卫星导航的科学以及它是如何被愚弄或“欺骗”的，一种新系统可以在一米内精确定位建筑物内的人，以及GPS信号如何探测和跟踪火山尘埃云。此外，核弹试验对大脑的揭示，为什么火山可能导致帕金森症、HPV和口腔癌，以及为什么我们在抑郁时吃高脂肪食物……
在这一集里
核弹标志着新生的神经元
冷战时期核试验释放到空气中的放射性物质使瑞典科学家得以探索成人大脑是如何产生新的神经细胞的，以及它们是否存在
存活任何一段时间。
20世纪90年代，人类大脑的某些部分在成年后仍保留产生新神经细胞的能力，这一发现震惊了神经科学界，在此之前，人们一直坚定地认为成年人的大脑不会再生。
但是，尽管新的神经细胞可以产生，但不知道这些细胞是否能存活一段可观的时间，也不知道它们是否有重要的用途，还是只是一种异常现象。
令人惊讶的是，冷战拯救了他们。20世纪50年代和60年代核武器的扩散和试验增加了大气中放射性碳(碳-14)的水平。
这种放射性信号被生长中的植物吸收，然后沿着食物链传播，进入了当时和后来活着的人的脑细胞，在他们的DNA上烙上了不可磨灭的标记。
来自瑞典卡罗林斯卡学院的Kirsty Spalding现在已经使用这种放射性标签对神经细胞进行碳定年，以发现这些新生神经元可以活多久，以及它们有多少个，精确度在1.5年以内。
研究人员从19-92岁患者的死后捐献的大脑样本中分离出海马体中的神经细胞，海马体是发现成年后出现新神经细胞的三个区域之一。
从这些细胞中提取DNA，并对其中所含的碳-14含量进行量化，从而追溯出这些细胞的出生日期。
研究小组的工作前提是，如果一个婴儿出生时就有一个可以持续一生的补充脑细胞，那么这些细胞DNA中不分裂的碳-14的含量应该会随着时间的推移而下降。
但是，研究小组研究的对象中，有一位在死亡时已经92岁了，他的神经细胞DNA中的碳-14含量远远高于他出生时的碳-14含量。这证明他们在成年后一定一直在向海马体添加新的神经细胞。
结果还表明，平均每天有700个新的神经细胞被添加到成人海马体中，一年下来，相当于海马体神经细胞被替换的不到2%。在人的一生中，这意味着大脑的这一部分大约有三分之一的细胞在更新。
研究小组发现，这些新增加的细胞并不像人类与生俱来的神经元那么长寿。卡罗林斯卡研究小组的模型显示，它们的死亡速度比初始细胞快7-10倍。
至于这些替代细胞的作用，研究人员在《细胞》杂志的论文中推测，它们可能在新记忆的形成中很重要，特别是在将新经历与现有经历分离的过程中。他们还强调了探索这些新生细胞在精神疾病，特别是可能影响其寿命的抑郁症中所起作用的重要性。
掠过太阳的大气层
太阳表面是一个极其狂暴的地方，理论学家很难建立模型，实验学家也很难在地球上重现。然而，本周发表在《科学》杂志上的一篇论文是由圣地亚哥预测科学公司的库珀·唐斯和他的同事们发表的，该论文展示了2011年一颗彗星与太阳的近距离接触是如何帮助我们的。
太阳的表面不仅是一个非常热的环境，而且还受到太阳内部产生的非常强的磁场的影响。正是这些磁场可以引发太阳中一些最剧烈的过程，比如日冕物质抛射——以非常高的速度喷出巨大的气体云，如果与地球磁场相撞，就会引发北极光和南极光。
这是一个很难模拟的环境，一方面因为建造能够在穿越太阳大气层时遇到的温度下生存的航天器是不可行的，另一方面因为在地球上的实验室里很难复制如此极端的东西。
然而，这是一个我们非常希望能够在地球上复制的环境，因为核聚变反应——复制太阳产生能量的过程——可能是未来解决地球能源危机的一种方法。
库珀·唐斯在本周的《科学》杂志上撰文指出，即使我们很难发射探测器穿越太阳的大气层，大自然在2011年就为我们提供了这样一个探测器。在那一年的12月，2011年W3洛夫乔伊彗星掠过太阳的大气层，留下了蒸汽和尘埃的尾迹，很像飞机留下的凝结痕迹。
随后，这条物质线在太阳的热量和磁场的影响下发生了扭曲。通过对其行为的精确研究，唐斯和他的同事们估计出了太阳磁场沿这条线的变化情况。这是特别有价值的，因为磁场本身不产生光，通常是望远镜看不见的。
了解太阳的行为是一项艰巨的挑战，这些观测只是其中的一步。尽管如此，它们为理论学家提供了一个新的数据来约束他们的模型。
快速科学:HPV和口腔癌
本周，迈克尔·道格拉斯在接受《卫报》采访时透露，他认为自己患的喉癌是由于感染了人类乳头状瘤病毒(HPV)。他认为他是通过口交感染的。多米尼克和凯特·兰布尔联手为大家带来快速科学。
Kate -人类乳头瘤病毒或HPV是一组超过一百种病毒的名称，这些病毒会感染皮肤和身体粘膜，比如你的口腔内部或肛门生殖道。
多米尼克-病毒通过皮肤接触或生殖器接触在人与人之间传播。
凯特-超过一半的男性和女性在性活跃的三年内感染HPV，大多数人都没有意识到他们已经感染了HPV，因为在大多数情况下，几乎没有症状。
多米尼克- HPV感染在90%以上的病例中很容易消失，但有些人会持续感染，这可能会使患者终生面临患癌症的风险。
凯特:15种HPV病毒与癌症风险增加有关。其中一种类型，HPV 16是导致大约80%的肛门癌和60%的口腔癌的原因。
多米尼克-除了它们与癌症的关系，HPV病毒家族的不同成员，也被称为疣和疣。
在美国，与HPV感染相关的喉癌病例在1988年至2004年间增加了三倍。
多米尼克-在英国，自2008年以来，已经向女孩提供了HPV疫苗。但目前还没有提供给男孩。
凯特-这是因为我们相信接种了疫苗的女孩会保护男孩。然而，批评人士认为，与其他男性发生性关系的男性或未接种疫苗的女性仍有感染风险。澳大利亚最近成为首批为两性接种疫苗的国家之一。
多米尼克-我们不知道迈克尔·道格拉斯的口腔癌是HPV阳性还是阴性，但这种病毒可能是类似病例的一个因素。为了降低风险，医生建议人们接种HPV疫苗或使用避孕套或牙科屏障来减少生殖器接触。
埃特纳火山附近被误诊为锰中毒?
