中国“芯”不是梦

关毅 (本刊特约记者)

中国“芯”不是梦

关毅 (本刊特约记者)

新一期全球超级计算机500强榜单2016年6月20日公布，使用中国自主芯片制造的“神威太湖之光”登上榜首，这是中国“芯”走上自主之路的里程碑式事件，意味着中国掌握了超算制造的主要核心技术。中国超级计算机拥有中国“芯”终于不再是梦想，而是成为了再真实不过的现实。超级计算机是国家科研的一个基础工具，为解决经济、科技等领域一系列重大挑战提供了重要手段，对提升综合国力具有战略意义。然而，无论是当年“天河一号”打破美日占据500强榜单头名位置的垄断局面，还是“天河二号”在过去3年中连续6度称雄，中国人自豪的同时也不乏遗憾，那就是核心的芯片技术仍没有摆脱对外国“芯”的依赖。如今，“神威太湖之光”夺得全球超算冠军，向世界正式宣告中国“芯”的到来。这个系统不仅性能卓越，而且能效优异，充分展现了中国计算机专家的设计智慧。毋庸置疑，一个国家的计算能力已成为现代国家战略力量的重要组成部分。最新榜单在一定程度上证明了中国的计算实力，但中国要成为像美国那样的计算强国还有很长的路要走。

美推出人类基因组编写计划科学家在赞赏该项目雄心的同时认为其缺乏合理目标

大约1个月前，科学家在一次秘密会议中提议，通过政府与私人企业合作，从头合成一个完整的人类基因组，这项研究大约需要10年的时间，并且相关的技术开发也将花费数以亿计的美元。2016年6月2日，他们正式对外公布了这一计划。

这项名为“人类基因组编写计划”(HGP-write)的研究的倡议者在美国《科学》杂志上写道，来自一系列筹资渠道的1亿美元经费将帮助他们把视野放得更远。

该研究团队由纽约大学合成生物学家Jef Boeke、马萨诸塞州波士顿市哈佛医学院基因组学家George Church和加利福尼亚州圣拉斐尔市欧特克研究中心商业设计工作室未来学家Andrew Hessel领衔。

Boeke、Church、Hessel等25人当天在《科学》杂志上表示，现在是时候构建“基因组规模工程的技术及其伦理框架”了。

科学家发起人类基因组编写计划(图片来源：Gen9)

针对人类基因组编写计划可能带来的伦理、法律和社会影响，他们特别强调有必要让公众从一开始就参与其中。他们指出，人类基因组计划也曾被一些人认为有争议性，但现在被视为是最伟大的探索壮举之一，让科学和医学发生革命性变化。

人类基因组计划从1990年持续到2003年，重点是基因测序，让科学家能够“阅读”基因组。而人类基因组编写计划的重点是构建基因，让科学家能够“编写”基因组。科学家说，今天虽然基因组测序技术仍在以极快速度发展，但构建基因的能力仍基本局限于少量短的片段，限制了对生命的了解。

“对基因蓝图的进一步认识可能来自于构建上亿规模碱基对的动植物大型基因组，包括人类基因组，这将会推动发展出大规模合成与编辑基因组的工具与方法，”他们在文章中写道，“为实现这个目标，我们提议启动人类基因组编写计划。”

人类基因组编写计划的首要目标是，在10年内把合成大型基因组的成本降低为现在的千分之一。据介绍，人类基因组有约30亿个碱基对，以今天的价格构建一个完整人类基因组的费用极为高昂。

人类基因组编写计划的近期目标是合成1%的人类基因组，并提出6个先导项目，包括构建特定染色体或复杂癌症基因型以更全面地模拟人类疾病、修改猪基因组以用于异种器官移植等。

这项计划将由新成立的一个独立非营利性组织“工程生物学示范中心”执行。这是一个国际性科研项目，会对各种资金渠道开放，包括各国政府科研资金、私人投资基金、慈善基金、众筹资金等，今年的目标是筹集1亿美元，启动上述先导项目。科学家们还表示，整个计划的费用尚难预计，但可能会少于人类基因组计划的30亿美元。

科学家们还列出了人类基因组编写计划的一系列潜在应用，包括培育可移植给人类的器官、通过全基因组重编码赋予细胞对病毒的免疫力、通过细胞工程技术赋予细胞抗癌能力、加速疫苗和药物的研发进程等。

