中國(guó)“芯”不是夢(mèng)

關(guān)毅 (本刊特約記者)

中國(guó)“芯”不是夢(mèng)

關(guān)毅 (本刊特約記者)

新一期全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單2016年6月20日公布，使用中國(guó)自主芯片制造的“神威太湖之光”登上榜首，這是中國(guó)“芯”走上自主之路的里程碑式事件，意味著中國(guó)掌握了超算制造的主要核心技術(shù)。中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)擁有中國(guó)“芯”終于不再是夢(mèng)想，而是成為了再真實(shí)不過(guò)的現(xiàn)實(shí)。超級(jí)計(jì)算機(jī)是國(guó)家科研的一個(gè)基礎(chǔ)工具，為解決經(jīng)濟(jì)、科技等領(lǐng)域一系列重大挑戰(zhàn)提供了重要手段，對(duì)提升綜合國(guó)力具有戰(zhàn)略意義。然而，無(wú)論是當(dāng)年“天河一號(hào)”打破美日占據(jù)500強(qiáng)榜單頭名位置的壟斷局面，還是“天河二號(hào)”在過(guò)去3年中連續(xù)6度稱雄，中國(guó)人自豪的同時(shí)也不乏遺憾，那就是核心的芯片技術(shù)仍沒有擺脫對(duì)外國(guó)“芯”的依賴。如今，“神威太湖之光”奪得全球超算冠軍，向世界正式宣告中國(guó)“芯”的到來(lái)。這個(gè)系統(tǒng)不僅性能卓越，而且能效優(yōu)異，充分展現(xiàn)了中國(guó)計(jì)算機(jī)專家的設(shè)計(jì)智慧。毋庸置疑，一個(gè)國(guó)家的計(jì)算能力已成為現(xiàn)代國(guó)家戰(zhàn)略力量的重要組成部分。最新榜單在一定程度上證明了中國(guó)的計(jì)算實(shí)力，但中國(guó)要成為像美國(guó)那樣的計(jì)算強(qiáng)國(guó)還有很長(zhǎng)的路要走。

美推出人類基因組編寫計(jì)劃科學(xué)家在贊賞該項(xiàng)目雄心的同時(shí)認(rèn)為其缺乏合理目標(biāo)

大約1個(gè)月前，科學(xué)家在一次秘密會(huì)議中提議，通過(guò)政府與私人企業(yè)合作，從頭合成一個(gè)完整的人類基因組，這項(xiàng)研究大約需要10年的時(shí)間，并且相關(guān)的技術(shù)開發(fā)也將花費(fèi)數(shù)以億計(jì)的美元。2016年6月2日，他們正式對(duì)外公布了這一計(jì)劃。

這項(xiàng)名為“人類基因組編寫計(jì)劃”(HGP-write)的研究的倡議者在美國(guó)《科學(xué)》雜志上寫道，來(lái)自一系列籌資渠道的1億美元經(jīng)費(fèi)將幫助他們把視野放得更遠(yuǎn)。

該研究團(tuán)隊(duì)由紐約大學(xué)合成生物學(xué)家Jef Boeke、馬薩諸塞州波士頓市哈佛醫(yī)學(xué)院基因組學(xué)家George Church和加利福尼亞州圣拉斐爾市歐特克研究中心商業(yè)設(shè)計(jì)工作室未來(lái)學(xué)家Andrew Hessel領(lǐng)銜。

Boeke、Church、Hessel等25人當(dāng)天在《科學(xué)》雜志上表示，現(xiàn)在是時(shí)候構(gòu)建“基因組規(guī)模工程的技術(shù)及其倫理框架”了。

科學(xué)家發(fā)起人類基因組編寫計(jì)劃(圖片來(lái)源：Gen9)

針對(duì)人類基因組編寫計(jì)劃可能帶來(lái)的倫理、法律和社會(huì)影響，他們特別強(qiáng)調(diào)有必要讓公眾從一開始就參與其中。他們指出，人類基因組計(jì)劃也曾被一些人認(rèn)為有爭(zhēng)議性，但現(xiàn)在被視為是最偉大的探索壯舉之一，讓科學(xué)和醫(yī)學(xué)發(fā)生革命性變化。

人類基因組計(jì)劃從1990年持續(xù)到2003年，重點(diǎn)是基因測(cè)序，讓科學(xué)家能夠“閱讀”基因組。而人類基因組編寫計(jì)劃的重點(diǎn)是構(gòu)建基因，讓科學(xué)家能夠“編寫”基因組?？茖W(xué)家說(shuō)，今天雖然基因組測(cè)序技術(shù)仍在以極快速度發(fā)展，但構(gòu)建基因的能力仍基本局限于少量短的片段，限制了對(duì)生命的了解。

“對(duì)基因藍(lán)圖的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)可能來(lái)自于構(gòu)建上億規(guī)模堿基對(duì)的動(dòng)植物大型基因組，包括人類基因組，這將會(huì)推動(dòng)發(fā)展出大規(guī)模合成與編輯基因組的工具與方法，”他們?cè)谖恼轮袑懙?，“為?shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，我們提議啟動(dòng)人類基因組編寫計(jì)劃。”

人類基因組編寫計(jì)劃的首要目標(biāo)是，在10年內(nèi)把合成大型基因組的成本降低為現(xiàn)在的千分之一。據(jù)介紹，人類基因組有約30億個(gè)堿基對(duì)，以今天的價(jià)格構(gòu)建一個(gè)完整人類基因組的費(fèi)用極為高昂。

人類基因組編寫計(jì)劃的近期目標(biāo)是合成1%的人類基因組，并提出6個(gè)先導(dǎo)項(xiàng)目，包括構(gòu)建特定染色體或復(fù)雜癌癥基因型以更全面地模擬人類疾病、修改豬基因組以用于異種器官移植等。

這項(xiàng)計(jì)劃將由新成立的一個(gè)獨(dú)立非營(yíng)利性組織“工程生物學(xué)示范中心”執(zhí)行。這是一個(gè)國(guó)際性科研項(xiàng)目，會(huì)對(duì)各種資金渠道開放，包括各國(guó)政府科研資金、私人投資基金、慈善基金、眾籌資金等，今年的目標(biāo)是籌集1億美元，啟動(dòng)上述先導(dǎo)項(xiàng)目?？茖W(xué)家們還表示，整個(gè)計(jì)劃的費(fèi)用尚難預(yù)計(jì)，但可能會(huì)少于人類基因組計(jì)劃的30億美元。

科學(xué)家們還列出了人類基因組編寫計(jì)劃的一系列潛在應(yīng)用，包括培育可移植給人類的器官、通過(guò)全基因組重編碼賦予細(xì)胞對(duì)病毒的免疫力、通過(guò)細(xì)胞工程技術(shù)賦予細(xì)胞抗癌能力、加速疫苗和藥物的研發(fā)進(jìn)程等。

