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2017年十大国内国际科技新闻

作者: 编辑:齐平 来源:锐动源 日期:2017-12-28 浏览量:

导读

  26日,由科技日报社主办,部分两院院士、资深科技记者和网友共同评选出的“国安杯”2017年国内、国际十大科技新闻揭晓。

入选的2017年国内十大科技新闻分别是:“墨子号”实现星地量子通信;人工合成4条真核生物酵母染色体;CRISPR编辑人类胚胎有效性首次获证;“天舟一号”发射并首次实现“空中加油”; C919大飞机首飞;我国海域可燃冰试采成功;硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”发射;”长征五号”火箭发射失败;“小太阳”运行百秒刷新世界纪录;FAST发现多颗脉冲星。

入选的2017年国际十大科技新闻分别是:人类首次“看到” 双中子星并合引力波;SpaceX公司首次利用“二手火箭”发卫星;IBM用迄今最新工艺制成5纳米芯片;华人科学家团队找到马约拉纳费米子;crisper2.0新型“碱基编辑器”推动人类遗传病新疗法;“卡西尼"号证实土卫二具备支持生命的条件;世界首个分子机器人诞生;首个用于治疗癌症的基因编辑疗法获批;人类首张脑电波连接全图问世;量子系统研发创纪录,中国实现星地量子通信。

借助新闻传播指数系统,本报量化分析了本次选出的十大科技新闻,发现相关新闻都受到舆论广泛关注。科技日报社自主研发的新闻传播指数系统已应用于内部评价,经过检验,取得较好效果。 

【国内】“国安杯”2017年国内十大科技新闻解读

年有三百六十五个日出,中国科技好消息层出不穷。最新统计显示,中国科学论文的被引用数量总和,首次跃居世界第二位,显示中国科技成果的内涵已相当充实。从“墨子”发信到“小太阳”发热,从可燃冰开采到“慧眼”开启,2017年,中国创新队伍由跟跑到领跑,脚步越发轻快。 

一、“墨子号”实现星地量子通信 

  

世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在国际上首次成功实现千公里级的星地双向量子通信,为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了坚实的科学和技术基础。

至此,“墨子号”量子卫星提前、圆满地完成了预先设定的全部三大科学目标。这标志着我国在量子通信领域的研究达到全面领先的优势地位。 

“墨子号”是我国自主研制的世界上第一颗空间量子科学实验卫星,于去年8月16日发射升空,今年1月开始实验。其星地单向、星地双向、地星单向量子信道,系统信道效率、时间同步精度、跟踪瞄准精度指标均超过要求。7月份,潘建伟团队公布打破量子隐形传输的纪录。 9月份,墨子卫星将光子传送到北京和维也纳,并生成量子加密密钥,使这些城市的团队能够安全地进行视频聊天。 

中科院院长白春礼表示,从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态,安全通信速率比传统技术提升万亿亿倍,为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了坚实的科学和技术基础,同时向着空间尺度的量子物理和量子引力的实验探索迈出了第一步。 

中国物理学家潘建伟也因量子通信研究的卓越成果入选《自然》2017年度十大科学人”。《自然》报道潘建伟的开头写道:“在中国,有人称他为‘量子之父’。在潘建伟带领下,中国已成为远距离量子通信技术的领导者。” 

二、人工合成4条真核生物酵母染色体

 

3月10日出版的国际顶级学术期刊《科学》,以封面形式刊发中国科学家的4篇研究长文。由天津大学、清华大学和华大基因分别完成的这4篇论文,介绍了真核生物基因组设计与化学合成方面的系列重大突破:完成了4条真核生物酿酒酵母染色体的从头设计与化学合成——要知道,酿酒酵母总共有16条染色体,此前国际同行奋斗多年才发现了一条。
这意味着人类在设计并合成复杂人工生命的过程中取得重大进展。我国也成为继美国之后第二个具备真核基因组设计与构建能力的国家。 

继“DNA双螺旋发现”和“人类基因组测序计划”之后,以基因组设计合成为标志的合成生物学引发第三次生物技术革命。如果说基因测序是“读”基因,那么合成生物学就是“写”基因。多国合作的“人工合成酵母基因组计划”是人类首次尝试改造并从头合成真核生物,旨在重新设计并合成酿酒酵母的全部16条染色体。我国科学家此次合成的染色体包括16条中最长的1条。 

