空难“见证人”——黑匣子

    ①空难事故发生后，飞机往往解体，甚至被烈火烧毁。人们到现场救援的时候，总是会寻找一个东西，它的名字大家已经耳熟能详了，对了，这就是被誉为空难“见证人”的黑匣子。它可以给调查人员提供证据，帮助他们了解事故的真相。

    ②实际上，黑匣子并不是黑色的，而是色调较亮的“国际橘”。这种明亮显眼的颜色，以及记录仪外部的反射条带，使事故调查员在飞机失事后很快找到它。

    ③媒体很喜欢用“黑匣子”这个名称，但大多数专业人士不这样叫。航空专家通常把黑匣子叫作电子飞行数据记录仪。

    ④黑匣子由两个设备构成：飞行数据记录仪和舱声录音器。它们在任何一架商业飞机或喷气式飞机上都是必备的。黑匣子通常安装在飞机尾部，这样在飞机失事时，它们才更容易被保存下来。数据记录仪记录飞行速度、高度、垂直加速度和燃油流量等数据。舱声录音器记录驾驶舱内的各种声音，包括通话声、发动机声、爆炸声等。黑匣子记录的飞行数据、驾驶舱的各种声音能帮助人们分析事故原因。

    ⑤黑匣子是由澳大利亚人戴维·沃伦博士发明的。戴维·沃伦博士的父亲死于1934年的巴斯海峡飞机失事，当时戴维只有9岁。20世纪50年代初，沃伦博士萌生了一个念头：制作一个能记录飞行数据和驾驶室对话的装置，用于帮助分析人士了解飞机失事原因。他为墨尔本航空研究中心写了一篇名为《帮助飞机失事调查的设备》的备忘录，并于1956年发明了名为“ARL飞行记忆装置”的飞行记录仪。直到5年后，他的发明才得到广泛关注，该设备最终在英国和美国投产。

    ⑥黑匣子装有水下定位信标，一旦其感应器接触到水，就开始发射脉冲信号，每秒发射一次，共发射30天，然后会因电池电量耗尽而停止发射。一旦发生这种情况，就会给搜寻带来巨大困难。法航447航班失事坠入大西洋后，搜索人员花了两年时间才找到并打捞起黑匣子。

    ⑦黑匣子通常由钛或不锈钢包裹两层，而且能经受恶劣的环境条件，就像一个人穿着结实无比的盔甲一样。包含记忆板的关键部分可承受带有钢钉的227公斤的物体从3米的高度砸到它上面。研究人员尝试在1100摄氏度的火中摧毁它，把它放进有压力的盐水罐中或浸入航空燃料中，但黑匣子都安然无恙，所以黑匣子实际上是无法毁灭的。但黑匣子的功能并不很强大，甚至不如你的手机。马航MH370事件之后，专家表示，可能是时候为搜集航空数据的手段升级了。当前飞机上的数据记录仪不能与外界进行实时沟通，还没有从大型飞机上传输大量数据的能力。

（选自《读者》2014年第10期，有删改）

5G技术

    ①6月6日，工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照，中国的5G元年已经到来。中国成为继美国、韩国、瑞士、英国之后，全球第五个正式开通5G服务的国家。自此，我国的5G服务由三足鼎立正式演变为四强争霸。

    ②我国原本计划的5G商用牌照发放是在2020年之后，这次却提前跳过了临时牌照，直接发放正式牌照，时间足足提前了半年。这是为什么呢？

    ③早在2016年我国就启动了5G的实验阶段。原本计划2016—2018年实验5G技术，在2019—2020年实验5G产品。但是实际上，2018年9月份我国就已经完成了5G关键技术验证、5G技术方案验证和5G系统组网验证的三个阶段实验。

    ④此外，运营商招商也早就开始，前期工作已经准备就绪。

⑤中国信息通信研究院发布的《5G经济社会影响白皮书》指出，预计到2030年，5G将带动中国直接经济产出6.3万亿元、经济增加值2.9万亿元、就业机会800万个；在间接贡献方面。5G将带动总产出10.6万亿元、经济增加值3.6万亿元、就业机会1150万个。

    ⑥可以看出5G对我国的经济建设和就业机会增加都有十分巨大的助益。另外，由于全球的5G发展速度非常惊人，并且美国、韩国、瑞士和英国已经开通5G服务，所以中国加快脚步，提前半年发放商用牌照也是合情合理的。

    ⑦公众虽然还没有接触到5G网络，但是从技术标准和架设规模来看，5G移动网络将完全颠覆现有3G/4G网络的体验，不仅网速提升到10倍以上，1Gbps的下载速度会成为常态，而且大大提升网络质量、缩短延迟，将延迟控制在几毫秒到十几毫秒的水平。