意大利科学家发现，西西里岛埃特纳火山的熔岩表面可能会将锰浸出到环境中。近150万人饮用埃特纳井的水，这些发现可以帮助确定与使用这种水有关的任何健康风险。
卡塔尼亚大学的Antonino Gulino和他的同事利用x射线光电子能谱(XPS)对2012年4月埃特纳火山活动期间喷发的熔岩岩石的表面成分进行了表征。
XPS包括向材料发射x射线并测量随后从其表层释放的电子，深度可达几纳米。与之前使用的整体分析技术不同，XPS允许团队区分表面元素和整体元素。
研究小组发现，月球表面硅、铁、钙和钾的含量明显低于整体，而铝、钠和磷的含量则高于整体。表面锰含量是散装锰含量的两倍以上。
帕金森氏症在火山周围的发病率远高于平均水平，医生们无法解释这些数字。埃特纳火山水井的地下水被发现含有非常高水平的一些潜在有毒元素。2010年采集的水样锰浓度高达2600μg/l——意大利法律规定锰浓度不应超过50μg/l。
这表明地下水中的锰可能来自侵蚀的熔岩岩石，而帕金森症实际上可能是由锰引起的——实际上是锰中毒——它会产生类似的症状。需要更多的研究来证实熔岩岩石表面和水中的锰之间的联系，以及地下水中的锰与帕金森症状之间的联系，但这项工作强调了污染的一个可能来源。
正在形成的行星
自从人们仰望夜空以来，他们就一直想知道我们的地球是从哪里来的，它是通过什么过程形成的。莱顿天文台的Neenka van der Marrell本周在《科学》杂志上发表的一篇论文提出了新的证据，证明我们关于行星形成的模型并不完全正确。
理论学家认为，大约50亿年前，当星际气体云由于自身的引力而向内坍缩时，太阳和太阳系的行星就形成了。气体云的中心部分形成了太阳，而气体云周围的物质虽然没有那么紧密，但仍在围绕太阳运行。
随着时间的推移，这些物质——以一个被称为原行星盘的旋转盘的形式——开始聚集在一起，形成行星。
这种聚集过程是如何发生的还不太清楚。有些人认为，行星际物质的小固体颗粒在盘内碰撞并粘在一起。
这种物质确实存在——它被称为尘埃，本质上是在前几代恒星的大气中形成的烟灰。这个模型的问题在于，在地球上，实验总是表明，当固体物质块以高速碰撞时，它们往往会破碎，而不是粘在一起。
此外，当行星开始在恒星周围形成时，它们会感受到来自周围物质的摩擦，这往往会导致它们减速，并以相当快的速度向内旋转，靠近它们的主星。
为了解决这些问题，一些理论学家提出，行星不是由固体粒子之间的高速碰撞形成的，而是由成群的尘埃颗粒形成的，这些尘埃颗粒在物理上凝聚在一起之前就被重力束缚在一起。
然而，如果没有对行星形成过程的观察，这个论点很难得到证明，而且到目前为止，还没有望远镜具有高分辨率，可以拍摄在太阳最近的恒星周围形成的行星。
然而，在过去的几个月里，阿塔卡马大型毫米波阵列(ALMA)已经接近完工，它使用遍布智利安第斯山脉的64根天线，能够比以前更详细地看到行星形成的圆盘。
虽然望远镜还没有完工，但它已经进行了第一次科学观测，本周在《科学》杂志上，Neenka van der Marrell报告了对恒星Oph IRS 48周围行星形成盘的观测结果。这些观测结果非常引人注目，因为恒星周围的尘埃似乎集中在一侧，看起来非常像围绕中心恒星运行的一群物质。
这只是对一个原行星盘的一次观测，但它显示了我们在未来几年可以从ALMA获得的图像，并为行星形成盘中可能存在大量物质的想法提供了强有力的支持。
名字里有什么?
