關毅 (本刊特約記者)
科學界需要“自凈”機制
關毅 (本刊特約記者)
備受關注的韓春雨基因編輯論文爭議事件近日有了結果,韓春雨團隊在《自然?生物技術》網(wǎng)站上發(fā)表撤稿聲明?!笆┢樟指瘛ぷ匀患瘓F”大中華區(qū)總裁安諾杰表示:“此次撤稿展現(xiàn)并證明了科研群體對于維護科學發(fā)現(xiàn)過程基本規(guī)律的承諾?!贝_實,這次撤稿首先證明了科學界的“自凈”機制,也說明了媒體輿論監(jiān)督的價值,以及學術研究的復雜性。一項研究有了數(shù)據(jù),形成論文并通過同行評議發(fā)表,通常意味著得到了國際科學界的初步承認。但這并不是終點,論文發(fā)表后,各國同行會根據(jù)論文中的描述來重復實驗,如果不能經(jīng)受這一檢驗,研究成果就會受到質疑?!熬S護已發(fā)表科研記錄完整性”,正是科學界的“自凈”機制。論文等科研記錄是科學交流的基礎,它們必須真實可靠。為了維護這一點,許多科研人員跟在“先行者”后進行沒有名利的重復驗證。正如《自然?生物技術》社論所說:“那些進行可重復性研究的人,其付出的努力往往得不到回報——這樣的工作單調乏味,沒有資金支持,還吃力不討好?!钡沁@種對真理的追求讓科學不斷前進。
瑞士日內瓦聯(lián)合國艾滋病規(guī)劃署(UNAIDS)2017年7月20日發(fā)布的一份報告對全世界的艾滋病病毒(HIV)/艾滋病(AIDS)防控工作做出了很高的評價。這份名為《終結艾滋病》的報告指出,目前全球約有3670萬人感染了艾滋病病毒,其中有1950萬人獲得了挽救生命的抗逆轉錄病毒(ARV)藥物的治療。這是有史以來第一次有一半以上的艾滋病病毒感染者得到了治療。
然而,有一些國家遠遠沒有達到聯(lián)合國艾滋病規(guī)劃署關于如何結束疫情所需的指標——它基本上要求將病毒傳播速度放慢到新感染者逐漸消失的程度。報告指出,盡管全球近年來抗艾成果顯著,東歐和中亞地區(qū)卻“逆流而行”,新增感染病例和死亡病例呈雙增長趨勢。
該報告稱,全球范圍內已有超半數(shù)艾滋病病毒感染者獲得治療機會,這在歷史上尚屬首次。2016年,全球3670萬艾滋病病毒感染者中已有1950萬人獲得治療,同時艾滋病死亡病例也從2005年的190萬人降至2016年的約100萬人。
全球艾滋病病毒感染者中,有一半以上都在接受抗逆轉錄病毒藥物治療(圖片來源:Jon Cohen)
不過,東歐和中亞地區(qū)艾滋病新增感染病例卻從2010年12萬例升至2016年的19萬例,其中超過四成感染與注射毒品有關。其中俄羅斯在此期間感染病例新增加了75%,阿爾巴尼亞、亞美尼亞、哈薩克斯坦等國新增感染病例也出現(xiàn)快速增長。
據(jù)統(tǒng)計,過去6年中,盡管東歐和中亞地區(qū)獲得治療的病毒感染者人數(shù)翻了一番以上,仍只有28%的患者有機會接受抗逆轉錄病毒療法,艾滋病死亡病例在此期間增加了38%。
同天,世界衛(wèi)生組織發(fā)布最新艾滋病病毒耐藥性報告。報告顯示,在非洲、亞洲和拉丁美洲抽查的11個國家中,有6個國家在接受抗逆轉錄病毒藥物治療的患者身上發(fā)現(xiàn)了耐藥的艾滋病病毒毒株,人數(shù)占抽查總數(shù)的10%。
世衛(wèi)組織警告,如不盡早對病毒耐藥性問題采取有效行動,威脅將不斷升級并可能危害全球抗艾進展。
2030年前在全球范圍內終結艾滋病是聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標之一。聯(lián)合國艾滋病規(guī)劃署執(zhí)行主任西迪貝說,將做出更大努力,爭取實現(xiàn)2020年前幫助3000萬病毒感染者獲得所需藥物的目標。