在合成染色体的过程中,他们还突破了生物合成方面的多项关键核心技术,比如:突破合成型基因组导致细胞失活的难题,设计构建染色体成环疾病模型,开发长染色体分级组装策略,证明人工设计合成的基因组具有可增加、可删减的灵活性,等等。这些技术将帮助在全世界的生命科学研究和相关实际应用中大显身手,其价值不可估量。

国内外同行指出,这是继合成原核生物染色体之后的又一里程碑式突破,开启人类“设计生命、再造生命和重塑生命”的新纪元。

三、CRISPR编辑人类胚胎有效性首次获证

 

 

CRISPR是近几年兴起的基因编辑明星技术,它利用生物体内的天然剪刀来裁剪DNA,既准确又简单。但用它来编辑人类胚胎的基因,有两大挑战:安全吗?有效吗?

修正致病基因,正常基因往往会“躺枪”,被误编辑,导致癌症。但是由于误编辑很少发生,且已有技术能在移入子宫前查出错误,科学家对此不太担心。 

有效性更受关注:CRISPR技术擅长裁剪某些基因,但它对付胚胎的错误基因,一开始不太行。但试管婴儿手术一次只能获得几个胚胎,碰运气碰不起。 

今年,广州医科大学附属第三医院的刘见桥课题组论文声称,首次用CRISPR-Cas9基因编辑技术对6个可移植人类胚胎进行基因编辑,成功修复了其中3个胚胎内的遗传变异。 

之前有两个实验组利用CRISPR技术修复人类胚胎都失败了。这次实验,刘见桥课题组获得试管婴儿手术患者捐献的未成熟卵细胞,诱导它们成熟后,结合患遗传疾病的男性精子。实验组获得6个单细胞胚胎,成功修复3个,证明CRISPR技术修复活胚胎的潜力。新研究推翻CRISPR技术不能有效编辑人类胚胎的猜想。设计出无遗传疾病的婴儿,这个科幻味道很浓,或许引起伦理争议的命题,离实现又近了一步。 

中国是第一个将CRISPR用于人类胚胎的国家。今年也是人类胚胎基因编辑的跨越之年,美国今年用CRISPR基因编辑了大批单细胞胚胎的DNA,这是美国首次基因编辑人类胚胎。美国科学家还用CRISPR-Cas9技术修正了人类胚胎中一种与遗传性的肥厚型心肌病有关的基因变异。 

四、“天舟一号”发射并首次实现“空中加油” 

 

4月20日,搭载我国首艘货运飞船“天舟一号”的长征七号遥二运载火箭,在我国文昌航天发射场点火发射。飞船与火箭成功分离,进入预定轨道。 

这是天舟货运飞船和长征七号运载火箭组成的空间站货物运输系统的首次飞行试验。此次任务是中国载人航天工程空间实验室阶段的收官之战,标志着中国载人航天工程胜利完成“三步走”(载人飞行阶段、空间实验室阶段和空间站阶段)战略中的“第二步”任务,意味着我国即将开启空间站时代。 

“天舟一号”是中国自主研制的首艘货运飞船,被人们形象地称为太空“快递小哥”。其主要任务之一是为“天宫二号”“送货”,开展俗称“太空加油”的推进剂补加实验。 

4月27日晚间,“天舟一号”与“天宫二号”成功完成首次“太空加油”。6月15日,二者顺利完成第二次推进剂在轨补加试验,进一步验证了这一关键技术的可靠性。 在“天舟一号”之前,掌握了在轨推进剂补加技术的国家只有俄罗斯和美国,其中,实现在轨加注应用的只有俄罗斯。  

 五、C919大飞机首飞

 

我国新一代大型客机C919的点滴进展都牵动着国人的心。今年5月5日,在4000多现场观众的欢呼声中,以及全世界目光的注视下,C919终于昂首冲入上海浦东机场上空厚厚的云层。这是我国首架具有完全自主知识产权的商用干线飞机的空中首秀,意味着中国航空人向怀揣了近半个世纪的梦想,迈出了坚实一步。 