然而這一想法——其本質(zhì)目標(biāo)在于開發(fā)能夠減少脫氧核糖核糖(DNA)人工合成成本的技術(shù)——并沒有在研究人員中引起廣泛的興趣。

一些研究人員認(rèn)為，創(chuàng)建一個(gè)人類基因組的想法的雄心是值得稱道的，但難免有些不切實(shí)際——迄今為止，科學(xué)家只能夠從頭合成微小的細(xì)菌基因組和一部分酵母基因組。還有一些科學(xué)家則認(rèn)為，在當(dāng)前許多公司已經(jīng)開始降低人工合成DNA的價(jià)格之際，人類基因組編寫計(jì)劃似乎是一個(gè)不必要的“工作集成”。

“我的第一個(gè)想法是‘那又怎樣’?！碧K黎世市瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院合成生物學(xué)家Martin Fussenegger說(shuō)，“我個(gè)人認(rèn)為這一切早晚會(huì)發(fā)生。說(shuō)到底，它只是一個(gè)價(jià)格問題?！?/p>

還有人則認(rèn)為，這項(xiàng)計(jì)劃應(yīng)該被推遲，直至該想法能夠贏得更加廣泛的支持。

加利福尼亞州斯坦福大學(xué)合成生物學(xué)家Drew Endy和伊利諾伊州埃文斯頓市西北大學(xué)宗教學(xué)者Laurie Zoloth在發(fā)給記者的一封電子郵件中寫道，人類基因組編寫計(jì)劃的研究團(tuán)隊(duì)并沒有正確判定項(xiàng)目的目標(biāo)，并且這一計(jì)劃應(yīng)該被放棄。他們說(shuō)：“我們?nèi)栽诘却粋€(gè)由廣泛人士參與的嚴(yán)肅的公開討論。”

歐航局成功驗(yàn)證引力波太空探測(cè)技術(shù)

總部位于巴黎的歐洲航天局2016年6月7日宣布，數(shù)月前發(fā)射升空的“LISA探路者”探測(cè)器，已成功驗(yàn)證了在太空探測(cè)引力波的關(guān)鍵技術(shù)。

2015年12月3日，作為歐航局引力波太空探測(cè)計(jì)劃的前期任務(wù)，“LISA探路者”探測(cè)器由一枚“織女星”運(yùn)載火箭發(fā)射升空，并于2016年1月底抵達(dá)距離地球150萬(wàn)km的目標(biāo)軌道，圍繞太陽(yáng)和地球連線延長(zhǎng)線上的“拉格朗日點(diǎn)”飛行。而它的科學(xué)探測(cè)之旅則從3月正式開始。

“LISA探路者”探測(cè)器內(nèi)帶有兩個(gè)質(zhì)量為2 kg、邊長(zhǎng)4.6 cm的金鉑合金立方體?？茖W(xué)家希望通過(guò)觀測(cè)這兩個(gè)處于自由落體狀態(tài)且彼此相距38 cm的立方體在運(yùn)動(dòng)中相對(duì)位置的變化，以證明引力波的存在。

為證明引力波的存在，探測(cè)器在軌道飛行過(guò)程中不能夠與這兩個(gè)立方體相觸碰，不被任何外力干擾。為達(dá)到理想的探測(cè)狀態(tài)，研究人員首先對(duì)探測(cè)器內(nèi)部的零件進(jìn)行了極為精確的設(shè)計(jì)配重，平衡兩個(gè)立方體所受探測(cè)器本身的引力。

“LISA探路者”還要抵達(dá)拉格朗日點(diǎn)。拉格朗日點(diǎn)又叫平動(dòng)點(diǎn)，探測(cè)器在這一位置受到的地球引力和太陽(yáng)引力互相平衡，不受外力干擾。探測(cè)器內(nèi)部的電極能隨時(shí)探測(cè)兩個(gè)金鉑合金立方體及探測(cè)器本身的位置，可以隨時(shí)啟動(dòng)多個(gè)推進(jìn)器調(diào)整探測(cè)器的飛行，讓兩個(gè)立方體保持在完全不受干擾的自由落體狀態(tài)。

LISA探路者(圖片來(lái)源：ESA)

研究人員在7日出版的美國(guó)著名物理學(xué)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上報(bào)告說(shuō)，最初兩個(gè)月的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，“LISA探路者”探測(cè)器內(nèi)的兩個(gè)金鉑合金立方體幾乎保持了靜止，且兩者的相對(duì)加速度甚至不及地球引力的10-10(一個(gè)重力加速度的10-16)。這一精確度比預(yù)期水平高出5倍，充分證明所測(cè)試的技術(shù)能夠滿足在太空中建立引力波天文臺(tái)的要求。

“LISA探路者”只是歐航局引力波探測(cè)計(jì)劃的前期任務(wù)，用于演示和驗(yàn)證相關(guān)技術(shù)。正式的“激光干涉儀空間天線進(jìn)階計(jì)劃”將于2034年啟動(dòng)，由彼此相距100萬(wàn)km、構(gòu)成等邊三角形結(jié)構(gòu)的三個(gè)探測(cè)器組成。

一個(gè)世紀(jì)前，愛因斯坦發(fā)表的廣義相對(duì)論從理論上預(yù)言了引力波的存在，認(rèn)為它產(chǎn)生于大質(zhì)量天體加速、碰撞或者黑洞合并等天體事件。引力波被視為宇宙中的“時(shí)空漣漪”，如同石頭丟進(jìn)水里產(chǎn)生的波紋一樣。多年來(lái)，如何通過(guò)科學(xué)觀測(cè)設(shè)備直接證明引力波的存在一直是科學(xué)家們努力攻克的難題。2016年2月11日，美國(guó)科學(xué)家宣布利用“激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)”成功于2015年9月14日首次直接探測(cè)到引力波信號(hào)，創(chuàng)造了物理學(xué)發(fā)展史上具有里程碑意義的重要成果。

與建造在地面的LIGO引力波探測(cè)器不同，歐航局計(jì)劃將實(shí)驗(yàn)的背景轉(zhuǎn)移到太空當(dāng)中，致力于追蹤黑洞合并或其他劇烈天體事件發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的引力波。歐航局解釋說(shuō)，超大質(zhì)量黑洞合并等天體事件往往會(huì)產(chǎn)生波段在0.1兆赫(0.1 MHz)到1赫茲(Hz)之間的低頻段引力波，要追蹤到這種低頻引力波信號(hào)，探測(cè)裝置必須有能力測(cè)量出相距數(shù)百萬(wàn)公里的物體之間相對(duì)位置出現(xiàn)的極其細(xì)微的波動(dòng)。由于地球上存在地震噪聲、熱噪聲等因素的干擾，根本無(wú)法完成對(duì)低頻引力波信號(hào)的捕捉，這一切只能在太空中實(shí)現(xiàn)。

