2013年国内十大科技新闻解读

2013-12-26 12:36:08来源: 科技日报
    2013年,中国科技界把攒了多年的能量一下子释放出来,高新成果比比皆是,以至于评委会只得忍痛割爱。

  由科技工作者、资深科技记者和广大读者评选出来的2013年十大国内科技新闻,坚持以往的全面视角—纳入考察的候选项不仅涵盖象征国家实力的工程成就,还有各科学领域的前沿成果,以及社会普遍关注的热点科技事件。最终入选的十条新闻,有一些是社会大众熟悉和关注的,还有一些貌似冷门,但对各自学科的发展十分关键。通过本篇解读,科技日报将深入剖析这些重大新闻事件的来龙去脉。

  运-20大型运输机首飞成功

  运-20,万众期待,代号“鲲鹏”,外形浑圆,如果说之前的中国研发的各种新机形如歼-20者更像健美运动员,运-20更像个蒙古摔跤手。网友管它叫“大胖鸟”。

  1月26日,运-20大型运输机首飞成功。它以超过60吨的载重量,220吨的最大起飞重量,跻身全球十大运输机之列。就在两周前,第二架运-20原型机又完成了飞行测试。这进度确实快。

  1980年代,世界上有四个半国家能制造大飞机,都是安理会常任理事国,其中的“半个”就是中国。中国曾造出过起飞重量超100吨的运-10并试飞成功,但后来放弃了,以至于前几年经常听到网友埋怨:“唉,当初如果运-10不下马……”运-20首飞成功,让这遗憾的一页翻了过去。

  运-20的航程超过7800千米,让中国能够长距离迅速投送物资、人员。中国空军也看到了变身战略空军的希望。有了运-20,中国的空中加油机和预警机找到了合适载体。话说十多年前,国内自研预警机缺乏大飞机平台,据说也是运-20项目启动的重要原因。

  目前中国的大型运输机是从俄罗斯进口的20多架伊尔76。前几年抗震救灾中,中国空运力量的缺乏十分明显。有分析指出,中国至少需要300架甚至更多的大型运输机,外加数十架空中加油机和预警机。因此运-20可谓生逢其时。

  中国近几年飞机研发加速,得益于制造能力的突飞猛进。媒体报道说,运-20就采用了中国领先世界的3D打印技术。

  当然,大飞机改进之路还很长。今后的中国大型运输机的能力,依赖于发动机等关键环节的技术水准。话说红色苏联那架超级运输机“安-225”,起飞重量竟然可以达到640吨,能背负“暴风雪”航天飞机上天。这样名垂青史的超级机器,才反映出超级大国的工业实力。

  首次观测到量子反常霍尔效应

  当电子被约束在二维平面上,外加强磁场,它前进的轨迹会变弯。磁场特别强的话,电子甚至原地打转。这种现象叫“霍尔效应”。当磁场越来越强,霍尔效应给电流造成的阻力会阶梯式跃增(也就是说,只呈现为某个值的整数倍),而非直线式上升。这就叫“量子霍尔效应”。

  在1980年代,为了呈现量子霍尔效应,需要一台冰箱大小的磁设备,制造出比地球磁场强百万倍的“小环境”。这台冰箱能省下来吗?1988年,有人提出一种可能的“反常”的磁场设置。这思路启发了物理学家,进而追求“量子反常霍尔效应”。但所需材料和结构难以制备,因此进展缓慢。

  25年过去,中国人率先攻占这一高地。今年4月,来自中科院和清华大学的团队在《科学》杂志发表论文:他们利用新思路制造出合适材料,并观察到了量子反常霍尔效应。杨振宁教授评价它为“诺奖级发现”。因为,1980年和1982年分别发现的“整数”和“分数”量子霍尔效应(后者有华裔科学家崔琦的贡献),后来均获物理诺奖。而“反常”量子霍尔效应是这个家族里的最后一个大发现。