美國斯坦福大學華人科學家張首晟等人2017年7月20日在美國《科學》雜志上報告說,他們首次發(fā)現(xiàn)了馬約拉納費米子存在的證據(jù)。這一重大發(fā)現(xiàn)解決了困擾量子物理學80年的難題,對量子計算也具有重要意義。
正負、陰陽、善惡……這個世界仿佛充滿正反對立。英國物理學家保羅?狄拉克1928年預言,每一個基本粒子都有對應的反粒子。幾年后,科學家在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了電子的反粒子正電子,驗證了這一預言。1937年,意大利物理學家埃托雷?馬約拉納預言,自然界中可能存在一類特殊的粒子,它們的反粒子就是自身,這種正反同體的粒子被稱為馬約拉納費米子。
不過,馬約拉納費米子存在的證據(jù)一直未被發(fā)現(xiàn),它和中微子、希格斯—玻色子等一起,成為理論早有預言但長期無法驗證的粒子。如今,張首晟團隊終于找到了它存在的證據(jù)。
張首晟把他們發(fā)現(xiàn)的馬約拉納費米子稱為“天使粒子”。根據(jù)愛因斯坦的質能轉換公式,當一個粒子遇上其反粒子就會發(fā)生湮滅,并釋放能量。美國驚悚片《天使與魔鬼》提到正反粒子湮滅爆炸的場景,將粒子與反粒子比喻天使與魔鬼。“而在我們發(fā)現(xiàn)的馬約拉納費米子的世界里,只有天使,沒有魔鬼?!睆埵钻烧f。
在尋找“天使粒子”的過程中,張首晟領導的理論團隊預言了通過怎樣的實驗平臺能夠找到馬約拉納費米子,哪些實驗信號能夠作為證據(jù);加利福尼亞大學洛杉磯分校的何慶林、王康隆以及歐文分校的夏晶領導的實驗團隊與理論團隊密切合作,在實驗中發(fā)現(xiàn)了被稱為手性馬約拉納費米子的一類最基本馬約拉納費米子。復旦大學和上??萍即髮W對實驗也有貢獻。
按照理論團隊預言,研究人員搭建了一個將普通超導體薄膜置于量子反常霍爾效應薄膜(即磁性拓撲絕緣體)之上的混合器件。施加低強度外磁場后,研究人員測量到了半整數(shù)量子平臺,這成為手性馬約拉納費米子存在的實驗證據(jù)。
張首晟解釋說,在以往的量子反?;魻栃獙嶒炛校S著調節(jié)外磁場,會出現(xiàn)整數(shù)量子平臺。這是通常的粒子行為。馬約拉納費米子沒有反粒子,相當于半個傳統(tǒng)粒子,因此當把普通超導體置于量子反常霍爾效應薄膜之上時,在通常的整數(shù)量子平臺之外,會新出現(xiàn)半整數(shù)量子平臺。
他說,發(fā)現(xiàn)馬約拉納費米子存在,對于建造穩(wěn)定的量子計算機具有重要意義。
量子計算機能夠進行高度并行的量子計算,效率遠超經(jīng)典計算機,但環(huán)境噪聲是研發(fā)量子計算機的一大障礙。一個量子比特(量子計算的基本單位)的信息很難穩(wěn)定存儲,微弱的環(huán)境噪聲就會破壞其量子特性。
由于馬約拉納費米子相當于半個傳統(tǒng)粒子,一個量子比特可以拆成兩個費米子,這就提供了一個絕妙的可能性:一個量子比特的信息能夠儲存在兩個相距遙遠的馬約拉納費米子上。這樣,傳統(tǒng)的噪聲極難同時以同樣的方式影響這兩個馬約拉納費米子,也就很難同時毀滅它們所存儲的量子信息。
據(jù)美國《麻省理工學院技術評論》透露,俄勒岡衛(wèi)生科學大學學者舒赫拉特·米塔利波夫的實驗室利用CRISPR基因編輯技術,修改了大量人類的單細胞胚胎的基因。這是美國科學家首次編輯了人類胚胎基因。
舒赫拉特?米塔利波夫(圖片來源:Leah Nash/NYT/Redux/eyevine)
《麻省理工學院技術評論》的報道寫道:“雖然沒有一個胚胎被允許發(fā)育超過幾天時間,也從來沒有任何意圖將它們植入子宮,但這些實驗可能是第一批通往‘基因修改人類’這一不可避免旅途上的一個里程碑?!?/p>
