關毅 (本刊特約記者)

大科學的春天

關毅 (本刊特約記者)

隨著新春腳步的臨近，全球的大科學似乎也迎來了春天。由歐盟斥巨資打造的石墨烯以及人腦工程項目未來很有可能開辟出全新的研究領域；而有多國參與的人類有史以來最大的地面天文學觀測裝置——“阿爾馬”的啟動勢必為人類探知宇宙的奧秘譜寫新的篇章。希格斯玻色子身份的初步敲定，以及科學家首次功能性治愈艾滋病患兒同樣也讓人們在這個春天里看到了無盡的希望。

石墨烯和人腦工程入選歐盟旗艦技術項目

歐盟委員會 2013年 1月 28日宣布，石墨烯和人腦工程兩大科技入選“未來新興旗艦技術項目”，并分別設立專項研發(fā)計劃。每項計劃將在未來 10年內分別獲得 10億歐元的經費。

石墨烯又稱單層墨，它僅由一層碳原子組成，是科學家于 2004年發(fā)現的一種新材料。歐盟委員會認為，從長期看，這種新材料可能同鋼鐵、塑料一樣重要，有可能代替硅成為信息技術的基礎材料，還可能在能源、交通和醫(yī)療保健領域發(fā)揮重要作用。

歐盟委員會還指出，對人腦的研究及相應的技術研發(fā)至關重要。這不但有助于帕金森氏癥、阿爾茨海默氏癥等腦部疾病的診斷和治療，同時還可揭示人腦的高能效、高可靠性之謎，對人工智能研發(fā)具有重大作用。

根據歐盟委員會的決定，石墨烯研發(fā)計劃將由瑞典查默斯理工學院教授亞里·基納雷特牽頭，由176個來自世界各地的研發(fā)團隊共同負責實施。人腦工程研發(fā)計劃將由瑞士洛桑聯邦理工學院教授亨利·馬克拉姆牽頭，由87個來自世界各地的研發(fā)團隊承擔任務。

2010年7月，歐盟為加大科技創(chuàng)新力度，增加競爭力，決定篩選“未來和新興旗艦技術”，以便集中力量，盡快取得突破。2010年7月20日，歐盟委員會評出21項科技作為候選對象。2011年 5月4日，評選委員會在這21項科技中評出6項作為“對未來影響最大的前沿技術”，它們涉及腦科學、新材料、機器人、醫(yī)藥應用、納米技術、災害預報與分析等領域。2012年11月至12月，由25名專家組成的評選委員會在上述6大前沿科技中，將石墨烯和人腦工程列為“未來和新興旗艦技術項目”。

這兩項計劃預計將于2013年9月開始實施，其資金的重要來源是歐盟最大的科研計劃——“地平線2020計劃”。

世界最大地面天文觀測裝置正式啟用

總投資15億美元、人類有史以來最大的地面天文學觀測裝置——“阿塔卡馬大型毫米波／亞毫米波天線陣”(簡稱“阿爾馬”)2013年3月13日在智利北部阿塔卡馬沙漠正式投入使用。借助這個大型射電望遠鏡，天文學家可更清晰地探視宇宙深空的奧秘。

這個天線陣位于智利北部阿塔卡馬沙漠中的查赫南多爾高原，海拔5 000 m。66 個質量約120 t、直徑7～12 m不等的高精度拋物面天線組成一架直徑16 km的大型射電望遠鏡，分辨率可達0.01角秒，相當于能看清500 km外的一分錢硬幣，“視力”超出“哈勃”望遠鏡10倍。

阿塔卡馬大型毫米波／亞毫米波天線陣(圖片來源：STéPHANE GUISARD/ ESO)

“阿爾馬”項目由北美、歐洲和亞洲等多個地區(qū)的天文機構合作完成，其工作波段位于毫米波和亞毫米波，這是人眼看不到的波長。研究人員介紹說，在這個革命性的觀測裝置協(xié)助下，他們可對宇宙中的塵埃云和恒星的形成開展深入研究。

當天的正式啟動儀式在天線陣列附近的一個天文臺中舉行，智利總統(tǒng)皮涅拉通過大屏幕向觀察中心的智利科學家發(fā)出指令，同時啟動66個拋物面天線中的57面，一齊指向蒼穹。據介紹，另外 9個拋物面天線將在2013年10月底前正式投入使用。

