“卡西尼号”在恩克拉多斯上发现了虎纹状的热辐射带

CERN的大型强子对撞机

“霍比特”穴居矮人头骨

大普查中发现的深海生物

暗物质模型

　　从本世纪初至今,十年弹指一挥间,世界科技发展态势可谓百舸争流、惊奇迭起、璀璨夺目,从探究宇宙起源到生命成因,从暗物质到深海生物……一时难以尽数。不久前,英国广播公司网站公布了由世界最前沿领域的知名科学家点评的八大科技亮点,并与我们分享其中的奥妙。

　　探索太阳系外的行星

　　自上世纪90年代第一颗太阳系外的行星被发现以来,最近几年,人类对星际探测的步伐骤然加快。迄今,天文学家已在太阳系外发现了400多颗行星,而在我们所在的银河系里可能就有数以亿计的行星。

　　现在发现的太阳系外行星还没有一个是类地行星,无一例外都是类木行星。目前在太阳系外所发现的大部分行星,其体积大多类似木星,基本上因其四周多为氦气和氢气而不适宜生命生存。

　　也许到下一个十年末,我们足以用望远镜直接观测到类似地球一样的行星,进而揭示出其上是否有陆地和海洋。如果我们能够更好地认知地球上如何出现生命,那么目前我们前方就有了一个绝佳的良机,可以确定在其他行星上还有类似地球生命的存在。

　　然而,从宇宙大的角度来看,我们的视野囿于自身存在的银河当中,对于绕着其他星体运转的行星的研究就会相对狭窄。毋庸置疑,我们下一步的研究要关注更大的画面。

　发现一种新型原始人

　　2003年,在印尼弗洛勒斯岛上的洞穴中,科学家发现了一个部分与人类相似的骨架,其旁边有石制工具和已经灭绝的剑齿象残骸。之后的6年里,这仍然是最具挑战的科学发现之一。

　　首先,它是在我们已知的东南亚远古人类圈旁500公里的小岛上发现的;其次,测定年代的证据表明这个骨架至少距今1.8万年;第三,这个骨架显示出惊人的特点:它身高只有一米,其头骨显示的脑容量大小近似于黑猩猩。由此,它被2004年《自然》杂志称为小体型原始“弗洛勒斯人”,又以“霍比特”(“Hobbit”)穴居矮人命名。

　　科学家发现,该化石具有人类的牙齿,其髋骨显示其具有直立行走的特征,同时也具有可追溯到早期人类和人类之前200万年或更久远的一些原始特征形式。这个奇怪的穴居矮人居然活在欧洲穴居人已经灭绝之后的约1.2万年。

　　而令科学家费解的是,“霍比特”穴居矮人是何时又是如何去的弗洛勒斯,来自于哪里,以及发生了什么使其灭绝?

　　揭开人类基因密码

　　人类基因组测序图谱发表于2000年6月,科学家把这个研究成果公布在网上,无偿提供给公众。英国桑格学会信息学负责人提姆·哈巴德博士说,这个决定意义深远,这项成果是由全世界科学家通过十年辛勤努力得到的。

　　由于我们个体的基因中存在着变异,科学家就将那些带有疾病的与没有疾病的基因进行比较进而鉴别许多相关的基因,开始对基因组上有遗传意义的基因的位置、结构和功能进行研究,以寻找其中致病的基因并进行分析,发现至少4000种基因与人类疾病的发生有直接关系,还有大量基因与疾病有千丝万缕的联系。

　　人体基因信息给医学带来了重大变革。人类基因组工作草图中已经包含了人体90%以上碱基对的位置信息,这些信息足以帮助科学家掌握人类遗传密码的主要结构,人类对生命的认识从此将由表象转为本质,因此人类基因组工作草图的绘制完成无疑是人类探索生命奥秘过程中的一个里程碑。

　　在现有的研究中,只有一部分人的基因被筛查过,但是随着基因测序的成本快速降低,对整体的基因进行检查将成为可能。对下一个十年,科学家充满期待,特别是对癌症进行个体的测序和分析将成为个性化治疗的部分诊断和程序。

　　探究生命的成因

　　1997年10月,相当于三只成年大象的体重、重达6吨的“卡西尼号”星际探测器被发射到飞往土星的轨道。2008年它在完成了4年对土星的探测任务之后,至今仍在服役。

　　“卡西尼号”探测器是“卡西尼—惠更斯号”的一个组成部分。而“卡西尼—惠更斯号”是美国国家航空航天局、欧洲航天局和意大利航天局的一个合作项目,是人类迄今为止发射的规模最大、复杂程度最高的行星探测器。用于对土星系进行空间探测。其任务是环绕土星飞行,对土星及其大气、光环、卫星和磁场进行深入考察,以了解地球的发展历程及生命的起源。

　　2005年,“卡西尼号”的重要发现是在掠过土星的小卫星“恩克拉多斯”时,发现了动态的大气。“恩克拉多斯”是土星冰环上的一颗闪亮星球,在离土星最远的一个环绕轨道运行,因为其上覆盖有新的冰,而成为太阳系中已知的最亮卫星。这颗卫星的表面非常寒冷,但令人意外的是,冰壳下面是一个相对活跃的世界。

　　星际探测器在飞越这颗卫星时每8分钟就会看到喷射一次的间歇泉,喷射出来的东西不只是水,还混合有生命物质。

　　在即将来临的十年中,这一发现仍将会驱使未来科学家对“恩克拉多斯”作更进一步的探索,以寻找太阳系中的生命。显然,“卡西尼号”的非凡能力起到了关键作用。　探寻谜一样的暗物质

