為了能在晚上曬太陽，他們在衛(wèi)星上裝了大鏡子……｜環(huán)境小喇叭

大家好，這里是環(huán)境小喇叭欄目的第17期。這一期，我們?yōu)榇蠹宜蚜_了以下值得一看的環(huán)境研究和新聞：

1）“人造陽光”：晚上也能曬太陽

2）把“空調(diào)”穿在身上

3）紫細(xì)菌，環(huán)保塑料的加工廠

4）空氣污染會加劇雷暴天氣出現(xiàn)

5）天氣太熱，樹木自斷手臂？

“人造陽光”：晚上也能曬太陽

最近，初創(chuàng)公司Reflect Orbital因?yàn)橐粭l神奇的視頻受到熱議。在視頻里，只要在手機(jī)上定位自己想要照亮的地方，再點(diǎn)擊“申請陽光”，本來是黑夜也變成白天了。

哪里想亮點(diǎn)哪里｜@colecallina/X

“人造陽光”的靈感來源于一個(gè)科普視頻，其中提到德國太陽能發(fā)電板平均單位面積接收的太陽光只有撒哈拉地區(qū)的1/3，遠(yuǎn)不能滿足德國發(fā)電需求。

于是，公司創(chuàng)始人本·諾瓦克（Ben Nowack）設(shè)想，能否像國家電網(wǎng)一樣，建立一個(gè)大型的光網(wǎng)呢？他一開始想在地面設(shè)立大型的鏡子，將光反射到激光束真空管中，這些真空管如同電線一般遍布各地，進(jìn)而將陽光輸送到各個(gè)地方，供人們隨時(shí)使用。

然而，這種方式有著高昂的經(jīng)濟(jì)成本。諾瓦克轉(zhuǎn)向了另一個(gè)思路：直接給人造衛(wèi)星裝上巨大的反光鏡，用衛(wèi)星來反射和傳輸陽光。為此，諾瓦克自行設(shè)計(jì)了一款準(zhǔn)直器，它可以將發(fā)散的光線聚攏成光束，并能被做成面積很大的器件。

本·諾瓦克設(shè)計(jì)的準(zhǔn)直器含有大量拋物線凹槽｜Ben Nowack

今年3月，諾瓦克在熱氣球上完成了“人造陽光”裝置的初步測試，反射光成功被地面的太陽能發(fā)電板接收到。下一步就是把裝置安到真正的衛(wèi)星上，來驗(yàn)證該設(shè)計(jì)的成效。

Reflect Orbital也開啟了“人造陽光”服務(wù)的預(yù)約，該服務(wù)一次可照明4分鐘，范圍直徑5千米，預(yù)計(jì)將在2025年第四季度開始陸續(xù)交付。

不過，“人造陽光”也引發(fā)了擔(dān)憂——夜間陽光可能會對照亮地區(qū)周圍的生物造成負(fù)面影響。

把“空調(diào)”穿在身上

香港理工大學(xué)壽大華及其團(tuán)隊(duì)研發(fā)出首款自適應(yīng)高溫的服裝，并將研究成果發(fā)表在了《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。在高溫環(huán)境中，這款衣服能自動(dòng)適應(yīng)溫度變化，讓人感覺到舒適。

熱防護(hù)服的設(shè)計(jì)受到了自然界動(dòng)物——鴿子的啟發(fā)。鴿子對溫度變化有著一套自適應(yīng)機(jī)制。當(dāng)溫度下降時(shí)，鴿子會讓羽毛蓬松起來，增加空氣層，從而增加熱阻。熱阻增加之后，熱量的轉(zhuǎn)遞會受到阻礙，鴿子不容易因?yàn)闇囟冉档投兝洹?/p>

鴿子：我可不止會咕咕咕｜Pixabay（左），2024 Research and Innovation Office, The Hong Kong Polytechnic University（右）

同樣的原理，增加熱阻、減少熱量交換，不僅可以“冬暖”，也能“夏涼”。利用這一點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的面料，由最外層的阻燃層、透氣防水防潮層以及保暖內(nèi)襯層3層組成，在內(nèi)襯層中還加入了無毒、不易燃、低沸點(diǎn)的液體。當(dāng)外界溫度變高時(shí)，液體便會轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，使內(nèi)襯層膨脹起來。液體變成氣體的過程不僅能吸收一定熱量，膨脹后內(nèi)襯層的熱阻也會增大，從而起到隔熱的效果。在極端條件下，熱防護(hù)服可以使內(nèi)表面溫度比傳統(tǒng)耐熱服裝低至少10℃。

研究團(tuán)隊(duì)對防護(hù)服的性能進(jìn)行了測試。雖然新設(shè)計(jì)中加入了少許液體，測試發(fā)現(xiàn)液體封裝完整，不會發(fā)生泄露，且液體也能反復(fù)轉(zhuǎn)變成氣體，讓防護(hù)服能長期使用。

紫細(xì)菌，環(huán)保塑料的加工廠

紫細(xì)菌是一類比較特殊的微生物，它們和植物一樣可以進(jìn)行光合作用，但體內(nèi)卻不含葉綠素，而是通過其它色素來固定二氧化碳。

最近，來自華盛頓大學(xué)（University of Washington）的兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)不約而同地發(fā)現(xiàn)，得益于紫細(xì)菌的固碳能力，它們是生產(chǎn)生物基塑料的一匹黑馬。

