【菜科解读】

日光层阻挡了许多宇宙射线（在这张动画图像中显示为明亮的条纹）到达我们太阳系的行星。

（图片uux.cn美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心/概念图像实验室）据美国太空网（Sarah A.Spitzer）：这篇文章最初发表在The Conversation上。

该出版物为Space.com的《专家之声：观点与见解》撰稿。

Sarah Spitzer是密歇根大学气候与空间科学与工程系的研究员。

太阳使地球变暖，使其适合人类和动物居住。

但这并不是它的全部作用，它会影响更大的空间区域。

日光层，即受太阳影响的空间区域，比太阳到地球的距离大一百倍以上。

太阳是一颗恒星，它不断发出稳定的等离子体流——高能电离气体——称为太阳风。

除了持续的太阳风外，太阳偶尔还会释放出称为日冕物质抛射的等离子体爆发，这可能会导致极光，以及称为耀斑的光和能量爆发。

来自太阳的等离子体与太阳磁场一起在太空中膨胀。

它们在周围的局部星际介质中共同形成了日光层——等离子体、中性粒子和尘埃，填充了恒星与其各自的天球之间的空间。

像我这样的太阳物理学家想了解日光层以及它如何与星际介质相互作用。

太阳系中已知的八颗行星，火星和木星之间的小行星带，以及柯伊伯带——海王星以外的天体带，包括小行星冥王星——都位于日光层内。

日光层如此之大，以至于柯伊伯带中的物体比日光层最近的边界更靠近太阳。

艺术家对日光层及其在当地星际介质和银河系中的位置的描绘。

星际探测器可以比以前的任何航天器走得更远，并帮助科学家从外部很好地观察我们的日光层——太阳在太空中的影响。

（图片uux.cn/JHU/APL）日光层保护当遥远的恒星爆炸时，它们会以被称为宇宙射线的高能粒子的形式向星际空间发射大量辐射。

这些宇宙射线可能对生物体构成危险，并可能损坏电子设备和航天器。

地球大气层保护地球上的生命免受宇宙辐射的影响，但在此之前，日光层本身就充当了抵御大多数星际辐射的宇宙屏障。

除了宇宙辐射，中性粒子和尘埃也从当地的星际介质稳定地流入日光层。

这些粒子会影响地球周围的空间，甚至可能改变太阳风到达地球的方式。

超新星和星际介质也可能影响了地球上生命的起源和人类的进化。

一些研究人员预测，数百万年前，日光层与星际介质中的冷而致密的粒子云接触，导致日光层收缩，使地球暴露在当地的星际介质中。

未知形状但科学家们并不真正知道日光层的形状。

模型的形状从球形到彗星状再到牛角面包状。

这些预测的大小是太阳到地球距离的数百到数千倍。

然而，科学家们已经将太阳运动的方向定义为鼻方向，将相反的方向定义为由尾方向。

鼻向应该与日光层顶（日光层和当地星际介质之间的边界）有最短的距离。

一位艺术家对日光层的描绘——其真实形状仍然未知。

添加了太阳、日球顶和鼻尾方向的标签，以及侧翼方向的示例。

据信，旅行者号探测器在长达数十年的旅程中已经越过了日光层。

（图片uux.cn/NASA/JPL加州理工学院）从来没有一个探测器能够从外部很好地观察到日光层，也没有对当地的星际介质进行过适当的采样。

这样做可以告诉科学家更多关于日光层的形状及其与当地星际介质的相互作用，即日光层以外的空间环境。

乘坐旅行者号穿越日光层顶1977年，美国国家航空航天局发射了旅行者号任务：它的两艘航天器飞越了外太阳系的木星、土星、天王星和海王星。

科学家们已经确定，在观测到这些气态巨行星后，探测器分别于2012年和2018年穿越了日光层顶并进入了星际空间。

虽然旅行者1号和2号是唯一有可能穿越日光层顶的探测器，但它们远远超出了预期的任务寿命。

由于仪器缓慢故障或断电，他们无法再返回必要的数据。

这些航天器的设计目的是研究行星，而不是星际介质。

