科普知识
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此次南极科考不同以往近日，中科院精密测量科学与技术创新研究院大地测量国家野外科学观测研究站科研人员踏上南极科考征途，参与中国第39次南极科考。近日，《中国科学报》连线该院正在中国南极中山站执行科考任务的实验师桑鹏时，他表示此次南极科考不同以往。 《中国科学报》：请问你现在所在的位置周边气候环境如何，目前正在开展什么工作桑鹏：我们在中国南极中山站，位于东南极大陆拉斯曼丘陵普里兹湾沿岸。中山站年平均气温零下10℃左右，极端最低温度达零下36.4℃。中山站受来自大陆冰盖的下降风影响，常吹东南偏东风，8级以上大风天数达174天，极大风速为43.6米/秒，年平均湿度54%。中山站有极昼和极夜现象，目前南极是连续白昼。 我目前参加了海冰卸货、油囊加注、直升机摘挂钩、越冬物资分类入库等度夏期间最重要的物资卸运工作。度夏期间还要与上支驻扎队伍的队员交接各项工作，如进行科研物资清点、科考关键设备的工作状态巡视等。另外，我们要为新设备的安装做好准备，执行科研观测任务。 《中国科学报》：此次科考任务是什么，要解决哪些问题 桑鹏：我的科考任务是执行中山站固体潮和地磁项目度夏及越冬期间的科研观测任务。 固体潮是地球对日月引力作用的响应，因此地球重力固体潮的观测资料中包含了与地球各圈层物理结构和动力学性质有关的丰富信息。固体潮的观测与研究是了解地球内部结构、描述地球动力学过程、解释地表运动方式的重要手段之一。我们可以利用负荷潮理论，研究极地冰雪负荷对该地区重力场变化的影响。此外，极地的大气、温度变化非常显著，采用观测得到的重力潮汐资料和气压、温度观测资料进行相关分析，能够确定极地的大气重力信号。 我们将通过根据不同海潮模型计算的海潮负荷对观测结果进行修正，对重力潮汐观测结果和潮汐理论模拟结果进行分析比较，探讨海潮负荷和极地固体潮的耦合机制。我们将努力在以往研究基础上取得更丰富的极地研究经验和宝贵的第一手观测资料。 《中国科学报》：这是您第三次参与南极科考。此次科考与以往有何不同，需要克服哪些难题 桑鹏：此次南极科考与以往不同。为了更新观测手段，提高观测精度和现场采集数据质量，此次科学考察需要更新部分观测设备。利用度夏期间短暂的气象窗口期，完成新仪器安装、初始化参数标定、试观测及数据质量评定等工作。另外，要对观测环境及观测设施进行维护维修，为越冬期间的科考和观测工作做好准备。 我们需要克服的困难主要是低温、强紫外线、大风、静电等对仪器安全和调试工作的影响。越冬期间，需要克服暴风雪的影响，定时进行外出观测和巡视工作。另外一个普遍问题就是网络信号很差。但是，我们一定会克服这些困难，确保完成既定科考任务。 来源：中国科学报李思辉2023-01-16
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AI绘画的“小秘密”都在这一篇文章里有了AI，人人都可以是艺术家。AI绘画的出现，恰如瑞士艺术家保罗·克利所言：“艺术不是再现可见，而是使不可见成为可见。”经过20年左右的发展，目前基于不同类型或者模态元素的AI绘画发展情况不尽相同，发展最久的是“以图生图”，再到近期火爆的“文+图”生图。当然，也有团队已经研发出由语音生成图像的技术。 上传一张图片，或者输入一些简单的关键词，系统就能自动生成一张卡通图像……最近一段时间，AI绘画开始在互联网社交平台走红。 AI绘画，顾名思义就是利用人工智能进行绘画，是人工智能生成内容的典型应用场景之一。其主要原理是收集大量已有作品，通过算法对其内容和风格特征进行解析，最后再生成新的作品，所以算法是AI绘画的核心。 当前，“凭空”生成图像的AI绘画，其实也会动辄“翻车”：也许上一秒AI通过你的照片绘出的是一张充满艺术感的二次元画像，下一秒你的宠物猫、狗则可能被画成可爱少女或肌肉猛男。 