父母会下意识地给孩子取名字，在语言上把他们的孩子描绘成男孩更大更强壮，或者女孩更强壮
女性化和娇小。
这是Alan McElligott领导的一个研究小组的结论，他和他在伦敦玛丽女王大学的同事们分析了来自英国、澳大利亚和美国的50个最受欢迎的新生儿男孩和女孩名字。
语言学家和声音科学家过去已经证明，包括4个月大的婴儿在内的个体，会判断元音较低的单词——甚至是合成词——来代表更大的东西，比如“maximum”;相反，包含发音高的元音的单词往往在嘴的前部形成，比如“minimum”，往往被认为是代表较小的事物。
在自然界中，同样的规则也适用。在动物中，高音调的咩咩声、呜呜声或叫声往往用于社交，表示友好的意图，而低音调的咆哮或咆哮通常与侵略有关;推测的原因是，低沉的声音被判断为来自更大的声音，因此一定是来自更大更强壮的动物。
对人类的测试表明，听到低沉的男性声音往往会让人们想到更大、更强壮的身材，从而更好的繁殖几率。
因此，玛丽皇后学院的研究小组假设，父母们在给孩子取名时可能无意中采用了同样的原则，给男孩取的名字以低元音为主，给女孩取的名字则含有更高、更甜的元音。
通过查看英国、澳大利亚和美国的出生记录，并将最受欢迎的名字与当地的发音方式进行比较，研究小组发现，男孩的名字与低元音发音之间存在着高度显著的联系迈克尔，女生的名字发音更高，比如米歇尔。
然而，这一观察结果可能并不普遍。研究小组在发表于《公共科学图书馆•综合》到目前为止，他们只研究了讲英语的国家。他们说，其他民族或文化可能完全不同。
“我们想研究这个问题，”麦克埃利戈特说，因为在其他语言中，情况可能正好相反。例如，他强调了非洲文化，在那里，与西方社会倾向于偏爱苗条身材的女性相比，体型较大、营养良好的女性更受青睐。在这些群体中，听起来更响亮的女性名字可能更受欢迎。
McElligott警告说:“在我们观察之前，我们不会知道。”“我们希望这篇论文能激发这一领域的大量工作，这是以前没有人探索过的。我通常研究山羊发出的声音，所以这对我来说是一个新的开始!”
情绪如何影响我们对脂肪的口味
与罗格斯大学的Paul Breslin，费城的Monnell化学感官实验室合作。
现在我相信我们都发现自己直接吃冰淇淋很舒服
人们在压力很大的时候会喝酒，但本周公布的一项新研究表明，轻度抑郁的人会失去区分食物中不同脂肪含量的能力。
罗格斯大学的保罗·布雷斯林和费城的蒙奈尔化学感官实验室也加入了我们的讨论，他与德国维尔茨堡大学的佩特拉·普拉特及其团队共同完成了这项工作。
克里斯:首先，我们是如何尝出脂肪的味道的?因为你把东西放进嘴里，你说它尝起来是甜的还是苦的，但是脂肪的味道是什么呢?
脂肪在很大程度上是口腔内皮肤的一种感觉。所以，如果你在指尖上滴一滴油，然后摩擦它们，你可以感觉到那里有脂肪，因为它很滑。我们在嘴里也会有同样的感觉。它与口腔内部的润滑以及里面的一切活动有关。除此之外，味觉细胞上还有脂肪受体。我们还不知道它们到底在做什么，但它们可能参与了我们所感知的任何一种食物脂肪的感知。
克里斯:那么，当你开始这项研究时，你的假设是什么?
保罗:所以，我们知道我们可以控制身体的化学物质，特别是大脑的化学物质，可以通过服用药物来控制化学物质，也可以通过压力、焦虑、抑郁或情绪来控制化学物质。他们都对此有影响。已经观察到在某些国家某些药物会影响味道,我们想要做的是看心情的影响操纵,操纵人们的情感与视频剪辑,我们快乐或悲伤,人非常温和亚临床抑郁或焦虑,看看,影响将是他们的能力感知的嘴和各种不同的刺激将包括的东西味道苦,甜、咸、酸、以及脂肪，基本上都是乳奶油。所以，用脱脂牛奶稀释浓奶油。所以，你有一系列的脂肪和奶油的水平来感知。
克里斯:如果你喜欢法式焦糖布丁的话，听起来有点失望。为什么一个人会发现他们的味觉会受到情绪的影响呢?
保罗:大脑中神经元相互交流的化学物质也是味觉感受器细胞和口腔中的各种细胞与神经元交流的化学物质，这些神经元向大脑发送信号，让你知道你的嘴是什么。因此，细胞通过这些分子相互交流。当你操纵情绪或状态时，你实际上可以操纵这些化学物质。所以，我们知道有某些类型的化合物与抑郁或焦虑有关。像5 -羟色胺或去甲肾上腺素这样的化学物质，当你抑郁或焦虑时，它们会影响你的感受它们与大脑中神经元之间的相互交流有关，也与负责我们品尝的细胞有关，嘴中的东西，如何与这些神经元交谈。所以，原则上，你应该能够操纵某人的情绪，改变化学物质，不仅通过操纵他们的大脑化学物质让他们快乐或悲伤，而且同时影响口腔中的化学物质影响你的味觉受体细胞如何与那些神经元交流。
克里斯-当你这么做的时候，你发现了什么?