C919是中国完全按照国际主流适航标准和国际主流市场运营标准研制的干线飞机,于2008年开始研制。2017年7月,国产大型客机C919第二架飞行试验机开展机上功能检查试验。9月28日,C919生产单位中国商飞公司在第十七届北京国际航空展签下130架C919订单,此前C919订单总数已达到730架。11月10日,C919首架机从上海浦东机场4号跑道起飞,顺利抵达1300公里外的西安阎良机场,完成了首次远距离转场飞行。 

12月17日,第二架C919大型客机在上海浦东国际机场完成首次飞行,这意味着C919大型客机逐步拉开全面试验试飞的新征程。 

与国际同级别主流客机相比,C919在诸多领域占据了同级别领先地位。C919的研制凝聚着中国数十万科研人员的心血。据统计,国内有22个省份、200多家企业、36所高校、数十万产业人员参与了C919大型客机研制。

六、我国海域可燃冰试采成功

 

5月18日,由国土资源部中国地质调查局组织实施的我国海域天然气水合物(可燃冰)试采在南海神狐海域实现连续8天稳定产气。我国由此在该领域走在了世界前列,这也是我国海域可燃冰首次试采成功。 

此次试采从南海神狐海域水深1266米海底以下203米—277米的可燃冰矿藏开采出天然气,5月10日正式试点火成功。中国地质调查局副总工程师、可燃冰试采现场总指挥叶建良说,到目前为止,已经连续开采8天,最高产量3.5万立方米/天,平均日产超1.6万立方米,累计产气超12万立方米;甲烷含量最高达99.5%。 

这是我国首次、也是世界首次成功实现资源量占全球90%以上、开发难度最大的泥质粉砂型天然气水合物安全可控开采。南海神狐海域的可燃冰储层类型为泥质粉砂型。该类型资源量在世界上占比超过90%,是我国主要的储层类型,具有特低孔隙度、特低渗透率等特点,开采难度最大。 

为配合这次试采,我国建立了可燃冰“两期三型”成矿理论,指导圈定了找矿有利区,精准锁定了试开采目标。同时,专家介绍,我国还创建了可燃冰成藏系统理论,指导了试采实施方案的科学制定,并在这次试采中得到了证实。此外,我国还创立了可燃冰“三相控制”开采理论,应用于试开采模拟和实施方案制定,确保了试采过程安全可控、产能稳定。 

这次试采成功,将继美国引领页岩气革命之后,由我国引领可燃冰革命,推动整个世界能源利用格局的改变。

七、硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”发射

 

 

“借我借我一双慧眼吧,让我把这纷扰看个清清楚楚明明白白真真切切。”歌里唱出了收到“黑信息”却读不懂的迷茫,随着中国“慧眼”卫星上天,我们有望看到宇宙X光片儿上的疤痕和旧伤。 

6月15日,酒泉卫星发射中心成功发射首颗空间X射线天文卫星“慧眼”。这是继中欧合作地球空间探测双星、“悟空”号暗物质粒子探测卫星和“墨子”号量子科学实验卫星之后,我国又一颗重要的空间科学卫星。作为国防科工局牵头的重大空间科学任务,慧眼填补了中国空间X射线探测卫星的空白。 

目前人类能接收到的宇宙信息,基本都是各种电磁波,比如可见光、红外光、紫外光、无线电信号等等。X射线和γ射线的能量更高,宇宙中横飞着这两种信号,“慧眼”全称硬X射线调制望远镜卫星(HXMT),就是专门看人眼看不到的射线图像的。 

HXMT设计寿命4年,诗歌立方体,总质量约为2.5吨,装载了高能、中能、低能X射线望远镜和空间环境监测器,可观测1至250keV能量范围的X射线和200keV至3MeV能量范围的γ射线。卫星采用直接解调成像方法,通过扫描观测可以完成宽波段、高灵敏度、高分辨率的空间X射线成像。