  既然的确存在量子反常霍尔效应,我们就有可能制造出一种不发热的、且不需外加磁场的集成电路。

  电子在导体内部飞奔时,经常撞上路障,革命道路无比曲折。“摩擦生热”,使得芯片滚烫。有一种让电子不再跌跌撞撞的办法—利用霍尔效应,电子可以“贴边遛”,在导体外缘走出一条极为规则,且避开导体深处路障的“胡志明小道”。

  须知,集成电路继续微缩的瓶颈,就是芯片太烫。一旦(当然也可能遥遥无期,科学家并没有承诺)无需强磁场也能把霍尔效应用到机器上,CPU的摩尔定律将继续有效,超级计算机将缩小到IPAD的尺寸,电脑降温难题也会寿终正寝。

  神十开创我国载人航天应用性飞行先河

  6月11日,神舟十号飞船成功发射并访问天宫一号,开创中国载人航天应用性飞行的先河。在经过15天太空飞行后,神舟十号载人飞船返回舱在内蒙古预定区域安全着陆,飞行任务圆满成功。

  在轨飞行期间,神舟十号飞船与天宫一号进行了一次自动交会对接和一次手控交会对接。这是一次高调的、让人羡慕嫉妒恨的太空之吻。

  更让人惊奇的是,3名航天员聂海胜、张晓光、王亚平在天宫一号首次开展太空授课活动。通过直播,全国至少有6000万学生上着他们魔术般的太空授课,彼时世界最拉风的教师大概非他们莫属。

  对于一位小学生“您能看到UFO吗?”的疑问,在离地面300多公里的王亚平回答说,“透过舷窗,我们可以看到美丽的地球,也可以看到日月星辰,但我们没有看到过UFO。另外,我要告诉你一件奇妙的事情,我们每天可以看到16次日出,因为我们每90分钟绕地球转一圈。”

  这样一堂现身说法的科普课,不仅带给广大青少年巨大惊喜,而且进一步激发他们崇尚科学探索未知的热情。

  从无人到载人,从一人到三人,从太空行走到交会对接,从天地对话到太空授课……每一次跨越都见证我国科技的进步和航天人的精神追求。本次应用性飞行不仅验证和巩固交会对接技术和航天员在轨驻留相关技术,还将开展空间站建造相关的技术实验,更加注重为空间站建造积累经验。

  天河”重夺世界超级计算机头名

  爱上超算之王“天河二号”需要理由吗?

  在6月德国莱比锡的“2013国际超级计算大会”上,由国防科技大研制的天河二号超级计算机,跃居第41届世界超级计算机500强排名榜首,这是继2010年天河一号首次夺冠之后,中国超级计算机再次夺冠,成绩令人艳羡。

  在大数据时代,作为一般个人电脑无法处理的大资料量与高速运算的电脑,超级计算机无疑是计算机大家族里的“高富帅”。超级计算机的功能最强、运算速度最快、存储容量最大。它对一国的安全,经济和社会发展所做的贡献,不容小觑。正因为它如此重要,所以许多有远见的国家不惜砸锅卖铁,也要下大力气研究超算。

  当今的超算“状元”天河二号不仅干活多,而且“饭量”还很大。它每日运行所消耗电费超30万人民币。天河二号运算1小时,相当于13亿人同时用计算器计算1000年,其存储总容量相当于存储每册10万字的图书600亿册。较之上届“状元”美国“泰坦”,天河二号更是有过之而无不及,计算速度是“泰坦”的2倍,计算密度是“泰坦”的2.5倍,能效比相当。

  作为亿亿次级超级计算机,天河二号自主创新了新型异构多态体系结构。可高效支持大数据处理、高吞吐率和高安全信息服务等多类应用需求。此外,它的微异构计算阵列和新型并行编程模型及框架,提升了应用软件的兼容性、适用性和易用性。天河二号服务阵列采用了该校研制的新一代“飞腾-1500”CPU,这是当前国内主频最高的自主高性能通用CPU。

  天河二号,你值得拥有。

  成功研发人感染H7N9禽流感病毒疫苗株

  几年前,有首歌风靡一时:“我不想说我很清洁/我不想说我很安全/可是我不能拒绝人们的误解/……一样的鸡肉/一样的鸡蛋/一样的我们咋就成了传染源/禽流感/很危险/谁让咱有个鸟类祖先……”