保罗-其他人做过一个观察，那些容易焦虑的人或者临床上患有抑郁症的人，当你问他们如何感知嘴里的各种味道，苦的，甜的，酸的，咸的，他们往往会给出更高的评价。事实上，焦虑的人似乎得分更高。当他们感到焦虑时，事物似乎更明亮或更响亮，味道也似乎更强烈。对于抑郁症患者来说也是如此。研究还表明，当你服用药物时，药物会操纵这些相同的系统，你可以敏锐地、可逆地让这些味道看起来更强烈。因此，我们在实验中选取了患有非常轻微的亚临床抑郁症或焦虑症的人。这些人不是临床上抑郁或焦虑的人，我们通过给他们看快乐或非常悲伤的电影片段，或中性无聊的电影片段来操纵他们的情绪。通过这样做，我们试图操纵它们的化学成分，并表明我们可以让这些味道更浓。我们碰巧也给他们脂肪来评估在这种情况下会发生什么并不知道。脂肪则相反，当你给人们看这些快乐或悲伤的视频片段来控制他们的情绪时，如果他们有轻微的亚临床抑郁症，他们区分奶油中脂肪含量的能力就会变差。
克里斯:你认为这在某种意义上很重要吗?如果一个人抑郁，他们就不会在意他们是否注意自己的体重或吃健康的饮食。
保罗:嗯，从过去的研究中我们已经知道了一些联系。一是肥胖的人往往有负面情绪，而有负面情绪的人往往吃得过多。我们还知道，肥胖的人倾向于低估食物中的脂肪含量和他们的脂肪摄入量，我们还知道，体重较高的人对脂肪的敏感度往往较低。
这些都只是观察结果。我们通过实验操纵了这个系统，并展示了过去所做的观察是有意义的。这表明，也许那些体重更重，体重更高的人，更容易抑郁或者有更多的负面影响。这往往会影响他们感知脂肪的能力所以如果他们吃的是高脂肪的东西，他们可能无法知道它是高脂肪的，相对于脱脂牛奶，脂肪含量很少。如果他们这么做了，而且不注意他们吃了多少脂肪，实际上会使他们的体重上升，这将使他们陷入一种积极的恶性循环，即更重，因此会有更多的麻烦。
克里斯:同样地，抑郁的人，是的，可能有一些动机因素，但他们最终可能会吃得比他们想象的要多，也就是脂肪摄入量，这将转化为体重增加，然后会自我实现。
保罗-是的，问题是如果你不注意你吃的东西。你本来就有吃得过多的倾向如果你没有意识到你吃了多少脂肪那么就会出现肥胖上升，负面情绪上升，暴饮暴食和注意力不集中，或者无法察觉脂肪水平上升的循环，如此循环下去。
滚开!谎报GPS定位
马库斯·库恩，剑桥大学
多米尼克:我们都已经习惯了在汽车和手机上使用GPS卫星导航装置，它可以精确定位我们的位置。但现在，计算机科学家已经展示了人们如何欺骗这些系统，让它们谎报自己的位置。剑桥大学计算机实验室的马库斯·库恩正在研究所谓的GPS欺骗。马库斯，首先，我们已经习惯了汽车里的卫星导航系统，但它们是如何确定我们的位置的呢?
马库斯:地球轨道上有24颗卫星，它们基本上有点像一个会说话的时钟。它们一直在一纳秒内精确地告诉我们时间，同时它们还告诉我们它们在一米内的确切位置。如果你自己知道时间是多少，你就能知道信号延迟了多少。由此，你可以计算出你离卫星有多远。如果你知道你离三颗卫星有多远，你就可以让三个球体相交，然后知道你在哪里。如果你不知道确切的时间，你需要用卫星来解决这个问题，这样你就可以通过观察4颗卫星来精确地计算出你的时间和位置。
多米尼克-所以，这是一个三角测量的过程，通过知道你与头顶上的3到4颗卫星的距离。那么，你可以如何恶意地欺骗这个系统呢?
Markus -所以，GPS信号实际上由2个信号组成。有一个是美国军方专用的信号，还有一个是公共信号。这种公共信号使我们所有人都可以在智能手机和卫星导航系统中享受GPS。然而，这个信号是高度可预测的。我提前知道这些卫星在接下来的几个小时里会广播什么，这样我就有可能接收到它，但这也使我有可能合成其中一个信号。所以，我可以制造一个设备制造一个假信号，我可以把它发出去，我可以让GPS接收器相信它实际上是在别的地方或在不同的时间。
多米尼克-那么，如果我们举个例子，我们有汽车从窗外经过。如果我想欺骗其中一辆车的卫星导航系统让它说它在别的地方，我怎么能做到呢?
