關(guān)毅 (本刊特約記者)

大科學(xué)的春天

關(guān)毅 (本刊特約記者)

隨著新春腳步的臨近，全球的大科學(xué)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(xiàng)目未來很有可能開辟出全新的研究領(lǐng)域；而有多國參與的人類有史以來最大的地面天文學(xué)觀測裝置——“阿爾馬”的啟動(dòng)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(xué)家首次功能性治愈艾滋病患兒同樣也讓人們在這個(gè)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(shù)項(xiàng)目

歐盟委員會(huì) 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(shù)項(xiàng)目”，并分別設(shè)立專項(xiàng)研發(fā)計(jì)劃。每項(xiàng)計(jì)劃將在未來 10年內(nèi)分別獲得 10億歐元的經(jīng)費(fèi)。

石墨烯又稱單層墨，它僅由一層碳原子組成，是科學(xué)家于 2004年發(fā)現(xiàn)的一種新材料。歐盟委員會(huì)認(rèn)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(shù)的基礎(chǔ)材料，還可能在能源、交通和醫(yī)療保健領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

歐盟委員會(huì)還指出，對人腦的研究及相應(yīng)的技術(shù)研發(fā)至關(guān)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(shí)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(jù)歐盟委員會(huì)的決定，石墨烯研發(fā)計(jì)劃將由瑞典查默斯理工學(xué)院教授亞里·基納雷特牽頭，由176個(gè)來自世界各地的研發(fā)團(tuán)隊(duì)共同負(fù)責(zé)實(shí)施。人腦工程研發(fā)計(jì)劃將由瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院教授亨利·馬克拉姆牽頭，由87個(gè)來自世界各地的研發(fā)團(tuán)隊(duì)承擔(dān)任務(wù)。

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(shù)”，以便集中力量，盡快取得突破。2010年7月20日，歐盟委員會(huì)評出21項(xiàng)科技作為候選對象。2011年 5月4日，評選委員會(huì)在這21項(xiàng)科技中評出6項(xiàng)作為“對未來影響最大的前沿技術(shù)”，它們涉及腦科學(xué)、新材料、機(jī)器人、醫(yī)藥應(yīng)用、納米技術(shù)、災(zāi)害預(yù)報(bào)與分析等領(lǐng)域。2012年11月至12月，由25名專家組成的評選委員會(huì)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(shù)項(xiàng)目”。

這兩項(xiàng)計(jì)劃預(yù)計(jì)將于2013年9月開始實(shí)施，其資金的重要來源是歐盟最大的科研計(jì)劃——“地平線2020計(jì)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(xué)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(gè)大型射電望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家可更清晰地探視宇宙深空的奧秘。

這個(gè)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(gè)質(zhì)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(yuǎn)鏡，分辨率可達(dá)0.01角秒，相當(dāng)于能看清500 km外的一分錢硬幣，“視力”超出“哈勃”望遠(yuǎn)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(xiàng)目由北美、歐洲和亞洲等多個(gè)地區(qū)的天文機(jī)構(gòu)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(gè)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(dāng)天的正式啟動(dòng)儀式在天線陣列附近的一個(gè)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(xué)家發(fā)出指令，同時(shí)啟動(dòng)66個(gè)拋物面天線中的57面，一齊指向蒼穹。據(jù)介紹，另外 9個(gè)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(xiàng)目在2002年開建，此前已開始接受各地天文學(xué)研究人員的申請展開初期試用。項(xiàng)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(dá)5 000 m，年均降水量只有10 cm，是進(jìn)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(shí)被確認(rèn)為歷史上第九熱年份

2012年，被暑氣所困的全世界人民經(jīng)歷了有記錄以來最熱的年份之一。

根據(jù)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(shù)據(jù)，2012年全球的平均溫度為 14.47 ℃(58.03華氏度)，或者說比20世紀(jì)全球平均溫度高約0.57 ℃(1.03華氏度)。

北美洲大陸創(chuàng)紀(jì)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(shí)也標(biāo)志著連續(xù)36年來，全球每年的平均溫度都高于20世紀(jì)的平均溫度。

研究人員指出，21世紀(jì)的所有12個(gè)年頭都躋身于有記錄可循的133年中的14個(gè)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(dǎo)致了該月覆蓋北半球的雪量達(dá)到了破紀(jì)錄的水平。