    ⑧不仅打手机游戏再也不用担心500ms卡顿的问题，而且视频通话、4K视频直播都不在话下。目前我们还难以想象5G商用之后会有哪些全新的移动端娱乐、交流应用出现，但它一定会带来翻天覆地的改变，就像当初从GPRS到3G/4G的跨越一样。

古建筑中的数字“密码”

周乾

①中国古建筑不仅宏伟壮丽，还包含着诸多的古代建筑智慧，其中之一就是蕴含数字“密码”。故宫古建筑的造型、纹饰，乃至截面形状均与公式密切相关。

②公式为无理数，其代数解的近似值为1.414。从几何角度讲，公式可反映圆形和其外切方形的关系。当圆外切正方形时，该值表示正方形对角线与边长比值。而当正方形对角线旋转45度，并成为圆的外切长方形的长边时，该值表示长方形长边与短边的比值。

③故宫古建筑的立面造型多与公式相关。如太和殿建筑高度为26.10米，而其屋顶部分的高度为18.54米，二者之比为1.41，约等于公式。这种立面造型的美学价值在于：可产生舒适的视觉效果。另外，太和殿屋顶部分与屋檐下部分的立面尺寸采用公式的比例，有利于突出屋顶高大厚重的美学效果。

④故宫古建筑的纹饰之美也与公式密切相关。以藻井纹饰为例，故宫古建筑中的藻井，位于建筑内部顶棚正中，从下往上分为3层：最下面一层为正方形，第二层由正方形内收为八角形，第三层由入角形内收为圆形。其中，正方形在内收为八角形时，通过多条45度斜线进行分割，形成若干均匀独立而又对称布置的等腰直角三角形或菱形空间，形成优美的纹饰。

⑤此外，聪明的古代工匠还以“方五斜七”(正方形的直边长为5，则对角线长为7)的方式，获得了近似公式的构件尺寸比。这种做法的优点在于，将复杂的几何计算转化为简单的代数计算，且代数的计算建立在取近似值的基础之上，以达到精简与准确间的平衡。其结果不仅有利于工匠较为准确地制作出精美的藻井纹饰，还降低了施工的难度。

⑥公式还与故宫古建筑单体的截面形状关系密切。故宫古建筑优美的整体造型离不开柱、梁、枋等构件单体。其中，柱为竖向构件，承受压力，截面为圆形，可由原木刨削加工制成；梁、枋为水平向构件，承受弯曲力，截面为长方形，需要对原木截面进行切割才能制成。那么，如何对原木的圆形截面进行切割，使得切割后的长方形截面既美观，又能充分利用原有截面？

⑦在科学领域，截面抵抗矩是评价水平构件弯曲受力性能的重要指标，其值越大，代表构件的抗弯曲能力越强。它与截面长度的平方、截面宽度成正比。然而，在圆直径不变的条件下，其内接长方形的长度越大，则宽度越小。科学计算表明：当长与宽的比例为公式比1时，长方形的截面抵抗矩最大，即意味着原木截面能够最充分地被利用。实际上，故宫古建筑的梁、枋构件多采用与公式接近的截面长宽比，从而达到既美观又能充分利用原木的效果。

⑧由上可知，公式是故宫古建筑的美学“密码”。这与我国古人的“天圆地方”宇宙观密切相关。《周髀算经》载有“方属地，圆属天，天圆地方”，意即方的数理用于观测地，圆的数理用于观测天，所以就有天圆地方的说法。包括故宫古建筑在内的古代都城、宫殿建筑的规划设计都是基于该理念开展的。天圆地方宇宙模型的美妙之处在于，当圆径与其内，外方边取简单整数时，近似地有“面积=周长”，实现了“形”与“数”的统一，科学与美学的融合。因此，公式是故宫古建筑艺术，建筑科学、建筑文化，以及工匠卓越建筑智慧的综合体现。

(选自《江苏科技报》2023年01月24日，有删改)

身体不舒服是地磁暴惹的祸？

①中国气象局地磁监测数据显示，3月24日23时到25日23时，地球出现了3小时特大地磁暴、且地磁活动一直持续到26日。共间，地磁暴相关话题多次登上热搜。很多网友表示自己这几天“浑身不舒服”，怀疑是受到了地磁暴的影响。还有人“恍然大悟”称：还以为是上班上的，原来是地磁暴的“锅”！

②到底什么是地磁暴？它真的会危害人体健康吗？

③“简单地说，地磁暴就是太阳活动引起地球磁场发生变化的现象。”中国卫星气象领域科学传播专家曹静介绍，作为最典型的太阳爆发活动，一次日冕物质抛射过程，能将数以亿吨计的太阳物质高速抛离太阳表面。强大的动能量和太阳磁场能量一旦冲向地球，就会引发地球磁场方向与大小的变化，这就是我们常说的地磁暴。这种现象通常在太阳活动高峰期频繁发生，根据强度和持续时间，可分为小地磁暴、中等地磁暴、大地磁暴、特大地磁暴和超大地磁暴。据统计，平均每年有54天都会发生小地磁暴，但本次地磁暴因强度较大而引起公众关注。

