《科学》杂志评过去10年十大科学突破

《科学》杂志评过去10年十大科学突破

著名学术期刊美国《科学》杂志公布了过去10年的十大科学成就，他们改变了进入新千年以来的科学面貌。

过去10年十大科学突破具体如下：

㈠ 精确宇宙学

过去10年时间里，研究人员进一步精确宇宙的构成。根据他们的研究，普通物质在宇宙中的比重占4%，暗物质占23%，暗能量占73%。此外，他们还发现了这些物质和能量结合在一起的方式。这些研究突破将宇宙学变成一门立基于一项标准理论的精确科学。这项理论只为其他想法留下很少的空间。

宇宙学： 天文学（一级学科）；星系和宇宙（二级学科）

宇宙学研究的对象是整个可观测时空范围的大尺度特征。

演化发展：

在中国古代，关于宇宙的结构主要有三派学说，即盖天说、浑天说和宣夜说。盖天说认为大地是干坦的，天像一把伞覆盖着大地；浑天说认为天地具有蛋状结构，地在中心，天在周围；宣夜说则认为天是无限而空虚的，星辰就悬浮在空虚之中。在古代希腊和罗马，从公元前6世纪到公元1世纪，关于宇宙的构造和本原有过许多学说。如毕达哥拉斯学派的中心火焰说(设想宇宙中心有一团大火焰)；赫拉克利特的日心说；柏拉图的正多面体宇宙结构模型等等。

进入中世纪后，宇宙学被纳入经院哲学体系，地心说占据正统的地位。16世纪哥白尼倡导日心说。到17世纪，牛顿开辟了以力学方法研究宇宙学的途径，建立了经典宇宙学。20世纪以来，在大量的天文观测资料和现代物理学的基础上，产生了现代宇宙学。

从历史上看，随着时代的发展，作为宇宙学研究对象的天体系统，在深度和广度上不断扩展。古代自然哲学家所讨论的天文学的宇宙，不外乎大地和天空。哥白尼在《天体运行论》一书中说“太阳是宇宙的中心”，意味着宇宙实质上就是太阳系。

图为哈勃太空望远镜拍摄的照片。借助于“哈勃”，天文学家在寻找暗物质道路上不断取得突破。

18世纪天文学家引进“星系”一词，当时这个词在一定意义上说只不过是宇宙的同义语。20世纪以来，天文观测的尺度大大扩展，达到上百亿年和上百亿光年的时空区域。现代宇宙学所研究的课题，就是现今观测直接或间接所及的整个天区的大尺度特征，即大尺度时空的性质、物质运动的形态和规律。

㈡ 超材料

通过合成具有非传统光学特性的材料，物理学家找到了引导和操纵光线的新方式，可以用于研制挑战解析度极限的镜头。他们甚至已开始研制哈利·波特风格的隐形斗篷，让物体“化为无形”。

超材料

是21世纪物理学领域出现的一个新的学术词汇，目前尚未有一个严格的、权威的定义。但一般文献中都认为其是“具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料”。

迄今发展出的“超材料”包括：“左手材料”、光子晶体、“超磁性材料”等。但是“超材料”这一新的观念尚未被学术界，特别是材料学界完全接受。不过，作为一种材料设计理念，已开始为越来越多的学者所关注。

要获得理想的“超材料”，“材料”的选择是至关重要的。对于光子晶体材料，人们在实验上长期追求的目标是实现光频段的完全光子带隙。科学家选择了银作为介电背景，银在可见光范围的折射率在0.2-0.4左右，且有很好的透光性。利用化学过程将银引入到聚乙烯微球晶体，结果获得了具有接近完全带隙的光子晶体。利用材料科学的原理，把各种功能材料引入“超材料”系统，有可能获得具有新功能的超材料或器件。

右图为超材料斗篷，可以弯曲微波。超材料领域取得的这一突破能够为将来研制哈利·波特风格的隐形斗篷铺平道路。

㈢ 暗基因组

科学家发现基因在基因组中的比重只有1.5%。研究证明，包括小的编码和非编码RNA(核糖核酸)在内的余下部分与基因同样重要。

基因组，一般的定义是单倍体细胞中的全套染色体为一个基因组，或是单倍体细胞中的全部基因为一个基因组。可是基因组测序的结果发现基因编码序列只占整个基因组序列的很小一部分。因此，基因组应该指单倍体细胞中包括编码序列和非编码序列在内的全部DNA分子。说的更确切些，核基因组是单倍体细胞核内的全部 DNA分子；线粒体基因组则是一个线粒体所包含的全部DNA分子；叶绿体基因组则是一个叶绿体所包含的全部DNA分子。