科學(xué)家宣布再次“清晰”探測(cè)到引力波

美國(guó)和歐洲的兩個(gè)引力波探測(cè)項(xiàng)目的研究人員6月15日在美國(guó)加利福尼亞州圣迭戈宣布，他們“非常清晰”地再次探測(cè)到“時(shí)空漣漪”——引力波的存在。

探測(cè)項(xiàng)目組說(shuō)，此次探測(cè)到引力波的時(shí)間是2015年12月25日22時(shí)38分53秒(北京時(shí)間26日11時(shí)38分53秒)。之所以探測(cè)到引力波信號(hào)與宣布發(fā)現(xiàn)之間隔了一段時(shí)間，是因?yàn)榭茖W(xué)家還要分析和確認(rèn)相關(guān)數(shù)據(jù)。

“我們非常驕傲，引力波天文學(xué)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，”美國(guó)“激光干涉引力波天文臺(tái)”(LIGO)項(xiàng)目組發(fā)言人、路易斯安那州立大學(xué)物理學(xué)家加布里埃拉·岡薩雷斯當(dāng)天上午在美國(guó)天文學(xué)會(huì)舉辦的一個(gè)新聞發(fā)布會(huì)上激動(dòng)地說(shuō)。

岡薩雷斯在發(fā)布會(huì)上現(xiàn)場(chǎng)播放了與LIGO項(xiàng)目組捕捉到的信號(hào)相對(duì)應(yīng)的“聲音”，稱其為“宇宙的音樂”。

在這項(xiàng)將于美國(guó)《物理學(xué)評(píng)論通訊》雜志上發(fā)表的研究結(jié)果中，科學(xué)家探測(cè)到來(lái)自兩個(gè)黑洞合并而產(chǎn)生的引力波信號(hào)。這兩個(gè)黑洞位于距地球14億光年外，在合并前的質(zhì)量分別相當(dāng)于大約8個(gè)和14個(gè)太陽(yáng)，合并后的總質(zhì)量相當(dāng)于約21個(gè)太陽(yáng)，其中約1個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量變成能量，在合并過(guò)程中以引力波的形式釋放。

經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)旅行，這一引力波信號(hào)被LIGO項(xiàng)目組在路易斯安那州利文斯頓市與華盛頓州漢福德市建造的兩個(gè)引力波探測(cè)器“清晰”地捕捉到。

由于探測(cè)到這個(gè)引力波信號(hào)時(shí)正值美國(guó)圣誕節(jié)的夜晚，加上引力波曾被愛因斯坦廣義相對(duì)論預(yù)言存在，這個(gè)代號(hào)為GW151226的引力波事件也被科學(xué)家稱為“愛因斯坦的圣誕節(jié)禮物”。

引力波是一種時(shí)空漣漪，如同石頭被丟進(jìn)水里產(chǎn)生的波紋一樣。黑洞、中子星等天體在碰撞過(guò)程中有可能產(chǎn)生引力波。一百年前愛因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)言了引力波的存在，但缺乏實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

2016年2月11日LIGO項(xiàng)目組宣布，他們首次利用LIGO探測(cè)器發(fā)現(xiàn)引力波的存在。這一事件被認(rèn)為是物理學(xué)和天文學(xué)的重要里程碑。

這個(gè)于2015年9月14日探測(cè)到的引力波來(lái)自于另外兩個(gè)黑洞合并，但這兩個(gè)黑洞合并前的質(zhì)量更大，分別相當(dāng)于約36個(gè)與29個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，合并后的總質(zhì)量相當(dāng)于約62個(gè)太陽(yáng)，相當(dāng)于3個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的能量在合并過(guò)程中以引力波的形式釋放。

科學(xué)家認(rèn)為，兩次明確探測(cè)到引力波信號(hào)表明，引力波并非偶然事件，未來(lái)將有可能繼續(xù)探測(cè)到中子星等其他天體在碰撞過(guò)程中產(chǎn)生的引力波。

LIGO項(xiàng)目執(zhí)行主任戴維·賴茨當(dāng)天介紹說(shuō)，LIGO探測(cè)器在升級(jí)后將于2016年秋天再次運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)間為6個(gè)月，屆時(shí)這一探測(cè)器的靈敏度將提高15%～20%，探測(cè)到引力波的幾率將增加1.5～2倍。

他說(shuō)：“這次我們做得不錯(cuò)，但還不是最好……今后會(huì)聽到來(lái)自我們的更多消息。”

歡迎nihonium、moscovium、tennessine和oganesson 4種新元素獲周期表提名

很快就會(huì)有4個(gè)新名字被添加到元素周期表的右下角。

元素周期表 (圖片來(lái)源：IUPAC)

化學(xué)管理機(jī)構(gòu)、總部位于瑞士蘇黎世的國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)于2016年6月8日在一份提案中宣布：113號(hào)元素將被命名為nihonium(Nh)；115號(hào)元素將被命名為moscovium(Mc)；117號(hào)元素將被命名為tennessine(Ts)；118號(hào)元素將被命名為oganesson(Og)。

該聯(lián)合會(huì)2015年年底宣布，確認(rèn)上述4種新元素的存在。這些元素由俄羅斯、美國(guó)和日本的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，他們也獲得了對(duì)這些元素的正式命名權(quán)。

根據(jù)IUPAC的規(guī)定，發(fā)現(xiàn)方對(duì)新化學(xué)元素?fù)碛忻麢?quán)，而新修改的命名原則是可根據(jù)神話概念及人物、礦物和其他相似物質(zhì)、地名與地理區(qū)域、元素性質(zhì)或科學(xué)家姓名來(lái)命名新元素。

IUPAC下屬無(wú)機(jī)化學(xué)部門主席Jan Reedijk在一份媒體聲明中表示：“盡管這些元素的名稱看起來(lái)多少有些任性，但它們完全與IUPAC的規(guī)則相一致?！被蛟S這其中最引人注目的命名要數(shù)第118號(hào)元素oganesson。該元素以俄羅斯杜布納市核研究聯(lián)合學(xué)院(JINR)83歲研究人員Yuri Oganessian命名。Yuri曾幫助發(fā)現(xiàn)了大量的超重元素。第118號(hào)元素是人類目前合成的最重元素。