在太空里独立工作的望远镜,得能耐冷耐热、能收到地面指令,传回数据,不能断电。而中国卫星相关技术进步极快,近年达到了世界高水准。我们期待未来,中国科学家各种创意及早实现,在世界科研竞赛中抢得先机。    

 八、”长征五号”火箭发射失利

 

长征五号是目前我国运载能力最大的火箭,于2016年11月3日在中国文昌航天发射场成功首飞。但在2017年7月2日,长征五号遥二火箭搭载实践十八号卫星发射升空后,火箭飞行出现异常,发射任务失利。 

在网络上,长五也叫“大火箭”,或“胖五”,它魁梧的腰身比以前的中国火箭肥出一圈。2006年,中国为了弥补大推力火箭的不足,立项研制长五。它是大型低温液体捆绑式运载火箭 ,也是新一代的主推器在直径5米以上的火箭。中国在技术积累薄弱、研制时间短、研制经费少的情况下,仍采用多种新材料和新工艺,解决了长五发动机冷却、高速旋转力学、不稳定燃烧等诸多难题。 

中国从1970年开始成功发射火箭,早先采用偏二甲肼作燃料来发射,技术成熟。但要进入深空,必须发展液氢+液氧的大火箭。 

长五的芯发动机用液氢做燃料,助推器发动机则用煤油。储氢罐很大,所以长征五号不胖不行。和传统的固体发动机相比,长五的低温液体发动机结构非常复杂,发射前的低温液体关注等环节更加繁琐,但它优势也很明显:动力更足、推力大小好调节、可以重复点火等等。 

有观察者看到,长征五号失败后,舆论更多的是平静和理解。航天人也第一时间表示将做全面分析总结。有评论称,“长五”失利不算奇怪,因为它仍是一枚新式火箭,才第2次发射。近些年中国航天发射,给外界留下次次成功的形象。习惯了中国航天发射的稳定,或许就疏忽了运气也是航天发射的重要因素。今年遇挫的航天事业提示人们:射火箭不是开轿车,失利是常常的事。目前,长五失利的原因仍在调查中。    

九、“小太阳”运行百秒刷新世界纪录

 

今年7月3日,中国“小太阳”的燃烧时间又创造了同行业的纪录,实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行。 

太阳和氢弹的能量,都来自氢同位素得核聚变。但利用核聚变发电还做不到。氢弹是利用原子弹做雷管,高温高压促成核聚变。我们总不能在发电站里引爆原子弹吧?核聚变温度达到几千万度,用什么容器去盛放呢?前苏联科学家想到,用高强度的磁场做容器,来约束几千万度的带电的离子,这种模式叫“托克马克”。 

位于合肥的先进实验超导托卡马克装置(EAST),也被媒体称为“小太阳”,是世界上第一个全超导托卡马克装置。要让等离子体长时间稳定放电,需要解决多种棘手的物理障碍。新的纪录标志着EAST成为世界上第一个实现稳态高约束模式运行持续时间达到百秒量级的托卡马克核聚变实验装置。EAST的成功,表明中国磁约束聚变研究在稳态运行的物理和工程方面,继续引领国际前沿,也对国内外同类装置的的建设和运行提供典范。 

十年前启动的国际热核聚变试验堆ITER计划,是世界最大的国际科技合作项目,寄托着人类寻求永不枯竭能源的希望。稳态长脉冲高约束等离子体运行,是未来实现聚变的关键。为ITER预演稳态运行,是EAST的重要使命。现在看来,EAST是未来五年内国际上唯一有能力开展百秒时间尺度技术研究的平台。 

中国科学家正在研究下一代聚变装置——中国聚变工程实验堆(CFETR),它的建设、运行和人才培养,必然会汲取EAST的宝贵财富。核聚变技术的突破,将源自欧洲?中国?美国?无论是哪一国的成功,都意味着全人类的福利。    

 十、FAST发现多颗脉冲星

 

贵州省平塘县的FAST望远镜今年共发现9颗脉冲星。它初露峥嵘,就被舆论广为关注。

 500米口径球面射电望远镜简称FAST,被誉为“中国天眼”,由天文学家南仁东等人于1994年提出构想和开始选址,历时22年落成,于2016年9月25日启用。它由中国科学院国家天文台主导,是世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。比起之前美国科学家建造的300米口径的射电望远镜,FAST的性能提高十倍,估计30年内无人超越。 

