年度最佳 8 幅科学图像、视频和可视化作品

PopSci 的编辑们致力于分享科学的精彩之处，从尖端技术到解释宇宙运行的基本原理。但科学不仅令人兴奋，而且美丽。为了庆祝这种美丽，《大众科学》和美国国家科学基金会每年都会联手寻找最佳科学可视化作品。今年的可视化奖以一幅新颖（且色彩鲜艳）的重力工作原理插图和一段人类大脑运动的视频为特色。您还可以近距离接触蚊子的口器，观看几个世纪前设想的物理实验的惊人结论。这些获奖作品和其他四位获奖作品是由科学家、平面艺术家和其他专家组成的评审团从数百份参赛作品中选出的。要入围最终名单，视频或插图必须具有视觉冲击力，并以清晰且引人入胜的方式传达科学概念。请继续阅读，了解评委们在今年的美丽科学作品集中看到了什么。可视化剪刀一致性专家选择奖

几年前，德米特里·斯米尔诺夫在大学高级数学课上学到了一个迫切需要与更多人分享的原理。“如果你有两个多边形（两个形状）面积相等，你可以将其中一个切成有限数量的块，然后将它们重新粘贴在一起形成另一个形状，”斯米尔诺夫解释说，他现在是麻省理工学院计算机科学博士生。

这个想法被称为华莱士-波雅-格文定理。它是计算几何学的基本原理，该领域应用于建筑、机器人和分子生物学。斯米尔诺夫和他的合作者创建了一个互动装置，通过分解和重新组装眼前的形状，“让任何人都可以自己证明这个定理”。斯米尔诺夫说：“我们发现这个特定的定理是任何人都可以理解和欣赏的。”“你经常听到‘数学是美丽的’这句话，而真正看到这个特定的视觉实例，我认为这是非常酷的事情。”

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1970 - 2018 年地球日：海洋变化

专家选择奖得主

执行制片人 Vivian Trakinski；编剧/制片人 Laura Moustakerski；动画师 Shay Krasinski；音效设计师 Jason Morfoot；科学顾问 Jeremy Jackson 和 Ana Porzecanski

世界上的海洋如此之深、如此之广，以至于它们看起来像是一个独立的世界，但即使是最偏远的水域也几乎没有未被人类文明所触及。这段由美国自然历史博物馆为纪念地球日而制作的视频，令人警醒地展示了自 1970 年首次庆祝地球日以来海洋发生了怎样的变化。

“我们倾向于把它当成垃圾场，而由于人们并不生活在海洋里，他们不一定能看到我们对海洋做了什么，”参与制作该视频的博物馆作家兼制片人劳拉·穆斯塔克斯基 (Laura Moustakerski) 说。

在过去的几十年里，海洋吸收了我们温室气体排放产生的大部分多余热量，以及 1.5 亿吨塑料。海平面开始上升，珊瑚消失，过度捕捞威胁着我们的海鲜供应。但我们仍有希望。“我们肯定可以做些事情来帮助海洋，”穆斯塔克斯基说。视频重点介绍了一些成功案例，并建议我们每个人如何为更美好的未来做出贡献。

帕斯卡的燃烧桶

专家选择奖得主

作者：卡特琳娜·维斯尼奇、兰斯·赫林顿、奥梅兰·斯特里扎克、里克·索登、胡里奥·洛佩兹、威廉·迪克斯、丹·奎尤、丽莎·杰克逊、珍妮·努涅斯

传说近 400 年前，数学家布莱斯·帕斯卡 (Blaise Pascal) 进行了一次爆炸实验：他站在一座建筑物的顶部，将水通过一根细管倒入一个已经装满水的木桶中，直到木桶爆裂。这个故事说明了帕斯卡定律，该定律指出，流体中的压力取决于流体的高度，而不是其总重量。

然而，当普林斯顿大学物理学家 Katerina Visnjic 决定重新进行这项爆破实验时，她找不到任何人（包括帕斯卡本人）真正做过这项实验的证据。因此，她和同事拍摄了他们自己的版本，其中有一个 50 升的玻璃壶和一根 155 英尺长的吸管。团队将 1 升水倒入管中后，水壶就碎了。“我们很可能是历史上第一个进行这项实验的团队，”Visnjic 说。“这是对流体在自然界中如何表现的一个如此美丽、违反直觉的展示。”