這是有史以來(lái)第二次用一個(gè)健在的科學(xué)家為新元素命名，而之前的一次曾引發(fā)了巨大的爭(zhēng)議——1993年，美國(guó)加利福尼亞州勞倫斯·伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員提議用該國(guó)核化學(xué)先驅(qū)Glenn Seaborg的名字為第106號(hào)元素seaborgium命名。起初，IUPAC通過(guò)了一項(xiàng)決議，表示元素不能以健在的科學(xué)家命名，從而拒絕了美國(guó)科學(xué)家提議，但最終IUPAC還是妥協(xié)了。

IUPAC表示，以莫斯科地區(qū)命名的第115號(hào)元素Moscovium向“JINR所在地、古老的俄羅斯土地表達(dá)了敬意”；而第117號(hào)元素tennessine則“贊揚(yáng)了美國(guó)田納西地區(qū)——包括橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、范德堡大學(xué)和諾克斯維爾的田納西大學(xué)——在超重元素研究中作出的貢獻(xiàn)”。

JINR的研究人員與加利福尼亞州勞倫斯·利物莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作，共同發(fā)現(xiàn)了上述兩種元素。

第113號(hào)元素nihonium則是第一個(gè)以東亞國(guó)家命名的人造元素。日本在2004年就宣布合成了第113號(hào)元素，這也是亞洲科學(xué)家首次合成的新元素。日本理化學(xué)研究所仁科加速器研究中心的科研人員將第113號(hào)元素以日本國(guó)名(Nihon)命名為nihonium。IUPAC表示：“這個(gè)元素的名稱與發(fā)現(xiàn)它的國(guó)家直接聯(lián)系起來(lái)?！?/p>

在此之前，最近添加到元素周期表上的是flerovium(Fl，第114號(hào)元素)和livermorium(Lv，第116號(hào)元素)。所有這些人造元素——包括最新的4個(gè)元素——都是在實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)粉碎更輕的原子核創(chuàng)造的微量元素，并且它們?cè)诜至殉筛?、更穩(wěn)定的片段之前僅存在了幾分之一秒的時(shí)間。

自從19世紀(jì)門捷列夫首創(chuàng)現(xiàn)在通行的化學(xué)元素周期表以來(lái)，人類已發(fā)現(xiàn)了118種元素。它們?cè)谠刂芷诒砩习丛有驍?shù)排列，每一列稱作一個(gè)族，每一行稱作一個(gè)周期。

研究人員表示，這4種新元素將完成元素周期表中第七周期元素的排列，并為尋找元素“穩(wěn)定島”提供證據(jù)?，F(xiàn)在的元素周期表只有七行，其中第七行中原子序數(shù)在93號(hào)及以上的元素都在自然界中不穩(wěn)定，是人工合成的。然而核物理學(xué)家早就預(yù)言說(shuō)，可能存在一個(gè)超重“穩(wěn)定島”，島內(nèi)元素原子的質(zhì)子和中子數(shù)量超越元素周期表內(nèi)的元素，但十分穩(wěn)定。

這4種新元素將接受為期5個(gè)月的公眾評(píng)議。除非有公眾抗議，否則，按計(jì)劃IUPAC理事會(huì)將在今年11月初正式批準(zhǔn)4種新元素加入化學(xué)元素周期表大家庭。

二氧化碳注入地下變成“石頭”玄武巖封存有望永久鎖住溫室氣體

冰島研究人員日前表示，他們發(fā)明了一種新方法，通過(guò)把二氧化碳變成石頭從而將這種溫室氣體封存在地下。發(fā)表在最新出版的《科學(xué)》雜志上的這項(xiàng)研究成果顯示，將二氧化碳注入火山巖能夠引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，并快速形成碳酸鹽礦物質(zhì)，后者有望永遠(yuǎn)鎖住這種溫室氣體。

盡管這種技術(shù)必須克服一些障礙才能投入商業(yè)用途，但科學(xué)家指出，被稱為CarbFix的這一項(xiàng)目為目前陷入困境的通過(guò)捕獲及封存來(lái)自發(fā)電廠的二氧化碳從而抵抗全球變暖的努力帶來(lái)了一線希望。并未參與該項(xiàng)目的美國(guó)加利福尼亞州帕洛阿爾托市斯坦福大學(xué)地質(zhì)學(xué)家Sally Benson表示：“這是向前邁出的重要一步?！?/p>

在全球變暖背景下，怎樣處理不斷增長(zhǎng)的二氧化碳排放是一個(gè)世界性難題。作為抑制發(fā)電廠排放二氧化碳的一條途徑，世界各地?cái)?shù)十個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目力圖測(cè)試碳捕獲與封存。然而很少有項(xiàng)目能夠擴(kuò)大到商業(yè)規(guī)模，主要因?yàn)槠渖虡I(yè)成本很高——封存1噸二氧化碳大約需要50～100美元。

二氧化碳捕獲與封存同時(shí)面臨技術(shù)上的障礙，最大的一個(gè)問題便是在哪里封存捕獲的溫室氣體。大多數(shù)研究人員青睞于沉積巖，主要是含有地下水的砂巖或廢棄的油井，這是因?yàn)殚L(zhǎng)期以來(lái)，工業(yè)部門有在這里施工的經(jīng)驗(yàn)。但是科學(xué)家擔(dān)心，覆蓋含水層的巖石上的裂縫會(huì)讓二氧化碳重新泄漏到大氣層中。

因此在2006年，冰島、美國(guó)和法國(guó)科學(xué)家提出了一個(gè)不同的想法——將二氧化碳注入地下玄武巖之中。他們知道與砂巖不同，玄武巖含有能夠與二氧化碳發(fā)生反應(yīng)的金屬，從而能夠形成碳酸鹽礦物質(zhì)，例如方解石，這一過(guò)程被稱為碳酸化作用。

研究人員認(rèn)為上述過(guò)程可能需要很多年。為了找到問題的答案，他們?cè)诶卓搜盼纯艘詵|25 km的地方開展了CarbFix項(xiàng)目，即將采集自附近一家地?zé)岚l(fā)電廠的二氧化碳注入冰島地下豐富的玄武巖之中。冰島有多座活火山，火山噴發(fā)形成的玄武巖廣泛存在于地下，這種巖石的鈣、鎂、鐵含量高。

注入冰島深井中的二氧化碳發(fā)生了令人驚訝的化學(xué)變化(圖片來(lái)源：J. Matter)

這個(gè)項(xiàng)目由美國(guó)哥倫比亞大學(xué)、冰島大學(xué)、冰島雷克雅未克能源公司、英國(guó)南安普敦大學(xué)等機(jī)構(gòu)聯(lián)合實(shí)施。2012年，研究人員將220 t二氧化碳注入地表下400 m至800 m的玄武巖中。他們同時(shí)還添加了額外的水，后者能夠與氣體反應(yīng)形成礦物反應(yīng)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素：碳酸。研究人員隨后通過(guò)在附近監(jiān)測(cè)井中采集樣本從而監(jiān)測(cè)了地下的pH值、地球化學(xué)及其他特征。