然而这一想法——其本质目标在于开发能够减少脱氧核糖核糖(DNA)人工合成成本的技术——并没有在研究人员中引起广泛的兴趣。

一些研究人员认为，创建一个人类基因组的想法的雄心是值得称道的，但难免有些不切实际——迄今为止，科学家只能够从头合成微小的细菌基因组和一部分酵母基因组。还有一些科学家则认为，在当前许多公司已经开始降低人工合成DNA的价格之际，人类基因组编写计划似乎是一个不必要的“工作集成”。

“我的第一个想法是‘那又怎样’。”苏黎世市瑞士联邦理工学院合成生物学家Martin Fussenegger说，“我个人认为这一切早晚会发生。说到底，它只是一个价格问题。”

还有人则认为，这项计划应该被推迟，直至该想法能够赢得更加广泛的支持。

加利福尼亚州斯坦福大学合成生物学家Drew Endy和伊利诺伊州埃文斯顿市西北大学宗教学者Laurie Zoloth在发给记者的一封电子邮件中写道，人类基因组编写计划的研究团队并没有正确判定项目的目标，并且这一计划应该被放弃。他们说：“我们仍在等待一个由广泛人士参与的严肃的公开讨论。”

欧航局成功验证引力波太空探测技术

总部位于巴黎的欧洲航天局2016年6月7日宣布，数月前发射升空的“LISA探路者”探测器，已成功验证了在太空探测引力波的关键技术。

2015年12月3日，作为欧航局引力波太空探测计划的前期任务，“LISA探路者”探测器由一枚“织女星”运载火箭发射升空，并于2016年1月底抵达距离地球150万km的目标轨道，围绕太阳和地球连线延长线上的“拉格朗日点”飞行。而它的科学探测之旅则从3月正式开始。

“LISA探路者”探测器内带有两个质量为2 kg、边长4.6 cm的金铂合金立方体。科学家希望通过观测这两个处于自由落体状态且彼此相距38 cm的立方体在运动中相对位置的变化，以证明引力波的存在。

为证明引力波的存在，探测器在轨道飞行过程中不能够与这两个立方体相触碰，不被任何外力干扰。为达到理想的探测状态，研究人员首先对探测器内部的零件进行了极为精确的设计配重，平衡两个立方体所受探测器本身的引力。

“LISA探路者”还要抵达拉格朗日点。拉格朗日点又叫平动点，探测器在这一位置受到的地球引力和太阳引力互相平衡，不受外力干扰。探测器内部的电极能随时探测两个金铂合金立方体及探测器本身的位置，可以随时启动多个推进器调整探测器的飞行，让两个立方体保持在完全不受干扰的自由落体状态。

LISA探路者(图片来源：ESA)

研究人员在7日出版的美国著名物理学期刊《物理评论快报》上报告说，最初两个月的实验数据显示，“LISA探路者”探测器内的两个金铂合金立方体几乎保持了静止，且两者的相对加速度甚至不及地球引力的10-10(一个重力加速度的10-16)。这一精确度比预期水平高出5倍，充分证明所测试的技术能够满足在太空中建立引力波天文台的要求。

“LISA探路者”只是欧航局引力波探测计划的前期任务，用于演示和验证相关技术。正式的“激光干涉仪空间天线进阶计划”将于2034年启动，由彼此相距100万km、构成等边三角形结构的三个探测器组成。

一个世纪前，爱因斯坦发表的广义相对论从理论上预言了引力波的存在，认为它产生于大质量天体加速、碰撞或者黑洞合并等天体事件。引力波被视为宇宙中的“时空涟漪”，如同石头丢进水里产生的波纹一样。多年来，如何通过科学观测设备直接证明引力波的存在一直是科学家们努力攻克的难题。2016年2月11日，美国科学家宣布利用“激光干涉引力波天文台(LIGO)”成功于2015年9月14日首次直接探测到引力波信号，创造了物理学发展史上具有里程碑意义的重要成果。

与建造在地面的LIGO引力波探测器不同，欧航局计划将实验的背景转移到太空当中，致力于追踪黑洞合并或其他剧烈天体事件发生时产生的引力波。欧航局解释说，超大质量黑洞合并等天体事件往往会产生波段在0.1兆赫(0.1 MHz)到1赫兹(Hz)之间的低频段引力波，要追踪到这种低频引力波信号，探测装置必须有能力测量出相距数百万公里的物体之间相对位置出现的极其细微的波动。由于地球上存在地震噪声、热噪声等因素的干扰，根本无法完成对低频引力波信号的捕捉，这一切只能在太空中实现。

科学家宣布再次“清晰”探测到引力波

美国和欧洲的两个引力波探测项目的研究人员6月15日在美国加利福尼亚州圣迭戈宣布，他们“非常清晰”地再次探测到“时空涟漪”——引力波的存在。

探测项目组说，此次探测到引力波的时间是2015年12月25日22时38分53秒(北京时间26日11时38分53秒)。之所以探测到引力波信号与宣布发现之间隔了一段时间，是因为科学家还要分析和确认相关数据。