米塔利波夫實驗室華人科學家馬虹參與了這項研究。她2017年7月27日告訴新華社記者,相關論文即將發(fā)表,但在文章發(fā)表之前,她不能透露任何有關這項研究的信息。
此前全球范圍內已發(fā)表的有關編輯人類胚胎基因的3篇論文全部由中國科學家撰寫。由于編輯人類胚胎基因涉及倫理道德問題,美國政府目前禁止聯(lián)邦資金資助此類研究。
米塔利波夫因成功培育出克隆猴胚胎以及從事人類胚胎干細胞研究而知名。他和其他一些科學家認為,編輯人類胚胎基因將有助根除或修正導致遺傳性疾病的基因。
但批評者說,這可能會打開“設計嬰兒”的大門,從而允許父母選擇得到具有某種特征的嬰兒。
在這次的最新研究中,米塔利波夫團隊據(jù)稱利用患遺傳病男性所捐的精子,培育出數(shù)十個早期階段的人類胚胎,并在卵子受精時進行CRISPR編輯,以克服基因編輯遇到的問題,最終成功證明“安全有效地修正導致遺傳病的缺陷基因是有可能的”。
報道援引一名知情人士的話說,這項工作從原理上證明CRISPR編輯胚胎完全可行,它比之前的任何人都走得遠,但這不意味著人體臨床試驗的開始。
圍繞河北科技大學韓春雨團隊有關一種新基因編輯技術論文的爭議持續(xù)一年多之后,發(fā)表這篇論文的英國《自然?生物技術》雜志2017年8月2日在其網(wǎng)站上刊登韓春雨等人的聲明說,由于科研界一直無法根據(jù)他們論文提供的實驗方案重復出其展示的關鍵結果,“我們決定撤回這項研究”。
韓春雨團隊于2016年5月在全球著名學術刊物《自然?生物技術》上報告說,他們發(fā)明了一種新的基因編輯技術NgAgo-gDNA。根據(jù)論文,與當前基因編輯領域內的主流技術CRISPR-Cas9“基因剪刀”技術相比,NgAgo-gDNA技術在一些方面具有優(yōu)勢。但隨后中國及其他國家有學者公開表示,無法重復論文中描述的實驗,這項研究成果遭到多方質疑。
韓春雨團隊2日在撤稿聲明中說,雖然許多實驗室都進行了努力,但是沒有獨立重復出這些結果的報告?!耙虼?,我們現(xiàn)在撤回我們的最初報告,以維護科學記錄的完整性”。
這次撤稿的論文題目是《利用NgAgo進行DNA引導的基因組編輯》。韓春雨等人在聲明中說:“我們會繼續(xù)調查該研究缺乏可重復性的原因,以提供一個優(yōu)化的實驗方案。”
與此同時,《自然?生物技術》雜志在一篇題為《是該數(shù)據(jù)說話的時候了》的社論中說,“如今塵埃落定,這也是世界各地的許多實驗室為澄清NgAgo的功能而付出的大量時間、精力和資金的證明”,“我們現(xiàn)在確信韓春雨的撤稿決定是維護已發(fā)表科研記錄完整性的最好做法”。
社論還強調,韓春雨等人的研究被撤回“顯示了論文發(fā)表后的同行評議在全天候媒體時代的重要性”。
中國科學院2017年8月10日凌晨宣布,“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星用1年時間提前實現(xiàn)了既定2年完成的科學目標。中科院院長白春禮說,系列成果贏得巨大國際聲譽,標志著我國在量子通信領域的研究在國際上達到全面領先的優(yōu)勢地位。
從衛(wèi)星到地面的量子密鑰分發(fā),以及從地面到衛(wèi)星的量子隱形傳態(tài),是“墨子號”最新實現(xiàn)的科學目標。中國科學技術大學潘建偉、彭承志團隊聯(lián)合中科院上海技術物理研究所等單位完成上述重要成果,在線發(fā)表于國際權威學術期刊《自然》。