接下來(lái)發(fā)生的一切讓研究人員感到震驚。大約1年半后，一個(gè)監(jiān)測(cè)井中的泵不斷損壞。當(dāng)工程師把泵取出來(lái)后，發(fā)現(xiàn)上面覆蓋著白色和綠色的污垢。測(cè)試后發(fā)現(xiàn)是方解石，并含有大量碳示蹤劑，這標(biāo)志著它是一種碳酸化作用的產(chǎn)物。

“我們的研究結(jié)果顯示，所注入的二氧化碳含量的95%～98%在不到兩年內(nèi)便發(fā)生了鈣化(即轉(zhuǎn)化為固態(tài)碳酸鹽)，”論文第一作者、南安普敦大學(xué)地質(zhì)工程學(xué)副教授Juerg Matter在一份聲明中說(shuō)，“這個(gè)速度非常令人吃驚。”

Matter說(shuō)，固態(tài)碳酸鹽礦物質(zhì)沒有泄漏風(fēng)險(xiǎn)，因而這種方式可以永久且對(duì)環(huán)境無(wú)害地封存二氧化碳。玄武巖是地球上最常見的巖石類型之一，在世界許多地方的大陸邊緣地帶廣泛存在，因此有潛力用于大量封存二氧化碳。

專家表示，用上述方法將二氧化碳注入玄武巖層之前，需先把二氧化碳與水混合，因而所需用水量非常大，封存1 t二氧化碳需要大約25 t水。未來(lái)可以探索使用海水來(lái)解決這個(gè)問題。

CarbFix項(xiàng)目是一個(gè)小型試點(diǎn)項(xiàng)目，目前冰島雷克雅未克能源公司正在開展更大規(guī)模的試驗(yàn)，把從一個(gè)地?zé)岚l(fā)電廠每年捕捉的近5 000 t二氧化碳封存到地下。研究人員認(rèn)為，這種新型固碳技術(shù)將會(huì)提高公眾對(duì)碳捕捉與封存技術(shù)的接受度。

“神威太湖之光”取代“天河二號(hào)”成為全球最快超算

新一期全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單在2016年6月20日公布，使用中國(guó)自主芯片制造的“神威太湖之光”取代“天河二號(hào)”登上榜首，中國(guó)超算上榜總數(shù)量也有史以來(lái)首次超過(guò)美國(guó)名列第一。

據(jù)國(guó)際TOP500組織當(dāng)天發(fā)布的榜單，“神威太湖之光”的浮點(diǎn)運(yùn)算速度為每秒9.3億億次，不僅速度比第二名“天河二號(hào)”快出近兩倍，其效率也提高3倍。更重要的是，與“天河二號(hào)”使用英特爾芯片不一樣，“神威太湖之光”使用的是中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的芯片。

該組織在一份聲明中寫道：“中國(guó)在國(guó)際TOP500組織第47期榜單上保持第一名的位置，憑借的是一個(gè)完全基于中國(guó)設(shè)計(jì)、制造處理器而打造的新系統(tǒng)?！?/p>

“神威太湖之光”由國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制，安裝在國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心。此前，由中國(guó)國(guó)防科技大學(xué)研制的“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)已在TOP500榜單上連續(xù)六度稱雄。

榜單前十名除了“神威太湖之光”與“天河二號(hào)”外，其他分別是美國(guó)的“泰坦”與“紅杉”、日本的“京”、美國(guó)的“米拉”和“三一”、瑞士的“代恩特峰”、德國(guó)的“花尾榛雞”和沙特阿拉伯的“沙欣Ⅱ”。

TOP500榜單是對(duì)全球已安裝的超級(jí)計(jì)算機(jī)“排座次”的權(quán)威排行榜。從1993年起，由TOP500國(guó)際組織以實(shí)測(cè)計(jì)算速度為基準(zhǔn)每半年發(fā)布一次。

此次榜單還有一個(gè)重大變動(dòng)是，美國(guó)入圍的超級(jí)計(jì)算機(jī)總數(shù)量首次跌下第一位置。上述聲明說(shuō)，由于過(guò)去一些年中國(guó)工業(yè)和研究部門注冊(cè)提交的系統(tǒng)數(shù)量劇增，中國(guó)現(xiàn)在入榜的超級(jí)計(jì)算機(jī)數(shù)量達(dá)到167臺(tái)，超過(guò)美國(guó)的165臺(tái)。此外，由于中國(guó)占據(jù)TOP榜單頭兩名，中國(guó)在計(jì)算性能類別上也居于領(lǐng)先位置。

排行榜主要編撰人、美國(guó)田納西大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)教授杰克·唐加拉評(píng)價(jià)道，中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)不斷增多已成為一個(gè)“趨勢(shì)”。

“2001年中國(guó)上榜數(shù)量還是零，但今天中國(guó)已經(jīng)超過(guò)美國(guó)，”唐加拉說(shuō)，“沒有其他國(guó)家有這樣快的增長(zhǎng)速度?！?/p>

唐加拉認(rèn)為，超級(jí)計(jì)算機(jī)“比以往任何時(shí)候都重要”，能為能源、醫(yī)藥、飛機(jī)制造、汽車與娛樂業(yè)等廣泛領(lǐng)域的行業(yè)提供高性能計(jì)算服務(wù)?！案鼜?qiáng)大的計(jì)算能力將使得這些不同行業(yè)更快地生產(chǎn)出優(yōu)異新產(chǎn)品，從而提高一個(gè)國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)力”。

美國(guó)首個(gè)人體“基因剪刀”抗癌試驗(yàn)通過(guò)安全審查

美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院一個(gè)咨詢委員會(huì)2016年6月21日批準(zhǔn)了首個(gè)利用被譽(yù)為“基因剪刀”的CRISPR基因編輯技術(shù)來(lái)治療癌癥的人體臨床試驗(yàn)，讓這種目前備受關(guān)注的生物醫(yī)學(xué)技術(shù)在美國(guó)距臨床試驗(yàn)僅差美國(guó)食品和藥物管理局批準(zhǔn)一步之遙。

美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院“重組DNA咨詢委員會(huì)”批準(zhǔn)了這項(xiàng)由美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)提交的臨床試驗(yàn)計(jì)劃。該委員會(huì)負(fù)責(zé)對(duì)在美國(guó)進(jìn)行的基因療法臨床試驗(yàn)進(jìn)行安全及倫理審查。這項(xiàng)試驗(yàn)還需美國(guó)食品和藥物管理局放行才能開始實(shí)施。如果最終獲得批準(zhǔn)，研究人員將招募18名現(xiàn)有治療方法已不起作用的黑素瘤、多發(fā)性骨髓瘤以及肉瘤患者，在賓夕法尼亞大學(xué)、加利福尼亞大學(xué)舊金山分校以及得克薩斯大學(xué)MD安德森癌癥研究中心三個(gè)地點(diǎn)開展臨床試驗(yàn)。