④关于网友们自述的头痛、嗜睡、失眠、焦虑等症状，曹静说：“这应该和地磁暴无关。按目前研究看，它对人类的身体健康几乎没有影响。”中国资源卫星应用中心推广部部长陈卫荣则表示，虽然普通人不需要对地磁暴做特殊的防护措施，但对于太空飞行员和定居在高纬度地区的居民等特殊人群来说，需要关注地磁暴可能带来的健康风险。

⑤那么，地磁暴会对人类生活的其他方面造成干扰吗？曹静介绍：“对空间天气最敏感的是航天器。太阳活动剧烈时，高能粒子对人造卫星、空间站等航天飞行器可能造成损害。”随着地磁暴活动的加强，地球高层大气被太阳能量不断加热，低轨道值班的航天器飞行时就会遇到额外的阻力。这种阻力会产生类似拖拽的减速作用，降低运行轨道的高度，威胁航天器安全。

⑥此外，地磁暴还会对通讯导航产生影响，比如干扰无线电通信、影响飞机轮船等的导航系统，甚至我们的手机信号。电力传输系统也可能受到地磁暴的影响，严重时可能导致变压器或电网设施损坏，引起电力中断。

⑦虽然人类几乎感觉不到地磁暴的发生，但一些依赖地球磁场飞行的生物就不一样了。例如，地磁方向和大小的改变会令鸽子“找不到北”，回不了家。成都信鸽协会秘书长陈帅在接受媒体访问时就提到：“在25日早上7点的一场短距离比赛中，有近6000羽信鸽刚放飞时估计受到地磁暴的短暂影响，导致整体速度变慢。”

⑧地磁暴为地球带来的并不全是麻烦，也有一份浪漫的“礼物”，那就是美丽的极光。去年12月，黑龙江、内蒙古、北京等多地出现极光，就是受地磁暴活动影响。国家卫星气象中心工程师韩大洋解释，这是因为太阳会不停地产生大量被称为“太阳风”的高能带电粒子，在地球磁场的作用下，这些粒子都围绕地球聚集起来。当储存的能量饱和时，太阳风就会沿着磁力线碰撞地球的大气层，大气中的原子和分子获得能量并释放，这就形成了让我们大饱眼福的极光。因此，最近极光爱好者可以密切留意空间天气预报，择机择地观测极光。

（选自2024年3月29日《科普时报》）

【展板 】

三星堆的青铜哪里来？（有改编）    
李忠东

①三星堆已出土的众多文物中 ， 最令人瞠目结舌的便是那些洋洋洒洒的青铜器。可以说，青铜器构成了三星堆最为精彩的华章。那么铸造用的大量青铜源于何处呢？

②在生物学上，常常运用 DNA 比对来确定生物的种属和血缘关系。我们可不可以通过青铜器的“DNA”来寻找其源头呢？在考古学中，最常用的办法正是对出土器物的成分和其他特性进行提取，然后与周边的矿床和古矿遗迹进行比对，这便是考古学中的“基因鉴定”。

③对于金属器的矿源的探究，传统的做法是微量元素测定和比对。比如成都平原的青铜器中除含有铜、铅、锡等主要元素，同时也含有银、砷、铋、镍等微量元素，通过对这些微量元素的成分和含量的对比，可以帮助我们寻找矿源。但这种初级阶段的“基因鉴定”手段有一个致命的缺陷，那就是我们提取的“基因信息”——微量元素，有可能是治炼过程中被“不小心”混入，并非由原产地遗传而来。

④上世纪 60年代，美国康宁玻璃博物馆的BRILL首先利用铅同位素的比值特征来寻找文物材料的产地，开创了铅同位素示踪方法在考古学和自然科学史研究中的应用。自然界的铅由四种稳定的铅同位素组成 ，其中三种是由铀和钍同位素放射性衰变而成，它们随时间而积累，含量会逐渐增多，称为高放射性成因铅。而另一种则始终保持着初始丰度，被称为非放射性成因铅或普通铅。由于地球上铜、锡、铅金属矿床中铀钍浓度都会存在的差异，铅同位素组成也各具差异，表现为铅的 4 种稳定同位素含量比率各有不同。

⑤通过对器物中这4种铅同位素的测定可以得出具有唯一性的含量比率，这便是它的 “DNA”。用它与矿源地矿物做比对，就可确定文物与矿源的血缘关系。而且这 4 种稳定同位素在冶炼、铸造中不会发生分馏等变化。与微量元素相比，可最大程度保存原产地的“遗传”信息。