最后還有一個(gè)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(guān)注的，因?yàn)槔崮痊F(xiàn)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(huì)導(dǎo)致較低的全球平均溫度。

這些數(shù)據(jù)經(jīng)由美國國家航空航天局(NASA)的研究人員進(jìn)行匯編——他們利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)評估了無法被氣象站所覆蓋的區(qū)域的溫度，最終認(rèn)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(xiàn)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(fēng)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(fēng)和熱帶風(fēng)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?yàn)?zāi)害也將發(fā)生轉(zhuǎn)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(qiáng)度和影響程度不如厄爾尼諾，但它的到來也可能會(huì)給全球許多地區(qū)帶來災(zāi)害。

霧霾天氣對孕婦產(chǎn)生不利影響科學(xué)家首證PM2.5致新生兒體重減輕

一項(xiàng)大型國際研究證實(shí)，接觸過較高水平的某些空氣污染物的孕婦更容易產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)版上。

暴露在霧霾天氣中的孕婦有可能產(chǎn)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(fēng)險(xiǎn)，并且與嬰兒未來一生的發(fā)育及健康問題有關(guān)，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(huì)帶來更多的低出生體重嬰兒。盡管一些研究已經(jīng)找到了其中的聯(lián)系，但也有許多科學(xué)家并沒有建立這種關(guān)系。

“關(guān)于空氣污染暴露與胎兒發(fā)育影響之間關(guān)系的許多研究在項(xiàng)目設(shè)計(jì)以及暴露評估上都有許多差異?！泵绹~約大學(xué)的兒童環(huán)境健康研究人員 Leonardo Trasande說道，“而新的研究進(jìn)行了大量的工作，從而使其具有可比性。”

這項(xiàng)觀察性研究合并了來自9個(gè)國家——包括美國、韓國和巴西——的14個(gè)研究中心的300萬名新生兒的數(shù)據(jù)。它側(cè)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(yùn)輸燃燒的化石燃料，以及木柴的燃燒，但同時(shí)也包括塵?；蚝｛}微粒。

該項(xiàng)研究的第一作者、西班牙巴塞羅那市環(huán)境流行病學(xué)研究中心的流行病學(xué)家 Payam Dadvand指出：“與那些報(bào)告污染水平較低的中心相比，那些報(bào)告空氣污染嚴(yán)重的中心，其嬰兒低出生體重的幾率也較高。”

通過研究人員的計(jì)算，PM10每增加 10 μg·m-3，嬰兒出現(xiàn)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(dāng)研究人員對局部變量加以調(diào)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(dá)到9 g。這些計(jì)算同時(shí)對社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位進(jìn)行了考慮。

PM10的中間值在14個(gè)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(jié)合 PM2.5 暴露的信息，隨著每個(gè)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(fēng)險(xiǎn)在個(gè)體水平上是較小的，但“從人口的基礎(chǔ)而言，一個(gè)小的變化便能夠使嬰兒的低出生體重比例產(chǎn)生很大的變化”。他同時(shí)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(guān)系。

在日前發(fā)表的一項(xiàng)對超過 22萬名美國新生兒進(jìn)行的研究中，Trasande及其同事發(fā)現(xiàn)，室外空氣污染與更長的住院時(shí)間及更高的醫(yī)療保健費(fèi)用聯(lián)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(shè)置相關(guān)法規(guī)時(shí)，有關(guān)空氣污染對孕婦的影響尚未被考慮在內(nèi)?！盌advand說，“現(xiàn)在是時(shí)候考慮一下這個(gè)問題了?！?/p>

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(zhì)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(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長、輸送距離遠(yuǎn)，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。

之前的研究證實(shí)，粒徑10 μm以上的顆粒物，會(huì)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(jìn)入上呼吸道，但部分可通過痰液等排出體外，另外也會(huì)被鼻腔內(nèi)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(xì)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(huì)直接進(jìn)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?yán)镅刨e斯克州，科學(xué)家表示，這顆隕石是一個(gè)多世紀(jì)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(yàn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備收集到的次聲波數(shù)據(jù)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(yàn)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(gè)非常、非常大的事件?！奔幽么笪靼泊舐源髮W(xué)天文學(xué)家Margaret Campbell-Brown在研究了撞擊點(diǎn)附近的兩個(gè)次聲波站收集的數(shù)據(jù)后表示。她的計(jì)算結(jié)果顯示，當(dāng)該流星體進(jìn)入大氣層時(shí)，直徑大約15 m，質(zhì)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。”她說。