“我们非常骄傲，引力波天文学时代已经到来，”美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)项目组发言人、路易斯安那州立大学物理学家加布里埃拉·冈萨雷斯当天上午在美国天文学会举办的一个新闻发布会上激动地说。

冈萨雷斯在发布会上现场播放了与LIGO项目组捕捉到的信号相对应的“声音”，称其为“宇宙的音乐”。

在这项将于美国《物理学评论通讯》杂志上发表的研究结果中，科学家探测到来自两个黑洞合并而产生的引力波信号。这两个黑洞位于距地球14亿光年外，在合并前的质量分别相当于大约8个和14个太阳，合并后的总质量相当于约21个太阳，其中约1个太阳的质量变成能量，在合并过程中以引力波的形式释放。

经过漫长旅行，这一引力波信号被LIGO项目组在路易斯安那州利文斯顿市与华盛顿州汉福德市建造的两个引力波探测器“清晰”地捕捉到。

由于探测到这个引力波信号时正值美国圣诞节的夜晚，加上引力波曾被爱因斯坦广义相对论预言存在，这个代号为GW151226的引力波事件也被科学家称为“爱因斯坦的圣诞节礼物”。

引力波是一种时空涟漪，如同石头被丢进水里产生的波纹一样。黑洞、中子星等天体在碰撞过程中有可能产生引力波。一百年前爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在，但缺乏实验证据。

2016年2月11日LIGO项目组宣布，他们首次利用LIGO探测器发现引力波的存在。这一事件被认为是物理学和天文学的重要里程碑。

这个于2015年9月14日探测到的引力波来自于另外两个黑洞合并，但这两个黑洞合并前的质量更大，分别相当于约36个与29个太阳质量，合并后的总质量相当于约62个太阳，相当于3个太阳质量的能量在合并过程中以引力波的形式释放。

科学家认为，两次明确探测到引力波信号表明，引力波并非偶然事件，未来将有可能继续探测到中子星等其他天体在碰撞过程中产生的引力波。

LIGO项目执行主任戴维·赖茨当天介绍说，LIGO探测器在升级后将于2016年秋天再次运行，运行时间为6个月，届时这一探测器的灵敏度将提高15%～20%，探测到引力波的几率将增加1.5～2倍。

他说：“这次我们做得不错，但还不是最好……今后会听到来自我们的更多消息。”

欢迎nihonium、moscovium、tennessine和oganesson 4种新元素获周期表提名

很快就会有4个新名字被添加到元素周期表的右下角。

元素周期表 (图片来源：IUPAC)

化学管理机构、总部位于瑞士苏黎世的国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)于2016年6月8日在一份提案中宣布：113号元素将被命名为nihonium(Nh)；115号元素将被命名为moscovium(Mc)；117号元素将被命名为tennessine(Ts)；118号元素将被命名为oganesson(Og)。

该联合会2015年年底宣布，确认上述4种新元素的存在。这些元素由俄罗斯、美国和日本的科研团队发现，他们也获得了对这些元素的正式命名权。

根据IUPAC的规定，发现方对新化学元素拥有命名权，而新修改的命名原则是可根据神话概念及人物、矿物和其他相似物质、地名与地理区域、元素性质或科学家姓名来命名新元素。

IUPAC下属无机化学部门主席Jan Reedijk在一份媒体声明中表示：“尽管这些元素的名称看起来多少有些任性，但它们完全与IUPAC的规则相一致。”或许这其中最引人注目的命名要数第118号元素oganesson。该元素以俄罗斯杜布纳市核研究联合学院(JINR)83岁研究人员Yuri Oganessian命名。Yuri曾帮助发现了大量的超重元素。第118号元素是人类目前合成的最重元素。

这是有史以来第二次用一个健在的科学家为新元素命名，而之前的一次曾引发了巨大的争议——1993年，美国加利福尼亚州劳伦斯·伯克利国家实验室的研究人员提议用该国核化学先驱Glenn Seaborg的名字为第106号元素seaborgium命名。起初，IUPAC通过了一项决议，表示元素不能以健在的科学家命名，从而拒绝了美国科学家提议，但最终IUPAC还是妥协了。

IUPAC表示，以莫斯科地区命名的第115号元素Moscovium向“JINR所在地、古老的俄罗斯土地表达了敬意”；而第117号元素tennessine则“赞扬了美国田纳西地区——包括橡树岭国家实验室、范德堡大学和诺克斯维尔的田纳西大学——在超重元素研究中作出的贡献”。