⑥这个具有革命性意义的升级版“基因”鉴定方法，如今广泛应用于我国青铜器的矿源研究。金属考古专家金正耀教授分别提取了三星堆和金沙（成都金沙村公元前 1250 至前 650商周时代遗址）的青铜器“基因”信息——铅同位素比值。通过研究，金教授发现：两处遗址的铅同位素比值数据较为接近，可以判断____ 。

⑦那么，在成都平原的周边区域能不能寻找到与三星堆、金沙可以比对的铜矿资源呢？蜀地多铜，在古藉中早有记载。如《汉书 ·地理志》、《续汉书 ·郡国志》、《华阳国志》等书中便对蜀地铜矿资料有较清楚的记载。然而奇怪的是，自建国以来虽说在 蜀地考古发现和发掘出土了大批的相当于中原殷商时期的古文化遗址，但迄今为止仍未发现殷商时期开采铜矿的遗迹，甚至连西周、春秋时期的古铜矿遗迹亦未发现。

⑧那么，是这些史籍中的古代铜矿便是三星堆青铜器的矿源地，只是考古暂时未发现其遗迹呢？还是可能存在未知的“长江水道”，从某个远方运送青铜入蜀？

⑨古蜀文明就象一个多面体的魔方，它的每一个切面都由不同的神秘色块组成。三星堆正因为有无数不能“确定”的神秘，才更显珍贵。

为什么一拍照，我们就不会“笑”了？

①你看过照片中微笑的自己吗？是不是总觉得有点怪怪的？好像一拍照，所有人都变成了“假笑男孩（女孩）”，笑容尴尬而不失礼貌，看起来一副不太高兴的样子。

②为什么一拍照，我们就不会“笑”了呢？

③早在十九世纪，神经学家纪尧姆·杜兴就研究了这个问题。我们脸上的所有表情变化，其实都是面部肌肉的收缩和拉伸。杜兴想要探究的问题是：当我们真正开心大笑的时候，脸上哪几块肌肉动了？

④杜兴研究表明，当我们产生真实微笑的时候，脸上有两块肌肉起了重要作用：颧骨大肌和眼轮匝肌。颧骨大肌位于脸颊，它会在你微笑的时候将嘴角往上拉。而眼轮匝肌则是眼周的肌肉，它会让你在笑的时候眯起眼睛，挤出眼角的鱼尾纹。这样真诚的微笑也被人称为“杜兴微笑”。它的重点就在于，微笑时不只是嘴角动，眼睛也会动起来。而我们拍照时，往往只有嘴角的上扬，看起来就会有点怪怪的。

⑤眼睛是真笑的关键，这一点也被AI（人工智能）识别出来。

⑥2019年，科学家试图用AI识别一个人是真笑还是假笑。它们使用一种算法来测量人们微笑时眼睛、脸颊和嘴角的变化，将收集到的真笑和假笑做了对比。结果发现，真笑和假笑时，每个地方的肌肉收缩差异都很大，而最明显的还是眼睛周围的肌肉。真笑时，眼部周围的肌肉运动要比假笑大约多10%。

⑦进一步研究发现，导致真笑和假笑不同的根本原因，其实还是在于我们的情绪。毕竟露出“杜兴微笑”的我们，大多是真快乐，这会激活大脑中负责处理情绪的区域。当你假笑时，大脑左侧活动的通路和真笑有着很明显的差异。大脑的不同活动，导致了不同的肌肉活动，进而产生了不同的面部表情。当你拍照时，说“茄子”或者“cheese”可能只是帮你调动了脸部部分肌肉运动，但真诚的“杜兴微笑”，其脸部肌肉运动可能更为复杂。

⑧那么，能否通过练习让假笑也看起来好看和真诚呢？

⑨研究者得到了3组有趣的数据：在日常生活中，有31％的人能发自内心地露出“杜兴微笑”；当听到了不好的消息，只剩24％的人能够露出“杜兴微笑”；但当研究者让所有人参与练习，先回忆自己在日常生活中快乐的事情，再来模仿“杜兴微笑”的时候，有71％的人都成功了。所以，想要在相机前笑得好看和真诚，最简单的方法就是想点儿开心的事情，发自内心地微笑。

⑩但如果心情不好，可能再怎么笑也不像真的。另一项研究就发现，当一个人情绪很差或者压力很大时，是很难伪装出“杜兴微笑”的。

⑪总而言之，当你快乐时，笑容会自然地流露出来。学会假装“杜兴微笑”，只是让你在照片里显得更真诚。经常牵强地微笑，可能会产生情绪疲劳，所以不高兴的时候也没必要假装微笑。

（选自《读者》2022年6月，有删改）