如此少量的液体竟然能摧毁如此巨大的容器，这看起来似乎有些奇怪。但吸管底部的压力与你潜入 155 英尺深的海洋时所遭遇的压碎力相同。

咬伤的解剖学

专家选择奖得主

据世界卫生组织统计，蚊子是世界上最致命的动物之一，每年造成数百万人死亡。在《蚊子叮咬的解剖学》一书中，丽贝卡·康特 (Rebecca Konte) 阐述了蚊子如何刺穿皮肤并传播危险疾病。

这位旧金山的生物艺术家花了几个小时在显微镜下观察蚊子，终于发现了一些令人吃惊的东西。“蚊子的结构非常奇怪，”康特说。“当你靠近观察时，你会发现它们非常复杂，而且由于体型较小，所以它们的身体结构非常紧凑，所以它们会挤在一起。”

事实上，蚊子在吸食你时，会从腹部挤出多余的液体，为更多的血液腾出空间。Konte 还了解到，蚊子用来刺穿你皮肤的喙由不止一根针组成，而是六根针组成。“它们有不同的功能，”Konte 说。“有些针会戳刺和搜索，有些针会刺穿你的皮肤，所有这些都藏在一个鞘下，当它们咬进你的皮肤时，鞘会缩回。”

探索地球的秘密

专家选择奖得主

作者：ScienceMedia.nl（Saskia Madlener、Dan Brinkhuis、Dick Peterse 和 Ageeth Rademaker）、海洋领导力联盟、国际海洋发现计划和哥伦比亚大学（美国科学支持计划 - Sharon Cooper）

海底深处埋藏着用岩石和泥土书写的地球历史记录。从海底钻探中提取的细长沉积物岩心保留着遥远时代的遗迹和过去灾难的线索，例如 6600 万年前终结恐龙统治的小行星撞击地球产生的火山灰。

“想想海底深处蕴藏着的海量信息，真是令人难以置信，”ScienceMedia 导演兼作家萨斯基亚·马德莱纳 (Saskia Madlener) 说。ScienceMedia 是一家总部位于荷兰的公司，专门制作向公众传播科学的视频。

马德莱纳和她的团队创作了《寻找地球的秘密》，作为由包括海洋领袖联盟在内的多家机构举办的科学海洋钻探巡回展览的一部分。随着视频的播放，动画沉积物岩心滑入视野，让人们一睹科学家在窥视地球过去时所看到的一切。马德莱纳说，她希望这段视频能激励人们支持地球科学研究。“还有更多的东西有待发现。”

重力可视化

人民选择奖得主

在《重力可视化 1 和 2》中，高中生 Arjun Hausner 用弹珠来说明我们每天都会遇到的一种力。重力是由质量扭曲其周围空间引起的，爱因斯坦在其著名的广义相对论中描述了这一现象。一种称为重力井的装置可以模拟这种曲率，在科学博物馆中很常见。通常，你会将一枚硬币扔进漏斗里，看着它一圈一圈地旋转，最后落到中心。

豪斯纳将这一概念更进一步，使用涂漆的弹珠和弹性织物，将其铺在蹦床框架上，中间放有重物。随着每颗弹珠不断旋转，它会绘制出一条独特的路径。这些轨迹在靠近重物的地方变得密集，以“捕捉重力模式”，豪斯纳说。

豪斯纳现在是康奈尔大学的学生，他说在艺术课上玩弄科学理念使它们更容易理解。“科学和艺术在很多方面非常相似，因为它们都涉及一个过程，即你观察自然世界，然后将其转录成其他传递该信息的形式。”

更正：之前的版本错误地报道了第三位人民选择奖获得者。

脑和血流的耦合运动

人民选择奖得主

作者：Kambiz Nael（西奈山）、Itamar Terem（斯坦福大学）、Mehmet Kurt（史蒂文斯大学）、Samantha Holdsworth（奥克兰大学）和 John Martinez（史蒂文斯大学）

你的大脑不断脉动。随着心脏跳动，脑袋里的血管会扩张和收缩，轻轻地推动周围的脑组织。这些运动太微妙了，你感觉不到。事实上，直到最近科学家才能够观察到它们的作用。

为了制作上述视频，研究人员使用了一种计算机算法，夸大了 MRI 扫描中的大脑运动，直到肉眼可见。他们还首次将脑组织运动与静脉和动脉的运动同步（同样被夸大了）。

研究人员希望这种新的成像方法能够揭示动脉瘤（血管中膨胀并有时会破裂的薄弱点）是否正在增长，甚至预测它们是否有可能破裂。史蒂文斯理工学院机械工程助理教授 Mehmet Kurt 表示：“我们希望能够追踪这些微小的运动，并希望了解动脉瘤的稳定性如何随时间变化。”他和他的团队将于本月在亚特兰大举行的生物医学工程学会会议上展示这项技术。