㈣ 系外行星

截至2000年，研究人员只在我们的太阳系外发现26颗行星。截至2010年，这一数字已攀升至502颗。据天文学家预计，随着观测技术的越发先进，他们能够发现更多类地行星。大型系外行星的体积和运行轨道让科学家对

行星系统形成和演变的认识发生革命性变化。

早在19世纪便有天文学家声称发现系外行星。1855年，在东印度公司马德拉斯天文台工作的雅各发现蛇夫座70双星系统轨道异常，怀疑当中有类似行星的物体；1890年代，芝加哥大学及美国海军天文台的汤玛斯·杰佛逊·杰克逊·希声称轨道异常证明该系统当中有一个公转周期为36年的黑暗物体，但福雷斯特·雷·莫尔顿随即指出这样的系统极不稳定。在1950至1960年代，斯沃斯莫尔学院的彼德·范德声称发现了绕著巴纳德星公转的行星。后来的天文学家普遍认为这些早期观测都是错误的。

加拿大天文学家布鲁斯·坎贝尔等人在1988年的结果是首次获得随后观测确认的发现，他们利用视向速度法发现围绕仙王座γ（少卫增八）的行星；然而因为当年技术条件所限，包括发现者本身的天文学界都对结果有所保留。也有人怀疑这些其实是质量介乎于行星和恒星之间的棕矮星。

随后不少观测支持仙王座γ拥有行星，但亦有研究显示相反的证据。最终到了2003年运用改进了的观测技术方能证实。

1991年，安德鲁·林恩等人声称运用脉冲星计时法发现了一个围绕PSR 1829-10的脉冲星行星。虽然结果受到注目，但林恩及其研究队伍很快便撤回结果。

1993年，波兰天文学家阿莱克桑德·沃尔兹森及戴尔·弗雷宣布发现一个围绕PSR 1257+12的脉冲星行星。这项发现迅速被确认，普遍认为这是首次对系外行星的确认。这些系外行星相信是由超新星的残余物所构成，或是巨型气体行星的固体核心被超新星抛出所形成。

辛娜仍没动静，王树林穿着一条裤衩出了浴房。你干吗呢？还不快点。人就跟着话音进了卧室。辛娜坐在床沿背对着他，肩头耸动。辛娜在刷屏。这两年辛娜的热情都交给了手机，交给了手机里的聊天和微信，或许还有某个人。每个人都有自己的生活空间，别人无权干涉。这句话总被辛娜挂在嘴边，貌似成立，但采购助理王树林觉得网络上的虚拟空间无时不刻不在侵占现实生活，挤压了现世男女平静平凡的生活空间。网络借助手机阻隔了原本简单直接的交流通道，变得复杂虚幻甚至是言不由衷起来。餐厅里，就餐的三人五人甚至一桌人不是早就放弃喁喁交谈窃窃私语莫不采用相同的雕塑般的姿态垂首顾屏吗？

1995年10月6日，日内瓦大学的米歇尔·麦耶及戴狄尔·魁若兹宣布首次发现一颗普通主序星（飞马座51）的行星，这发现开展了当代的系外行星发现。先进的科技，特别是高解像度的光谱学，大大加速了新系外行星的发现。这些新发展让天文学家可以凭行星对母星的重力影响间接侦测到系外行星的存在，亦有行星因为经过母星前面导致母星光度减弱而被发现。

㈤ 古生物分子

古代DNA和胶原质等生物分子能够存在数万年，为了解已灭绝很久的动植物和人类种群提供了重要信息，这一发现无疑是古生物学研究领域的巨大突破。通过对这些微型“时间机器”进行分析，研究人员能够揭示出解剖学方面的适应性，例如恐龙羽毛的颜色或者多毛猛犸如何抵御严寒，所有这些信息都是骨骼样本分析无法提供的。

古生物生存在地球历史的地质年代中、而现已大部分绝灭的生物。包括古植物(芦木、鳞木等)、古无脊椎古生物(三叶虫)动物(货币虫、三叶虫、菊石等)、古脊椎动物(恐龙、始祖鸟、猛犸等)。古生物死后，除极少数(如冻土中的猛犸，琥珀中的昆虫)由于特殊条件，仍保存原有的组织结构外，绝大多数经过钙化、碳化、硅化，或其他矿化的填充和交替石化作用，形成仅具原来硬体部分的形状、结构、印模等的化石。