據(jù)了解,星地高速量子密鑰分發(fā)實驗采用衛(wèi)星發(fā)射量子信號、地面接收的方式,“墨子號”量子衛(wèi)星過境時,與河北興隆地面光學站建立光鏈路,通信距離為645 km至1200 km。衛(wèi)星上量子誘騙態(tài)光源平均每秒發(fā)送4000萬個信號光子,一次過軌對接實驗可生成300千比特(kbit)的安全密鑰,平均成碼率可達1.1千比特/秒(kbps)。
潘建偉介紹,這一成果為構建覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡奠定了可靠的技術基礎。以星地量子密鑰分發(fā)為基礎,將衛(wèi)星作為可信中繼,可以實現(xiàn)地球上任意兩點的密鑰共享,將量子密鑰分發(fā)范圍擴展到覆蓋全球。
《自然》審稿人表示,星地量子密鑰分發(fā)成果是“本領域的一個里程碑”。
地星量子隱形傳態(tài)實驗采用地面發(fā)射糾纏光子、天上接收的方式,“墨子號”量子衛(wèi)星過境時,與海拔5100 m的西藏阿里地面站建立光鏈路。地面光源每秒產(chǎn)生8000個量子隱形傳態(tài)事例,地面向衛(wèi)星發(fā)射糾纏光子,實驗通信距離為500 km至1400 km,所有6個待傳送態(tài)均以大于99.7 %的置信度超越經(jīng)典極限。
潘建偉介紹,假設在同樣長度的光纖中重復這一工作,需要3800億年才能觀測到1個事例。這一成果為未來開展空間尺度量子通信網(wǎng)絡研究,以及空間量子物理學和量子引力實驗檢驗等研究奠定了可靠的技術基礎。
《自然》審稿人表示,這些結果代表了遠距離量子通信持續(xù)探索中的重大突破。
美國、中國和丹麥研究人員2017年8月10日宣布,他們培育出世界上首批對器官移植而言無“毒”的活豬,成功解決豬器官用于人體移植最重要的安全性問題,為全世界需要器官移植的上百萬病人帶來希望。
以美國eGenesis公司為首的研究團隊當天在美國《科學》雜志上發(fā)表了論文,參與研究的還包括哈佛大學醫(yī)學院、中國云南農(nóng)業(yè)大學和丹麥奧胡斯大學等機構。
“我們的工作從根本上解決了異種器官移植中異種病毒傳播的風險問題,” eGenesis聯(lián)合創(chuàng)始人和首席科學執(zhí)行官楊璐菡說,“這批豬是奠基性的一批豬種,將來異種移植有望被安全地應用到臨床上?!?/p>
據(jù)不完全統(tǒng)計,全世界大概有200萬人需要器官移植,但是器官捐獻的數(shù)量遠低于需求。豬器官因為大小和功能與人類器官類似,被認為可能適合移植。
20世紀90年代,科學家曾嘗試異種器官移植,但試驗發(fā)現(xiàn),豬器官在人體內不僅存在免疫排斥問題,還可能存在“毒”性,因為豬基因組里含有內源性逆轉錄病毒。最終世界衛(wèi)生組織和美國政府都明令,在找到解決辦法之前,停止一切異種器官移植的臨床試驗,異種器官移植行業(yè)多年發(fā)展停滯。
2015年,時為哈佛大學博士后的楊璐菡等人借助基因編輯工具CRISPR成功敲除豬基因組中所有可能有害的病毒基因,首次在體外突破這個重大難關。
世界首批內源性逆轉錄病毒被滅活的豬(圖片來源:eGenesis)
在最新研究中,楊璐菡等人結合使用CRISPR工具和小分子藥物,成功修改了豬原代纖維細胞基因組中25個基因位點。然后,像培育世界第一只體細胞克隆動物“多利”羊那樣,研究人員通過細胞核移植操作,利用修改好的豬纖維細胞制造出豬胚胎,并植入母豬體內,最終誕生出世界首批內源性逆轉錄病毒被滅活的豬。
“至少在它們4個月大的階段,我們沒有觀測到修改的小豬和正常小豬有生理上的區(qū)別,”楊璐菡說,“我們將在這批豬種的基礎上繼續(xù)改造基因組以解決免疫排斥問題,爭取早日實現(xiàn)異種器官移植臨床應用,拯救千千萬萬等待器官移植的病人?!?/p>