　　我们所看到的一切,从小蚂蚁到巨大的星系,都是由普通粒子构成的,被统称为物质,只构成了宇宙的4%。宇宙中还有不发射任何光及电磁辐射的23%的暗物质,73%导致宇宙加速膨胀的暗能量。

　　最早提出证据并推断暗物质存在的科学家是美国加州工学院的瑞士天文学家弗里茨·兹威基。他提出暗物质可以通过重力透镜看到,这种透镜可以在一些重物旁弯曲光。

　　自从重力透镜安装在哈勃望远镜中,就可揭示每一个星系之间不可见的如卷须状的暗物质。科学家目前只能通过引力产生的效应得知宇宙中有大量暗物质的存在。暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋转速度的观测。

　　2006年,美国天文学家利用钱德拉X射线望远镜对星系团1E 0657-56进行观测,无意间观测到星系碰撞的过程,星系团碰撞威力之猛,使得暗物质与正常物质分开,因此发现了暗物质存在的直接证据。

　　2009年12月,美国科学家在明尼苏达州北部一个废弃铁矿中通过实验在0.75公里深的铁矿中捕获到暗物质粒子。如果这一发现最终得到证实,这将是迄今为止最有力发现暗物质的证据。

　　现在,科学家通过大型强子碰撞机(LHC)可以在实验室制造出更快的碰撞,也许下一个十年在相关的研究中可以创造出几个暗物质,我们拭目以待。

　　应用大型强子对撞机

　　欧洲核子中心(CERN)的大型强子对撞机是由30多个国家参与的大型粒子物理实验装备。其能量可达到万亿电子伏特,物理学家称之为万亿能标。这是迄今最大、最复杂的项目,它可称得上是所有机器的母亲。

　　在2008年发生严重的事故之后,大型强子对撞机已经得到修复,开始发挥作用。科学家通过它制造出的碰撞产生了极高的能量,而它的能耐还远远不止于此。

　　现代粒子物理理论是20世纪科学和许多科学知识的支柱之一,已被验证。但是通过大型强子对撞机证明,这个理论在能源方面具有很多的缺陷。大自然会显现不同的缺陷,也会制造惊奇,出现我们尚未考虑的现象。对大型粒子碰撞机的设计就是旨在发现大自然是否存储了某种特殊的能源。

　　在建造大型强子对撞机时,物理学家除了希望能够发现潜在地揭示宇宙的基本结构,探寻到难以捉摸的希格斯玻色子和暗物质粒子,以及一些更为奇异的世界,如额外维度等,还希望大型强子对撞机能够展示如何精确处理庞大的数据。在未来的几十年,科学家在进行更为复杂的分布式计算时将采用和大型强子对撞机一样的方式。

　　对深海生物大普查

　　深海,是地球上最大的持续性生态系统和最大的生物圈,同时也是人类研究涉及最少的领域。在上世纪90年代,美国国家研究理事会的报告表示,世界上尚没有一个国家对其海洋经济区可提交一份详细的生命目录,而这是召开生物多样性大会的先决条件之一。

　　为了改变这种现状,从2000年开始,阿尔佛雷德·P·斯隆基金会通过协议建立一个为期十年的国际海洋生物普查计划。迄今为止,这是同类计划中规模最大、考察面积最广、花费最多的国际合作项目。

　　科学家们从大海的各个角度提取样本,使用了深海拖拽式摄像机、声呐等各种现代技术寻找深海生物,目前全球的数据库已提供了所有国家水下以及深海的约2亿物种的记录,从大的微生物到热带鱼6000多新的物种以及新的动植物栖息地,其中包括世人罕见的通体透明的海参、橙黄色的蛇形鱼、状若金块的甲壳虫、鲸鱼骨蠕虫、盲龙虾……

　　新发现的这些深海生物不仅具有科学研究价值,而且蕴含经济和社会价值。深海生物种类繁多,对碳循环等发挥了重大作用,但容易受到深海拖网捕鱼和全球变暖的影响。该普查计划也促使人们更深刻地理解到气候变化和人类活动对于波浪之下超过90%生物圈的影响,敦促人们必须努力保护珍贵的深海生物的多样性。依据这些难以置信的海量数据,现在我们可以直接检测有灭绝危险的物种和建立保护区,这样的信息对于保护渔业并使其可持续发展同样至关重要。

　　让生物燃料展示新姿态

　　生物燃料在汽车制造的最初年代就曾最先为人所用。亨利·福特1908年T型发动机就曾用生物乙醇启动,但是很快廉价的化石燃料将其取而代之。然而,过去的十年中,由于对于气候变化和温室气体排放担忧的日益增加,又把生物燃料拉回人们的视线。科学家希望生物燃料能够提供可再生和可持续的能源。但是,第一代的生物燃料主要来源于农作物如玉米、大豆和小麦。大量的实例表明,它们的温室气体排放不比化石燃料多。

　　当然,生物燃料也会对环境产生负面的影响,引起食物价格上涨等问题。2007年,由于美国把玉米制成乙醇的需求过高,墨西哥的玉米粉圆饼的价格飙升四倍引发了骚乱。

　　目前,藻类、树木中不适于食用的木本部分,以及农业废弃物都将直接用于生物燃料的生产。利用新的生化工艺方法,如先进的植物饲养、基因改良以及合成生物学技术,更多新的原料也将被用来生产生物燃料,二氧化碳的排放亦将因此减少。这时,技术的发展方式、成本的概念以及整个燃料循环中的收益,则需要我们给予更多的关注。