大多數(shù)紫細(xì)菌體內(nèi)都含有紫紅色的色素 | Joe Angeles

在保證光照穩(wěn)定的前提下，其中一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了多種實(shí)驗(yàn)方法培養(yǎng)紫細(xì)菌，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，紅微菌屬的兩種紫細(xì)菌在光養(yǎng)條件下能夠產(chǎn)生聚羥基脂肪酸酯（PHA），經(jīng)過提純后便可成為生物基塑料的原料。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，在少量電力激發(fā)和氮?dú)獾墓B(yǎng)下，這兩種紫細(xì)菌生產(chǎn)的PHA會更多。

另一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)則采取了截然不同的實(shí)驗(yàn)思路：基因工程。研究人員以一種沼澤紅假單胞菌TIE-1為受體，將與光合作用相關(guān)的酶——RuBisCO的基因插入到細(xì)菌中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，TIE-1細(xì)菌的活動(dòng)發(fā)生了顯著變化。根據(jù)過往文獻(xiàn)，TIE-1細(xì)菌并不生產(chǎn)聚合物來儲存碳源，然而經(jīng)過基因編輯后，研究團(tuán)隊(duì)從細(xì)菌體內(nèi)提取出大量PHA，成功將這種細(xì)菌改造成生物基塑料的原料生產(chǎn)廠。

這樣的“微生物加工廠”不僅可以通過光合作用吸收大氣中的二氧化碳，還能生產(chǎn)可完全生物降解的塑料原料，為塑料生產(chǎn)的綠色轉(zhuǎn)型帶來希望。

空氣污染會加劇雷暴天氣出現(xiàn)

雷公上班的時(shí)間怎么變長了？發(fā)表在《大氣研究》（Atmospheric Research）上的一篇研究發(fā)現(xiàn)，空氣污染正在加劇夏季雷暴。

空氣污染會排放大量顆粒污染物，它們隨上升氣流升至云中，然而，由于顆粒自身的沉降作用，大氣中的對流會進(jìn)一步分離顆粒物，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電荷的分離，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)更多閃電。

在不穩(wěn)定的大氣環(huán)境中，污染加重可能加劇閃電的出現(xiàn)｜Pixabay

這項(xiàng)研究主要針對美國華盛頓特區(qū)和堪薩斯城地區(qū)的雷暴數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，其中包括了數(shù)十萬次雷暴事件。通過分析雷暴事件的發(fā)生時(shí)間、氣象條件等，研究人員不僅總結(jié)了雷暴出現(xiàn)的規(guī)律，同時(shí)也探究了雷暴發(fā)生與大氣顆粒物之間的聯(lián)系。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)地區(qū)在下午至傍晚的時(shí)段更容易出現(xiàn)雷暴，且周四往往是雷暴發(fā)生的高峰時(shí)間，研究推測高峰時(shí)段可能與當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量變化有關(guān)。

此外，大氣顆粒物作為助推雷暴發(fā)生的一大因素，相較于顆粒的大小，其濃度高低對雷暴的嚴(yán)重程度影響更大。當(dāng)顆粒物濃度較低時(shí)，大氣環(huán)境不太穩(wěn)定，污染加重容易加劇雷暴的發(fā)生；而當(dāng)顆粒物濃度過高，超過了一定閾值后，大氣穩(wěn)定度反而可能增加，雷暴出現(xiàn)的次數(shù)反而可能受到抑制。

天氣太熱，樹木自斷手臂？

你有沒有注意過，夏天的時(shí)候，有些看起來好端端的樹會突然掉落樹枝。這些樹枝并不是被臺風(fēng)刮斷的，而是樹“自斷手臂”。

樹枝斷落的現(xiàn)象仍然是一個(gè)謎?？茖W(xué)界對此有不同的解釋。

因?yàn)?strong>樹枝斷落大多發(fā)生在夏天，有些學(xué)者認(rèn)為這可能是與高溫天氣有關(guān)。春天，春雨綿綿，潮濕的空氣和適宜的溫度滋養(yǎng)著樹木，讓它們茁壯生長；可到了夏天，氣溫飆升，炎熱的天氣加速了樹木水分的蒸發(fā)，為了保證自身水分充足，樹木則可能自行“修剪”掉部分樹枝，減少水分的逸失。

極端高溫或許成了樹枝生存的最后一根稻草｜Pixabay

另一種解釋則認(rèn)為，在冬季時(shí)，樹木飽受低溫的折磨，內(nèi)部變得脆弱、不健康。來年新枝萌發(fā)、長大，新生的壓力讓樹木不堪重負(fù)，只能斷掉樹枝。

根據(jù)記錄，以往樹枝無端掉落常常發(fā)生在澳大利亞、南非和美國西南部地區(qū)等氣候炎熱的地方。但是，自20世紀(jì)70年代以來，這一范圍已經(jīng)擴(kuò)大到了美國北部和英國等地區(qū)。

2023年，研究人員曾針對葡萄牙四座城市中樹枝突然掉落的情況進(jìn)行了研究，認(rèn)為樹枝掉落不僅僅與樹枝生長狀態(tài)有關(guān)，環(huán)境條件也會有所影響，而氣候變化便可能是加劇這一現(xiàn)象的主因之一。

綜合來看，樹木本身可能就存在健康問題，而極端高溫更是火上澆油。站在樹下的人，除了小心被雷劈以外，還需要留意樹枝掉落了……

作者：小小澤

編輯：黃線狹鱈