英國肯特大學教授達倫?格里芬評價說,這項工作是異種器官移植朝著成為現(xiàn)實邁出的“重大一步”。但他也提醒說,這方面還有包括倫理問題的許多變數(shù)需要解決。
英國劍橋大學的伊恩?麥康奈爾教授也評價說,這是“充滿希望的第一步”,但異種器官移植的發(fā)展仍需拭目以待,因為即便解決了異種病毒傳播的問題,還得克服豬器官在人體中的免疫排斥和生理不兼容等重重障礙。
科學家2017年8月15日宣布,他們在南極洲鉆取的一個冰芯攜帶了距今270萬年前的冰,這一驚人的發(fā)現(xiàn)比之前的紀錄保持者要早170萬年。冰芯中的氣泡包含有來自地球大氣層的溫室氣體,而此時地球冰川的消退周期才剛剛開始,這可能為研究冰川時代的起源提供線索。
科學家忍受著刺骨的寒風,從南極艾倫山的一個藍冰區(qū)取回了遠古的冰(圖片來源:Yuzhen Yan)
并未參與該項研究的美國加利福尼亞大學伯克利分校地球化學家David Shuster認為,這一信息本身就使得這些樣本具有“難以置信”的價值。他說:“這是我們唯一能夠接觸到的古代地球大氣層的樣本?!?/p>
Yuzhen Yan是普林斯頓大學的一名研究生,他在法國巴黎召開的戈德施密特會議上指出,冰芯揭示了當時大氣中的二氧化碳含量并沒有超過300 ppm(1 ppm=10-6),遠低于今天大氣中的二氧化碳水平。
一些古代氣候模型曾預測,要將地球引入一系列冰河時代需要這樣相對較低的二氧化碳水平。但是從生活在淺海的動物化石中收集到的一些證據(jù)表明,當時的二氧化碳水平更高。大學城得克薩斯農(nóng)工大學古氣候學家Yige Zhang表示,如果新的研究結果站得住腳,那么之前的證據(jù)將需要重新測校?!拔覀冞€有一些工作要做?!?/p>
這一發(fā)現(xiàn)也為尋找更古老的冰指明了道路,因為它來自于一個基本被忽視的“藍色冰”區(qū)域,在那里,特殊的動力可以保護古老的冰層。
研究團隊成員、科瓦利斯市俄勒岡州立大學地球化學家Ed Brook說,盡管藍色冰區(qū)只是提供了對過去的一些零星認識,但它們可能會成為遠古冰的主要狩獵場?!斑@種老舊的冰真的值得人們關注。”他說,“我們只是作了膚淺的研究?!?/p>
來自格陵蘭島和南極洲的冰芯是現(xiàn)代氣候科學的主要支柱。傳統(tǒng)上,科學家在冰層年復一年堆積的地方進行鉆探,這里不會受到冰川流動的干擾。
在南極洲中心的深處,這些冰芯記錄揭示了溫室氣體是如何在數(shù)十萬年的時間里不斷上升和減弱的。但是,由于來自地下基巖的熱量可以融化最深、最古老的冰,這種方法從沒有產(chǎn)生任何比80萬年更古老的冰。
由普林斯頓科學家?guī)ьI的研究小組嘗試在離地表更近的位置尋找古冰。艾倫山位于南極洲東部一處被風掃過的地區(qū),距離麥克默多站200 km,這里因保有古代隕石而聞名。在這樣的藍冰區(qū)域——僅占陸地表面的1%,冰層就在巖石的山脊上流動。深處的、古老的冰層被向上推,而風把雪和較年輕的冰層吹走,露出下面被壓縮的藍色的冰。
2010年,該研究團隊在艾倫山鉆了他們的第一個洞。2015年,研究團隊又回到這里重新開始嘗試。環(huán)境很惡劣,狂風刮著他們的帳篷?!昂涫且换厥隆?,普林斯頓大學地球化學家John Higgins說,“但風是另一只野獸?!弊罱K,科學家找到了迄今最古老的樣本。
John Goodge是位于德盧斯的明尼蘇達大學的地質學家,他說,任何傳統(tǒng)的努力都不太可能與艾倫山的樣本相比。Goodge表示:“從這個意義上說,艾倫山的冰芯可能會在一段時間內獨自存在?!?/p>