皮涅拉說，他希望這是人類探索天文世界過程中邁出的一大步。

這一項目在2002年開建，此前已開始接受各地天文學研究人員的申請展開初期試用。項目所在的阿塔卡馬沙漠是地球上降水量最少的地區(qū)之一，而位于其中的查赫南多爾高原海拔高達5 000 m，年均降水量只有10 cm，是進行天文觀測的圣地。

2012年是歷史上最熱的年份之一(圖片來源：NOAA)

2012成最熱拉尼娜年同時被確認為歷史上第九熱年份

2012年，被暑氣所困的全世界人民經歷了有記錄以來最熱的年份之一。

根據美國國家海洋與大氣管理局(NOAA)的研究人員于 2013年1月15日發(fā)布的最新數據，2012年全球的平均溫度為 14.47 ℃(58.03華氏度)，或者說比20世紀全球平均溫度高約0.57 ℃(1.03華氏度)。

北美洲大陸創(chuàng)紀錄的溫暖，以及其他地區(qū)比平均氣溫更高的溫度，使得2012年成為自1880年以來最熱的年份之一，同時也標志著連續(xù)36年來，全球每年的平均溫度都高于20世紀的平均溫度。

研究人員指出，21世紀的所有12個年頭都躋身于有記錄可循的133年中的14個最熱的年份。

在一股猛烈的寒流于2012年12月襲擊北半球之前，2012年有望成為有記錄以來第八熱的年頭——而12月的這股寒潮導致了該月覆蓋北半球的雪量達到了破紀錄的水平。

最后還有一個記錄值得一提：2012年是迄今為止最熱的拉尼娜年，這是很值得關注的，因為拉尼娜現象——通常意味著赤道附近的太平洋海表溫度要低于平均值——往往會導致較低的全球平均溫度。

這些數據經由美國國家航空航天局(NASA)的研究人員進行匯編——他們利用衛(wèi)星數據評估了無法被氣象站所覆蓋的區(qū)域的溫度，最終認為2012年是有記錄以來第九熱的年份。

拉尼娜是西班牙語“小女孩”的意思，是厄爾尼諾現象的反相，是指太平洋中東部海水異常變冷的情況。東南信風將表面被太陽曬熱的海水吹向太平洋西部，致使西部比東部海平面增高將近60 cm，西部海水溫度增高，氣壓下降，潮濕空氣積累形成臺風和熱帶風暴，東部底層海水上翻，致使東太平洋海水變冷。

拉尼娜與厄爾尼諾“性格”相反，隨著厄爾尼諾的消失，拉尼娜的到來，全球許多地區(qū)的天氣與氣候災害也將發(fā)生轉變?？傮w說來，拉尼娜的性情并非十分溫和，其氣候影響與厄爾尼諾大致相反，其強度和影響程度不如厄爾尼諾，但它的到來也可能會給全球許多地區(qū)帶來災害。

霧霾天氣對孕婦產生不利影響科學家首證PM2.5致新生兒體重減輕

一項大型國際研究證實，接觸過較高水平的某些空氣污染物的孕婦更容易產下體重不足的嬰兒。這一研究成果在線發(fā)表于2013年2月5日的《環(huán)境健康展望》雜志網絡版上。

暴露在霧霾天氣中的孕婦有可能產下體重較輕的嬰兒(圖片來源：Lintao Zhang/Getty Im)

低出生體重——定義為一名新生嬰兒的體重不足 2.5 kg——增加了嬰兒死亡率和兒童期疾病的風險，并且與嬰兒未來一生的發(fā)育及健康問題有關，包括糖尿病和心血管疾病。

之前的研究著眼于在懷孕期間接觸到微小的大氣顆粒物是否會帶來更多的低出生體重嬰兒。盡管一些研究已經找到了其中的聯系，但也有許多科學家并沒有建立這種關系。

“關于空氣污染暴露與胎兒發(fā)育影響之間關系的許多研究在項目設計以及暴露評估上都有許多差異。”美國紐約大學的兒童環(huán)境健康研究人員 Leonardo Trasande說道，“而新的研究進行了大量的工作，從而使其具有可比性?！?/p>

這項觀察性研究合并了來自9個國家——包括美國、韓國和巴西——的14個研究中心的300萬名新生兒的數據。它側重于兩類有害空氣污染物：直徑小于 2.5 μm(PM2.5)和小于 10 μm (PM10)的可吸入顆粒物。這些微粒來自于工業(yè)和交通運輸燃燒的化石燃料，以及木柴的燃燒，但同時也包括塵?；蚝｛}微粒。