脉冲星是中子星的一种,它的直径不大,只有20千米左右,但射电能量极为强劲。它一边飞速自转,一边节奏准确地弹出脉冲。脉冲星像一个旋转的灯塔,当灯塔的光扫过地球的时候,FAST就可以接受到一次信号。 

由于FAST可以实时调整“大锅”的反射面,并不差分毫地将信号反射到一点,所以宇宙深处的微弱无线电信号也可以被汇聚探测。除了脉冲星,FAST还会监测宇宙中其他信号,如中性氢,甚至是地外文明。 

2017年10月FAST首先发现2颗新脉冲星,距离地球分别约4100光年和1.6万光年,也是中国射电望远镜首次发现脉冲星,已得到国际其他射电望远镜的确认。 

【国际】“国安杯”2017年国际十大科技新闻解读 

2017年是不平凡的一年。科学与技术的巨大进步,再次以深刻的方式影响和改变世界。从“看到”引力波、找到马约拉纳费米子、证实土卫二的生命潜力,到制成5纳米芯片、研发首个分子机器人、绘出首张脑电波全图……它们被冠以“国际科技十大新闻”的称号,身体力行地证明了,人类的发现和创新永无止境。

 一、人类首次“看到”双中子星并合引力波

 

引力波就像是时空的涟漪,带有强大的吸引力,科学家认为它能携带信息,允许我们回溯宇宙起源时候的状态。 

LIGO最早的建造者之一、美国加州理工学院理论物理学家基普·索恩的观点是:当引力波探测成为常态之后,就会开启天文学研究的另一扇窗——引力波天文学。 

事实也是如此,2015年,人类第一次探测到引力波,爱因斯坦广义相对论初获印证。第二次、第三次纷至沓来,第四次引力波事件在2017年诺奖宣布前夕发生。 

北京时间10月16日,美国国家自然科学基金会召开媒体见面会,邀请美国激光干涉引力波天文台(LIGO)、欧洲处女座(Virgo)引力波探测器以及世界各地70多家天文台的科学家代表,共同宣布,人类首次探测到来自双中子星并合的新型引力波,并“看到”这次并合事件发出的电磁信号。 

全球各大天文学机构同时宣布的此次引力波事件,再次证明了一件事——宇宙的“盖头”正一点点被掀了起来。 

然而,宇宙的“模样”仍如水中望月,人类想要一窥全貌还有漫漫征程。暗物质和暗能量仍沉寂在茫茫宇宙不为人知,能验证宇宙保障理论的原初引力波还未露面,自然界各种力之间是否在宇宙诞生初期处于统一状态…… 

一切与引力波、广义相对论乃至宇宙诞生有关的未解之谜,都有待全球天文学界共同努力,用智慧、勇气、隐忍和坚持,将一个个问号挨个拉直!     

二、SpaceX公司首次用“二手火箭”发卫星

马斯克麾下的太空企业,手握政府订单,计划表里4千多枚卫星,海陆回收火箭都已不在话下,甚至要赶在NASA之前,回到人类阔别四十多年的月球轨道……SpaceX的成绩单闪闪发亮,但它之所以能成为今年太空事业的“明星”,凭的是3月31日成功发射的一枚火箭。 

这是人类首次利用之前回收的“二手火箭”发射卫星,且在发射成功后再次完成火箭回收。被重复利用的火箭第一级的价钱,基本可相当于全部发射费用的七成。换句话说,整个发射行业的“价目表”将改写。 

这次成就被视为航天工业的一个里程碑。然而,在太空产业之外,我们还能看到什么?举凡航天事业这类投入巨大、看似与民生相距甚远的高精尖领域,似乎天经地义是国家的份内事。但SpaceX能以商业公司的身份和资源整合能力,成功实现运载火箭可循环发射的事实,却犀利地展示了一点:在技术创新领域,当企业真正成为创新主体,并获得足够的支持和信任时,它们给出的答案,或许将远超预期。  