如今,研究人員打算回到藍冰區(qū)鉆取更多冰芯。有證據(jù)表明,南極洲至少在3000萬年前就已經(jīng)有了冰。Brook說,這似乎是合理的,下一個嘗試可能會在500萬年前的冰中出現(xiàn),那時的溫度被認為與驅動人類進化的條件相似。冰河期是在地質歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)過氣候寒冷的大規(guī)模冰川活動的時期。這種冰期曾經(jīng)有過3次,即前寒武晚期、石炭—二疊紀和第四紀。
瘙癢的感覺是怎么引起抓撓行為的?中國科學家2017年8月17日宣布,他們首次揭示了癢覺從脊髓傳遞到大腦的一條重要環(huán)路,為探索慢性瘙癢的治療方案提供了重要基礎。
最新研究由中國科學院神經(jīng)科學研究所孫衍剛研究組完成,并得到中國空軍軍醫(yī)大學(第四軍醫(yī)大學)李輝教授的大力協(xié)助,論文題為《癢覺的中樞環(huán)路》,于當天在線發(fā)表在美國《科學》雜志上。
此前研究發(fā)現(xiàn),脊髓有一類細胞產(chǎn)生專門傳遞癢覺信息的受體——胃泌素釋放肽受體。孫衍剛研究組發(fā)現(xiàn),這類細胞并不直接將癢覺信息傳遞到大腦,而是通過脊髓內的另外一群“中繼”細胞將癢覺信息傳遞到大腦中一個叫臂旁核的區(qū)域。
小鼠實驗證實,利用光遺傳學技術抑制脊髓到臂旁核環(huán)路的活性,可以減少癢覺誘發(fā)的抓撓行為。
進一步研究發(fā)現(xiàn),臂旁核細胞的活性在癢覺誘發(fā)抓撓行為的過程中顯著升高。
研究人員指出,這些發(fā)現(xiàn)證明臂旁核是癢覺信息處理環(huán)路中的關鍵節(jié)點,對癢覺誘發(fā)抓撓行為是必要的。
“我們的研究首次闡明了一條癢覺信息傳遞的長程路徑,”孫衍剛表示,“該研究對于進一步解析癢覺信息處理的機制以及尋找治療慢性瘙癢的中樞靶點至關重要?!?/p>
孫衍剛指出,他們發(fā)現(xiàn)的癢覺信息傳遞路徑通常被認為與負面情緒有關,所以這項研究提示,慢性瘙癢造成的難以克制的抓撓行為,主要由癢覺所引起的負面情緒所誘發(fā),“因此,慢性瘙癢的治療應該主要針對其情緒成分”。
孫衍剛介紹,癢覺機制研究已成為目前醫(yī)學與神經(jīng)科學領域的熱點之一,但癢覺信息如何從脊髓傳遞到大腦并不清楚,致使針對慢性瘙癢治療的藥物開發(fā)嚴重滯后。
皮膚病、肝病等患者經(jīng)常出現(xiàn)慢性瘙癢癥狀,并且與其相伴的長期抓撓行為常導致嚴重的皮膚和組織損傷,給病人帶來極大痛苦。慢性瘙癢還經(jīng)常引起睡眠障礙等,嚴重影響患者的生活質量。
《科學》雜志審稿意見認為,孫衍剛研究組的工作“利用最先進的研究方法強有力地說明了臂旁核在癢覺傳遞環(huán)路中的作用”,是“癢覺信息處理研究領域的一項重要發(fā)現(xiàn)”。
華盛頓大學醫(yī)學院(圣路易斯)癢覺研究中心主任陳宙峰教授告訴記者,孫衍剛2007年做他的博士后時,曾在英國《自然》雜志發(fā)表首次發(fā)現(xiàn)癢基因的文章。最新工作為進一步了解癢覺信息在大腦的傳遞打下了基礎,“不論在癢覺這個小領域,還是在痛覺這個大領域,都應該算是領先的研究”,并引出幾個有意思也很重要的問題。
陳宙峰說:“這項研究也是一個標志:來自中國本土的癢覺研究異軍突起,可以和世界上其他做得好的實驗室競爭并勝出?!?/p>
2017年8月21日中午時分,天上的星星出來了,動物園里的動物在圈子里激動地奔跑,蟋蟀鳴叫著,鳥兒安靜下來,一場黑暗降臨在大地上。這是自第一次世界大戰(zhàn)以來,在美國發(fā)生的第一次全面的、從海岸到海岸的日食。
數(shù)以百萬計的美國人凝視著這一宇宙奇觀,沿著所謂的“全食帶”,從俄勒岡州到南卡羅來納州,人們在2600英里(4200 km)長的范圍內尋找著最佳的觀測位置。