JINR的研究人员与加利福尼亚州劳伦斯·利物莫尔国家实验室、橡树岭国家实验室合作，共同发现了上述两种元素。

第113号元素nihonium则是第一个以东亚国家命名的人造元素。日本在2004年就宣布合成了第113号元素，这也是亚洲科学家首次合成的新元素。日本理化学研究所仁科加速器研究中心的科研人员将第113号元素以日本国名(Nihon)命名为nihonium。IUPAC表示：“这个元素的名称与发现它的国家直接联系起来。”

在此之前，最近添加到元素周期表上的是flerovium(Fl，第114号元素)和livermorium(Lv，第116号元素)。所有这些人造元素——包括最新的4个元素——都是在实验室中通过粉碎更轻的原子核创造的微量元素，并且它们在分裂成更小、更稳定的片段之前仅存在了几分之一秒的时间。

自从19世纪门捷列夫首创现在通行的化学元素周期表以来，人类已发现了118种元素。它们在元素周期表上按原子序数排列，每一列称作一个族，每一行称作一个周期。

研究人员表示，这4种新元素将完成元素周期表中第七周期元素的排列，并为寻找元素“稳定岛”提供证据。现在的元素周期表只有七行，其中第七行中原子序数在93号及以上的元素都在自然界中不稳定，是人工合成的。然而核物理学家早就预言说，可能存在一个超重“稳定岛”，岛内元素原子的质子和中子数量超越元素周期表内的元素，但十分稳定。

这4种新元素将接受为期5个月的公众评议。除非有公众抗议，否则，按计划IUPAC理事会将在今年11月初正式批准4种新元素加入化学元素周期表大家庭。

二氧化碳注入地下变成“石头”玄武岩封存有望永久锁住温室气体

冰岛研究人员日前表示，他们发明了一种新方法，通过把二氧化碳变成石头从而将这种温室气体封存在地下。发表在最新出版的《科学》杂志上的这项研究成果显示，将二氧化碳注入火山岩能够引发化学反应，并快速形成碳酸盐矿物质，后者有望永远锁住这种温室气体。

尽管这种技术必须克服一些障碍才能投入商业用途，但科学家指出，被称为CarbFix的这一项目为目前陷入困境的通过捕获及封存来自发电厂的二氧化碳从而抵抗全球变暖的努力带来了一线希望。并未参与该项目的美国加利福尼亚州帕洛阿尔托市斯坦福大学地质学家Sally Benson表示：“这是向前迈出的重要一步。”

在全球变暖背景下，怎样处理不断增长的二氧化碳排放是一个世界性难题。作为抑制发电厂排放二氧化碳的一条途径，世界各地数十个试点项目力图测试碳捕获与封存。然而很少有项目能够扩大到商业规模，主要因为其商业成本很高——封存1吨二氧化碳大约需要50～100美元。

二氧化碳捕获与封存同时面临技术上的障碍，最大的一个问题便是在哪里封存捕获的温室气体。大多数研究人员青睐于沉积岩，主要是含有地下水的砂岩或废弃的油井，这是因为长期以来，工业部门有在这里施工的经验。但是科学家担心，覆盖含水层的岩石上的裂缝会让二氧化碳重新泄漏到大气层中。

因此在2006年，冰岛、美国和法国科学家提出了一个不同的想法——将二氧化碳注入地下玄武岩之中。他们知道与砂岩不同，玄武岩含有能够与二氧化碳发生反应的金属，从而能够形成碳酸盐矿物质，例如方解石，这一过程被称为碳酸化作用。

研究人员认为上述过程可能需要很多年。为了找到问题的答案，他们在雷克雅未克以东25 km的地方开展了CarbFix项目，即将采集自附近一家地热发电厂的二氧化碳注入冰岛地下丰富的玄武岩之中。冰岛有多座活火山，火山喷发形成的玄武岩广泛存在于地下，这种岩石的钙、镁、铁含量高。

注入冰岛深井中的二氧化碳发生了令人惊讶的化学变化(图片来源：J. Matter)

这个项目由美国哥伦比亚大学、冰岛大学、冰岛雷克雅未克能源公司、英国南安普敦大学等机构联合实施。2012年，研究人员将220 t二氧化碳注入地表下400 m至800 m的玄武岩中。他们同时还添加了额外的水，后者能够与气体反应形成矿物反应的关键驱动因素：碳酸。研究人员随后通过在附近监测井中采集样本从而监测了地下的pH值、地球化学及其他特征。