其实,SpaceX迎接了多少赞誉,就承受了多少的冷嘲热讽。但直到今天,它仍然狂奔在挑战自己的路上——实现“猎鹰9”号火箭的重复使用后,SpaceX今年又成功利用该火箭将一艘重复使用的“龙”飞船送入太空;而在即将到来的2018年1月,“猎鹰”重型火箭已蓄势待发。这些进展,对全球航天机构的经济发展和技术革新都至关重要。    

 三、IBM用迄今最新工艺制成5纳米芯片

 

摩尔定律在二十年前就被唱衰,但直到现在,半导体工程师们仍然发扬钉子精神,从方寸之地腾挪出无限空间。 

IBM公司研究团队6月在日本京都宣布,其在晶体管的制造上取得了巨大的突破——在一个指甲大小的芯片上,从集成200亿个7纳米晶体管飞跃到了300亿个5纳米晶体管。 

半导体行业一直致力于打造5纳米节点替代方案。IBM此次宣布的最新“全包围门”结构,被认为是晶体管的未来;即将投入生产的5纳米芯片,将使用工艺成本有所降低的极光紫外光刻技术,经济效益显著。 

新型芯片与10纳米芯片进行对比测试中发现,给定功率下,性能可提升40%;同等效率下,5纳米芯片可以节省74%电能。 

这一出色表现有望挽救濒临极限的摩尔定律,使电子元件继续朝着更小、更经济的方向发展,为自动驾驶、人工智能和5G网络的实现铺路。     

四、华人科学家团队找到马约拉纳费米子

 

 《科学》杂志上一篇论文,为我们预言了一个新时代的前夜。 

马约拉纳费米子80年后现身——由加州大学洛杉矶分校与斯坦福大学的合作观测,为这种“天使粒子”的存在提供了有力证据,也为这段漫长的探寻带来一个满意的解释。 

这是一种反粒子与自身相同的费米子,科学家一直在试图搜寻它。此次华人科学家团队通过对一种奇异物质开展一系列实验,首次为其存在找到了确凿证据:在超导体和磁性拓扑绝缘体叠加而成的材料内,观察到一种被称为“手性”费米子的特殊马约拉纳费米子沿着一个方向移动的准确无误的信号。 

而通过操控马约拉纳费米子作为量子比特,可能会是稳定量子计算机得以出现的完美选择,从而让人类彻底颠覆掉传统计算机。如果说“天使粒子”是物理学的一个基础性命题找到了答案,那量子计算则代表着一个全新的时代,我们可以对它的原理不明所以,但要知道其足以开启技术层面的实用进程。 

这也再次演绎了科学与技术之于人类进步的意义。自从人类有意识地记录、传承改造自然所取得的经验开始,科学与技术就像是一颗互为镜面的“马约拉纳费米子”,在历史的发展中,互促共进,螺旋上升,以原始的探索,整理出由粗浅到细致的规律。 

看似与我们相距甚远的理论研究,最终将化做万千问题的解决方案。所以我们说,它是对未来的惊鸿一瞥。    

 五、升级版“碱基编辑器” 催生人类遗传病新疗法

 

标准的基因编辑方法,比如 CRISPR-Cas9,可能会对 DNA 双链结构造成破坏。从今年开始,这一炙手可热的技术,受到了安全性质疑。 

虽然后续有科学家和基因编辑公司写信或发文章要求撤稿或更正,但难免让学界甚至公众脑袋中,不断闪现着几个问号——CRISPR-Cas9技术脱靶效应多么可怕?真能引起基因组内的大量基因突变?它的精准几率怎么提升? 

现在,哈佛大学化学教授、博德研究所华人研究员刘如谦带领的科学家团队,又开发出了一种更精准修改DNA单碱基的编辑工具。这种被称为CRISPR2.0版本的基因编辑工具,不仅效率高,而且几乎无任何不良副作用,可实现“点对点”打击基因突变。 

在已知的与疾病相关的5万种人类基因变异中,有32000种是由点突变造成的,而刘如谦团队成功将单碱基A转换为G,这种调整可能解决已知的16000种与点突变相关的疾病。人类遗传疾病新疗法的未来,简直不可限量! 