事实上，AI绘画早已火爆全球。第一张公开展出的、由人工智能创作的绘画作品《埃德蒙·贝拉米的肖像》曾于2018年在佳士得拍卖行以43.25万美元成交，那是一张由机器学习了从14世纪到20世纪的1.5万张肖像画之后自动生成的一张肖像画作品。 AI绘画是如何实现“凭空”生图的除了娱乐外，AI绘画还有哪些潜在的应用前景 从“以图生图”到“语音生图” 2022年，由人工智能创作的《太空歌剧院》一度火出圈。在美国科罗拉多州举办的新兴数字艺术家竞赛中，《太空歌剧院》获得“数字艺术/数字修饰照片”类别一等奖。它的构图、配色以及画面的细节堪称精致。然而，这个作品的创作者不是艺术家，而是来自美国科罗拉多州的游戏设计师。 这位游戏设计师在一个名为“Midjourney”的AI创作工具里，先输入几个关键词，如光源、构图、氛围等，得到了100幅作品，再进行约80小时的修图修饰，最终选出3幅作品，最后把图像打印到画布上。 通过简单交互式对话在短时间内生成的“艺术”作品，让人类艺术家展开了一场关于“AI绘画作品参赛是否属于作弊”的争论。这场声势浩大的争论也令大众直观地意识到如今的AI绘画水平已经发展到了何种程度。 “人工智能在艺术方面的创作最早可以追溯到上个世纪末，当时的人工智能绘画技术叫作‘图像的风格化滤镜’。”中国科学院自动化研究所多模态人工智能系统全国重点实验室研究员董未名说，最初的AI绘画方法比较简单，比如一张普通的照片，通过一些图像处理的算法，把照片像素进行几何或者色彩上的变换，然后再调节不同参数，就可以模拟出类似油画或者水彩画的风格。 经过20年左右的发展，目前基于不同类型或者模态元素的AI绘画发展情况不尽相同，发展最久的是“以图生图”，再到近期火爆的“文+图”生图。当然，也有团队已经研发出由语音生成图像的技术。 AI绘画主要依靠三种技术模式实现 董未名介绍，目前AI绘画主要借助图像风格迁移技术、图文预训练模型和扩散模型实现。 “图像风格迁移技术指的是图像处理算法通过对输入的真实图像内容特征和对参考的艺术图像风格特征的提取，实现真实图像内容特征和艺术图像风格特征的融合，从而生成新的艺术图像。”董未名举例，如果将美国旧金山艺术宫的外景照片和印象派创始人莫奈绘制的作品，通过图像风格迁移技术进行融合，就能得到一张看起来像是由莫奈绘制的美国旧金山艺术宫的绘画作品。最初的AI绘画采用的正是这种技术。 不过，在董未名看来，图像风格迁移技术大多依赖的是生成式对抗网络（GAN）算法，它最大的问题是生成的绘画作品艺术性不强，笔触和构图让人觉得与真实的绘画有差距，所以长久以来，AI绘画一直“籍籍无名”。 当图像风格迁移技术还在挣扎于输出作品的审美问题时，图文预训练模型的出现，加速了AI绘画的崛起。 “依托图文预训练模型，只要输入一句话或者上传一幅风格明显的图片，算法就能将图像特征和文字特征‘对齐’。生成的绘画作品的内容特征和上传图片的内容相似，艺术性也比图像风格迁移技术生成的图片强很多。”董未名举例，比如支撑图文预训练模型的可对比语言—图像预训练（CLIP）算法，就是利用图文特征“对齐”的能力，再结合已有的生成模型，实现“以图生图”或者“图+文”生图。 不过，董未名坦言，图文预训练模型的推广也存在一些争议，有部分人认为，该模型在训练前期，需要用大量的图形处理器（GPU）进行数据训练，耗电量大、成本很高，而该模型的应用场景却不够清晰。但也有人认为，也许该模型未来可以打造为通用的人工智能模型，用它完成更多的算法作业，只是这还需要时间的验证。 诚然没有一项技术是完美的，这也为人类探究更先进的技术提供了无限动力。当下最流行的扩散模型便是其中之一。 “目前最新的AI绘画技术采用的就是扩散模型，这种模型可以把一个随机采样的噪声输入模型，然后尝试通过去噪来生成图像。”