Markus:你可以发出信号，但我担心的具体应用并不是其他地方的卫星接收器。在其他应用中，拥有卫星接收器的人可能有动机让接收器显示错误的结果，因为接收器不太符合他们的利益。汽车保险公司会给你一个卫星接收器，然后根据你开车的时间和地点向你收取保险费。在卡车车队管理系统中，雇主可以通过查看卫星接收器的数据来监控司机的表现，看他们是否超速，是否擅自绕路。在这种情况下，对于控制接收机的人来说，很容易断开天线，然后连接一个小盒子，这个小盒子会产生一个欺骗信号，让接收机误以为它在别处。
多米尼克-所以，你的意思是如果我租一辆车，我知道GPS接收器在车里的位置，我会断开天线;这样就看不到真正的卫星了。如果我旁边有一台电脑，它产生了一个假信号，我就可以把它输入接收器，让它认为这是一个完全不同的地方。
Markus -这可能听起来有点牵强，但我们已经看到了很多类似的旧系统的操作-卡车上的行车记录仪记录了某人的驾驶速度。警方还从卡车上找到了插入齿轮箱传感器和行车记录仪之间的小装置。有了遥控钥匙卡，卡车司机可以很容易地将速度降低10%，20%，或者模拟一个中断，这样记录是伪造的。一个担忧是，随着时间的推移，模拟这些信号的技术变得简单和便宜，同样的事情将发生在基于GPS的系统上。
多米尼克:那么，你研究这种技术的目的是什么?因为我猜在计算机实验室，你的工作不是找到人们可以用来进行保险欺诈的技巧。
马库斯:所以，作为安全研究人员，我们的工作是预测几年后会出现什么样的问题，这很重要，因为像卫星导航系统这样大的创新不会很快发生。这些卫星可以使用10年多一点，在10年内必须更换，开发它们需要很长时间。所以，如果你想改变这个系统的运作方式，你基本上必须开始考虑15年后的未来。到那时，可能会有很多应用程序依赖于这些信号。目前的信号并不是真正为安全应用而设计的。
多米尼克-我们怎样才能让这里更安全?它会涉及到人们出去购买新的卫星导航装置和更换卫星吗?
Markus -所以，今天已经有一些技术可以使用，但它们主要用于军事系统。你可以不只有一个天线，但你可以在你的GPS接收器上有几个天线，这样你就可以找出信号来自哪个方向。如果有人试图干扰你，或者试图用欺骗、虚假的信号来迷惑你，你就忽略他们，坚持你预计信号来自卫星的方向。在所有东西都必须非常便宜的消费电子产品中，这是不实际的。你的智能手机里没有足够的空间容纳多个天线，在你的汽车周围安装8个独立的天线会很昂贵。因此，我们正在研究的是为下一代卫星信号添加额外的信息，目前，这些信号是高度可预测的。一个技巧是你创造了一点不可预测性。你发送随机变化的数据，然后你可以使用像数字签名这样的技术来验证这些不可预测的数据确实是正确的，并且它正好在你预期的时间到达。卫星导航信号的一个难点是它们由两部分组成。它们由正在广播的卫星当前位置的数据组成，你可以使用加密技术，数字签名，来保护这些数据，这样它就不容易被伪造。 However, in navigation signals, you also have to authenticate the very precise arrival time of the signal. So, you have to get right within a few nanoseconds, when did the signal arrive? And it's possible to build spoofing devices that take the original satellite signal and delay it by a random amount and shift you elsewhere. It's rather difficult to prevent that sort of technique. There is one suggested technique that makes use of a property of the existing GPS satellite system, namely that if you don't know what the signal looks like, you can't actually receive it. The satellite signal is extremely weak. It's basically a light bulb worth of transmitter power at 25,000 kilometre altitude and the only way you can receive that signal is by knowing at once what it is. And then you use statistical test to confirm, "Yes, I have actually found the signal where I expected it." If you designed the signal such that you don't tell people in advance what it looks like, you just send out a random signal. No one can receive it. Then a couple of seconds later, you reveal what was the signal that you broadcast and then everyone can go back in their recorded data and search for it and find it. Then what a spoofer who modifies a signal that comes down from the satellite only can do is they would have to delay that signal by a couple of seconds. And with delay of a couple of seconds, you can easily detect by just having a local clock that say, once a week you re-synchronise over the internet. So, that's one of the 2 or 3 different approaches that are at the moment, being discussed what can go into next generation GPS satellite system. And it's not just GPS: Europe is at the moment launching a system. The Russians have already a system. There's a Chinese system under deployment, so we'll soon have 3 or 4 different operational constellations of satellites.
多米尼克-所以，在未来，确保这些系统安全的关键是让它们变得不可预测，这样你就不能合成这些信号了。谢谢,马库斯。这是剑桥大学计算机实验室的马库斯·库恩说的。
准确的室内跟踪
与剑桥大学的拉姆齐·法拉格合作
本周，来自剑桥大学数字技术小组的拉姆齐·法拉格加入了我们。他正在努力使人们能够高精度地定位房间或建筑物中人们的位置。
克里斯:那么，我们现在是如何定位大楼里的人的，或者说我们是如何做到这一点的?