这意味着他们没有合适的仪器来测量科学家所需的星际介质或日光层。

这就是潜在的星际探测任务可能发挥作用的地方。

一个设计用于飞越日光层顶的探测器将通过从外部观察来帮助科学家了解日光层。

星际探测器由于日光层如此之大，即使使用木星等大型行星的重力辅助，探测器也需要几十年才能到达边界。

旅行者号宇宙飞船将不再能够在星际探测器离开日光层之前很久就提供来自星际空间的数据。

一旦探测器发射，根据轨道的不同，到达星际介质大约需要50年或更长时间。

这意味着，美国国家航空航天局等待发射探测器的时间越长，科学家们在外日光层或当地星际介质中没有任务的时间就越长。

美国国家航空航天局正在考虑开发一种星际探测器。

该探测器将测量星际介质中的等离子体和磁场，并从外部对日光层进行成像。

为了做好准备，美国国家航空航天局就任务概念征求了1000多名科学家的意见。

最初的报告建议探测器在距离日光层机头方向约45度的轨道上行进。

这条轨迹将回溯旅行者号的部分路径，同时到达一些新的太空区域。

通过这种方式，科学家们可以研究新的区域，并重新访问一些部分已知的太空区域。

这条路径只能让探测器看到日光层的部分角度，而且它无法看到科学家们所知最少的日尾区域。

在日尾，科学家预测，构成日光层的等离子体与构成星际介质的等离子体混合。

这是通过一个称为磁重联的过程发生的，该过程允许带电粒子从局部星际介质流入日光层。

就像通过鼻子进入的中性粒子一样，这些粒子会影响日光层内的空间环境。

然而，在这种情况下，粒子带有电荷，可以与太阳和行星磁场相互作用。

虽然这些相互作用发生在离地球很远的日光层边界，但它们会影响日光层内部的构成。

在《天文学与空间科学前沿》发表的一项新研究中，我和我的同事评估了从鼻子到尾巴的六个潜在发射方向。

我们发现，与靠近机头方向离开相比，与日光层侧面朝向尾部方向相交的轨迹将为日光层的形状提供最佳视角。

沿着这个方向的轨迹将为科学家们提供一个独特的机会，研究日光层内一个全新的空间区域。

当探测器离开日光层进入星际空间时，它将从外部以一个角度看到日光层，这将使科学家对其形状有更详细的了解，尤其是在有争议的尾部区域。

最后，无论星际探测器向哪个方向发射，它所返回的科学都将是无价的，而且几乎是天文数字。

智能移动电源：集成太阳能光伏、直流输入和备用锂离子电池

这款新设计将关键功能整合到紧凑的外形尺寸中，使之更适合商业应用，同时保持稳健的性能并拥有智能电源管理系统。

引言 随着便携式电子产品需求的持续增长，开发更高效、更轻便的电源管理系统已成为行业刚需。

移动电源已成为现代生活中不可或缺的配件，为智能手机、平板电脑和其他USB供电设备提供可靠的备用电源。

我们首先使用评估演示板创建了一种模块化移动电源充电解决方案，用于概念验证。

该原型通过多块演示板堆叠组装而成。

随后，设计演进为单板解决方案，在性能方面得到增强并完成了多项改进。

该解决方案接受多种输入源，例如电池、太阳能或直流适配器，并能智能管理功率流，在给电池充电的同时为负载供电。

本文旨在探讨ADI公司的IC如何在紧凑设计中保持出色性能，实现智能电源路径管理。

文章概述了单板解决方案的设计考量、概念和性能评估，并着重介绍了单板相较于多板概念验证的改进。

设计模块布局 在此布局设计中，我们开发了一种紧凑且简化的架构，以支持两种宽范围输入电压：来自太阳能电池板的电压和来自AC转DC适配器的电压。

电源输入通过LTC4416电源路径控制器和LTC4162电源路径降压充电器进行智能管理。

该配置能够高效地为各种锂离子电池充电，最多支持4S1P电池组配置。

图1.单板设计模块 如图1所示，该系统通过降压-升压开关稳压器LTC3115-1动态调节输出到负载的电压，并确保稳定输出最高5 V、2 A的电源，同时LTC4162会监控电池的电量水平。

