2025 Regeneron ISEF大奖-PHY物理学和天文学获奖作品汇总-4

最新官方消息！全球科创天花板赛事——国际科学与工程大奖赛（Regeneron ISEF），现已正式公布了2026年总决赛的举办时间和地点。这场汇聚全球青年创新力量的科技盛宴，将于2026年5月9日至15日，在美国亚利桑那州凤凰城会议中心（Phoenix Convention Center, Arizona）璀璨启幕。

2026ISEF赛事安排

参赛资格

年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

ISEF表格：根据研究类型提交相应表格（如1C、2、3等），需在地区赛前完成审核。

摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

地区赛截止：2026年3-4月

其他注意事项

展示材料：展板需符合ISEF尺寸要求（通常宽48英寸、深30英寸、高108英寸），禁止活体样本或危险品。

知识产权：部分研究可能需申请专利后再参赛，避免披露风险。

为了方便同学们更好的备赛，特别整理了ISEF-PHY物理学和天文学2025获奖作品方便学习

PHYS047 - 水世界系外行星示踪物的识别

近期的发现，例如GJ 9827 d富含水的大气，揭示了一类研究不足的系外行星——水世界。在这颗系外行星大气中发现水，不仅展现了当前望远镜的观测能力，也表明有必要加深对这类行星的理解，因为很快可能会有更多类似的发现。目前对水世界系外行星探测的理解受到模型的限制——通过对系外行星过程进行建模，天文学家可以制定预期并相应地优化搜索。目前，人们仅通过水蒸气这一关键大气特征来了解水世界，因此许多行星科学家认为，仅凭大气光谱学很难识别这些行星。本研究针对这一问题，开发了150万个数据点分辨率的水世界大气热力学模型，这些模型与压力和温度（通过平衡化学）的关系，并利用这些模型创建了一个包含超过5000个合成光谱的数据库。研究人员训练了K均值聚类算法，以识别光谱数据集中不同的水世界亚型，并从二氧化碳、二氧化硫和氟化氢等三大类大气示踪物中识别出几种新的大气示踪物。同时，这项研究还开发了一种分析流程，用于在给定初始条件下以比以往任何研究更高的分辨率模拟系外行星大气。这项研究标志着这些水世界大气建模领域的显著进步。

PHYS055 - 海王星：使用 TTV 预测未见系外行星

传统的系外行星探测方法往往会忽略包含长周期或非凌日行星的多行星系统，因为观测结果往往偏向短周期凌日行星。NEPTUNE 通过分析已知行星的凌日时间变化 (TTV) 来探测、表征和评估潜在未观测伴星的宜居性，从而弥补了这一缺陷。\nNEPTUNE 使用 N 体模拟为超过 80,000 个多行星系统生成 TTV 信号，捕捉每个系统在不同轨道时间尺度上的引力相互作用——从长周期共振到短周期会合（行星合相）效应。模拟结果会被输入到随机森林机器学习模型中，从而为贝叶斯推理提供有根据的先验信息。与没有先验信息的方法相比，这种新颖的方法将贝叶斯马尔可夫链蒙特卡罗收敛速度提高了高达 800%，从而降低了计算需求。 N 体模拟显示，共振信号与这颗未观测行星的质量和偏心率相关，而会合信号则与偏心率无关。通过应用多周期 TTV 分析，NEPTUNE 打破了行星质量和偏心率之间的退化，得出了具有量化不确定性的独特解。\nNEPTUNE 已使用 Kepler-46b TTV 数据进行验证，成功恢复了已知未观测伴星 Kepler-46c 的轨道周期（57 天）、偏心率（0.01）和质量（110 个地球质量），与 NASA 公布的数值非常接近。此外，NEPTUNE 对尚未充分研究的 Kepler-1710b 数据的分析表明，存在一个未被发现的约 31 个地球质量的行星候选体，这促使开普勒 TTV 小组进行后续分析。\n与 NASA 的 TESS 任务和 ESA 的 ExoClock 计划的数据相结合，正在扩展 NEPTUNE 探测未见系外行星的能力。

PHYS056 - 单次凌日系外行星的自动探测调查

凌日现象是指行星遮挡其主星发出的光线，从而导致独特的变暗现象。凌日系外行星巡天卫星 (TESS) 是一台全天扫描太空望远镜，可为天文学家提供高频恒星光变曲线。与拥有八颗行星的太阳系不同，大多数系外行星系统仅有一条已记录的轨道。这种差异源于观测偏好近轨道行星（尤其是热木星），因为它们的变暗现象更为明显，因此更容易通过后续观测得到证实。与我们对近轨道系外行星日益增长的认知相比，对多行星系统的研究尚不充分，太阳系以外的系统可供参考的寥寥无几。多行星系统为天文学家提供了有关引力相互作用、行星迁移和宜居外星世界的信息，而缺乏更远的轨道则阻碍了对这方面的研究。然而，TESS 的连续监测模式仅适合探测更远轨道的行星，目前尚无研究人员系统地研究过已知行星系统中的遥远行星。本研究利用 TESS 数据开发了一种新颖的数据增强算法、一个基于决策树的预处理单元、一个通过形状分析识别单次凌日候选者的神经网络模型以及一个自动参数拟合程序。所有这些阶段结合在一起，形成了第一个对已知系统中的单次凌日系外行星进行端到端自动检测的调查：ASTEKS。专注于单次凌日的 ASTEKS 的准确率达到了 93.6%，超越了最先进的水平。该模型还从仅有的 1088 个已知行星系统中发现了 18 个单次凌日行星候选者（52<p<1530）和两个近轨道行星候选者（p<1）。

PHYS062 - 用于构建紧急传感器的谐振器

在2021年瑟夫赛德公寓倒塌等悲剧发生后，对结构劣化的长期监测方法的需求显著增加。机械共振是一种潜在的方法，可以通过测量共振器的变化来追踪和了解结构劣化。此前，研究人员在压缩状态下测试了一种基于条状谐振器，以检验输出频率与施加载荷之间的关系。经过数年的研究，研究人员发现，即使在高载荷下，输出频率在载荷作用下也几乎没有变化。这一进展表明，一种不同的、更灵敏的谐振器类型可能更有助于在倒塌即将发生之前就对结构变化或故障进行预警。本研究提出了一种测量结构扰动（无论多么微小）的替代方法，并通过弦共振介质进行了检验。为了复制之前的实验条件，研究人员将弦谐振器置于各种载荷下，并测量了弦在每种施加载荷下的共振频率。正如预测的那样，在同等施加载荷下，弦式谐振器的频率变化比之前测试的条式谐振器要大得多。良性结构损坏极有可能发展成严重故障，就像Surfside Condo Collapse事件中的情况一样，因此在设计传感器时必须考虑预警能力。未来的目标是将弦式谐振技术应用于自动驾驶装置，使其能够长期监控住宅和其他关键基础设施。

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