拉姆齐:有几个标准方案。其中之一是在环境中专门部署固定的基础设施，这将花费很多钱;在环境中放置信标，给人们提供特殊的接收器，他们可以随身携带，并通过它来定位。一个更便宜的方案是使用环境中已经普遍存在的东西，这就是我所关注的。例如，当我穿过一栋给定的建筑时，我可以分辨出不同房间之间的区别，因为我可以看到墙纸和图片的颜色，以及房间的大小和形状。智能手机的“无线电眼”和“磁眼”也能做类似的事情，智能手机可以通过无线电的不同信号强度和不同的磁模式来了解不同房间的样子。我研究的是一种方法，让一个设备了解建筑，了解所有房间的样子，这样当你回来的时候，你就可以非常准确地定位你在那栋建筑里的位置。
克里斯-所以，作为智能手机的持有者，你可以定位你所在的位置和去过的地方。如果调头让大楼知道你在哪呢?我认为这在火灾或医院病人护理等情况下会很有用。
拉姆齐-是的，这当然也很有可能。这样做的一种方式是你选择将你正在计算的数据传输给某人，这样他们就可以知道你在哪里。但当然，你可以做一些事情，让环境中的基础设施知道人们在哪里。一个典型的例子是，你把接收器放在环境中，当有人在发短信、上网、打电话或打电话时，接收器可以接收到这些信号，并计算出所有不同信号到达的时差，这样它们就能有效地计算出你在这个环境中移动时离你最近的人是谁。与我们刚才讨论的GPS技术非常相似，给定一些接收器在环境中传播，你可以计算出发射器在哪里，当人们在环境中移动时发短信或打电话。当它们在环境中移动时，您可以通过接收它们的数据来计算它们的位置。
克里斯:这听起来其实是一个很容易克服的问题，但我们没有这样做的事实意味着一定会有一些问题。那么，皱纹是什么呢?
拉姆齐:所以，这当然是一个非常简单的问题，当世界是一个完美的球体，而你在真空中，诸如此类。问题是在室内环境中，情况非常复杂。环境中的金属，穿过墙壁的信号的影响，所有这些东西，以及我正在研究的技术，让系统在移动时了解环境的样子，实际上把整个问题颠倒过来。信号环境越复杂，越糟糕，信号的性质越不可预测，定位就越好，而不是试图建模和预测，并找出信号在给定位置的样子，你只是记录下你在那里时的样子，记录下所有这些模式，所有这些信号，你把那个环境应该是什么样的以及这个非常复杂的无线电和磁指纹图案是什么样的拼凑在一起。
克里斯-虽然这需要设备慢慢建立一个它所生活的世界的图像。你第一次进入一个新的环境会怎么样?那它就什么都不知道了，对吧?那么，它将如何获取这些信息或提供有意义的信息呢?
拉姆齐-这是整个系统的关键。你有一些方法来估计你在周围环境中的运动。所以，我们使用的典型的是现代智能手机，它充满了传感器——加速度计、陀螺仪、磁罗盘、气压计，它们是为游戏和屏幕设计的
当你转动手机的时候旋转实际上，你可以很好地跟踪用户在环境中的移动。所以，我走着走着，把手机放在我面前，手机的震动，我的软件可以识别出来，并推断出我在走路。它可以使用陀螺仪平滑的指南针来推断我正在行走的方向。使用这种技术，当一个人在建筑物周围移动时，你可以得到一个很好的估计。
问题是，错误会随着系统累积。所以，如果我走100米，我可能有2米的误差。如果我走一公里，我可能会有25米的误差。我在楼里走动得越多，情况就越糟，但已经足够把这些指纹拼接起来了。这个系统的基本功能是，当它回到以前去过的地方时，它会识别出来。它能看到一系列与过去相匹配的指纹它能观察到需要在系统中进行的修正修正它对当前位置的估计，以及你如何到达那里的旅程。它能有效地自我整理，你在一栋楼里工作的时间越长，或者如果很多人在一栋楼里走动，他们都能共享数据，那么你就能很快建立这些地图。当你有了一张足够好的地图，可以关闭所有这些传感器，只使用无线电和磁指纹，这是一种更便宜的电池寿命方面的导航方式时，聪明的地方就来了。
克里斯-所以，它告诉我我在大楼的哪个位置。我们该如何利用这些数据呢?
Ramsey -基于室内定位的服务目前估计价值数十亿美元，仅从消费者的角度来看，比如向人们推送特定位置的广告。人们对这种功能很感兴趣，比如向竞争对手的商店发送短信或推送通知。他们可能在商店里看经典cd，你可以推销他们。它被贴上了一个小广告的标签，上面写着:“我看到你现在正在看那家商店的经典部分。如果你来我店里，这是一张5英镑的礼券。它的有效期是一个小时，这是从你现在站的地方到我的商店的路线，这值很多钱。
除了广告和消费者的东西，紧急服务部门会喜欢这种功能，这样当我拨打紧急电话时，他们就知道我在一栋楼里的确切位置，到楼层和房间，没关系，只是我在那栋楼里。而且还要跟踪紧急服务本身——消防员在建筑物内移动的安全和保障，知道外面的消防车里有人在看着他们穿过那个环境，知道他们在哪里。这是一条巨大的安全线，当然，也来自军事部门，照顾士兵的移动环境。
Chris:虽然这听起来有点侵入性，但我能理解为什么这很有价值，如果我们在设计一个办公室或一个公共场所，我们想看看普通人是如何通过它的。你可以实现更好的格式，以保护人们通过它的路线。如果这是一个雷区，用你的军事比喻，如果这只是一个办公室，找到你从厨房到复印机的路，以减少浪费的时间或最大限度地与人接触，这样你就更有可能在工作场所进行有意义的互动，诸如此类的事情。
拉姆齐-是的。我的意思是，这当然是侵入性的当然，如果你没有选择参与其中，但重点是，我把我们喜欢的GPS，依赖于这项拯救生命的技术，并把它转移到室内环境中，这样我们仍然可以从所有这些功能中受益。我相信你一定去过超市，在过道里走来走去，想知道豆子到底在哪里之类的。打开手机，在大型超市的货架上进行卫星导航，这种功能是每个人都会选择的。
克里斯:毫无疑问，我在哪里可以买到股票?我是说，这真的可以走吗?你已经把这个系统写好了吗?或者你已经有了这个系统的骨架，你开始看到它的实施或做试验了吗?它在哪里?