該項研究的第一作者、西班牙巴塞羅那市環(huán)境流行病學研究中心的流行病學家 Payam Dadvand指出：“與那些報告污染水平較低的中心相比，那些報告空氣污染嚴重的中心，其嬰兒低出生體重的幾率也較高?！?/p>

通過研究人員的計算，PM10每增加 10 μg·m-3，嬰兒出現體重不足的幾率便增加3%，并且其體重的總平均值減少3 g。當研究人員對局部變量加以調整后，例如母親的年齡或煙草的使用，平均體重的減少將增加3倍，達到9 g。這些計算同時對社會經濟地位進行了考慮。

PM10的中間值在14個中心之間發(fā)生變化——從加拿大溫哥華的 12.5 μg·m-3到韓國漢城的66.5 μg·m-3。結合 PM2.5 暴露的信息，隨著每個中心暴露在可吸入顆粒物的水平增加，嬰兒低出生體重的幾率增加了10%。

Trasande解釋說，這種風險在個體水平上是較小的，但“從人口的基礎而言，一個小的變化便能夠使嬰兒的低出生體重比例產生很大的變化”。他同時指出，吸煙、酗酒及使用藥物，加上孕婦保健的匱乏都與低出生體重存在關系。

在日前發(fā)表的一項對超過 22萬名美國新生兒進行的研究中，Trasande及其同事發(fā)現，室外空氣污染與更長的住院時間及更高的醫(yī)療保健費用聯系在一起。2010年，美國有 8.2%的新生兒存在出生體重不足的情況。

“在設置相關法規(guī)時，有關空氣污染對孕婦的影響尚未被考慮在內?！盌advand說，“現在是時候考慮一下這個問題了。”

雖然 PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的成分，但它對空氣質量和能見度等有重要的影響。PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環(huán)境質量的影響更大。

之前的研究證實，粒徑10 μm以上的顆粒物，會被擋在人的鼻子外面；粒徑在2.5 μm至10 μm之間的顆粒物，能夠進入上呼吸道，但部分可通過痰液等排出體外，另外也會被鼻腔內部的絨毛阻擋，對人體健康危害相對較小；而粒徑在2.5 μm以下的細顆粒物，直徑不到人的頭發(fā)絲直徑的1/20，不易被阻擋。被吸入人體后會直接進入支氣管，干擾肺部的氣體交換，引發(fā)包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病。

百年最大隕星造訪地球追蹤天外來石還不靠譜

2013年2月15日，一顆隕石墜落在俄羅斯車里雅賓斯克州，科學家表示，這顆隕石是一個多世紀以來有記錄的撞擊地球的最大隕石。用于監(jiān)測核武器試驗的網絡設備收集到的次聲波數據顯示，隕石引發(fā)的爆炸釋放了百萬噸能量，比幾天之前朝鮮核試驗釋放的能量大得多。這也是自1908年西伯利亞通古斯卡河地區(qū)流星墜落以來，撞擊地球的最大隕石。

“這是一個非常、非常大的事件?！奔幽么笪靼泊舐源髮W天文學家Margaret Campbell-Brown在研究了撞擊點附近的兩個次聲波站收集的數據后表示。她的計算結果顯示，當該流星體進入大氣層時，直徑大約15 m，質量約為7 000 t?！八赡苁峭ü潘箍ê邮录詠淼皆L地球的最大隕石?！彼f。

這顆流星在當地時間上午 9時25分左右墜落在烏拉爾山脈南部的車里雅賓斯克州，巨大火球讓人們眼花繚亂，隨后的爆炸震碎了附近建筑物的玻璃，并摧毀數以百計的房屋。據報道，隕石墜落造成大約1 200人受傷，其中很多是玻璃碎裂導致的割傷，并已造成 10億盧布(約合 2.07億元人民幣)的經濟損失。

一顆隕石劃過天際墜落在俄羅斯(圖片來源：Chelyabinsk.ru/AP)

該流星體本身可能由巖石構成，但也可能包含鎳和鐵。Campbell-Brown指出，它可能是來自位于火星和木星之間、包含無數巖石星體的小行星帶。美國國家航空航天局(NASA)馬歇爾航天中心流星體環(huán)境辦公室的科學家認為，這塊隕石是大約一年前脫離小行星帶的一顆小行星，進入地球大氣層后存在了30多秒，隨后飛到地球上空19～24 km時發(fā)生劇烈爆炸并碎裂。