這顆流星在當(dāng)?shù)貢r(shí)間上午 9時(shí)25分左右墜落在烏拉爾山脈南部的車?yán)镅刨e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(shù)以百計(jì)的房屋。據(jù)報(bào)道，隕石墜落造成大約1 200人受傷，其中很多是玻璃碎裂導(dǎo)致的割傷，并已造成 10億盧布(約合 2.07億元人民幣)的經(jīng)濟(jì)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(gòu)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(shù)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(xué)家認(rèn)為，這塊隕石是大約一年前脫離小行星帶的一顆小行星，進(jìn)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(shí)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(gè)完全無關(guān)的天體，當(dāng)天晚些時(shí)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(xiàn)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(yuǎn)鏡網(wǎng)并未探測到這顆隕石?？茖W(xué)家稱，目前望遠(yuǎn)鏡并沒有覆蓋全球，即使在望遠(yuǎn)鏡覆蓋的地區(qū)中，類似這樣的天體用當(dāng)前的望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)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(biāo)——直徑在100～1 000 m之間的星體，因?yàn)檩^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(biāo)，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(jù)他所知，該中心也未能提前觀測到這顆隕石。

俄羅斯聯(lián)邦航天局戰(zhàn)略規(guī)劃管理和目標(biāo)項(xiàng)目部部長尤里·馬卡洛夫也表示，隕星墜地速度很快，進(jìn)入大氣層的角度非常小。因此，使用現(xiàn)有手段對其進(jìn)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(dāng)?shù)卦獾降慕^大多數(shù)破壞來源于爆炸引發(fā)的沖擊波。無論如何，“我們很難預(yù)警這樣的事件。”Klinkrad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(xiàn)。

“總之，我們應(yīng)該慶幸隕石沒有帶來更大的破壞。”Campbell-Brown說。

南極冰下湖泊首次發(fā)現(xiàn)生命無需光合作用，或揭開地外生命之謎

冰川學(xué)家John Priscu剛剛結(jié)束48 h的曲折旅行，從南極洲回到美國西海岸。即使現(xiàn)在，他還在跟難以忍受的時(shí)差作斗爭。但是，疲勞并沒有掩蓋住 Priscu的興奮之情。

數(shù)周高強(qiáng)度南極洲野外工作后，Priscu研究小組成為首個(gè)在冰雪大陸湖泊深處發(fā)現(xiàn)生命的南極考察隊(duì)?！盎萏m斯湖深處確實(shí)藏匿著生命，證據(jù)顯示冰蓋下存在一個(gè)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(gè)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(gè)藏于冰下的湖泊，美國蒙大拿州立大學(xué)冰川學(xué)家Priscu和同事們不得不鉆透800 m的冰層。

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

Priscu研究小組將一架攝像機(jī)沿著鉆孔向下探入，以確保這個(gè)鉆孔的寬度能夠允許取樣設(shè)備安全探入及返回。試驗(yàn)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(jìn)行現(xiàn)場研究，冰下湖泊的神秘面貌開始在顯微鏡下慢慢展現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)，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(jì)算結(jié)果顯示，每毫升湖水中約包含1 000個(gè)細(xì)菌，相當(dāng)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(xì)菌顯示出良好的生長態(tài)勢。

“好極了，這些發(fā)現(xiàn)極為重要?！庇祭锼雇写髮W(xué)南極研究學(xué)者M(jìn)artin Siegert表示。Siegert也是英國埃爾斯沃斯湖考察隊(duì)隊(duì)長，該湖是南極另一個(gè)冰下湖泊。2012年12月，Siegert帶領(lǐng)考察隊(duì)來到這里，但不幸的是，技術(shù)性困難讓他們的考察折戟沉沙。