北美發(fā)生百年一遇日全食(圖片來源:YAHOO)
“這是一種非常原始的經(jīng)歷?!倍砝諏莶ㄌ靥m市的Julie Vigeland說,在看到太陽變成一個銀色的光環(huán)后,她激動得流下了眼淚。
月亮的陰影花了90 min才穿越了這個國家。沿著這條路,月影在任何一個地方都有大約兩分鐘的時間,引起了聚集在體育場、公園和后院的人們的歡呼。
據(jù)說,這是歷史上被觀測到最多、被拍攝最多的日食,由衛(wèi)星和高空氣球記錄,而人們則通過望遠鏡、照相機和卡片保護眼鏡在地球上觀看。
當月亮運行到地球和太陽中間,三者形成一條直線,太陽完全被月亮遮擋,就會發(fā)生日全食。全球平均每18個月能夠見到一次日全食,但大多出現(xiàn)在人煙稀少的地區(qū)。此次日全食被形容為百年一遇,是因為上次橫跨整個美國大陸的日全食還要追溯至1918年。
當天,美國西海岸的俄勒岡州先迎來日全食,美國東部時間13時16分(北京時間22日1時16分),太陽被月亮完全“吞沒”,持續(xù)約2 min,天空明顯變暗。在接下來的約90 min里,日全食依次掠過愛達荷等十多個州,最終在東海岸的南卡羅來納州離開美國大陸。從地圖看,一條約110 km寬的日全食帶把美國大陸斜分為兩半。
如此難得的科研機會,美國航天局自然不會錯過。他們這次共資助了11個項目,借機研究太陽及其對地球上層大氣的影響。
其中一個項目是,兩架WB-57F高空觀測飛機從休斯敦起飛,飛到約15 km的高空,以每秒30次的速度拍照。美國航天局說,乘飛機高空觀測日全食時間更長,且大氣干擾少,成像質量高,有望拍到迄今最清晰的日冕圖片。
日冕是太陽大氣的最外層。由于太陽亮度很高,日冕通常很難觀測。但日食發(fā)生時,月球遮住了太陽,日冕就“露”了出來。美國航天局說,日冕區(qū)域溫度達到上百萬攝氏度,而光球層等太陽下層大氣的溫度卻只有數(shù)千攝氏度,科學家希望最新研究能幫助解釋日冕高溫的秘密。
這兩架飛機還要趁著日食天色較暗期間以紅外波段觀測水星,首次嘗試對水星表面各處溫度變化進行成像。此外,它們還將幫助科學家在太陽和水星軌道之間尋找小行星,曾有理論認為太陽系形成初期的剩余產(chǎn)物會在這個區(qū)域形成小行星,如能找到的話可能改變科學家對行星形成的認識。
美國航天局還發(fā)起了日食氣球項目。包括高中生和大學生在內的55個團隊沿著日食帶在全美50個地點放飛高空氣球,氣球飛到約30 km的高空,拍攝日食圖像與視頻,并傳回地面供在線實時觀看。
除美國航天局外,美國國家海洋和大氣管理局研究人員也不愿錯過這次絕佳的科研機會,動用衛(wèi)星觀測日全食期間月影在地球上的移動。
在地面上空約400 km處的國際空間站,宇航員們雖然沒有機會觀看日全食,但卻有3次機會看到日偏食。美國宇航員費希爾在社交媒體推特上寫道,空間站上所有人和照相機都為觀看日食做好了準備。
在南卡羅來納州的查爾斯頓市——這里是日全食在美國的最后一站,20歲的Allie Stern說:“這太棒了。它看起來就像香蕉皮,一個發(fā)光的香蕉皮,這很難描述和想象,但它非常酷。”
美國上一次日全食發(fā)生在1979年,但只有西北地區(qū)的5個州經(jīng)歷了完全的黑暗。美國下一次日全食將發(fā)生在2024年,而下一個從海岸到海岸的日全食將在2045年出現(xiàn)。
藝術家筆下的“卡西尼”大結局 (圖片來源:NASA/JPL-Caltech)
美國加利福尼亞時間2017年9月15日凌晨4時55分,數(shù)百名科學家見證了他們畢生的工作結晶在火焰中涅槃。此刻,美國宇航局(NASA)的“卡西尼”土星探測飛船在土星的大氣層中解體,這樣做是為了防止探測器污染土星的衛(wèi)星,包括土衛(wèi)六和土衛(wèi)二,這些衛(wèi)星上可能存在生命跡象。