另外，歐洲空間局(ESA)表示，俄羅斯隕石的軌道與小行星 2012 DA14顯著不同，這是兩個完全無關的天體，當天晚些時候，2012 DA14在距離地球大約2萬km的地方掠過。

盡管這顆隕石體形較大，但是人們一直未能發(fā)現其蹤跡，直到它撞入大氣層。在這場“驚天大劫”中，美國有一顆氣象衛(wèi)星僅在這塊隕石俯沖過程中拍了快照，而NASA資助的全球性小行星觀測望遠鏡網并未探測到這顆隕石?？茖W家稱，目前望遠鏡并沒有覆蓋全球，即使在望遠鏡覆蓋的地區(qū)中，類似這樣的天體用當前的望遠鏡很難觀測到。

“我不知道有人看見它的到來?！盓SA空間碎片辦公室主任Heiner Klinkrad指出。雖然望遠鏡網絡一直在觀測可能撞擊地球的小行星，但是它主要用于觀測更大的目標——直徑在100～1 000 m之間的星體，因為較大天體撞擊地球造成的破壞性更大。

“我們幾乎不能觀測到這樣大小的目標，直到它撞上地球的前一天或兩天?！泵绹⌒行侵行闹魅蜹imothy Spahr說，據他所知，該中心也未能提前觀測到這顆隕石。

俄羅斯聯邦航天局戰(zhàn)略規(guī)劃管理和目標項目部部長尤里·馬卡洛夫也表示，隕星墜地速度很快，進入大氣層的角度非常小。因此，使用現有手段對其進行跟蹤是不可能的。

Klinkrad還指出，雖然這顆流星的部分碎片掉落在地球，但是當地遭到的絕大多數破壞來源于爆炸引發(fā)的沖擊波。無論如何，“我們很難預警這樣的事件?！盞linkrad說。另外，除了體積較小，這種巖石星體可能顏色較深，在宇宙背景中就更難被發(fā)現。

“總之，我們應該慶幸隕石沒有帶來更大的破壞?！盋ampbell-Brown說。

南極冰下湖泊首次發(fā)現生命無需光合作用，或揭開地外生命之謎

冰川學家John Priscu剛剛結束48 h的曲折旅行，從南極洲回到美國西海岸。即使現在，他還在跟難以忍受的時差作斗爭。但是，疲勞并沒有掩蓋住 Priscu的興奮之情。

數周高強度南極洲野外工作后，Priscu研究小組成為首個在冰雪大陸湖泊深處發(fā)現生命的南極考察隊?！盎萏m斯湖深處確實藏匿著生命，證據顯示冰蓋下存在一個巨大的濕地生態(tài)系統(tǒng)，并且微生物系統(tǒng)活躍。”他說。

這個湖泊的水體面積約有 60 km2，坐落在南極洲西部的羅斯冰架邊緣。為了觸及這個藏于冰下的湖泊，美國蒙大拿州立大學冰川學家Priscu和同事們不得不鉆透800 m的冰層。

該考察隊使用環(huán)境友好型熱水鉆井技術破冰而入，并繼續(xù)挖鑿，2013年1月28日，他們終于成功到達目的地。但是，研究人員發(fā)現這個水體的深度僅有2 m或再深一點，這比地震勘測結果顯示的 10～25 m淺得多。不過Priscu注意到這個湖泊可能存在更深的區(qū)域。

Priscu研究小組將一架攝像機沿著鉆孔向下探入，以確保這個鉆孔的寬度能夠允許取樣設備安全探入及返回。試驗證明鉆孔寬度合適，于是Priscu及其同事開始了緊張的取樣工作。研究人員共收集到了30升左右的湖水液體，并從湖底部采集到8種沉積巖心樣本。

這些寶貴的樣本被取出后，Priscu和同事迅速進行現場研究，冰下湖泊的神秘面貌開始在顯微鏡下慢慢展現。研究發(fā)現，無論是惠蘭斯湖的水體還是沉積物，都包含大量微生物，而且這些微生物不需要陽光便能夠存活。

研究人員的計算結果顯示，每毫升湖水中約包含1 000個細菌，相當于海洋豐富微生物群的1/10。Priscu還提到，在培養(yǎng)皿中，這些細菌顯示出良好的生長態(tài)勢。