接下來，科學(xué)家將進(jìn)一步研究美國考察隊(duì)挖掘出的冰下生命，以確定其 DNA序列和其他自然特質(zhì)。“基礎(chǔ)工作大約需要至少一個(gè)月的時(shí)間?！盤riscu說，“當(dāng)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(xiàn)暗含地外生命可能形態(tài)的線索。例如，人們認(rèn)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(dāng)然，離開陽光，光合作用無法進(jìn)行，惠蘭斯湖的細(xì)菌只能從其他的渠道獲得能量。其食物來源可能是有機(jī)物，或者類似在金礦和深海熱泉口附近發(fā)現(xiàn)的“化能營養(yǎng)型”物質(zhì)等，細(xì)菌也可能依賴化學(xué)反應(yīng)生存下去，例如南極基巖中的礦物質(zhì)和溶解在湖水中的二氧化碳產(chǎn)生的反應(yīng)。

“我們能夠瞥見南極洲冰下世界的一隅，我確信我們的結(jié)論能夠改變?nèi)藗儗@片大陸的審視方法?！盤riscu說。

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

印度洋底發(fā)現(xiàn)沉睡大陸或由數(shù)百萬年前地質(zhì)運(yùn)動(dòng)所致

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

近日，一項(xiàng)新研究宣稱，有證據(jù)表明，這塊已經(jīng)遺失了很長時(shí)間的陸地剝離自非洲毛里求斯——距離馬達(dá)加斯加島東部大約900 km的一個(gè)火山島。挪威奧斯陸大學(xué)地質(zhì)學(xué)家 Bjrn Jamtveit表示，在該島上發(fā)現(xiàn)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(gè)地點(diǎn)收集了砂粒，隨后他們逐粒分析了這些砂粒，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大約20顆年代非常久遠(yuǎn)的鋯石。這是一種硅酸鋯的微小晶體，對于腐蝕和化學(xué)變化有極強(qiáng)的耐力。

“至少 6.6億年前，這些鋯石結(jié)晶于花崗巖和其他巖漿巖中?！盝amtveit說，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示其中一顆鋯石已經(jīng)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(zhì)活動(dòng)將這些遠(yuǎn)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(guān)研究成果發(fā)表于《自然—地學(xué)》期刊上。

該研究報(bào)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(jié)果顯示，印度洋底部存在數(shù)個(gè)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(dá) 25～30 km。

研究人員指出，這些地殼異?，F(xiàn)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(shù)百萬年前，地質(zhì)構(gòu)造的裂谷作用和海底擴(kuò)張將這塊陸地從馬達(dá)加斯加島上撕扯下來。隨后，該區(qū)域地殼出現(xiàn)的一系列延伸和“打薄”活動(dòng)，最終使得Mauritia的碎片沉入海底，研究人員估計(jì)，這些沉沒的陸地能組成一個(gè)面積約為希臘克里特島3倍大小的島嶼或群島。

科學(xué)家在毛里求斯海灘發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)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(jì)劃收集更多的砂粒，而非主要研磨當(dāng)?shù)氐膸r石樣本，以確定被發(fā)現(xiàn)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(shè)備中的鋯石殘?jiān)?。研究人員還表示會(huì)盡量保證新鮮樣品不被污染。“研究發(fā)現(xiàn)，最近已知的迷失大陸地殼露出地面并產(chǎn)生這些毛里求斯鋯石的巖層位于馬達(dá)加斯加島附近的深海中?！盝amtveit說。

此外，這些鋯石的發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)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(dāng)?shù)貋碓?。”并未參與該研究的英國牛津大學(xué)地質(zhì)學(xué)家 Conall Mac Niocaill表示。

并且這些鋯石似乎也不可能乘風(fēng)來到毛里求斯，美國俄勒岡州立大學(xué)海洋地質(zhì)學(xué)家 Robert Duncan提到：“它們被風(fēng)吹動(dòng)的可能性很小，因?yàn)樗鼈兊捏w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(xì)勘察大洋底部，包括進(jìn)行地球化學(xué)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(jù)支持

8個(gè)月前，工作在全球最大原子加速器——大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)——的物理學(xué)家?guī)Ыo全世界一個(gè)爆炸性消息，他們宣稱發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新粒子，這個(gè)粒子仿佛就是科學(xué)家長期以來尋找的希格斯玻色子，標(biāo)準(zhǔn)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(gè)粒子確實(shí)擁有標(biāo)準(zhǔn)模型希格斯玻色子的基本預(yù)測特性，通過進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)，他們越來越確信在去年發(fā)現(xiàn)的粒子就是希格斯玻色子。