董未名表示，扩散模型也存在弱点，由于模型对图片内容识别的能力不足，或者难以完全理解识别文字的意义，以及训练数据的偏差，有时便会生成“四不像”的作品。此外，扩散模型生成图片的速度比较慢，目前还达不到实时生成图片。 互联网治理、元宇宙或潜藏应用前景 AI绘画目前的应用场景，更多聚焦于社交软件。近期在国内社交网络“火出天际”的AI绘画软件主要集中在小程序及App。随着AI绘画小程序的火爆，短视频平台抖音也迅速上线了AI绘画特效。同时，此前腾讯上线了“QQ小世界AI画匠”活动，百度也推出了首款AI艺术和创意辅助平台“文心一格”。 有了AI，人人都可以是艺术家。AI绘画的出现，恰如瑞士艺术家保罗·克利所言：“艺术不是再现可见，而是使不可见成为可见。”“AI现在已经完美实现了这一目标，人们可以通过机器计算来绘制出很多现实中见不到的场景。”董未名畅想，不远的将来，AI绘画或许还将展现更丰富的应用场景。 “现在网络上充斥着很多不良内容，这些内容为了逃避监管经常以绘画的形式出现，而当前很多内容识别模型对真实图片识别得很准确，但缺乏不良内容艺术作品的相关训练数据，所以对不良内容识别不准确。也许可以用AI绘画技术，积累不良内容艺术作品的数据，并用以训练识别模型，以提升互联网内容的安全监管能力和识别的准确率。”董未名建议。 在董未名看来，作为一种艺术呈现形式，AI绘画也将在元宇宙、设计、文旅等行业催生新的商业模式。例如AI绘画目前在AI辅助创作、短视频、影视制作和元宇宙等方面都有布局，因为这些赛道都离不开创意，AI绘画可以帮助创作者通过简单的特征输入，实现对其创意的预览，甚至可以直接进行创作。 不过，董未名并不讳言，当下AI绘画仍然存在版权争议问题。AI绘画的核心是模型，而训练模型需要使用大量图像、文本数据。对于未经授权的图片，经过运算之后所生成的图像版权归属尚难界定。“有的画家风格特别明显，如果用画家的画去训练算法模型生成作品，那最后的版权属于谁呢”董未名提出的问题，正是多数AI绘画作品所面临的现实问题。 AI绘画掀起了一场资本的群体狂欢，希望有一天它能走出“照猫画虎”的尴尬，真正服务艺术创作、创造更多价值。 来源：科技日报金凤2023-01-16
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“北京时间”从这里发出中国科学院国家授时中心前身是中国科学院陕西天文台，成立于1966年，是我国唯一的专门、全面从事时间频率基础研究和应用研究的科研机构，承担着我国国家标准时间（“北京时间”）的产生、保持和发播任务，建设和运行着我国最早的重大科技基础设施——长短波授时系统，建成了国内唯一的天地一体星地综合卫星导航授时试验平台，为我国国家时间频率体系、卫星导航系统的建设和发展作出了重要贡献。国家授时中心使用40多台不同性能的守时原子钟，综合产生连续稳定的原子时，利用铯原子喷泉基准钟对其进行自主校准，按照国际统一部署对其进行闰秒，与世界时进行协调，形成我国的标准时间即“北京时间”。我国的原子钟数据每天实时参加国际比对，应用定期反馈数据进行国际校准，实现了“北京时间”与国际标准时间的一致性，专业上称“时间溯源”。围绕“两弹一星”和空间技术的发展，20世纪60年代末，按照经济建设和国防建设需求，我国在陕西蒲城建设了专用短波授时台，授时精度在毫秒（即千分之一秒）量级，能够满足天文观测、地震测量、电力调度等应用。20世纪70年代初，国家授时中心开始负责建设我国的长波授时系统。钱学森在1974年长波授时台方案论证会上指出，建设长波授时台就是要建全国统一的、高精度的一面大钟。20世纪80年代初，我国在陕西蒲城建成长波授时系统，授时精度达到微秒（即百万分之一秒）量级，比短波授时精度提高了1000倍。从此，我国授时技术水平进入世界先进行列。21世纪初，我国建成了电话和网络授时系统。另外，国家授时中心还建立了基于通信卫星的授时系统。