“好極了，這些發(fā)現極為重要。”英國布里斯托大學南極研究學者Martin Siegert表示。Siegert也是英國埃爾斯沃斯湖考察隊隊長，該湖是南極另一個冰下湖泊。2012年12月，Siegert帶領考察隊來到這里，但不幸的是，技術性困難讓他們的考察折戟沉沙。

接下來，科學家將進一步研究美國考察隊挖掘出的冰下生命，以確定其 DNA序列和其他自然特質?！盎A工作大約需要至少一個月的時間?！盤riscu說，“當然，我們都渴望能夠立刻知道，它們是誰，它們的生命周期怎樣?！?/p>

研究人員希望能夠了解冰下微生物的生存策略，以及發(fā)現暗含地外生命可能形態(tài)的線索。例如，人們認為木衛(wèi)二存在廣闊的地下海洋，在這種極端環(huán)境下，可能存在相似的生命。

當然，離開陽光，光合作用無法進行，惠蘭斯湖的細菌只能從其他的渠道獲得能量。其食物來源可能是有機物，或者類似在金礦和深海熱泉口附近發(fā)現的“化能營養(yǎng)型”物質等，細菌也可能依賴化學反應生存下去，例如南極基巖中的礦物質和溶解在湖水中的二氧化碳產生的反應。

“我們能夠瞥見南極洲冰下世界的一隅，我確信我們的結論能夠改變人們對這片大陸的審視方法?！盤riscu說。

800 m冰下隱藏著一個微生物生態(tài)系統(tǒng)(圖片來源：Alberto Behar)

印度洋底發(fā)現沉睡大陸或由數百萬年前地質運動所致

被海浪吞噬的遠古微型陸塊的殘骸可能正靜靜地躺在非洲馬達加斯加島和亞洲印度之間的海洋里，并已沉睡數百萬年。

近日，一項新研究宣稱，有證據表明，這塊已經遺失了很長時間的陸地剝離自非洲毛里求斯——距離馬達加斯加島東部大約900 km的一個火山島。挪威奧斯陸大學地質學家 Bjrn Jamtveit表示，在該島上發(fā)現的最古老的玄武巖已有大約890萬年的歷史。

Jamtveit和同事從毛里求斯海灘上的兩個地點收集了砂粒，隨后他們逐粒分析了這些砂粒，結果發(fā)現大約20顆年代非常久遠的鋯石。這是一種硅酸鋯的微小晶體，對于腐蝕和化學變化有極強的耐力。

“至少 6.6億年前，這些鋯石結晶于花崗巖和其他巖漿巖中?！盝amtveit說，實驗結果顯示其中一顆鋯石已經有超過19.7億年的歷史。

Jamtveit研究小組表示，這些巖石中的鋯石起源于沉睡在毛里求斯下面的古老大陸地殼碎片。近期的火山噴發(fā)等一系列地質活動將這些遠古碎片帶到了地球表面。在這里，鋯石受到外界侵蝕和破壞，從其母巖上剝離下來，散落在毛里求斯海灘上。2013年2月24日，該研究小組將相關研究成果發(fā)表于《自然—地學》期刊上。

該研究報告還暗示，可能不止一塊古大陸地殼殘骸沉沒于印度洋底部。地球重力場分析結果顯示，印度洋底部存在數個廣闊區(qū)域，其地殼厚度比一般正常地殼更厚。通常，海底地殼厚度為 5～10 km，但是這些區(qū)域的地殼厚度達 25～30 km。

研究人員指出，這些地殼異?，F象可能是由一塊遺失大陸的殘骸引起的，他們將這塊神秘大陸命名為“Mauritia”。Jamtveit表示，數百萬年前，地質構造的裂谷作用和海底擴張將這塊陸地從馬達加斯加島上撕扯下來。隨后，該區(qū)域地殼出現的一系列延伸和“打薄”活動，最終使得Mauritia的碎片沉入海底，研究人員估計，這些沉沒的陸地能組成一個面積約為希臘克里特島3倍大小的島嶼或群島。

科學家在毛里求斯海灘發(fā)現遠古大陸特有的巖石(圖片來源：Jack Abuin/ ZUMA Press/Corbis)

之后，該研究小組計劃收集更多的砂粒，而非主要研磨當地的巖石樣本，以確定被發(fā)現的鋯石來自于毛里求斯海灘，而非之前研究不小心遺留在破碎設備中的鋯石殘渣。研究人員還表示會盡量保證新鮮樣品不被污染?！把芯堪l(fā)現，最近已知的迷失大陸地殼露出地面并產生這些毛里求斯鋯石的巖層位于馬達加斯加島附近的深海中?！盝amtveit說。