接下来发生的一切让研究人员感到震惊。大约1年半后，一个监测井中的泵不断损坏。当工程师把泵取出来后，发现上面覆盖着白色和绿色的污垢。测试后发现是方解石，并含有大量碳示踪剂，这标志着它是一种碳酸化作用的产物。

“我们的研究结果显示，所注入的二氧化碳含量的95%～98%在不到两年内便发生了钙化(即转化为固态碳酸盐)，”论文第一作者、南安普敦大学地质工程学副教授Juerg Matter在一份声明中说，“这个速度非常令人吃惊。”

Matter说，固态碳酸盐矿物质没有泄漏风险，因而这种方式可以永久且对环境无害地封存二氧化碳。玄武岩是地球上最常见的岩石类型之一，在世界许多地方的大陆边缘地带广泛存在，因此有潜力用于大量封存二氧化碳。

专家表示，用上述方法将二氧化碳注入玄武岩层之前，需先把二氧化碳与水混合，因而所需用水量非常大，封存1 t二氧化碳需要大约25 t水。未来可以探索使用海水来解决这个问题。

CarbFix项目是一个小型试点项目，目前冰岛雷克雅未克能源公司正在开展更大规模的试验，把从一个地热发电厂每年捕捉的近5 000 t二氧化碳封存到地下。研究人员认为，这种新型固碳技术将会提高公众对碳捕捉与封存技术的接受度。

“神威太湖之光”取代“天河二号”成为全球最快超算

新一期全球超级计算机500强榜单在2016年6月20日公布，使用中国自主芯片制造的“神威太湖之光”取代“天河二号”登上榜首，中国超算上榜总数量也有史以来首次超过美国名列第一。

据国际TOP500组织当天发布的榜单，“神威太湖之光”的浮点运算速度为每秒9.3亿亿次，不仅速度比第二名“天河二号”快出近两倍，其效率也提高3倍。更重要的是，与“天河二号”使用英特尔芯片不一样，“神威太湖之光”使用的是中国自主知识产权的芯片。

该组织在一份声明中写道：“中国在国际TOP500组织第47期榜单上保持第一名的位置，凭借的是一个完全基于中国设计、制造处理器而打造的新系统。”

“神威太湖之光”由国家并行计算机工程技术研究中心研制，安装在国家超级计算无锡中心。此前，由中国国防科技大学研制的“天河二号”超级计算机已在TOP500榜单上连续六度称雄。

榜单前十名除了“神威太湖之光”与“天河二号”外，其他分别是美国的“泰坦”与“红杉”、日本的“京”、美国的“米拉”和“三一”、瑞士的“代恩特峰”、德国的“花尾榛鸡”和沙特阿拉伯的“沙欣Ⅱ”。

TOP500榜单是对全球已安装的超级计算机“排座次”的权威排行榜。从1993年起，由TOP500国际组织以实测计算速度为基准每半年发布一次。

此次榜单还有一个重大变动是，美国入围的超级计算机总数量首次跌下第一位置。上述声明说，由于过去一些年中国工业和研究部门注册提交的系统数量剧增，中国现在入榜的超级计算机数量达到167台，超过美国的165台。此外，由于中国占据TOP榜单头两名，中国在计算性能类别上也居于领先位置。

排行榜主要编撰人、美国田纳西大学计算机学教授杰克·唐加拉评价道，中国超级计算机不断增多已成为一个“趋势”。

“2001年中国上榜数量还是零，但今天中国已经超过美国，”唐加拉说，“没有其他国家有这样快的增长速度。”

唐加拉认为，超级计算机“比以往任何时候都重要”，能为能源、医药、飞机制造、汽车与娱乐业等广泛领域的行业提供高性能计算服务。“更强大的计算能力将使得这些不同行业更快地生产出优异新产品，从而提高一个国家的竞争力”。

美国首个人体“基因剪刀”抗癌试验通过安全审查

美国国家卫生研究院一个咨询委员会2016年6月21日批准了首个利用被誉为“基因剪刀”的CRISPR基因编辑技术来治疗癌症的人体临床试验，让这种目前备受关注的生物医学技术在美国距临床试验仅差美国食品和药物管理局批准一步之遥。

美国国家卫生研究院“重组DNA咨询委员会”批准了这项由美国宾夕法尼亚大学提交的临床试验计划。该委员会负责对在美国进行的基因疗法临床试验进行安全及伦理审查。这项试验还需美国食品和药物管理局放行才能开始实施。如果最终获得批准，研究人员将招募18名现有治疗方法已不起作用的黑素瘤、多发性骨髓瘤以及肉瘤患者，在宾夕法尼亚大学、加利福尼亚大学旧金山分校以及得克萨斯大学MD安德森癌症研究中心三个地点开展临床试验。