器件选择和设计布局 三个主要器件根据设计模块的设置来优化系统性能。

选择这些器件是为了提升系统效率、有效降低功率损耗、节省PCB布局空间，并减少整体成本。

其布局示意图参见图2。

图2.单板布局示意图 1.利用LTC4416支持双输入源 双输入电源之间的切换可采用基于二极管的简单“或门”配置实现。

然而，这种方法会产生显著的功率损耗，原因是二极管两端存在固有的正向压降，即便使用低压降肖特基二极管依然如此。

LTC4416能够在两个输入源之间实现无缝切换，压降极低，功率损耗大大降低。

该器件通过控制外部P沟道MOSFET来模拟理想二极管，显著降低了导通损耗，从而提升了整体系统效率和可靠性。

LTC4416有六种不同的工作模式。

具体工作模式取决于E1和E2输入引脚的配置，详见数据手册所述。

此设置选择的模式为：V1大于V2，其中E1设置为检测(Sense)，E2设置为0。

这意味着芯片优先使用V1电源。

在这种工作模式下，IC被配置为优先使用V1，可接受15 V到35 V DC的宽输入电压范围，而V2电源由太阳能电池板提供（3.6 V到15 V），用作备用电源。

当V1大于或等于15 V时，E1使V1源成为主要电源，并关闭V2电源，因为V1大于V2。

当V1降至13.4 V时，V2成为主要电源，而V1与输出断开。

只要太阳能电池板的电压在3.6 V到15 V之间，V2就会持续为输出负载供电，直到V1恢复。

V1的恢复点设置为15 V，如图2所示。

V1的故障点和恢复点可通过更改图2中R1、R2和R3的电阻值来修改。

数据手册中提供了如下计算公式： 确定V1后，便可选择V2以保证最佳配置。

如果V1发生故障或不可用，系统会自动切换到V2以维持供电，直至达到恢复点为止（前提是V1 > V2）。

输出电源始终锁定较高电压源，如果V2 > V1，则不会恢复。

2. 智能电源路径管理 在移动电源和某些设备中，电池的使用和充电可能会同时进行。

针对此类应用，实现电源路径充电是理想解决方案。

这种方法通过高效管理系统与电池之间的电力分配，帮助优化电池性能并延长总使用寿命。

系统会智能地管理电源输入，从三个输入源选择一个：AC转DC适配器、太阳能电池板或电池。

AC转DC适配器或太阳能电池板主要用于给电池充电。

如果AC转DC适配器发生故障，并且太阳能电池板电压降至最低值以下，则系统会自动切换到已充电的备用电池来为负载供电。

来自LTC4416电源路径的输出馈入LTC4162-L，后者支持最高35 V的输入电压。

即使电池电量耗尽或无电池，LTC4162-L也能立即工作。

它集成了最大功率点跟踪(MPPT)功能，可提升太阳能转换效率。

在明亮阳光下，太阳能电池板工作在两个区域：低阻抗时维持恒定电压，高阻抗时维持恒定电流。

这种行为可确保设备在较低阻抗（例如较高电压区域）下工作时，控制环路也能保持稳定。

然而，该IC使用输入电压来寻找MPPT，故太阳能电池板电压会因较高阻抗（例如较低电压区域）而下降，使得控制环路变得不稳定。

在设计中，太阳能电池板输入工作在高阻抗状态(

科学家使用特殊方法首次探测“超级地球”表面，结果很离谱

科学家称，韦布太空望远镜的观测结果显示，一颗所谓的“超级地球”其表面看起来实际上可能与水星更为相似。

NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington LHS 3844 b是一颗比地球大30%的系外行星，也是一颗所谓的“超级地球”。

近日天文学家动用韦布望远镜，对这个距离我们约50光年的行星进行了首次表面热特征分析。

与以往进行的大气研究不同，这是人类首次对系外行星的表面进行直接分析。

分析结果出人意料，这个“超级地球”几乎毫无地球特色。

LHS 3844 b是一个拥有深色表面的荒芜世界，没有大气。

在某种程度上和太阳系的水星倒有些相似。

发现于2019年的LHS 3844 b环绕一颗低温红矮星运行，其一年只相当于11个地球日，且已被潮汐锁定——它的一个半球将永远朝向它的恒星，就像月球永远只用它的一个半球朝向地球一样。

因此，它的永昼面温度理论上可达725℃。

来自马克斯･普朗克研究所的Laura Kreidberg等科学家2023年和2024年在LHS 3844 b运行到恒星后方时对其进行了3次观测，他们使用韦布望远镜的中红外探测仪，对恒星炽热昼面产生的红外线进行了测量，并据此对它的表面特征进行了分析。

相关论文发表在今年5月4日的《自然：天文学》上。

通过与地球、月球和火星的已知矿物进行光谱比对，研究人员发现这颗行星的表面与富含硅和花岗岩的地球不同。

在地球上，地壳的形成通常与水推动的地质进程和板块运动有关，这会导致岩石发生循环，并使浅色的矿物上升到地表；

而LHS 3844 b的表面主要由玄武岩构成——玄武岩是一种深色火山岩，富含铁和镁，在月球和水星表面十分常见。

研究人员表示，在这颗行星表面，水十分稀少。

导致这一结果的原因尚不可知。

一种可能的情形是，LHS 3844 b的表面相对年轻，它可能被新近的火山活动重塑过，且还未被微陨石的撞击破坏。

但是此类过程会释放出二氧化碳或二氧化硫，而韦布并未探测到这些气体。

另一种可能是，这颗行星表面覆盖着一层厚厚的深色颗粒物。

这些颗粒物是在辐射和陨石撞击下，并且经历了漫长的岁月之后形成的——与月球或水星表面的情况相似。

如果没有大气层保护，行星表面会特别容易受到这种影响。

这一过程被称为“空间风化（space weathering）”，它会导致岩石分解，并使其颜色变得越来越深。

而这种情形需要行星表面在较长时间内保持地质稳定。

研究人员计划未来使用韦布进一步判断LHS 3844 b的表面特性，比如其表面岩石的状态是否相对完整，还是已经松散和风化。

参考 Astronomers Explore the Surface Composition of a Nearby Super-Earth https://www.cfa.harvard.edu/news/astronomers-explore-surface-composition-nearby-super-earth The dark and featureless surface of rocky exoplanet LHS 3844 b from JWST mid-infrared spectroscopy