拉姆齐-我手机上正在直播。我正在开发智能手机应用程序来做这类事情。智能手机的一个神奇之处在于它们的发展速度、我使用的方法以及正在发展的软件机器学习的水平。十年前，你需要一台非常昂贵的台式电脑。如今，你可以把它全部部署在智能手机上，并在智能手机上实时完成。手机的通话次数和传感器数量都在不断提高。所以，现在是研究这类东西的好时机，而且是实时的，现在就可以开始了。
用GPS追踪火山灰云
与科罗拉多大学的克里斯汀·拉尔森合作
GPS可能是最著名的导航系统，但研究人员也发现它是一个非常强大的工具来测量地球上的环境变化。我们今天请到了科罗拉多大学的克里斯汀·拉尔森，她发明了一种利用GPS探测器监测火山羽流的新方法，比如2010年冰岛火山爆发时导致欧洲航班停飞的火山灰云。克里斯汀，传统上人们是如何监测火山喷发出来的火山灰云的?
克里斯汀:我认为这有点像我们监控天气风暴的方式。他们使用卫星图像。你会看到羽流移动的照片，如果天气好，你有一个好的卫星图像，那就没问题了。当然，你并不是一直都有这些图像，这取决于云的情况。研究羽流的另一个强大工具是雷达。问题是在有火山的地方没有雷达。所以，你必须非常幸运，并且拥有你需要的设备来研究羽流，而我们在世界上所有的活火山周围都没有足够的设备。
多米尼克-你一直在用火山周围的GPS传感器工作。首先，为什么要把传感器放在那里?
克里斯汀:好的，我一直在研究阿拉斯加火山的数据，这些数据是我在阿拉斯加大学的同事在阿拉斯加火山观测站收集的，他们使用的是传统意义上的GPS。我意识到你最近采访的几个人谈到了当你想到在手机或汽车上使用GPS时所想到的实时导航。但在我的行业里有很多人，这是科学，他们用它来研究地面是如何变形的，我们用它来非常准确地监测——在火山的情况下——是否可能发生喷发。火山爆发前，地面开始膨胀。地球内部的岩浆房开始膨胀，导致地面移动。你必须有非常精确的GPS接收器来探测它。我的同事把GPS接收器放在那里是为了一个完全不同的目的。他们要测量岩浆房的膨胀。我最近有了一个想法，看看我们是否可以通过从不同的有利位置观察数据来看到羽流。
多米尼克:那么，这些传感器的数据如何告诉你大气中，传感器上方的火山灰呢?
克里斯汀:对。我的意思是，你必须回顾过去我想感谢我在阿拉斯加大学的同事们。他们注意到，他们认为他们可以看到羽流对定位数据的影响。所以，他们测量的是纬度、经度和高度。他们注意到，在火山喷发期间，地面移动了很多。嗯，这并不太令人惊讶。你可能会想，“哦，火山喷发导致地面移动”。但他们在5到6公里之外，地面不应该有那么大的移动。因此，他们正确地假设了羽流导致GPS定位错误，只是因为他们在计算位置时没有考虑到这个错误。所以，他们第一次看到这个，但是当我看到数据时，我只是说，“嗯，你知道，计算位置，然后推断有一次喷发，因为位置看起来很糟糕，这似乎是一种很难看待问题的方法。 So, I sort of looked at it differently and said, "If I were a GPS signal travelling through an ash cloud, that would cause the signal to be reflected around. Not as much as of the signal would get into my antenna because it would be, if you will, deflected by all these particles, these ash particles. GPS was not meant to work in ash plumes and so, I hypothesised that that would cause signal power to go down. So, instead of looking at the positioning data which is what the rest of us use GPS for, I looked at the signal strength data and that doesn't tell you anything about position. It really only tells you how good your reception is, just the same way your cell phone tells you how good your reception is too. So, I looked at the signal power and I could very clearly see when there was a plume.
多米尼克:你在地面上安装了这个传感器，它与天空中的各种卫星相连。你可以看到这些不同卫星的信号强度，你可以预测这些信号强度应该是多少。如果这比你预期的要少，那么你就知道一定有什么东西挡住了你的路，所以你推断那里一定有火山灰云?