按计划，研究人员将从患者身上提取免疫T细胞，利用一种无害病毒让T细胞具有一种名为NY-ESO-1蛋白质的受体。NY-ESO-1蛋白质常存在于某些肿瘤细胞上，经改造的T细胞在被输入患者体内后，就能识别表达NY-ESO-1蛋白质的肿瘤细胞，对肿瘤细胞发起攻击。

然而，受改造的T细胞不易增殖、存活时间不长。为延长T细胞存活时间、提高其杀灭癌细胞的效率，研究人员希望利用CRISPR技术，破坏一种名为PD-1蛋白质的合成。这种位于T细胞表面的蛋白质抑制T细胞发生免疫反应后的活性，而肿瘤细胞能够激活PD-1蛋白质来躲避T细胞的攻击。此外，研究人员还打算敲除编码T细胞表面其他两种主要蛋白质受体的基因，让T细胞经改造获得的NY-ESO-1蛋白质受体更有效。

CRISPR技术诞生至今只有4年时间，是生物医学史上第一种可高效修改基因组的工具，具有精确、成本低以及操作简便等特点。基于CRISPR展现出的巨大能力，美国《科学》杂志在2012年和2013年两次把它评为十大突破，2015年更是把它选为“年度头号突破”。

据美国《麻省理工学院技术评论》报道，美国社交网站脸书的首任总裁肖恩·帕克投资2.5亿美元建立的“帕克癌症免疫疗法研究所”将为这项试验提供资助。

“朱诺”成功入轨木星将对内部结构、大气成分、大气对流状况、磁场进行探测

美国东部夏季时间2016年7月4日下午11时53分，该国宇航局(NASA)操控人员接收到确认信息，他们最新的行星探测器——“朱诺”木星探测器已经安全抵达目的地木星。随着3个简单的单音，在主引擎燃烧的35 min内一直处于一种安全模式的“朱诺”木星探测器表示，它已经成功减速并进入到环绕这颗太阳系最大行星的轨道中。

当天11时18分，“朱诺”木星探测器点燃主引擎，执行“木星轨道嵌入”动作。35 min后，“朱诺”速度降至542 m/s，成功被木星引力捕获，最终将自己推入木星轨道。

“朱诺”木星探测器项目总经理Diane Brown在华盛顿哥伦比亚特区NASA总部向记者们表示，在探测器5年的旅程之后，现在的感觉是“压倒一切”的，并且轨道的切入也是“完美的”。她强调：“我们现在终于能去睡觉而不用担心明天会发生什么了，这真的很棒。”

“朱诺”木星探测器将透过木星外层的云团研究其内部结构。它会比以往任何探测器更近距离地靠近木星——位于其云层之上约4 000 km。该探测器的目标旨在研究这颗巨行星的起源和进化：其表面条纹和漩涡风暴能够走多远？行星内部结构如何影响人们在表面上看到的一切？木星强烈磁场的来源是什么？以及它有一个坚实的岩石内核吗？

艺术家笔下的“朱诺”与木星(图片来源：NASA/JPL)

理论学家认为，作为太阳系最大的居民，木星掌握着搞清围绕在最终变成太阳的原恒星周围的行星是如何形成的关键。“朱诺”木星探测器项目负责人、得克萨斯州圣安东尼奥西南研究所Scott Bolton表示：“我毕生追求的一个问题便是我们是如何来到这里的。这对于我而言非常重要。”Bolton说：“现在是一个有趣的开始。”

“朱诺”木星探测器的控制团队如今在切入点火后正在为探测器系统通电，这是该任务中风险最高的一部分，同时下载有关其健康情况的数据。该探测器上装载的科学仪器将在5天后启动。在最初入轨53天之后，第一次完整的观测将在8月底首次进行。

“朱诺”木星探测器随后将进入一条14天环绕木星一周的轨道，并在未来的一年半里环绕木星的两极33次。该探测器将在任务的最后进入木星云层，以免与木星的一颗卫星发生意外的碰撞——这将导致后者被来自地球的微生物污染。

“朱诺”木星探测器是迄今运行轨道最接近木星的人类探测器，它将用搭载的9台探测设备分别探测木星内部结构、大气成分、大气对流状况、磁场等，所获信息将通过高增益天线发回地球。