按計(jì)劃，研究人員將從患者身上提取免疫T細(xì)胞，利用一種無(wú)害病毒讓T細(xì)胞具有一種名為NY-ESO-1蛋白質(zhì)的受體。NY-ESO-1蛋白質(zhì)常存在于某些腫瘤細(xì)胞上，經(jīng)改造的T細(xì)胞在被輸入患者體內(nèi)后，就能識(shí)別表達(dá)NY-ESO-1蛋白質(zhì)的腫瘤細(xì)胞，對(duì)腫瘤細(xì)胞發(fā)起攻擊。

然而，受改造的T細(xì)胞不易增殖、存活時(shí)間不長(zhǎng)。為延長(zhǎng)T細(xì)胞存活時(shí)間、提高其殺滅癌細(xì)胞的效率，研究人員希望利用CRISPR技術(shù)，破壞一種名為PD-1蛋白質(zhì)的合成。這種位于T細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)抑制T細(xì)胞發(fā)生免疫反應(yīng)后的活性，而腫瘤細(xì)胞能夠激活PD-1蛋白質(zhì)來(lái)躲避T細(xì)胞的攻擊。此外，研究人員還打算敲除編碼T細(xì)胞表面其他兩種主要蛋白質(zhì)受體的基因，讓T細(xì)胞經(jīng)改造獲得的NY-ESO-1蛋白質(zhì)受體更有效。

CRISPR技術(shù)誕生至今只有4年時(shí)間，是生物醫(yī)學(xué)史上第一種可高效修改基因組的工具，具有精確、成本低以及操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)?；贑RISPR展現(xiàn)出的巨大能力，美國(guó)《科學(xué)》雜志在2012年和2013年兩次把它評(píng)為十大突破，2015年更是把它選為“年度頭號(hào)突破”。

據(jù)美國(guó)《麻省理工學(xué)院技術(shù)評(píng)論》報(bào)道，美國(guó)社交網(wǎng)站臉書的首任總裁肖恩·帕克投資2.5億美元建立的“帕克癌癥免疫療法研究所”將為這項(xiàng)試驗(yàn)提供資助。

“朱諾”成功入軌木星將對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、大氣成分、大氣對(duì)流狀況、磁場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)

美國(guó)東部夏季時(shí)間2016年7月4日下午11時(shí)53分，該國(guó)宇航局(NASA)操控人員接收到確認(rèn)信息，他們最新的行星探測(cè)器——“朱諾”木星探測(cè)器已經(jīng)安全抵達(dá)目的地木星。隨著3個(gè)簡(jiǎn)單的單音，在主引擎燃燒的35 min內(nèi)一直處于一種安全模式的“朱諾”木星探測(cè)器表示，它已經(jīng)成功減速并進(jìn)入到環(huán)繞這顆太陽(yáng)系最大行星的軌道中。

當(dāng)天11時(shí)18分，“朱諾”木星探測(cè)器點(diǎn)燃主引擎，執(zhí)行“木星軌道嵌入”動(dòng)作。35 min后，“朱諾”速度降至542 m/s，成功被木星引力捕獲，最終將自己推入木星軌道。

“朱諾”木星探測(cè)器項(xiàng)目總經(jīng)理Diane Brown在華盛頓哥倫比亞特區(qū)NASA總部向記者們表示，在探測(cè)器5年的旅程之后，現(xiàn)在的感覺是“壓倒一切”的，并且軌道的切入也是“完美的”。她強(qiáng)調(diào)：“我們現(xiàn)在終于能去睡覺而不用擔(dān)心明天會(huì)發(fā)生什么了，這真的很棒。”

“朱諾”木星探測(cè)器將透過(guò)木星外層的云團(tuán)研究其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。它會(huì)比以往任何探測(cè)器更近距離地靠近木星——位于其云層之上約4 000 km。該探測(cè)器的目標(biāo)旨在研究這顆巨行星的起源和進(jìn)化：其表面條紋和漩渦風(fēng)暴能夠走多遠(yuǎn)？行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)如何影響人們?cè)诒砻嫔峡吹降囊磺?？木星?qiáng)烈磁場(chǎng)的來(lái)源是什么？以及它有一個(gè)堅(jiān)實(shí)的巖石內(nèi)核嗎？

藝術(shù)家筆下的“朱諾”與木星(圖片來(lái)源：NASA/JPL)

理論學(xué)家認(rèn)為，作為太陽(yáng)系最大的居民，木星掌握著搞清圍繞在最終變成太陽(yáng)的原恒星周圍的行星是如何形成的關(guān)鍵?！爸熘Z”木星探測(cè)器項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、得克薩斯州圣安東尼奧西南研究所Scott Bolton表示：“我畢生追求的一個(gè)問題便是我們是如何來(lái)到這里的。這對(duì)于我而言非常重要?！盉olton說(shuō)：“現(xiàn)在是一個(gè)有趣的開始?！?/p>

“朱諾”木星探測(cè)器的控制團(tuán)隊(duì)如今在切入點(diǎn)火后正在為探測(cè)器系統(tǒng)通電，這是該任務(wù)中風(fēng)險(xiǎn)最高的一部分，同時(shí)下載有關(guān)其健康情況的數(shù)據(jù)。該探測(cè)器上裝載的科學(xué)儀器將在5天后啟動(dòng)。在最初入軌53天之后，第一次完整的觀測(cè)將在8月底首次進(jìn)行。

“朱諾”木星探測(cè)器隨后將進(jìn)入一條14天環(huán)繞木星一周的軌道，并在未來(lái)的一年半里環(huán)繞木星的兩極33次。該探測(cè)器將在任務(wù)的最后進(jìn)入木星云層，以免與木星的一顆衛(wèi)星發(fā)生意外的碰撞——這將導(dǎo)致后者被來(lái)自地球的微生物污染。

“朱諾”木星探測(cè)器是迄今運(yùn)行軌道最接近木星的人類探測(cè)器，它將用搭載的9臺(tái)探測(cè)設(shè)備分別探測(cè)木星內(nèi)部結(jié)構(gòu)、大氣成分、大氣對(duì)流狀況、磁場(chǎng)等，所獲信息將通過(guò)高增益天線發(fā)回地球。