“當(dāng)然，它確實(shí)看上去很像希格斯玻色子。”美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室理論家 Sally Dawson說。Dawson并沒有參與相關(guān)分析工作。

圖片來源：ATLAS ollaboration/CERN

這是一個(gè)大的跨越，至少從語義上是這樣的，《科學(xué)》雜志在線報(bào)道稱。從2012年7月新粒子被發(fā)現(xiàn)開始到現(xiàn)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(gè)疑似希格斯玻色子的新粒子?，F(xiàn)在，一份來自 CERN的新聞稿將這個(gè)粒子稱為“希格斯玻色子”?！皩τ谏鐣?huì)來說，這是件大事?！盌awson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(jù)悉，希格斯玻色子能夠衰變?yōu)閮蓚€(gè)名為Z玻色子的粒子，然后每個(gè)Z玻色子又會(huì)衰變?yōu)閮蓚€(gè)介子。

盡管并沒有完全確定，但電流測量顯示這個(gè)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(biāo)準(zhǔn)模型對希格斯玻色子的預(yù)測。

該粒子的數(shù)據(jù)來自兩個(gè)獨(dú)立的研究小組——CERN的兩個(gè)強(qiáng)子對撞實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目超環(huán)面儀器(ATLAS)和緊湊繆子線圈(CMS)。2012年夏天這兩個(gè)團(tuán)隊(duì)同時(shí)發(fā)現(xiàn)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(shù)物理學(xué)家一直希望該粒子能夠超越希格斯玻色子。“這確實(shí)是我的感覺，當(dāng)然我們希望發(fā)現(xiàn)一些新東西?！盋MS 成員之一、來自美國費(fèi)米國家加速器實(shí)驗(yàn)室的Daniel Green說。

LHC的物理學(xué)家也表示，該粒子到底是標(biāo)準(zhǔn)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(gè)問題，還需要搜集更多數(shù)據(jù)。LHC從2010年才開始收集數(shù)據(jù)，并只收集到研究人員希望在2030年能收集到的數(shù)據(jù)的約1%。但是，之后由于大型超導(dǎo)磁體出現(xiàn)連接錯(cuò)誤，LHC只半功率運(yùn)行。不過按計(jì)劃，經(jīng)過2年的關(guān)閉維修將確保它在2015年開始全功率運(yùn)行?！斑@是一次探索未知世界的航行，我們?nèi)蕴幱跍\灘處。”Green說。

希格斯玻色子是物理學(xué)基本粒子標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的一種自旋為零的玻色子，因1964年提出“希格斯機(jī)制”理論的英國愛丁堡大學(xué)物理學(xué)家彼得·希格斯而得名。標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)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(shè)出的希格斯玻色子是物質(zhì)的質(zhì)量之源，其他粒子在希格斯玻色子構(gòu)成的“海洋”中游弋，受其作用而產(chǎn)生慣性，最終才有了質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)模型之下，構(gòu)筑成大千世界。

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

科學(xué)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(xiàn)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(zhuǎn)化為有機(jī)物而存活的，而這里的氫一般是當(dāng)水流經(jīng)富含鐵的巖石時(shí)產(chǎn)生的。這一過程被稱為化學(xué)合成，它與光合作用截然不同，后者則利用陽光實(shí)現(xiàn)相同目的。

化學(xué)合成同時(shí)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(xiàng)研究工作的丹麥奧胡斯大學(xué)的生態(tài)學(xué)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(xì)菌，那么它“將成為地球上運(yùn)行化學(xué)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(xué)》雜志上。

加拿大埃德蒙頓市阿爾伯特大學(xué)的地球微生物學(xué)家 Kurt Konhauser認(rèn)為：“這項(xiàng)研究非常重要，因?yàn)樗C實(shí)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(gòu)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(xué)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(gè)未解之謎。

Lever表示：“直到我們的研究之前，科學(xué)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(lián)合果敢號”海洋調(diào)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(diào)查船通常都會(huì)搭乘一批地質(zhì)學(xué)家，但那一次，“我們還有5位微生物學(xué)家一同隨船出?！?。

這個(gè)由來自 6個(gè)國家的科學(xué)家組成的研究團(tuán)隊(duì)鉆透了 265 m的沉積層以及300 m的海洋地殼，進(jìn)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(xiàn)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(chǎn)生甲烷。