实际上,碱基编辑器一直被科学家“试用”。就在今年9月,中国中山大学研究人员还成功使用碱基编辑工具,移除了胚胎中会导致地中海贫血的遗传突变。 

著名遗传学家乔治·丘奇一直以来的观点不断被验证——不会只有一种基因编辑工具独霸天下,各种可能都值得尝试。

 六、“卡西尼”号证实土卫二具支持生命条件 

浪迹太空20载,孤军奋战13年。2017年,“卡西尼”号燃烧殆尽,悲情谢幕。   

不过,“卡西尼”号的科学价值不死,它的数据在当前及未来一段时间都是贵重分析资料。而我们,有幸见证了它的努力与成就——今年4月,NASA宣布的“卡西尼”号巅峰发现:土星第六大卫星“土卫二”,具备生命所需的所有条件——水、有机物以及能量来源。 

“卡西尼”号分析发现,土卫二喷发的冰中含有大量氢气分子和二氧化碳,二者存在的最佳解释是,它们由温暖海洋和海底岩层之间的水热反应产生。而这可以为深海微生物提供能量——就和地球数十亿年前诞生、孕育生命的环境非常相似。那些微生物,或许就“藏身”海床之中! 

其实,土卫二并不是一个刚冒出来的新舞台,这颗星早在二百多年前就被发现。上世纪80年代,人们已意识到其重要价值但苦于无力深究。直到“卡西尼”号真正揭开它不寻常的一面,让土卫二狠狠火了一把。

“卡西尼”号已是二十世纪最后一艘行星际探测的大飞船,它代表了一整个时代——那个年代,以NASA为首的航天机构对宇宙的发掘,让“天空看上去都与往日不一样了”。无人探测密集到让人羡慕,尽管出发点为冷战竞赛,但NASA却真实地拓宽了人类的视野,也让它一直走在宇宙探索的最前列。而如今,空间领域国际竞争此消彼长,映射出格局与秩序的深刻变幻,比以往更耐人寻味。    

七、世界首个分子机器人诞生

 

科技的魅力,存在于求证假设模型的执着中,显现在通过各种工具“看”到未知世界的惊讶中,还在于用已知条件创造未知的乐趣中。 

分子机器人的成就,显然属于最后一种情况——科学家把基本规律当成魔法棒,念动咒语,分子们就乖乖听话了。 

9月,《自然》杂志发表论文,介绍了英国曼彻斯特大学创建的世界首个分子机器人。它总共仅由150个碳、氢、氧和氮等原子组成,大小只有百万分之一毫米,将几百亿个这种机器人堆起来,也只有一粒盐那么大。 

如此微小的分子机器人,却能根据“指令”操控单个分子,用机器手臂搭建分子产品,过程与搭建乐高机器人的过程极其相似,只是换成了原子。 

虽然建造这类分子机器人极其复杂,但所用的技术都是基于简单的化学反应,原子和分子相互作用的基础原理,以及小分子如何构建大分子等化学知识。

由于非常微小,分子机器人具有很多优势,能降低材料需求、加速药物研发、大幅减少能源消耗及推进产品微型化等,因此,未来有望在诸多领域带来令人激动的应用。    

 八、首个治疗癌症基因编辑疗法获批

 

2017年,世界首个用于治疗癌症的基因编辑疗法,获得了美国食品与药物管理局(FDA)的批准,其被认为是革命性癌症疗法,标志着人类对肿瘤治疗进入一个新时代。 

CAR-T疗法,一种基因修饰自体T细胞的免疫治疗,也是使用患者自己的T细胞产生的“定制化治疗”。具体的做法,要先将患者的T细胞被收集并送到制备中心,在那里进行遗传修饰——嵌合抗原受体(CAR)的新基因表达,其指导T细胞靶向并杀死具有表面上的特异性抗原(CD19)——换句话说,就是科学家通过对病人的T细胞进行修饰,让T细胞去主动对肿瘤“发起进攻”。 