木星是太阳系最古老的行星，在太阳形成后就已诞生，捕获了太阳形成后遗留下的许多星际物质，堪称太阳系巨行星的“原始模型”。这一太阳系体积和质量最大、自转最快的气态行星，距离太阳超过6.4亿km，是地球与太阳距离的5倍，成分和太阳极其相似。科学家认为，通过研究木星可以追溯太阳系历史的源头。

“朱诺”木星探测器搭载设备包括一部广角彩色摄像机，可以向地球发回彩色图像。据NASA科学家介绍，第一张图片预计在几天后发回地球。

“朱诺”木星探测器由美国洛克希德－马丁公司建造，于2011年8月5日发射升空，是NASA“新疆界”计划实施的第二个探测项目。该计划的第一个项目是于2006年1月发射的“新视野”号探测器，它于2015年7月14日成功从冥王星上方约1万km处飞过。

在“朱诺”木星探测器之前，美国曾于1989年发射过专门探测木星的“伽利略”号探测器，获得了大量有关木星的探测数据。“伽利略”号已于2003年9月按程序坠毁在木星上。

南极臭氧空洞在减小人类社会禁止排放氯氟烃的努力收到成效

这或许是终结南极臭氧层空洞的开始。一项分析表明，与2000年的臭氧层空洞相比，平均而言，如今每年在南半球春季形成的臭氧层空洞——会带来大量危险的紫外线辐射——要小得多，并且出现的时间也要晚得多。

高空的臭氧层可以吸收紫外线，保护人类等地球上的生物。但是人类排放的氯氟烃会破坏臭氧，20世纪南极上空出现了巨大的臭氧空洞。1987年被称为《蒙特利尔议定书》的全球条约试图通过禁止氯氟烃(一种含氯的化学物质，被用于空调等产品的制冷剂，能够加速平流层的臭氧损耗)来减小臭氧层空洞。一项最新的研究表明，人类社会禁止排放氯氟烃的努力收到了成效。

南极臭氧流失领域研究先驱、美国剑桥市麻省理工学院大气科学家Susan Solomon表示：“我们正在避免这颗行星上将要发生的一场环境灾难。”

Solomon和她的同事在2016年6月30日出版的《科学》杂志上报告了这一研究成果。

其他科学家之前也曾发现了这一暗示，即臭氧层空洞正在好转之中——2008年的一项研究报道称臭氧层的损失速度开始放缓；2011年的一项研究则表明臭氧水平已经开始反弹。世界气象组织2014年的一项评估发现，臭氧含量已经开始在中低纬度地区的高海拔区域逐渐恢复。

科罗拉多州博尔德市环境科学合作研究所大气科学家Birgit Hassler认为，这项最新的研究是臭氧层持续复苏的另一个强有力的证据。她说：“这是一个非常清晰而独特的例证，表明臭氧层实际上是能够被修复的。”

科学家在2015年10月曾观察到历史上最大的南极臭氧层空洞，在其峰值时面积达到2 820万km2，这不免使人们质疑臭氧层空洞是否真的正在好转。但有证据显示，大型火山喷发将会影响臭氧层的化学反应，因此Solomon的研究团队决定对此展开研究。

研究人员发现，智利卡尔布科火山曾在2015年4月爆发，导致硫微粒在平流层引发破坏臭氧的反应，这是造成巨大臭氧层空洞的一部分原因。

通过综合分析卫星、地面观测设施、观测气球等途径获取的数据，科学家在精细调整了气候模型后发现，在2000—2015年，平均而言，9月的南极上空的臭氧层空洞缩小了450万km2，这个面积比印度还大。

研究人员在南极释放气球研究臭氧层空洞(图片来源：Kelli-Ann Bliss/NOAA)

9月之所以如此重要是缘于此时太阳光在冬季后全部回到南极地区，在大气层中引发了能够破坏臭氧层的化学反应。这时南极的长夜结束，光线开始显著增强，而氯氟烃要起到破坏臭氧层的作用，需要有光线的存在。Solomon说：“这种趋势是显著的，这是你期望从氯化学中得到的东西。”

迄今为止，大多数科学家依然专注于10月——该月的臭氧层空洞是最大的。但Solomon说，治疗的痕迹在9月变得最为明显：现在臭氧层空洞形成的时间平均比以前晚了10天。

位于南极洲上空的气象气球进行的测量同时表明，臭氧层的恢复正发生在研究团队的模型所预测的高海拔区域。Solomon表示：“如果你得到了正确的深度、正确的形状、正确的规模以及正确的时机，你便开始感到很自信。”