克里斯汀:没错，因为你知道这些卫星一年365天，一天24小时都在运行。信号强度不变。军方对它们进行了严格的管理。所以，我将它与火山喷发的那天进行了比较，我注意到大多数方向的信号功率都很好，也就是说，没有穿过羽流的方向。所以，事实证明只有2到3颗卫星受到了羽流的影响。这就告诉了我烟柱的位置，如果我对火山的位置做了一定的假设，我们知道它在哪里，或者至少我在维基百科上查到了它在哪里，你就可以推断出烟柱有多高之类的东西因为我们知道卫星在哪里。之前的一位演讲者谈到了这一点。我们知道它们在哪里，这就告诉我们哪颗卫星受到了烟柱的影响。
多米尼克:你在地面上安装了这个传感器，它与天空中的各种卫星相连。你可以看到不同卫星的信号强度，你可以大致预测它们应该是什么。如果这比你预期的要小，那么你就知道有什么东西挡住了它，所以你推断那里一定有火山灰云。
克里斯汀:没错，因为你们都知道，这些卫星一年365天，每天24小时都在运行。信号强度不变。军方对它们进行了严格的管理。所以，我将它们与火山喷发的那天进行了比较，我注意到大多数方向的信号功率都很好，也就是说，没有穿过羽流的方向。所以，事实证明只有2到3颗卫星受到了羽流的影响。这就告诉了我烟柱的位置如果我对火山的位置做了一定的假设，我们知道它在哪里，或者至少我在维基百科上查到了它在哪里，你就可以推断出烟柱有多高之类的东西因为我们知道卫星在哪里。之前的一位演讲者谈到了这一点。我们知道它们在哪里，这就告诉我们哪颗卫星受到了烟柱的影响。
多米尼克-我想这不只是因为烟灰吗?你还能测量积雪和植被吗?
克里斯汀:完全正确，但我的做法有点不同。所以，在火山的情况下，我观察信号强度是否下降，进入我天线的信号是否减少，因为火山灰基本上破坏了信号传输。为了测量降雪，我要做的是，我要看一个正常的一天，当没有下雪的时候。我观察GPS信号在地面反弹并反射回我的天线的效果。它有一个非常特殊的频率，然后我将它与下雪的日子进行比较，如果反射信号的频率不同，那么因为有这些雪层，所以我基本上是通过观察反射的模式来告诉我是否-基本上，如果地面移动了。如果地面上有雪，那就会使地面看起来更高，然后当雪融化时，它会回到最初的位置。同样，如果地面上有植被，也会改变地面的平衡。但它都是使用信号强度数据，并且都使用其他人用来测量经度，纬度和海拔的相同设备。
多米尼克:目前，听起来你是在使用传感器阵列，这些传感器是为了其他目的而放置的，用来观察地面运动。但考虑到你从中推断出的信息，在你对监测积雪和植被等感兴趣的地区建立阵列似乎是值得的。
克里斯汀-这正是我们要做的。因为我们正在做一些非常简单的事情，我们试图使GPS传感器更便宜，因为例如，我们手机上都有GPS传感器的原因是因为人们已经想出了非常便宜的GPS传感器。对于我所说的这种事情，我认为我们可以做同样的事情。所以，我们想做的是，我们已经展示了你可以使用这些GPS接收器来测量板块运动和火山运动。我们已经证明了你可以像你说的那样用它来测量雪量。但我们想用更便宜的传感器阵列来做，这就是我们正在研究的。我有一些学生和同事在研究这个这样我们就能提供更便宜的环境传感器。
多米尼克-非常感谢，克里斯汀。我相信这是我们未来几个月要关注的事情。以上是科罗拉多大学的克里斯汀·拉尔森的报道。
一座山能有多高?
汉娜:那么，山脉是如何形成的，又有什么能阻止它们向天空延伸呢?
Nicky -我叫Nicky White，是剑桥大学地球科学系的地质学家。众所周知，喜马拉雅山脉是地球上最高的山脉之一，珠穆朗玛峰的最高峰只有8公里多一点，一个重要的问题是，为什么地球上没有比这更高的山呢?主要原因是当你造山的时候，有两种东西在相互对抗。首先，有板块力。因此，对于喜马拉雅山脉来说，印度板块与欧洲，欧亚板块碰撞，迫使地壳变厚，将喜马拉雅山脉推向空中。但还有一些不常被提及的事情那就是山脉最终会因为自身的重量而倒塌。这里重要的概念是一种叫做粘性的东西如果你喜欢，它指的是山内部岩石的流动性。一个有用的比喻是糖浆。所以，如果你想象你用糖浆创造了喜马拉雅山脉，我想很容易看出，一旦你开始把山推到空中，它也开始下降，因为糖浆会从侧面流出。在地球上也是一样。 So rocks are not quite as runny as syrup, but they still have a certain ability to flow. So it means when you build a very large mountain chain, as soon as you start to reach a certain height, it will begin to fall down under its own weight. So, the Himalayan chain is actually beginning to squirt out sideways, mostly towards China which means we're probably at the limit of the maximum possible elevation achievable on Earth. On other planets such as Venus and Mars, the viscosity of the rocks may be different which is why you can achieve higher mountains.
汉娜-谢谢，尼基。所以，山脉的下降是由于它们自身的重量，而它们开始下降的高度是由于构成它们的物质有多稀。实际上有一个叫做阿甘数的数字，它本质上是山的重量除以它的流动度，这有助于我们知道一座山可以长多高。珠穆朗玛峰正处于顶峰。
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