  这首歌从第一人称的角度谈到禽流感给人们带来的恐慌。禽流感是由病毒引起的动物传染病,禽流感病毒属于甲型流感病毒,通常仅感染鸟类动物。人感染禽流感,是由禽流感病毒引起的人类疾病,感染后的症状主要表现为高热、咳嗽、流涕、肌痛等,严重者心肾等器官功能衰竭从而导致死亡。

  禽流感病毒并非“独生子女”,感染人的禽流感病毒亚型有H5N1、H9N2、H7N7等诸多兄弟姐妹。今年3月,我国在全球首先报告发现H7N9禽流感病毒。该病毒可由禽传染给人,引发重症肺炎并危及生命。而科学研究也发现,H7N9病毒有可能越过种属,实现人与人之间的有效传播。

  宛如一匹烈性黑马,H7N9亚型禽流感病毒一出世,便伴随晴天一声霹雳。它是一种新型禽流感,以前从未发现过人的感染情况。如今人感染的H7N9禽流感病毒是世界首次发现的新亚型流感病毒,至今尚无疫苗。

  它来了,小伙伴们该怎么办?

  一物降一物。10月26日,我科学家宣布成功研发出人感染H7N9禽流感病毒疫苗株。对于H7N9禽流感病毒,研究者是有一手的。他们通过反向遗传技术,以PR8质粒为病毒骨架,与自行分离的病毒株进行基因重排,从而成功研制出H7N9流感疫苗种子株。为确保安全性,科研人员将种子株在无特殊病原体的鸡胚中连续传代15代,经测序证实遗传稳定,未发生变异。这一成果为及时应对新型流感疫情提供了有力的技术支撑,并为全球控制禽流感疫情做出了贡献。

  实现体细胞重编程技术重大突破

  提起诱导多能干细胞(iPS),关心科学进展的人不会陌生。去年的生物诺奖,就因为iPS颁给了山中伸弥和汤姆森。利用“逆转录病毒”,将四个不同作用的关键基因运进体细胞,成年体细胞就可以变回“幼年状态”—iPS细胞。后来人们发现,iPS能变做神经元、皮肤细胞等功能细胞,很大程度上近似于胚胎干细胞。iPS能够回避胚胎干细胞的伦理争议,从而备受欢迎。制造iPS的不同方法也陆续被发现。自此iPS成为干细胞领域最热的研究方向,5年来,许多媒体也将之评为最重大的科学突破之一。

  今年7月,北京大学的科学家发表在《科学》杂志的文章中,提出一种成功将体细胞制成iPS的新方法,让iPS的研究和应用变得更现实。先前,为体细胞“重编程”是一件复杂、失败率很高的过程。而北京大学团队提出的方法十分简单和安全。仅使用4个小分子化合物的组合对体细胞进行处理,他们成功地用小分子化合物替代掉了3个基因,仅使用Oct4这一个基因就完成了体细胞重编程;另一方面,他们还试验用其他3个基因,配合替代Oct4的一种小分子化合物,也成功转化了体细胞。

  为了找到合适的转化物,北京大学团队从2008年开始试验了上万个小分子化合物。2011年底,他们终于制造出“化学诱导的多潜能干细胞”,之后他们又用了一年多的时间做后续工作,并分析了其中的分子机制。利用这种新方法,实验团队把成年小鼠的肺部成纤维细胞变成了一只健康小鼠。

  各国之所以大力资助干细胞研究,是希望干细胞能变出健康的器官和组织,人造器官以至于肢体再生就能成真,生老病死的许多痛苦也就可以避免。甚至有人说,干细胞疗法能让人活到两百岁以上。

  但人们对干细胞的“脾气”至今还摸不清楚。中国科学家此次的创举,有助于人们更好地理解“细胞的命运”。假如治病需要的细胞功能,能直接通过小分子化合物重塑,那就好比移植器官的手术改成吃药片,给我们省大麻烦了。

