Debbie的儿童科学趣闻：什么？太阳是粥做的？
【家有儿女】专栏原创文章第11篇
作者|Debbie 翻译|胡珅 编辑|Lisa
全文5052字 阅读时间约13分钟
作者介绍：
Debbie，罗博深教授的妻子，曾经的加州理工学院高材生，现在一人带仨娃的超人妈妈，在专栏里和大家分享她独特的育儿心得。
图片来源： Louise Peckre版权所有
在讲飓风之前，我要讲讲上面这种可爱的狐猴。狐猴为什么偏偏对千足虫情有独钟呢？它们喜欢用唾液和千足虫体内的毒液混合成橙色粘液，然后将这种黏液擦在自己的皮肤上。千足虫分泌的这种毒液叫苯醌，可以为狐猴驱除蚊子，还可以帮助狐猴杀死体内蠕虫一类的寄生虫。
时间倒回到2017年9月6日，小男孩多多住在加勒比海的巴布达岛上。这天早上，多多看着窗外，天空湛蓝透亮，空气厚重而潮湿。突然间，风雨交加，一瞬间让他无法看清窗外。吵闹声、尖叫声此起彼伏。妈妈就在多多的身旁，他却要使尽全身力气尖叫着才能让她听到自己的声音。
“为什么突然风雨交加？”多多问道。
“因为海洋面温度高，洋面上方空气潮湿，雷雨经过，吸收了所有的热量和水蒸气，变得更强劲。”妈妈回答道。
大树像软橡皮一样狂摆扭曲，屋顶瓦片飞过。停电啦！妈妈拿出了一些电池和一个小盒子，她说“这样我们就能收听到新闻了！”
她拿出了一个什么？
答案是一个收音机。
收音机里传来了紧急呼救消息的声音。这本来是播主为了个人娱乐开通的频道，在紧急情况也会帮助需要者无偿发送紧急求助信息。这种自制无线电台被称为“火腿电台”。
电台里的救援消息如这强风暴雨一般一波未平一波又起：“请帮助这个男人找到他失踪的妻子和孩子......以下城市将会提供应急物资.......还有一场飓风即将来袭，由于击中了背风群岛.......”
突然间，多多听到一阵像煎炸香肠培根一样的噼噼啪啪的响声。这种静电噪音持续了整整八个小时。
是什么让收音机停止工作的呢？
答案是来自太阳的耀斑。
你还记得妈妈煮粥溢锅的场景吗？一不留神，就会有沸腾的水泡混着粥米粒没过锅盖，溅得到处都是。太阳的表面也会形成风暴，内部的物质如溢锅一般爆炸而出。这种物质会放射X射线，射入太空并撞击地球。
“太阳不会也是粥做的吧？！”
“不是的！太阳是由气体分子组成的，就像在地球上的气体一样。但是太阳太热太热，热到分子和原子都可以甚至分裂。分裂后的小份附有电荷，这就是为什么它们有如此强大的爆发力。它们被称为等离子体（物质的第四种状态）。”
“地球上也有等离子体吗？”
“有时闪电可以产生等离子体，但等离子体只能维持不到一秒钟。”
人们永远不能预测太阳耀斑什么时候会发生。从太空气象观测卫星观测到耀斑并发出警报，到它真的爆发出来，仅仅有几分钟的时间。光线到达一个叫做电离层的高层大气层。在这个地方，“火腿电台”的无线电波反弹并返回地表。只有太阳耀斑放射的X射线能使无线电波会从电离层反弹回来，这就是人们无法接收到无线电信号的原因。
太阳耀斑爆发可能导致卫星混乱、供电线路或发电站损坏
2017年9月6日，一架法国货机在艾尔玛飓风期间失联了90分钟
暴风雨过去之后，一直很喜欢飞机的多多对那些在飓风期间还可以航行的飞机感到好奇。
“飞机在飓风中遇到麻烦了吗？”多多问妈妈。
“可能是的。”妈妈回答说。
“飞机真的可以在飓风中幸存下来吗？”多多继续问道。
“应该很难吧。不过有些蜥蜴确实做到了（你知道蜥蜴是如何在飓风中存活的吗？靠枝干抓握能力。这是因为它们的前肢较长，后肢短、身体很小。在遭遇飓风时，蜥蜴会用两只前肢抓住树干，后肢在空中随风摆动。）。即使一架飞机经过飓风时看起来完好无损，它的机翼或螺旋桨叶片上可能隐藏着我们肉眼无法看到的裂缝。”妈妈说。
那么......有没有办法弄清楚像飞机机翼这样重要的零部件是否有细微的裂缝呢？
答案是有的！