巴黎市法国国家科学研究中心大气化学家Sophie Godin-Beekmann认为，9月的趋势是具有说服力的。但她希望在这项分析中看到更多年份的数据。

南极臭氧层空洞大概还需有几十年才能够完全闭合。英国雷丁大学大气科学家Michaela Hegglin表示：“臭氧层空洞还将一如既往地强大，预计不会在21世纪末之前消失，其对人类和生态系统健康的影响将依然存在。”

在北极上空出现的较小的臭氧层空洞——比南极臭氧层空洞更加多变——尚未表现出被“治愈”的趋势。

对于从20世纪80年代便开始从事南极臭氧层研究的Solomon来说，这一转机是一个喜人的变化。她说：“看到它变得更好真是太神奇了。”

美超压气球破飞行纪录因成本低有望部分替代人造卫星

由美国宇航局(NASA)释放升空的最新及压力最大的气球创造了一个耐力纪录，即一个大型科学气球在温带地区的最长飞行时间纪录。

包裹着532 000 m3的氦气，测量直径114 m，这个气球环绕南半球达46天，并将一部伽马射线望远镜送至太空边缘。

7月2日发生的夜间高度骤降迫使该气球提前结束了航程，但其飞行仍然标志着作为人造卫星的一个低成本替代选择，这种由NASA努力开发的所谓超压气球达到的一个里程碑。

几十年来，传统的“零压”气球为研究人员提供了一个高空平台，用于研究大气化学、宇宙微波背景(CMB)以及其他许多现象。但在温带地区，传统气球的耐受力是有限的。在白天，太阳光会加热氦气，导致气体膨胀与泄漏；在夜晚，气球冷却，必须扔掉一些压舱物从而避免气球漂浮得过低。

零压气球只能于夏季在极地附近实现长时间飞行，此时不变的日照使得气球能够一次飞行几个星期。

然而，超压气球有望把耐受力带到温带地区，从而为观察新现象打开窗口。超压气球的氦气是加压的，因此它们在一天的过程中被加热或冷却但体积不会改变，它们可以保持在一个恒定的高度，并且不需要放气或扔掉压舱物。

在过去的10年中，NASA已经释放了许多更大并且更加雄心勃勃的超压气球，它们在温带地区飞行的最长时间为32天。

5月17日，该局在新西兰的瓦纳卡释放了其最新的一款超压气球。气球在漫长的南半球黑夜以及短暂的白天中飞行：每逢夜晚它会从33 000 m的巡航高度下降10 000 m，这或许是因为氦气泄漏所致。尽管NASA最初打算让这个气球在南大洋上空飞行100天，但最终以46天结束。

7月2日，NASA在Camanaa镇以北32 km的秘鲁海岸回收了这个超压气球。目前研究人员正打算复原该气球及其载荷。对这个气球进行仔细研究将有助于NASA避免类似气球在未来的飞行中在相同高度出现下降情况。

NASA 于5月发射的超压气球(图片来源：NASA)

与此同时，这个气球还获得了一些新的天体物理学数据。其携带了康普顿分光仪与成像仪(COSI)，这是一个伽马射线望远镜，旨在对超新星进行观测。COSI观测了超新星残骸中的放射性核所释放的伽马射线，同时测量了它们的极化情况。这些观测在极地是很难进行的，因为地球磁场使得来自宇宙射线的背景伽马辐射在极地发生了变化。

作为为超压气球飞行而设计的一个轻量级仪器，COSI能够实时向地面发射数据以免出现意外情况而无法对其进行回收。COSI首席研究员、加利福尼亚大学伯克利分校天体物理学家Steven Boggs表示，除了研究超新星以及其他伽马射线来源，该望远镜的长时间飞行使其能够对一个明亮的伽马射线暴进行观测。他说：“你必须在正确的地点以及正确的时间才能捕捉到伽马射线的爆发。”

然而超压气球的观测也存在局限性。双子城明尼苏达大学天体物理学家Shaul Hanany指出，这些观测会产生大量的数据，例如对CMB的研究，“我们必须在气球上储存所有的数据”。这样的研究必须要等到超压气球能够证明其可靠性——它们及其载荷不会坠落在大海中——才能够实施。

尽管如此，在未来几年中，NASA超压气球的工作任务已经排起了长队，涉及的领域从暗物质到宇宙射线。得克萨斯州圣安东尼奥西南研究所行星科学家Eliot Young表示：“如果我在这个气球上有一架望远镜，那我将非常高兴。”他说，随着越来越多的超压气球项目产生了有用的数据，“每个人都意识到这是一个绝佳的机会”。

(2016年7月20日收稿)■

（编辑：沈美芳）

Chinese chip is never dream

GUAN Yi

10.3969/j.issn.0253-9608.2016.04.009