木星是太陽(yáng)系最古老的行星，在太陽(yáng)形成后就已誕生，捕獲了太陽(yáng)形成后遺留下的許多星際物質(zhì)，堪稱太陽(yáng)系巨行星的“原始模型”。這一太陽(yáng)系體積和質(zhì)量最大、自轉(zhuǎn)最快的氣態(tài)行星，距離太陽(yáng)超過(guò)6.4億km，是地球與太陽(yáng)距離的5倍，成分和太陽(yáng)極其相似?？茖W(xué)家認(rèn)為，通過(guò)研究木星可以追溯太陽(yáng)系歷史的源頭。

“朱諾”木星探測(cè)器搭載設(shè)備包括一部廣角彩色攝像機(jī)，可以向地球發(fā)回彩色圖像。據(jù)NASA科學(xué)家介紹，第一張圖片預(yù)計(jì)在幾天后發(fā)回地球。

“朱諾”木星探測(cè)器由美國(guó)洛克希德－馬丁公司建造，于2011年8月5日發(fā)射升空，是NASA“新疆界”計(jì)劃實(shí)施的第二個(gè)探測(cè)項(xiàng)目。該計(jì)劃的第一個(gè)項(xiàng)目是于2006年1月發(fā)射的“新視野”號(hào)探測(cè)器，它于2015年7月14日成功從冥王星上方約1萬(wàn)km處飛過(guò)。

在“朱諾”木星探測(cè)器之前，美國(guó)曾于1989年發(fā)射過(guò)專門探測(cè)木星的“伽利略”號(hào)探測(cè)器，獲得了大量有關(guān)木星的探測(cè)數(shù)據(jù)。“伽利略”號(hào)已于2003年9月按程序墜毀在木星上。

南極臭氧空洞在減小人類社會(huì)禁止排放氯氟烴的努力收到成效

這或許是終結(jié)南極臭氧層空洞的開始。一項(xiàng)分析表明，與2000年的臭氧層空洞相比，平均而言，如今每年在南半球春季形成的臭氧層空洞——會(huì)帶來(lái)大量危險(xiǎn)的紫外線輻射——要小得多，并且出現(xiàn)的時(shí)間也要晚得多。

高空的臭氧層可以吸收紫外線，保護(hù)人類等地球上的生物。但是人類排放的氯氟烴會(huì)破壞臭氧，20世紀(jì)南極上空出現(xiàn)了巨大的臭氧空洞。1987年被稱為《蒙特利爾議定書》的全球條約試圖通過(guò)禁止氯氟烴(一種含氯的化學(xué)物質(zhì)，被用于空調(diào)等產(chǎn)品的制冷劑，能夠加速平流層的臭氧損耗)來(lái)減小臭氧層空洞。一項(xiàng)最新的研究表明，人類社會(huì)禁止排放氯氟烴的努力收到了成效。

南極臭氧流失領(lǐng)域研究先驅(qū)、美國(guó)劍橋市麻省理工學(xué)院大氣科學(xué)家Susan Solomon表示：“我們正在避免這顆行星上將要發(fā)生的一場(chǎng)環(huán)境災(zāi)難?！?/p>

Solomon和她的同事在2016年6月30日出版的《科學(xué)》雜志上報(bào)告了這一研究成果。

其他科學(xué)家之前也曾發(fā)現(xiàn)了這一暗示，即臭氧層空洞正在好轉(zhuǎn)之中——2008年的一項(xiàng)研究報(bào)道稱臭氧層的損失速度開始放緩；2011年的一項(xiàng)研究則表明臭氧水平已經(jīng)開始反彈。世界氣象組織2014年的一項(xiàng)評(píng)估發(fā)現(xiàn)，臭氧含量已經(jīng)開始在中低緯度地區(qū)的高海拔區(qū)域逐漸恢復(fù)。

科羅拉多州博爾德市環(huán)境科學(xué)合作研究所大氣科學(xué)家Birgit Hassler認(rèn)為，這項(xiàng)最新的研究是臭氧層持續(xù)復(fù)蘇的另一個(gè)強(qiáng)有力的證據(jù)。她說(shuō)：“這是一個(gè)非常清晰而獨(dú)特的例證，表明臭氧層實(shí)際上是能夠被修復(fù)的?！?/p>

科學(xué)家在2015年10月曾觀察到歷史上最大的南極臭氧層空洞，在其峰值時(shí)面積達(dá)到2 820萬(wàn)km2，這不免使人們質(zhì)疑臭氧層空洞是否真的正在好轉(zhuǎn)。但有證據(jù)顯示，大型火山噴發(fā)將會(huì)影響臭氧層的化學(xué)反應(yīng)，因此Solomon的研究團(tuán)隊(duì)決定對(duì)此展開研究。

研究人員發(fā)現(xiàn)，智利卡爾布科火山曾在2015年4月爆發(fā)，導(dǎo)致硫微粒在平流層引發(fā)破壞臭氧的反應(yīng)，這是造成巨大臭氧層空洞的一部分原因。

通過(guò)綜合分析衛(wèi)星、地面觀測(cè)設(shè)施、觀測(cè)氣球等途徑獲取的數(shù)據(jù)，科學(xué)家在精細(xì)調(diào)整了氣候模型后發(fā)現(xiàn)，在2000—2015年，平均而言，9月的南極上空的臭氧層空洞縮小了450萬(wàn)km2，這個(gè)面積比印度還大。

研究人員在南極釋放氣球研究臭氧層空洞(圖片來(lái)源：Kelli-Ann Bliss/NOAA)

9月之所以如此重要是緣于此時(shí)太陽(yáng)光在冬季后全部回到南極地區(qū)，在大氣層中引發(fā)了能夠破壞臭氧層的化學(xué)反應(yīng)。這時(shí)南極的長(zhǎng)夜結(jié)束，光線開始顯著增強(qiáng)，而氯氟烴要起到破壞臭氧層的作用，需要有光線的存在。Solomon說(shuō)：“這種趨勢(shì)是顯著的，這是你期望從氯化學(xué)中得到的東西?！?/p>

迄今為止，大多數(shù)科學(xué)家依然專注于10月——該月的臭氧層空洞是最大的。但Solomon說(shuō)，治療的痕跡在9月變得最為明顯：現(xiàn)在臭氧層空洞形成的時(shí)間平均比以前晚了10天。

位于南極洲上空的氣象氣球進(jìn)行的測(cè)量同時(shí)表明，臭氧層的恢復(fù)正發(fā)生在研究團(tuán)隊(duì)的模型所預(yù)測(cè)的高海拔區(qū)域。Solomon表示：“如果你得到了正確的深度、正確的形狀、正確的規(guī)模以及正確的時(shí)機(jī)，你便開始感到很自信。”

巴黎市法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心大氣化學(xué)家Sophie Godin-Beekmann認(rèn)為，9月的趨勢(shì)是具有說(shuō)服力的。但她希望在這項(xiàng)分析中看到更多年份的數(shù)據(jù)。