科学家们用新的方法制造了一种表面布满了细微金属线的材料。像挤牙膏一样地，科学家们在实验室里挤出一种粘稠状的金属银。他们用这种物质来制造精密的金属细“线”，并将它们附着到3D打印的物体上，理论上讲，这和飞机螺旋桨叶片的陶瓷涂层应用的原理很相似。这些金属线连接成电流回路，于是电流开始流通。如果材料上出现裂缝，则金属线断裂，电流停止流通。这时候，当我们再测量材料中的电量时，会发现它比理论正常值小。这便说明材料中一定有裂隙，无论肉眼可见与否。
现在，科学家们已经能够制造出细微到仅15微米宽的的银金属导电线了（导电意味着电流可以在其中流通）。正常人的一根头发宽约100微米。科学家可以做到将每两根微米级别的导线间隔仅50微米，这就意味着再微小的裂隙都会被及时检测到。
一个红细胞直径约为5微米（从左到右的长度）。
正当多多绞尽脑汁思索着一根15微米的电线会有多粗时，送货员打来了电话。
“奶奶给你寄来了一个包裹。”妈妈说。
多多兴奋地拆开包裹；里面是两个盒子，一个盒子上面写着“BioBits Bright”，另一个上面写着“BioBits Explorer”。多多先打开了“BioBits Bright”盒子，里面装着一小袋粉末。
“这是什么？”多多问。
“冷冻干燥的细胞成分颗粒。”
“冷冻干燥的…什么？”
是的！细胞成分颗粒！它们只是细胞的一部分，而不是整个细胞。基于前人充分的研究和了解，大肠杆菌（生存在人体肠道并帮助消化食物）现在是生物实验室里最常用的研究样品之一。但如果我们想做些更先进的科研实验，比如将新基因引入细胞，可能就需要真正的活细菌。所以实验者必须保证让这些细菌样品长时间存活，如果不小心失活，那么实验也就无法进行下去。但是值得庆幸的是，科学家们现在已经找到了一种新的方法来进行便携式实验：取出细菌的一部分，然后将它们干燥冷冻！
图片来源：哈佛大学威斯学院
研究人员在美国伊利诺伊州芝加哥的公立学校对BioBits套件进行了测试。它们的优点是易于使用，价格便宜，并且不要求任何生物学知识。与此同时，学生将学到书本以外的最新生物技术。
我们可以把所需的水和DNA（细胞的主要指令）加入颗粒中，让干燥的细胞成分活跃起来。然后将它放入保温箱中保温几个小时（$30）。DNA序列将会被复制成RNA，RNA负责将指令发送到核糖体，随后所需的蛋白质在核糖体内形成。用这种方法，科学家可以制作出在蓝光照射下会发出不同颜色光的荧光蛋白质（蓝光机售价$15）。这些不同颜色的蛋白质甚至可以用来为图片制作配色。
用BioBits Explorer试剂盒插入一段基因序列，我们可以合成带有香蕉气味的蛋白质。如果用BioBits Explorer试剂盒插入另一种基因序列，一种名为分拣酶的酶将会被合成（酶是一种催化反应的蛋白质）。分拣酶将其他蛋白质连接起来，形成一种叫做水凝胶的湿软粘液，可以直接用手触摸。此外，我们还可以使用特殊的RNA作为传感器来感知特定水果中的DNA，如香蕉、猕猴桃。当这种RNA遇到特定的水果时，荧光灯就会发光。
“我将来可能也会研究生物学！”多多兴奋地对妈妈说。
“好啊！”妈妈说。 “现在，科学家们可以添加或改变基因序列，并借助先进的工具修改细胞。高科技把细胞变得像机器一样易于操控。”
“哇，你的意思是我们现在可以组装动物吗？就像我们之前组装家具那样？”
“暂时还不能。但是我们现在已经很接近这个目标了。从特殊的细胞入手，我们现在就可以它们成长为不同寻常的东西。“
这些特殊细胞是什么类型的？
答案是干细胞或胚胎细胞。
什么是胚胎？
每一个新生命诞生之初，都是由两个细胞（一个来自妈妈的卵子和一个来自爸爸的精子）结合而成的。然后，这个合子分裂成两个细胞，两个细胞继续分成四个细胞，四个细胞再继续分成八个细胞，以此类推。细胞不断地长大，但在长到足够大之前，我们都将它称为胚胎。胚胎不是完整的手臂和腿，而是由一些小的块状物构成的。就像一个小豆子发芽一样，一个胚胎含有一个一个特殊的小细胞单元，它们都有自己特有的任务，有的会发育成器官，有的会发育成别的更重要的身体部位。
嗯..你没有看错，↑↑这不是一个胚胎，这确实是一只青蛙
科学家从青蛙胚胎中取出了一些称为耳基板的特殊细胞，这些细胞的作用是发育成青蛙的内耳。他们将这些耳基板移植到青蛙的心脏附近。我们都知道，这并不是耳朵应该生长的位置。