  拍摄到氢键的清晰照片

  在你身体里,还有笼罩你的空气里,分布着数不清的氢键,它对于你的生存必不可少。

  只带一个电子的氢原子,如果碰上氧原子等喜欢招募电子的家伙,它的电子就倾向于叛逃。剩下一个光杆司令:带电荷的氢原子核,它自然就亲近相反电荷的其他原子。这种原子之间的勾兑就叫氢键。

  比起牢牢绑定原子的化学键,氢键的强度很小,但影响很大。比如DNA双链中的碱基配对就是氢键作用;蛋白质能成形,也要感谢氢键出手;水在结冰时不缩反胀,正是因为氢键的效应。

  11月,国家纳米科学中心的团队在《科学》杂志上发表文章:他们利用原子力显微镜技术,实现了对分子间局域作用的直接成像,在国际上首次直接观察到了分子间的氢键。他们观测一个吸附在铜晶体表面的8-羟基喹啉分子,拍下了高分辨率图像。

  此前,对氢键特性的研究主要借助于X射线衍射、红外和拉曼光谱、中子衍射等技术来间接分析,人们从来没有真正地看到过氢键。科学家打了个比方:“相当于以前可以从太空中看到地面的人排成一行,现在是第一次看到原来这些人之间是手拉着手。”根据氢键的照片,科学家测量出了它的键长及键角。

  在这张黑白照片上,规则的灰、黑、白色块拼在一起,像几块龟甲紧紧挨着,也像一块蜂巢,还像常见的珊瑚化石。幸亏这次中科院拍到的只是几个原子的连接,要把几百个原子拥挤的照片发出来,大家的密集恐惧症都得发作。

  尽管1936年科学家就正式提出了氢键概念,但迄今氢键的本质还有争论。这次,中科院团队改造了仪器,自制原子力显微镜的核心部件,实现了氢键观测。

  证实盐碱土大量吸收二氧化碳

  大家都知道,盐碱地克树,树克二氧化碳。那盐碱地跟二氧化碳是什么关系呢?中国科学家今年证明,盐碱地也克二氧化碳。

  在进行全球碳平衡研究和估算中,科学家们发现,有近20%的二氧化碳排放去向不明,这被称为“碳失汇”问题或“碳黑洞”问题。今年11月发表的研究成果中:中国科学家领导的一个科研团队给出了解释—碱土能够吸收二氧化碳。

  2009年初启动的973项目—“干旱区盐碱土碳过程与全球变化”,由中国科学家领衔,来自中国、德国、比利时的58名科学家在近5年的时间里发表了200篇论文。研究和证实了盐碱土对二氧化碳的吸收。盐碱土吸收无机碳,既是化学过程,也包括物理过程和生物过程。

  科学家们认为:通过绿洲区农田灌溉淋洗、荒漠区洪水以及地下水波动,接触盐碱土的水变成咸水,并溶解和携带大量二氧化碳,最后进入地下咸水层,从而形成碳汇。地下咸水层也是干旱区物质的最终归宿地。

  科学家发现,干旱区地下咸水是一个巨大的活动无机碳库,是陆地上土壤、植物之外的第三个活动碳库,其量级初步估计可达1万亿吨。就其属性特征和形成特点看,这个无机碳汇(库)更接近海洋而非陆地上土壤、植物碳汇(库)。实测数据显示,沙漠下咸水的可溶性无机碳碳含量大于海水2倍。科研团队还提出了定量计算公式。

  干旱区盐碱土的开发必然需要洗盐,而洗盐过程形成碳汇。从这个角度看,干旱区人类活动的加剧,让空气里的二氧化碳变少了。这真是个好消息。不过碳排放向来复杂难解,今后会不会有不同的声音呢?殊难预料。不论如何,沙漠下面那片浩瀚的咸海,还真是蕴藏科学谜题的一个宝库。

  4G牌照颁发,电信业进入新时代

  当不少手机用户还在为自己所使用的3G网络洋洋得意时,更具土豪气质的4G悄然而至。12月4日,工信部正式向三大电信运营商—中国移动、中国电信、中国联通(600050,股吧)颁发了TD-LTE制式的4G牌照。等待多时的4G牌终于发布,中国正式进入全新的4G时代。