南極臭氧層空洞大概還需有幾十年才能夠完全閉合。英國(guó)雷丁大學(xué)大氣科學(xué)家Michaela Hegglin表示：“臭氧層空洞還將一如既往地強(qiáng)大，預(yù)計(jì)不會(huì)在21世紀(jì)末之前消失，其對(duì)人類和生態(tài)系統(tǒng)健康的影響將依然存在?！?/p>

在北極上空出現(xiàn)的較小的臭氧層空洞——比南極臭氧層空洞更加多變——尚未表現(xiàn)出被“治愈”的趨勢(shì)。

對(duì)于從20世紀(jì)80年代便開始從事南極臭氧層研究的Solomon來(lái)說(shuō)，這一轉(zhuǎn)機(jī)是一個(gè)喜人的變化。她說(shuō)：“看到它變得更好真是太神奇了?！?/p>

美超壓氣球破飛行紀(jì)錄因成本低有望部分替代人造衛(wèi)星

由美國(guó)宇航局(NASA)釋放升空的最新及壓力最大的氣球創(chuàng)造了一個(gè)耐力紀(jì)錄，即一個(gè)大型科學(xué)氣球在溫帶地區(qū)的最長(zhǎng)飛行時(shí)間紀(jì)錄。

包裹著532 000 m3的氦氣，測(cè)量直徑114 m，這個(gè)氣球環(huán)繞南半球達(dá)46天，并將一部伽馬射線望遠(yuǎn)鏡送至太空邊緣。

7月2日發(fā)生的夜間高度驟降迫使該氣球提前結(jié)束了航程，但其飛行仍然標(biāo)志著作為人造衛(wèi)星的一個(gè)低成本替代選擇，這種由NASA努力開發(fā)的所謂超壓氣球達(dá)到的一個(gè)里程碑。

幾十年來(lái)，傳統(tǒng)的“零壓”氣球?yàn)檠芯咳藛T提供了一個(gè)高空平臺(tái)，用于研究大氣化學(xué)、宇宙微波背景(CMB)以及其他許多現(xiàn)象。但在溫帶地區(qū)，傳統(tǒng)氣球的耐受力是有限的。在白天，太陽(yáng)光會(huì)加熱氦氣，導(dǎo)致氣體膨脹與泄漏；在夜晚，氣球冷卻，必須扔掉一些壓艙物從而避免氣球漂浮得過(guò)低。

零壓氣球只能于夏季在極地附近實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間飛行，此時(shí)不變的日照使得氣球能夠一次飛行幾個(gè)星期。

然而，超壓氣球有望把耐受力帶到溫帶地區(qū)，從而為觀察新現(xiàn)象打開窗口。超壓氣球的氦氣是加壓的，因此它們?cè)谝惶斓倪^(guò)程中被加熱或冷卻但體積不會(huì)改變，它們可以保持在一個(gè)恒定的高度，并且不需要放氣或扔掉壓艙物。

在過(guò)去的10年中，NASA已經(jīng)釋放了許多更大并且更加雄心勃勃的超壓氣球，它們?cè)跍貛У貐^(qū)飛行的最長(zhǎng)時(shí)間為32天。

5月17日，該局在新西蘭的瓦納卡釋放了其最新的一款超壓氣球。氣球在漫長(zhǎng)的南半球黑夜以及短暫的白天中飛行：每逢夜晚它會(huì)從33 000 m的巡航高度下降10 000 m，這或許是因?yàn)楹庑孤┧?。盡管NASA最初打算讓這個(gè)氣球在南大洋上空飛行100天，但最終以46天結(jié)束。

7月2日，NASA在Camanaa鎮(zhèn)以北32 km的秘魯海岸回收了這個(gè)超壓氣球。目前研究人員正打算復(fù)原該氣球及其載荷。對(duì)這個(gè)氣球進(jìn)行仔細(xì)研究將有助于NASA避免類似氣球在未來(lái)的飛行中在相同高度出現(xiàn)下降情況。

NASA 于5月發(fā)射的超壓氣球(圖片來(lái)源：NASA)

與此同時(shí)，這個(gè)氣球還獲得了一些新的天體物理學(xué)數(shù)據(jù)。其攜帶了康普頓分光儀與成像儀(COSI)，這是一個(gè)伽馬射線望遠(yuǎn)鏡，旨在對(duì)超新星進(jìn)行觀測(cè)。COSI觀測(cè)了超新星殘骸中的放射性核所釋放的伽馬射線，同時(shí)測(cè)量了它們的極化情況。這些觀測(cè)在極地是很難進(jìn)行的，因?yàn)榈厍虼艌?chǎng)使得來(lái)自宇宙射線的背景伽馬輻射在極地發(fā)生了變化。

作為為超壓氣球飛行而設(shè)計(jì)的一個(gè)輕量級(jí)儀器，COSI能夠?qū)崟r(shí)向地面發(fā)射數(shù)據(jù)以免出現(xiàn)意外情況而無(wú)法對(duì)其進(jìn)行回收。COSI首席研究員、加利福尼亞大學(xué)伯克利分校天體物理學(xué)家Steven Boggs表示，除了研究超新星以及其他伽馬射線來(lái)源，該望遠(yuǎn)鏡的長(zhǎng)時(shí)間飛行使其能夠?qū)σ粋€(gè)明亮的伽馬射線暴進(jìn)行觀測(cè)。他說(shuō)：“你必須在正確的地點(diǎn)以及正確的時(shí)間才能捕捉到伽馬射線的爆發(fā)?！?/p>

然而超壓氣球的觀測(cè)也存在局限性。雙子城明尼蘇達(dá)大學(xué)天體物理學(xué)家Shaul Hanany指出，這些觀測(cè)會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，例如對(duì)CMB的研究，“我們必須在氣球上儲(chǔ)存所有的數(shù)據(jù)”。這樣的研究必須要等到超壓氣球能夠證明其可靠性——它們及其載荷不會(huì)墜落在大海中——才能夠?qū)嵤?/p>

盡管如此，在未來(lái)幾年中，NASA超壓氣球的工作任務(wù)已經(jīng)排起了長(zhǎng)隊(duì)，涉及的領(lǐng)域從暗物質(zhì)到宇宙射線。得克薩斯州圣安東尼奧西南研究所行星科學(xué)家Eliot Young表示：“如果我在這個(gè)氣球上有一架望遠(yuǎn)鏡，那我將非常高興。”他說(shuō)，隨著越來(lái)越多的超壓氣球項(xiàng)目產(chǎn)生了有用的數(shù)據(jù)，“每個(gè)人都意識(shí)到這是一個(gè)絕佳的機(jī)會(huì)”。

(2016年7月20日收稿)■

（編輯：沈美芳）

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GUAN Yi

10.3969/j.issn.0253-9608.2016.04.009