科学家们为什么这么做呢？
科学家们想要验证他们的猜想是否正确。他们知道耳朵与大脑（特别是后脑底部）相互配合、进行联系。他们是如何联系的？让我们回想一下DVD播放机是如何通过电线连接电视的，这与耳朵和大脑的联系很相似。但是在动物身上，传输的途径不是靠金属制成的电线，而是靠线状动物纤维合成的神经贯穿整个身体，特别是脊柱。现在，如果将这些特殊的内耳细胞放到心脏附近，那么它们仍然能够连接到控制听力的那一部分大脑吗？
那么，奇怪的是，这些移植的耳基板最终会发育成与大脑中控制心跳的部位相连的神经细胞。所以，答案是否定的。
科学家们喜欢尝试不同的组合来发现其中的奥妙，所以他们又将这些耳基板细胞植入青蛙躯干的侧面。你猜猜发育出的神经会连接到哪里？一开始这些细胞发育成脊椎，因为这是身体神经系统的最主要部分，然后它们一直连接到大脑控制听力的部分。这个移植的耳基板最后甚至发育成一个完整的内耳。当科学家刺激内耳控制平衡的部分时，青蛙的眼睛就会动起来！
“他们是如何刺激青蛙内耳的？”多多问道。 “不会是放摇滚吧？！”
“他们用的是电流。”妈妈回答。
对青蛙尸体的肌肉施电会让青蛙尸体抽搐起来。类似地，当一个人心脏病发作时，有一种叫做除颤器的救生设备，将它贴在患者的胸前并用脉冲电流冲击身体，可以帮助患者恢复正常心率，挽救生命。是的！我们身体中很多部位的机能都离不开电流。
事实上，科学家们甚至都在尝试着玩转干细胞（特别是那些可以发育成不同部位的胚胎细胞），但这次不是耳干细胞，他们选择了脑深层的干细胞。科学家们发现，如果对这些干细胞增加电流，这些细胞就会发育成常见于衰老胚胎中的成熟细胞。反之，当他们对这些细胞减少电流时，这些细胞则变成了常见于年轻胚胎中的稚嫩细胞。也就是说，科学家们能够用电流来控制细胞的衰老程度！
图片来源：UNIGE
电还可以做什么呢？
电可以驱动一个爆米花制成的机器人。
图片来源：图片由康奈尔大学提供
这个简陋的机器人只能走几小步或打一次气，看起来好像并没有什么利用价值。但是将它通电崩出爆米花时所产生的爆发力却是巨大的。这个机器人价格非常便宜，很适合作抓手，扩张器或泵。谁也想不到这样一个看着不起眼的爆米花机器人竟会有如此妙用吧？
如果我们可以利用电流来操纵物品，那么热力也可以吗？
是的！试想一下，用太阳能电池制造的人造植物是不是也可以像真正的植物一样趋光生长？科学家目前还没有将这个关于植物的设想付诸实践，但是他们正在制造另一种可以感应光线的材料。
图片来源：塔夫茨大学Silk实验室
它是如何工作的？
这里的秘密就是要找到一种加热后可以立即产生或丧失磁力的特殊材料。用什么东西来加热这种材料？光！那么，你必须找到一种可以在接近室温的温度下会发生磁性变化的特殊材料。科学家发现，将少量的CrO2（由一个铬原子和两个氧原子组成的分子）添加到其他有机材料中，便可以制成这种神奇的材料。在一个物体附近放一块磁铁，你可以通过调节磁性的方式来让它移动起来。实际上，科学家们还发明了一种发动机，当它靠近磁铁时会保持旋转，原理是当发动机的一侧被加热时另一侧会失去其磁力，从而产生推动力使其旋转。
这里还有一个例子：磁力纺纱机↓，但这个机器并不是靠光驱动！
“妈妈！”多多惊呼道。 “这听起来神奇得令人难以置信！你希望我长大以后成为一名科学家吗？“
妈妈（想象中）说：“那简直太棒了！”
妈妈想象中的未来的科学家儿子
“是的，那一定很有趣、很棒！！！”（妈妈开心地在房间里手舞足蹈。）
多多想象中的未来的科学家多多
这篇科学新闻资讯已经接近尾声了！
非常感谢您的阅读！希望您真的可以从这篇文章找到有用的东西。如果您想要获得更多类似的、或者其他主题的文章，请在评论中告诉我。科学类文章是我最喜欢的一类创作。希望您继续与孩子一起探索更多的科学知识，用童真的眼光看懂这个奇妙的世界。
祝您生活愉快！
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