  4G带来的通信时代将是高端大气上档次的,包括用户网速、语音通话、移动互联网、电子商务、智慧城市等等会焕然一新。

  不可否认,4G时代的到来将掀起一轮手机更换潮。在中国,喜新厌旧的人不少,他们恨不得每天换一个新伴侣—手机,只要手机出现一点点的缓冲,就烦躁得想换掉它。在求新、求快的心态下,更换4G手机无疑是“居家旅行、必备良药”。

  工信部向三大电信运营商颁发了“LTE/第四代数字蜂窝移动通信业务(TD-LTE)”经营许可。此次4G牌照的发放打破了电信和联通对于固网牌照的垄断,实现了三大运营商“固网+移动”的格局。

  此次4G牌照的发放也是一种国际style。目前全球有20多国采用TD-LTE和FDD-LTE的商用双模网络。我们自然不能落在国际友人的后面。对于TDD和FDD制式的无线电频率,我国已经规划。工信部表示要在方便国内用户使用移动通信的同时,统筹发展TD-LTE和FDD-LTE。

  长江后浪推前浪,前浪死在沙滩上。此轮4G牌照的发放无疑将加速国内手机行业的新一轮洗牌。中国消费者求新、求快的心态下,更换4G手机无疑是首选。十年前,能拥有一部黑白屏幕的诺基亚手机,似乎是此生无憾了。而今,谁的手机屏幕更大、谁的厚度更薄、谁的网速更快已经成为茶余饭后的一个谈资。有专家预计到2014年,4G手机在国内市场的销量会接近1亿部并拉动15%的消费需求。

  电信业的每一轮发牌都伴随着巨大的关注。如何发放牌照,给哪些运营商发放,牌照的具体标准是什么……这一切都会给今后电信发展带来悄然无声的影响。

  10 嫦娥三号成功落月

  12月14日,来自千里之外的“女汉子”嫦娥三号带着宠物 “玉兔”号月球探测器叩开广寒宫清冷的大门。

  当天,嫦娥三号在月球虹湾预定区域成功着陆,并在15日凌晨与“玉兔”分离。

  对于女汉子来讲,登月最难的技术环节是软着陆。软着陆意味着她需要经主减速、快速调整、接近、悬停、避障和缓速下降等6个阶段,相对速度从每秒1.7公里逐渐减为0。在距离月面100米高度时,女汉子暂时停下脚步,对着陆区进行观测,以避开障碍物、选择着陆点。在以自由落体方式走完最后几米之后,平稳“站”上月面的4条着陆腿触月信号显示顺利着陆。

  落月后,女汉子为太阳翼和定向天线展开、设备工作模式调整等月面初始化工作紧张忙碌着,之后在地面控制下,着陆器与巡视器成功分离和互相拍照。忙里偷闲之余,美丽的女汉子不忘拍下带有五星红旗标示的画面留作纪念。

  中国探测器首登地外天体之举使得我国成为世界上第三个实现地外天体软着陆的国家。着陆区之所以选在虹湾区域,主要是考虑到着陆区的地形地貌条件、月面通信条件、太阳光照条件等因素。此前,世界上仅有前苏联、美国成功实施了13次无人月球表面软着陆。不同于国外的软着陆方案,嫦娥三号的软着陆过程设有悬停和避障阶段,探测器可对着陆区地形地貌进行精确勘察,识别出月面斜坡、石块、坑凹等危险地形,提高了着陆的安全性、可靠性。

  在本次探月之旅中,嫦娥三号将获取月球内部的物质成分并进行分析,将一期工程的“表面探测”引申至内部探测。嫦娥三号着陆器定点守候,月球车在月球表面巡游90天,抓取月壤在车内进行分析,并把数据直接传回地球。

  不要迷恋女汉子,因为在38万公里外,她只是个美丽的传说。

关键字:2013  十大科技新闻

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2013/1226/article_29116.html
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