此外，這些鋯石的發(fā)現地點極為偏僻，不可能是人為帶到那里的。無論如何，“這些鋯石沒有明顯的當地來源。”并未參與該研究的英國牛津大學地質學家 Conall Mac Niocaill表示。

并且這些鋯石似乎也不可能乘風來到毛里求斯，美國俄勒岡州立大學海洋地質學家 Robert Duncan提到：“它們被風吹動的可能性很小，因為它們的體積太大?！?/p>

“人們有充分理由相信全世界其他海洋盆地也可能存在類似的‘幽靈大陸’殘骸?！盡ac Niocaill在一篇評論文章中稱。他建議，只有詳細勘察大洋底部，包括進行地球化學分析等，才能找出沉沒海底的 Mauritia碎片是否還有其他表兄妹。

“上帝粒子”身份獲新證據支持

8個月前，工作在全球最大原子加速器——大型強子對撞機(LHC)——的物理學家?guī)Ыo全世界一個爆炸性消息，他們宣稱發(fā)現了一個新粒子，這個粒子仿佛就是科學家長期以來尋找的希格斯玻色子，標準模型中缺失的最后一種粒子。2013年3月14日，研究人員表示，這個粒子確實擁有標準模型希格斯玻色子的基本預測特性，通過進一步分析數據，他們越來越確信在去年發(fā)現的粒子就是希格斯玻色子。

“當然，它確實看上去很像希格斯玻色子?！泵绹剪斂撕Ｎ膰覍嶒炇依碚摷?Sally Dawson說。Dawson并沒有參與相關分析工作。

圖片來源：ATLAS ollaboration/CERN

這是一個大的跨越，至少從語義上是這樣的，《科學》雜志在線報道稱。從2012年7月新粒子被發(fā)現開始到現在，位于瑞士 LHC總部的歐洲核子研究中心(CERN)的工作人員一直在殫精竭慮地分析這個疑似希格斯玻色子的新粒子。現在，一份來自 CERN的新聞稿將這個粒子稱為“希格斯玻色子”?！皩τ谏鐣碚f，這是件大事。”Dawson說。

希格斯玻色子的主要特性包括其自旋和宇稱(鏡像對稱性)。為了識別該粒子的“身份”，研究人員主要觀察了希格斯玻色子如何衰變成其他人們更熟悉的粒子。據悉，希格斯玻色子能夠衰變?yōu)閮蓚€名為Z玻色子的粒子，然后每個Z玻色子又會衰變?yōu)閮蓚€介子。

盡管并沒有完全確定，但電流測量顯示這個新粒子沒有自旋以及擁有正宇稱，研究人員表示，這恰好符合標準模型對希格斯玻色子的預測。

該粒子的數據來自兩個獨立的研究小組——CERN的兩個強子對撞實驗項目超環(huán)面儀器(ATLAS)和緊湊繆子線圈(CMS)。2012年夏天這兩個團隊同時發(fā)現了這種新的粒子，其特性與希格斯玻色子的理論描述高度一致。

但諷刺的是，大多數物理學家一直希望該粒子能夠超越希格斯玻色子?！斑@確實是我的感覺，當然我們希望發(fā)現一些新東西?！盋MS 成員之一、來自美國費米國家加速器實驗室的Daniel Green說。

LHC的物理學家也表示，該粒子到底是標準模型中的希格斯玻色子，還是其他理論模型中最輕的那種玻色子，還有待確定；而要弄清這個問題，還需要搜集更多數據。LHC從2010年才開始收集數據，并只收集到研究人員希望在2030年能收集到的數據的約1%。但是，之后由于大型超導磁體出現連接錯誤，LHC只半功率運行。不過按計劃，經過2年的關閉維修將確保它在2015年開始全功率運行?！斑@是一次探索未知世界的航行，我們仍處于淺灘處?！盙reen說。

希格斯玻色子是物理學基本粒子標準模型預言的一種自旋為零的玻色子，因1964年提出“希格斯機制”理論的英國愛丁堡大學物理學家彼得·希格斯而得名。標準模型預言了62種基本粒子的存在，希格斯玻色子是最后一種未被證明存在的基本粒子，由于它難以尋覓又極為重要，因此也被稱為“上帝粒子”。假設出的希格斯玻色子是物質的質量之源，其他粒子在希格斯玻色子構成的“海洋”中游弋，受其作用而產生慣性，最終才有了質量。爾后所有粒子在除引力外的另外三種力的框架中相互作用，統(tǒng)一于標準模型之下，構筑成大千世界。

