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展望2016年科学新突破
    时间:2016-2-4     点击率:18980

编者按:2016年到来了,《自然》、《科学》杂志以及海外媒体纷纷给出了他们对于新一年的科学展望。本刊在此介绍其中的12项,以期使读者了解科学界与工程界有哪些动向值得人们期待。

展望2016年科学新突破

1.从大气中捕获二氧化碳

20167月,一家瑞士公司(Climeworks公司)将在其位于苏黎世的工厂开始一项对抗全球变暖的事业:从大气中捕获二氧化碳并进行商业规模销售,他们拟定每月捕获约75吨二氧化碳,然后再将这些气体卖给附近的温室以促进农作物生长。另一家加拿大企业也将从事类似的工作。此前,人们已经能够从发电厂排出的废气中捕获二氧化碳,但直到2015年,一些小型示范项目才实现了从大气中吸收二氧化碳。此项首举将成为进一步研发大型设备的敲门砖。

2. 剪切和粘贴基因

采用脱氧核糖核酸(DNA)编辑技术的治疗方法将开始人体试验。位于美国加利福尼亚州里士满的Sangamo生物科学公司将试用锌指核酸酶纠正导致血友病的一种基因缺陷。通过与马萨诸塞州剑桥市的Biogen公司合作,它还将开始一项试验,看看该项技术是否可以提高β-地中海贫血患者体内一种血液球蛋白的功能性。科学家与伦理学家希望在2016年的晚些时候,就基因编辑技术在人体中的应用达成一份广泛的安全与伦理指南。

3. 对宇宙研究的厚望

得益于位于美国路易斯安那州利文斯顿市与华盛顿州汉福德市的激光干涉引力波天文台(LIGO),物理学家认为有一个很好的机会发现引力波的第一个证据,即由致密的移动物体(如螺旋中子星)形成的时空涟漪。2015年,LIGO完成了其数公里长设备的重建,使其灵敏度比2002年到2010年使用时提高了10倍。LIGO2015年采集了3个月的数据,目前物理学家依然在调试他们的探测器,以期在2016年的晚些时可以进行更长时间的数据采集工作。与此同时,欧洲研究人员打算将他们位于意大利比萨市附近的升级后的探测器(VIRGO)联机上线。科学家表示,当LIGOVIRGO在几年后达到其设计灵敏度时,它们几乎肯定会探测到一个经过的涟漪。

3.1 LIGO 实验室鸟瞰

3.2 物理学家可能在探测引力波的道路上迈出关键的一步

4. 致命病毒研究的风险

科学家很快便将知晓那些能使病毒变得更加致命的研究能否可以继续。201410月,美国政府突然停止了对“功能获得性”研究的资助。虽然这些试验能够增加对于某些病原体如何进化以及如何被摧毁的认知,但批评者指出,这些研究同时也含有危险性,例如致命病毒的意外泄漏。201512月,一份风险-效益分析已经完成,美国国家生物安全科学顾问委员会将在未来几个月就是否恢复此类研究提出建议,据分析有可能会收紧对研究的限制。

5. 私人资金的介入

一个幸运的研究小组将从互联网巨头谷歌公司和美国心脏协会那里获得5000万美元捐款用于心脏病研究。谷歌的疾病研究投资组合正在增长,而神经科学家都渴望看到美国国家精神健康研究所前所长Thomas Insel会在这家公司做些什么——他自201511月以来一直领导一项心理健康计划。私人资金也有望在空间领域开花结果:加利福尼亚州帕萨迪纳市非营利组织行星协会计划在20164月发射价值450美元的光驱动飞船——光帆号。

5.1 太阳能航天器Lightsail将在4月份进行一次测试任务

6. 超越火星

2016年,在各自轨道上运转的地球和火星将会彼此接近,从而创造了一个去火星这颗“红色星球”旅行的完美机会。欧洲空间局(ESA)与俄罗斯联邦航天局之间有一个联合任务,便是要利用这个机会,它们将于20163月发射ExoMars。该火星车将于10月抵达火星轨道,其轨道器旨在分析火星大气构成,而登陆车则是测试着陆技术。而美国宇航局(NASA)的朱诺号木星探测器将在7月到达更为遥远的木星。“朱诺”号抵达木星后,将以每小时265000公里的速度飞行,这是人造天体飞行速度的历史新高。20169月,ESA的罗塞塔号探测器将对其环绕的彗星进行一次死亡俯冲;而让哀悼者们聊以自慰的是,NASA发射的OSIRIS-REx任务将带回小行星Bennu的样本。

 