“卡西尼”號的最后幾張照片是在“臨終”前幾個小時內傳回來的,其中包括一組令人回味的土衛(wèi)二照片,以及最后的近距離觀測土星環(huán)的照片。這架探測器在飛離地球20年后已永遠和故鄉(xiāng)失去聯(lián)系。NASA下屬噴氣推進實驗室當天確認,“卡西尼”已沖入土星大氣墜毀,完成其長達13年的土星探測使命。
由于燃料即將耗盡,NASA決定結束“卡西尼”的探測任務。為避免對土衛(wèi)二等土星衛(wèi)星可能的影響,項目團隊讓它以沖向土星大氣的方式結束“生命”。
2017年9月11日,“卡西尼”最后一次從土衛(wèi)六上空掠過,并借助其引力飛往土星大氣層。13日,地面控制室發(fā)出指令,飛船開始向土星大氣俯沖。14日,“卡西尼”開始向地球傳輸其存儲的所有數(shù)據(jù),包括最后收集的土星系圖像和數(shù)據(jù)。
15日,“卡西尼”從土星云端上方約1915 km處,以每小時約11.3萬km的速度沖入土星大氣。在沖向土星大氣的過程中,飛船上12個科學儀器中的8個保持工作直至最后一刻。其搭載的離子與中性粒子質譜儀更是直接在土星大氣中取樣,嘗試揭開土星形成和進化之謎。這是前所未有的創(chuàng)舉。
事實上,由于數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t,“卡西尼”已于美國東部時間15日6時31分(北京時間15日18時31分)左右就與地球停止了聯(lián)系。在80多分鐘后,噴氣推進實驗室才通過位于澳大利亞首都堪培拉的“深空網(wǎng)絡”跟蹤站接收到其墜毀前發(fā)回地球的最后信號。
“這是這一任務的壯麗終章,同時也是一個新的開始?!盢ASA副局長托馬斯?楚比興當天在一份聲明中說??ㄎ髂犴椖靠茖W家琳達?施皮爾克說:“‘卡西尼’或許會消失,但它的饋贈將讓我們受益多年。它窮盡一生發(fā)回的大量數(shù)據(jù),我們僅知皮毛?!?/p>
“卡西尼”1997年10月15日發(fā)射升空,沿途造訪過金星、地球、月球、小行星和木星,并于2004年抵達環(huán)土星軌道。近20年間,“卡西尼”探測任務大幅刷新了人類對土星的認識,包括它的復雜光環(huán)、類型多樣的衛(wèi)星體以及磁場環(huán)境等。它曾獲得一系列重大發(fā)現(xiàn),如土衛(wèi)二存在全球性海洋,土衛(wèi)六上存在液態(tài)甲烷海洋,在土衛(wèi)二噴出的羽流中探測到氫等。
與土星相伴的13年間,“卡西尼”曾發(fā)回大量數(shù)據(jù)資料,僅圖像就差不多40萬張??茖W家依據(jù)這些信息,已發(fā)表了約4000篇科學論文。NASA還依據(jù)這些信息設計了前往木衛(wèi)二的探測計劃,以及未來十年間的其他太空探測項目。
就在確認“卡西尼”已終結20年太空之旅的那個瞬間,噴氣推進實驗室里的探測項目主管流下眼淚,就要解散的項目團隊相擁告別,就連互聯(lián)網(wǎng)上的人們也在傷感惋惜。人們都在說:永別了,“卡西尼”。
然而,盡管“卡西尼”已經(jīng)結束了自己的使命,但科學家表示未來仍有可能帶來重大發(fā)現(xiàn),例如,來自探測器的數(shù)據(jù)將有助于確定土星環(huán)的實際年齡及其磁場的持久性。
(2017年9月21日收稿)■
Scientists need selfdiscipline in publications
GUAN Yi
10.3969/j.issn.0253-9608.2017.05.010
(編輯:沈美芳)