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

為了驗(yàn)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(xiàn)于海底的化學(xué)物質(zhì)的水中加熱至65 ℃。隨著時(shí)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(dāng)我開始這一遠(yuǎn)征時(shí)，我認(rèn)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(biāo)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(nèi)部幾乎一點(diǎn)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(diǎn)的海洋地殼碎片進(jìn)行分析。

Konhauser表示：“考慮到存在著大量的海底地殼，因此一項(xiàng)研究成果并不足以確定這里的活體生物質(zhì)數(shù)量是否能夠與地球表面的生物質(zhì)數(shù)量進(jìn)行比較。”

普朗克望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡日前繪制出迄今為止最為詳細(xì)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(xiàng)歐洲空間局(ESA)斥資7億歐元的空間探測項(xiàng)目，科學(xué)家表示，這些圖像披露了宇宙誕生后第一瞬間的景象，同時(shí)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(diǎn)。

普朗克團(tuán)隊(duì)的主要研究人員之一、英國劍橋大學(xué)凱夫利宇宙學(xué)研究所所長 George Efstathiou表示：“對宇宙學(xué)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(shè)，即在宇宙大爆炸之后的10-32s之內(nèi)，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(xué)家為什么不能在空間結(jié)構(gòu)中探測到任何彎曲(除了由大質(zhì)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(dòng)放大為一些物質(zhì)團(tuán)，進(jìn)而成為第一批恒星的種子，并且最終，這些散亂的超星系團(tuán)如今已跨越了數(shù)億個(gè)秒差距。

普朗克空間望遠(yuǎn)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(shí)的宇宙已經(jīng)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(zhuǎn)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(xiàn)以來，兩項(xiàng)空間實(shí)驗(yàn)——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(jīng)繪制了其中微小的溫度變化。這些數(shù)據(jù)使得宇宙學(xué)家能夠計(jì)算出宇宙大爆炸是在何時(shí)發(fā)生的，并估算宇宙中看不見的暗物質(zhì)的數(shù)量，同時(shí)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(yuǎn)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(shù)據(jù)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(shù)——為67.15 km·s-1·Mpc-1，即一個(gè)星系與地球的距離每增加一百萬秒差距(1pc=3.26光年)，其遠(yuǎn)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(jì)算出的年齡老了5 000萬年。

普朗克的數(shù)據(jù)同時(shí)表明，暗能量大約占據(jù)了宇宙能量密度的68.3%，這一比例略小于根據(jù)WMAP的數(shù)據(jù)估算出的結(jié)果。而暗物質(zhì)對膨脹的貢獻(xiàn)率從 22.7%上升至26.8%，從而意味著普通物質(zhì)所占的比例不及5%。

普朗克數(shù)據(jù)同時(shí)證明了之前由WMAP發(fā)現(xiàn)的一些奇怪現(xiàn)象。關(guān)于暴漲的最簡單的模型預(yù)測，宇宙微波背景中的波動(dòng)在所有的天空上看起來都應(yīng)該是一致的。然而WMAP發(fā)現(xiàn)——并且如今得到了普朗克空間望遠(yuǎn)鏡的證實(shí)，在天空的不同半球之間存在一種不對稱，以及一個(gè)覆蓋了很大一塊面積的“冷點(diǎn)”。

Efstathiou表示，這種不對稱“定義了太空中的一個(gè)首選方向，這是一個(gè)非常奇怪的結(jié)果”。他強(qiáng)調(diào)，這排除了暴漲的某些模式，但并不妨礙這個(gè)想法本身。但它確實(shí)是一個(gè)誘人的暗示，表明在普朗克的數(shù)據(jù)中可能有尚未被發(fā)現(xiàn)的物理學(xué)新原理。

Efstathiou表示，迄今為止，普朗克研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)分析了頭 15個(gè)半月的數(shù)據(jù)，并且“還有同樣多的數(shù)據(jù)在等著我們”。研究人員預(yù)計(jì)將在2014年早些時(shí)候公布下一批數(shù)據(jù)。

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(wù)是探測宇宙微波背景輻射，幫助科學(xué)家研究早期宇宙形成和物質(zhì)起源的奧秘。2010年，ESA根據(jù)“普朗克”探測器傳回的數(shù)據(jù)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(chǔ)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)