6.1 ExoMars探测计划示意

7. 空间探测

随着斥资1亿美元的暗物质粒子探测器(DAMPE)已于201512月发射升空,这是中国科学院空间科学战略先导专项之一,实质是一个空间望远镜。DAMPE瞄准的科学目标非常前沿。美国国家研究理事会所提出的重大的宇宙物理学前沿问题中,第一个为暗物质,第六个是宇宙线,这两个都是DAMPE瞄准的目标。中国还将继续发射空间科学探测器。世界上第一个量子通信试验卫星将于20166月发射升空,而硬X射线调制望远镜也将在2016年底前上天,其目的在于搜寻太空辐射的能量来源,如黑洞和中子星。20169月,人们将会看到中国500米口径球面射电望远镜(FAST)完成建设,它将取代波多黎各的阿雷西博天文台成为世界上最大的射电望远镜。在美国夏威夷,备受争议的30米望远镜团队将试图找出是否可以以及如何将该项目向前推进。

7.1 DAMPE内部结构

8. 揭示微生物世界

2016年,分析全球微生物群落的一个雄心勃勃的计划预计将会取得第一批研究成果。这项在2010年启动的地球微生物组计划,旨在测序和描绘从科摩多龙舌尖到西伯利亚冻土层的至少20万个微生物DNA样本。该计划承诺将对生物多样性作出前所未有的发现。

8.1 地球微生物组计划已对科摩多龙的唾液采样

9. 做梦基因

神经科学家希望最终能够确定调节睡眠时间和长短的关键基因,但要梳理出这一结果非常困难,或许是因为这些基因在大脑中还有其他功能。确定这些基因可能有助于治疗睡眠障碍和一些精神疾病,科学家现在意识到它们与高度睡眠紊乱有关。

10. 照亮科学的角落

2016年底,SESAME(中东同步辐射光源试验科学与应用)装置将在约旦开启。这一环形粒子加速器产生的强光将能够在原子能级上探测材料与生物结构。这是该地区第一个重要的国际研究设施,包括伊朗、以色列与巴勒斯坦权力机构在内的政府之间开展了一次罕见的合作。支持在非洲建立一个类似设施的行动可能也会加快速度。而20166月,科学家将使用全世界首个第四代同步加速器(瑞典隆德的MAX IV)产生的明亮X射线束。

10.1 MAX IV 鸟瞰图

11. 大型强子对撞机或将发现新粒子

201512月,众多物理学家齐聚日内瓦欧洲粒子物理研究所,宣布自该年初重启大型强子对撞机以来所取得的首个重大研究成果。来自两项独立试验的研究团队在报告中表示,他们发现了一种新型基本粒子,这一粒子可能是希格斯-玻色子存在的线索。大家知道,大型强子对撞机是利用两束质子束进行高速对撞,物理学家可以从碎片中寻找新的粒子存在的线索。在这个试验中,研究人员发现生成了一对超重质子对,比已知的最重粒子“顶夸克“要重4倍。但是,这一发现还具有不确定性,需要更多的结果来证实。随着大型强子对撞机不断提高能量(现在的运行能量已是最初开始运行时的2倍),人们相信:在2016年中,大型强子对撞机会给我们带来惊喜。

11.1大型强子对撞机

11.2 大型强子对撞机CMS试验

12. 超声速汽车或将创造新纪录

2016年,两大工程项目将有可能登上媒体头条。其一是“超级环”系统。这是一个关于高速公共交通系统的新颖研究计划,它是由Spacex太空探索技术公司创始人埃隆-马斯克在2013年提出的。“超级环”的设计思路是这样的:乘客坐在胶囊舱内,胶囊舱位于低压管道内,底部由管道内的气垫提供支撑,由电磁系统提供加速动力。2016年,埃隆-马斯克将面向工程师和学生发起一项关于胶囊舱的设计大赛。在某个周末,大赛将在Spacex太空探索技术公司总部附近举行,参赛者提供的作品要接受一段2公里长的轨道测试。如果“超级环”的理念确实可行,那么这次大赛将向世人展示它的具体工作原理。其二是超声速汽车。2016年,我们有可能看到“寻血猎犬”号超声速汽车的历史性表演。1015日那天,“寻血猎犬”号超声速汽车将尝试向每小时800英里(约合每小时1287公里)的速度发起冲击。于2017年,它将冲击每小时1610公里的速度。

12.1 关于高速公共交通系统的新颖研究计划“超级环”系统示意

12.2“寻血猎犬”号超音速汽车

 

 

                                                        (龙翔依据网络资料编撰)