㈥ 火星有水

过去10年进行的12项火星探测任务中，有6项发现了能够证据这颗红色星球表面或内部一度存在足够水的证据，这些水足以改变岩层和支持生命存在。在地球上开始出现生命前后，火星上可能仍有水存在。现在的火星仍有足够湿气，鼓励科学家搜寻能够呼吸的活细菌。

火星是太阳系由内往外数的第四颗行星，属于类地行星，直径为地球的一半，自转轴倾角、自转周期相近，公转一周则花两倍时间。在西方称为战神玛尔斯，中国则称为“荧惑”。橘红色外表是因为地表的赤铁矿（氧化铁）。火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、砾石遍布，没有稳定的液态水体。二氧化碳为主的大气既稀薄又寒冷，沙尘悬浮其中，每年常有尘暴发生。火星两极皆有水冰与干冰组成的极冠，会随着季节消长。

火星是距太阳第4近，也是太阳系中第7 大行星。

公转轨道：离太阳227940000 千米 (1.52 天文单位) 。

太阳系八大行星之一，按离太阳由近而远的次序计为第四颗，比地球小，公转周期约687天，自转周期约24小时37分。

公转周期：686.98天

自转周期：24小时37分22秒

行星直径：6794千米

赤道逃逸速度：5.02 km/sec

火星大气密度是有地球的1%，非常干燥，温度低，表面平均温度零下63℃，水和二氧化碳易冻结，高级生命无法生存。

火星表面积只有地球的四分之一，确切一点火星的表面积是地球的28%（地球的表面积大约是五亿一千零一十万九百三十四平方公里），火星的直径为6786千米，每24.62小时自转一周。

火星耶泽洛陨坑三角洲地带的色彩增强照片，由美国宇航局的火星侦察轨道器于2008年拍摄。

火星的轨道是椭圆形。因此，在接受太阳照射的地方，近日点和远日点之间的温差将近160摄氏度。这对火星的气候产生巨大的影响。火星上的平均温度大约为218K（开尔文，温度单位，即从绝对零度-273.16℃开始的摄氏度）（-55℃，-67℉），但却具有从冬天的140K（-133℃，-207℉）到夏日白天的将近300K（27℃，80℉）的跨度。尽管火星比地球小得多，但它的表面积却相当于地球表面的陆地面积。

火星的表面有很多年代已久的环形山。但是也有不少形成不久的山谷、山脊、小山及平原。环形山的成因有很多：如陨石撞击坑，火山口。

火星的内部情况只是依靠它的表面情况资料和有关的大量数据来推断的。一般认为它的核心是半径为1700千米的高密度物质组成；外包一层熔岩，它比地球的地幔更稠些；最外层是一层薄薄的外壳。相对于其他固态行星而言，火星的密度较低，这表明，火星核中的铁（镁和硫化铁）可能含带较多的硫。

如同水星和月球，火星也缺乏活跃的板块运动；没有迹象表明火星发生过能造成像地球般如此多褶皱山系的地壳平移活动。由于没有横向的移动，在地壳下的巨热地带相对于地面处于静止状态。再加之地面的轻微应力，造成了Tharis凸起和巨大的火山。但是，人们却未发现火山最近有过活动的迹象。虽然，火星可能曾发生过很多火山运动，可它看来从未有过任何板块运动。

在火星的早期，它与地球十分相似。像地球一样，火星上几乎所有的二氧化碳都被转化为含碳的岩石。但由于缺少地球的板块运动，火星无法使二氧化碳再次循环到它的大气中，从而无法产生意义重大的温室效应。因此，即使把它拉到与地球距太阳同等距离的位置，火星表面的温度仍比地球上的冷得多。

火星表面的平均大气压强仅为大约7毫巴（比地球上的1%还小），但它随着高度的变化而变化。

㈦ 细胞再编程

在过去10年时间里，一直被视为一条“单行道”的发育过程最终实现“转向”。研究人员已能够对完全发育成熟的细胞进行“再编程”，使其变成所谓的诱导性多功能干细胞。这种细胞具备发育成所有类型细胞的潜力。目前，这项技术已用于培育患有罕见疾病的患者的细胞系，科学家希望能够最终培育出基因上匹配的替代细胞、组织和器官。