我国北斗全球卫星导航授时系统于2021年7月正式开通服务，授时精度在10纳秒（即十亿分之一秒）量级。现在，我国建立了统一溯源、应用有线无线技术的多手段“北京时间”发播授时系统，较好满足了各行各业的不同需求，有效支撑经济社会运行，保障着国家安全。国家授时中心长期开展守时原子钟、铯原子喷泉钟、星载原子钟、锶原子光钟和芯片原子钟等多种新型原子钟研制工作，实现了国家标准时间的自主产生和性能提升。今年7月，国家授时中心发明专利“基于铯原子饱和吸收谱的半导体自动稳频激光器”荣获第二十三届中国专利金奖，专利发明人为张首刚、马杰、李孝峰、刘杰和石浩。该发明专利公开了一种基于铯原子饱和吸收谱的半导体自动稳频激光器，提出的激光稳频和整体集成技术是限制光抽运小铯钟工程化的技术难题。该专利技术已成功实施转化，具有显著新颖性、创造性和实用性。近年来，国家授时中心勇挑重担，承担了“十三五”国家重大科技基础设施——高精度地基授时系统、中国空间站高精度时频科学实验系统等重大任务，已成为国家时频体系建设的战略力量。来源：陕西日报霍强2022-12-01
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我国“海洋之肺”须倍加呵护今年年初，国家科技基础性工作专项"我国近海重要海草资源及生境调查"结题会议在北京召开。这标志着我国已掌握了全国沿海海草资源"家底"信息，向海草床保护与修复方向迈出了坚实的一步。海草起源于陆地被子植物，是地球上唯一一类可完全生活在海水中的高等被子植物，与陆地高等植物相比，其种类极其稀少2022-10-09 -
看一场“电影”了解细胞的前世今生在婴儿呱呱坠地之前，受精卵是如何发育成个体的？细胞是生命的基本单位，了解它的过去、现在和未来，不仅有助于人们了解正常发育的过程，也对理解疾病的产生和发展至关重要。然而，想要"看清"细胞的"前世今生"，仍然存在不小的技术困难。前不久，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所研究员陈万泽以共同第一作者身份在国际学术期刊《自然》（Nature）发表长文2022-09-22 -
大城名园 万物和谐 | “蛱蝶花”洋金凤，不畏炎夏花期正好在华南国家植物园的生物园里，洋金凤不惧酷暑花开得正艳。近年来作为成功培育的园艺植物，洋金凤已被培育出多个品种并广泛用于园林绿化。而今广州处处可见"蛱蝶花"的娇美身影，在"亲戚"凤凰木花期结束后，接力延续夏日之美。专家提醒，虽然洋金凤开花婀娜动人，美丽表象下却是花谢后的"毒"，种子虽有药用价值但不建议轻易采摘2022-09-22 -
“地球的皮肤”该如何保养对于人类而言，土壤是和阳光、空气、水一样重要的存在。但是，在很多人眼里，土壤又是司空见惯、没有什么"存在感"的。在中科院南京土壤研究所（以下简称南土所）研究员张甘霖看来，作为覆盖在地球表面的一层有生命的疏松物质，土壤像皮肤一样维持着陆地生命的存续2022-08-16 -
国家植物园花开两朵国家植物园建设坚持人与自然和谐共生，尊重自然、保护第一、惠益分享；坚持以植物迁地保护为重点。2022年5月30日，国务院批复同意在广东省广州市设立华南国家植物园时同样强调：华南国家植物园应"坚持人与自然和谐共生，尊重自然、保护第一、惠益分享；坚持以华南地区植物迁地保护为重点"。"植物迁地保护"在南北两座国家植物园的未来发展中都将占有重要位置2022-08-16 -
中科院武汉植物园：以科技手段助力快速识别毒品原植物罂粟与大麻、古柯并称为世界三大毒品原植物。罂粟的名字正是来源于它果实的形状。"罂"字的本义，指的就是一种大肚、小口的瓦罐，而"粟"字指的是小米。长大了的罂粟果实圆而光滑，好似一个瓦罐，里面装着小米一般众多的黑灰色种子。所以，罂粟又名"米壳花"、"米囊花"。罂粟和虞美人都是罂粟科罂粟属的一、二年生植物，两者外形有相似之处2022-07-27