科學家首次在海洋地殼深處發(fā)現生命或暗示存在地球最大生態(tài)系統(tǒng)

科學家日前首次于地球海洋地殼的深處，即海底的黑色火成巖中發(fā)現了生活在那里的微生物。由于這些地殼有幾千米厚，并且覆蓋了約60%的地球表面，因而它也就成為了全球最大的生物棲息地。

生活在其中的微生物似乎主要是通過利用氫將二氧化碳轉化為有機物而存活的，而這里的氫一般是當水流經富含鐵的巖石時產生的。這一過程被稱為化學合成，它與光合作用截然不同，后者則利用陽光實現相同目的。

化學合成同時也為棲息在深海其他地方——例如熱液噴口——的生命形式提供著能量，但這一切之前僅局限于大陸板塊的邊緣地帶。然而海洋地殼要大得多。

主持該項研究工作的丹麥奧胡斯大學的生態(tài)學家 Mark Lever表示，如果在這些地殼的任何地方都能夠找到類似的細菌，那么它“將成為地球上運行化學能而非陽光的最主要的生態(tài)系統(tǒng)”。

這一研究成果發(fā)表在最新出版的美國《科學》雜志上。

加拿大埃德蒙頓市阿爾伯特大學的地球微生物學家 Kurt Konhauser認為：“這項研究非常重要，因為它證實了一種深層地下生物圈的存在，這里充滿了厭氧的微生物?！?/p>

海洋地殼形成于地球構造板塊之間的山脊部位，上升的火山巖漿在這里遇到了海水并被冷卻下來。最終新生的巖石——大部分是玄武巖——被隆起的山脊所推開，并被埋藏于厚厚的沉積層之下。

盡管科學家早就知道這些沉積層以及尚未被覆蓋的裸露玄武巖中棲息著微生物，但那些被埋藏在深處的海洋地殼一直是個未解之謎。

Lever表示：“直到我們的研究之前，科學家一直不清楚這下面到底有沒有生命?！?/p>

2004年，Lever搭乘美國的“聯合果敢號”海洋調查船前往位于華盛頓州西海岸的一處海洋地殼最佳研究區(qū)域采集樣本。Lever說，調查船通常都會搭乘一批地質學家，但那一次，“我們還有5位微生物學家一同隨船出?！薄?/p>

這個由來自 6個國家的科學家組成的研究團隊鉆透了 265 m的沉積層以及300 m的海洋地殼，進而采集了大約在 350萬年前形成的玄武巖樣本。

研究人員在這些樣本中發(fā)現了微生物的基因——這些微生物能夠代謝硫化合物，并且還有一些能夠產生甲烷。

科學家在海底以下的深處發(fā)現了活體微生物(圖片來源：NOAA/WHOI)

為了驗證這些基因是否來源于活的或滅絕很久的微生物，研究人員將這些巖石樣本在富含了發(fā)現于海底的化學物質的水中加熱至65 ℃。隨著時間的流逝，甲烷生成了，這意味著里面的微生物是活的，并且仍在生長。

Lever相信，這些微生物并非來自巖石表面的“旅行者”，而是海洋地殼中真正的居民。他說：“當我開始這一遠征時，我認為不可能得到未被污染的樣本?！比欢谟昧Υ蛩檫@些樣本后，他改變了自己的想法：研究人員在他們用來鉆透樣本的流體中添加了少量的標記化合物，盡管這些化合物被厚厚地涂抹于巖石的表面，但它們在巖石的內部幾乎一點也沒有。

Lever如今正打算對采集自太平洋及北大西洋其他地點的海洋地殼碎片進行分析。

Konhauser表示：“考慮到存在著大量的海底地殼，因此一項研究成果并不足以確定這里的活體生物質數量是否能夠與地球表面的生物質數量進行比較?！?/p>

普朗克望遠鏡繪制最精確宇宙微波背景圖宇宙年齡定格138.2億歲

普朗克空間望遠鏡日前繪制出迄今為止最為詳細的宇宙微波背景輻射圖，而它恰好反映了宇宙大爆炸的余暉。

此次公布的研究成果來自于一項歐洲空間局(ESA)斥資7億歐元的空間探測項目，科學家表示，這些圖像披露了宇宙誕生后第一瞬間的景象，同時將宇宙的年齡定格為138.2億歲——這比之前的推算略微“老”了一點。