在胚胎发育过程中，大量具有全能性的胚胎干细胞分化成人体的各种组织和器官，如肝脏、肾脏、心脏、大脑以及其他脏器。

从胚胎中提取的干细胞可塑性最强，被称为“万能细胞”，在医学上，尤其在人体器官移植方面潜在价值很大。然而作为胚胎干细胞“原材料”之一的卵子来源始终是困扰科学研究者的一大问题。一般用于研究的人类卵子主要为体外受精的女性所剩余的，要想使用必须经过捐献者的同意，这造成卵子数量严重不足。而在现阶段，培育一个胚胎干细胞需要几百个卵子，相当困难。对细胞重编程“定制”细胞系解决了这个问题。通过这项工作，能让已有的细胞分化程序进行逆向操作，即让分化的体细胞重新变为全能干细胞，重新进行分化，产生所需要的组织和器官。

㈧ 微生物群

在看待以人体为“家”的微生物和病毒的角度发生的重大改变促使研究人员提出微生物群的概念，或者说宏基因组，生活在人类以及其他生物表面或者体内。人体内90%的细胞是微生物，科学家已开始了解重要的微生物基因如何影响我们能够从食物中吸收多少能量，以及我们的免疫系统如何对感染做出响应。

㈨ 炎症

不是很久以前，发炎还被视为我们康复机制的一个“伙伴”，可暂时帮助免疫细胞修复外伤或者感染导致的组织损伤。现在，研究人员认为发炎也是慢性病后面的驱动力。包括癌症、阿尔茨海默氏病、动脉硬化、糖尿病和肥胖症等慢性病几乎可能让人类走向毁灭。

炎症，就是平时人们所说的“发炎”，是机体对于刺激的一种防御反应，表现为红、肿、热、痛和功能障碍。炎症，可以是感染引起的感染性炎症，也可以不是由于感染引起的非感染性炎症。通常情况下，炎症是有益的，是人体的自动的防御反应，但是有的时候，炎症也是有害的，例如对人体自身组织的攻击、发生在透明组织的炎症等等。

在炎症过程中，一方面损伤因子直接或间接造成组织和细胞的破坏，另一方面通过炎症充血和渗出反应，以稀释、杀伤和包围损伤因子。同时通过实质和间质细胞的再生使受损的组织得以修复和愈合。因此可以说炎症是损伤和抗损伤的统一过程。

㈩ 气候变化

《科学》杂志表示，研究人员发现他们有关气候变化的温度变化方面的很多预测在这个10年是正确的。

气候变化是指气候平均状态随时间的变化，即气候平均状态和离差（距平）两者中的一个或两个一起出现了统计意义上的显著变化。离差值越大，表明气候变化的幅度越大，气候状态越不稳定。

气候变化的原因可能是自然的内部进程，或是外部强迫，或者是人为地持续对大气组成成分和土地利用的改变。既有自然因素,也有人为因素。在人为因素中,主要是由于工业革命以来人类活动特别是发达国家工业化过程的经济活动引起的。化石燃料燃烧和毁林、土地利用变化等人类活动所排放温室气体导致大气温室气体浓度大幅增加,温室效应增强,从而引起全球气候变暖。气候变化会带来哪些影响?气候变化导致灾害性气候事件频发,冰川和积雪融化加速,水资源分布失衡,生物多样性受到威胁。气候变化还引起海平面上升,沿海地区遭受洪涝、风暴等自然灾害影响更为严重,小岛屿国家和沿海低洼地带甚至面临被淹没的威胁。气候变化对农、林、牧、渔等经济社会活动都会产生不利影响,加剧疾病传播,威胁社会经济发展和人民群众身体健康。据政府间气候变化专门委员会报告,如果温度升高超过2.5℃,全球所有区域都可能遭受不利影响,发展中国家所受损失尤为严重;如果升温4℃,则可能对全球生态系统带来不可逆的损害,造成全球经济重大损失。据2006年我国发布的《气候变化国家评估报告》,气候变化对我国的影响主要集中在农业、水资源、自然生态系统和海岸带等方面,可能导致农业生产不稳定性增加、南方地区洪涝灾害加重、北方地区水资源供需矛盾加剧、森林和草原等生态系统退化、生物灾害频发、生物多样性锐减、台风和风暴潮频发、沿海地带灾害加剧、有关重大工程建设和运营安全受到影响。

目前的气候变化，全球科学家的共识是：有90%以上的可能是人类自己的责任，人类今日所作的决定和选择，会影响气候变化的走向。今日，地球比过去两千年都要热。如果情况持续恶化，于本世纪末，地球气温将攀升至二百万年来的高位。