在这一过程中,CD19的身份很重要,几乎成了CAR-T疗法成功的代名词。但是,虽然绝大多数的CD19在B细胞表面表达,它却不是传统意义上的抗肿瘤分子靶点。因为一个抗肿瘤分子靶点通常是一个致癌基因,该基因的变异导致肿瘤的发生,所以抑制它便可以抗癌。而CD-19是一个B细胞受体,与肿瘤发生原本没有直接相关性,出人意料的是,它竟然是一个非常令人满意的靶点。 

在临床试验中,83%的病人在接受治疗的3个月之后进入了缓解期。而且这种修饰后的细胞,适用于每个病人的特定病情。 

目前,研发出首个获批CAR-T疗法的诺华公司,公布的一个相关疗程价格是47.5万美元,约相当于311万元人民币。其或许并不比传统的骨髓移植治疗花费要贵,但人们仍希望其价格能更“平易近人”一些。CAR-T疗法,这颗抗癌史上的“银色子弹”,未来或将彻底改变癌症治疗方式。    

九、人类首张脑电波连接全图问世

   

大脑依旧是人类认知的黑洞! 

美国前总统奥巴马的名句言犹在耳:“作为人类,我们能够确认数光年外的星系,我们能研究比原子还小的粒子,但我们仍无法揭示(大脑这一)两耳间三磅重物质的奥秘。” 

人类大脑大约有1000亿个神经元,它们如何连接以及连接错误,进而导致精神错乱或严重神经性疾病,人类仍没有弄清其中原委。 

美国国防部(DARPA)资助的与“恢复活跃记忆”相关的大脑研究项目(RAM)结出硕果——根据300名接受神经外科手术患者大脑中30000个电极的数据,美国宾夕法尼亚大学的神经科学家绘制出人类第一张脑电波连接全图。 

这张全图诞生的意义并非在于“大而全”,而是定向考察了与记忆相关的额叶、颞叶和内侧颞叶区域,有助于更好地理解记忆处理过程中被激活的大脑网络,有助于指导未来用脑部刺激治疗创伤性脑损伤或阿尔茨海默症等记忆障碍。 

大脑可研究的层次非常丰富,任何区域、任何维度、任何工具,都可以单独或组合成为研究对象。 

此次成果的意义在于,很好地解决了工具侵入性与大脑功能稳定表现之间的矛盾,且样本量宝贵而丰富,足够在一定程度上说明问题,科学进展具体而明确。   

十、量子系统研发创纪录 中国实现星地量子通信

 

毫无疑问,建造量子计算机现在是一个世界范围内的竞赛。

2017年,先是哈佛大学制造出拥有51个量子比特的量子系统,能模拟研究原子间相互作用;接着,IBM也宣布了一项里程碑式的进展,成功建成并测试全球首台50个量子比特的量子计算机原型;年底,又有美国两项独立实验再次发力:量子模拟器受控量子比特数量已达到50多个,可用于研究经典计算机所无法进行的交互任务,模拟出目前真实物理设备达不到的物理条件。    

50量子比特被认为是量子计算中的一个里程碑,也就是业界部分观点认为的,进入到“量子霸权”时代,届时量子计算机的计算能力超过经典计算机,实现了相对于后者的“霸权”。 

不过,超过50个量子比特,并不代表量子计算机就能做所有具备意义的、经典计算机无法进行的运算,目前最乐观的估计是,量子计算机如果想以比经典计算机快得多的速度来解决实际问题,至少需要100个到200个量子比特。

因而,真正的突破并不是有多少个量子比特,而是量子能做些什么。 

在中国,今年因一个量子论和信息论相结合的研究领域——量子通信的最新突破,领跑世界。 

世界第一颗量子科学实验卫星“墨子”号,今年7月打破了量子隐形传态的记录:潘建伟团队从地球将一个光子的量子状态传输给了1400千米高空一颗轨道卫星上的另一个光子。这次成功,将中国带到远距离超安全量子通信技术的前沿。 

9月,“墨子”号卫星又将光子传送到北京和维也纳,并生成量子加密密钥,使这些城市的团队能够安全地进行视频聊天。而该团队即将展开的国际合作,会共同探索全球化量子通信的可行性。 

对信息的安全传送,其实是人类自古有之的梦想,而中国的这项技术,将会带来真正无法破解的全球加密。

 

 

 

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