普朗克團隊的主要研究人員之一、英國劍橋大學凱夫利宇宙學研究所所長 George Efstathiou表示：“對宇宙學家而言，這張圖譜就是一座信息的金礦?！?/p>

這些研究成果有力地支持這樣一種假設，即在宇宙大爆炸之后的10-32s之內，宇宙以一種驚人的速度在膨脹——這一過程被稱為暴漲。

宇宙微波背景圖(圖片來源：ESA)

暴漲將能夠解釋宇宙為何如此之大，以及科學家為什么不能在空間結構中探測到任何彎曲(除了由大質量的天體，例如黑洞造成的微小缺口)。突然的膨脹還將量子波動放大為一些物質團，進而成為第一批恒星的種子，并且最終，這些散亂的超星系團如今已跨越了數億個秒差距。

普朗克空間望遠鏡所研究的宇宙微波背景輻射可以追溯到宇宙大爆炸后38萬年，那時的宇宙已經冷卻到幾千度，并且中性的氫原子與氦原子也開始從沸騰的帶電等離子體中形成。這種轉變使得光子能夠在宇宙空間以傳送暴漲回聲的形式暢通無阻地旅行。這些光子今天依然存在——那些溫度只有2.7 K的微波發(fā)射出了暗淡的光線。

自從宇宙微波背景于1964年首次被發(fā)現以來，兩項空間實驗——宇宙背景探索者(COBE)衛(wèi)星和威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)——已經繪制了其中微小的溫度變化。這些數據使得宇宙學家能夠計算出宇宙大爆炸是在何時發(fā)生的，并估算宇宙中看不見的暗物質的數量，同時測量正在加速宇宙膨脹的“暗能量”。

于2009年發(fā)射升空的普朗克空間望遠鏡的靈敏度是WMAP的3倍；它的高頻微波探測器被冷卻到僅僅比絕對零度高出0.1 K，從而使其能夠探測小到一百萬分之一開氏度的溫度變化。

這些精密的測量表明宇宙正在以比由WMAP的數據所估算的速度略慢的速度膨脹。其膨脹速度——被稱為哈勃常數——為67.15 km·s-1·Mpc-1，即一個星系與地球的距離每增加一百萬秒差距(1pc=3.26光年)，其遠離地球的速度每秒就增加67.15 km。這意味著宇宙大約比由WMAP圖像計算出的年齡老了5 000萬年。

普朗克的數據同時表明，暗能量大約占據了宇宙能量密度的68.3%，這一比例略小于根據WMAP的數據估算出的結果。而暗物質對膨脹的貢獻率從 22.7%上升至26.8%，從而意味著普通物質所占的比例不及5%。

普朗克數據同時證明了之前由WMAP發(fā)現的一些奇怪現象。關于暴漲的最簡單的模型預測，宇宙微波背景中的波動在所有的天空上看起來都應該是一致的。然而WMAP發(fā)現——并且如今得到了普朗克空間望遠鏡的證實，在天空的不同半球之間存在一種不對稱，以及一個覆蓋了很大一塊面積的“冷點”。

Efstathiou表示，這種不對稱“定義了太空中的一個首選方向，這是一個非常奇怪的結果”。他強調，這排除了暴漲的某些模式，但并不妨礙這個想法本身。但它確實是一個誘人的暗示，表明在普朗克的數據中可能有尚未被發(fā)現的物理學新原理。

Efstathiou表示，迄今為止，普朗克研究團隊已經分析了頭 15個半月的數據，并且“還有同樣多的數據在等著我們”。研究人員預計將在2014年早些時候公布下一批數據。

ESA的“普朗克”探測器于2009年5月從法屬圭亞那庫魯航天中心升空入軌，其主要任務是探測宇宙微波背景輻射，幫助科學家研究早期宇宙形成和物質起源的奧秘。2010年，ESA根據“普朗克”探測器傳回的數據繪制了首幅宇宙全景圖，此次公布的宇宙微波背景輻射全景圖是在宇宙全景圖的基礎上繪成的。

(2012年9月14日收稿)

Spring of megascience

GUAN Yi

10.3969/j.issn.0253-9608.2013.02.009

(編輯：方守獅)