少的偏远地区，见到了一长条亮光划过天空。十分钟后，出现一道闪电和轰隆声响，伴随着强力的冲击波将数百英里外的窗子都震碎。有一位名叫谢苗诺夫（Sergei Semenov）的农夫正在离震中40英里外吃早餐，是少数亲眼目睹整个事件的人之一。他回想说：“突然在树林之上的天空好像裂成两半，整个北方的天空看起来完全覆盖在熊熊火焰中。那时，我感觉到极大的热浪，好像我的衬衫着了火似的。”之后传来巨大的声响和“强烈的撞击”，谢苗诺夫发现自己从椅子上弹落到数英尺外。 2019 Vol. 31 (3): 72-72,27 [摘要] ( 812 ) [HTML 1KB] [PDF 1109KB] ( 50 ) 编辑部公告 2018年全国物理科普大会通知 更多... 物理科普信息 更多...

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