“一步千里”的跨越

關(guān)毅 (本刊特約記者)

科學(xué)時評

“一步千里”的跨越

關(guān)毅 (本刊特約記者)

宛如兩條長腿在世界上率先跨出千公里級的量子糾纏分發(fā)記錄，中國“墨子號”量子衛(wèi)星從星空中向地球發(fā)出的兩道光束，再次震驚了全球科技界。因這一史詩級實驗成果，“墨子號”登上了《科學(xué)》雜志封面。或許難以置信，兩個處于糾纏狀態(tài)的量子就像有“心靈感應(yīng)”，無論相隔多遠，一個量子狀態(tài)變化，另一個也會隨之改變。愛因斯坦稱之為“鬼魅般的遠距作用”。中國量子衛(wèi)星此次實現(xiàn)的就是“千里之外”的“鬼魅感應(yīng)”。從以往百公里級到千公里級，“墨子號”將量子糾纏分發(fā)的世界紀錄提高了一個數(shù)量級，被《科學(xué)》雜志譽為里程碑式成就。最前沿的科學(xué)在初期看上去都像魔法。電磁波、極光、晶體管、核磁共振等許多一開始看似枯燥無味或高深難懂的基礎(chǔ)研究和實驗，卻催生了后來不少改變社會的重大發(fā)明。這次量子糾纏分發(fā)實驗，也正是這樣一項兼具潛在實際應(yīng)用和基礎(chǔ)科研重要性的重大技術(shù)成就，贏得了國際同行的高度評價。讓我們?yōu)橹袊茖W(xué)家團隊一往無前的攻堅開拓精神點贊！也期待這次量子通信實驗的成功，早日化成利益人類的實際成果。

中國天文學(xué)家測繪出大尺度宇宙3D圖像

由中國天文學(xué)家領(lǐng)銜的一個國際研究團隊利用宇宙深處類星體的空間分布，首次成功探測宇宙膨脹歷史，繪制出大尺度結(jié)構(gòu)的宇宙3D圖像，并再次證實了暗能量的存在。

“為了揭開宇宙加速膨脹的奧秘，天文學(xué)家對整個宇宙的測繪一直在向縱深進軍，中國天文學(xué)家已經(jīng)深深融入這項國際前沿大科學(xué)計劃，”中國國家天文臺副臺長薛隨建教授接受記者采訪時說。

類星體是由超大質(zhì)量黑洞驅(qū)動的遙遠高光度天體，其非比尋常的亮度來自其中心存在的超大質(zhì)量黑洞。當(dāng)物質(zhì)和能量落向中心的黑洞，它們的溫度不可思議地升高并放出耀眼的光芒，這讓人類可在地球上借助2.5 m口徑望遠鏡探測到它們，也由此成為天文學(xué)家繪制宇宙圖像的理想天體。

世界最大星系巡天項目“斯隆數(shù)字巡天”近日發(fā)布報告指出，通過觀測距離地球68億光年到105億光年之間遙遠類星體的空間分布，斯隆數(shù)字巡天的國際科技計劃合作組織“擴展重子振蕩光譜巡天”(eBOSS)的天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了顯著的重子聲波振蕩信號。

重子聲波振蕩信號是早期宇宙中聲波振蕩留下的遺跡。從宇宙大爆炸后38萬年到今天，宇宙中都包含相同的重子聲波振蕩信號，所以可將其作為“標(biāo)準(zhǔn)尺”測量宇宙遙遠天體間的距離從而確定宇宙的膨脹速度。通過望遠鏡的觀測，天文學(xué)家可以推算類星體的距離，從而繪制類星體的三維空間分布。在eBOSS運行的兩年內(nèi)，天文學(xué)家利用斯隆地基望遠鏡已精確測量了超過14.7萬顆類星體的三維空間位置。

工作組聯(lián)合負責(zé)人、中國科學(xué)院國家天文臺天文學(xué)家趙公博在聲明中說，類星體非常遙遠，“我們看到的是它們在宇宙誕生之后30億年到70億年間發(fā)出來的光，遠在地球形成之前”。

結(jié)合近日測量數(shù)據(jù)與信號，斯隆數(shù)字巡天在6.6個標(biāo)準(zhǔn)差水平上證實了暗能量的存在。這是除超新星、宇宙微波背景輻射觀測之外的暗能量存在的又一獨立證據(jù)。

“暗能量是當(dāng)前科學(xué)中最重大的謎團之一，在這次的國際合作研究中，中國科研人員發(fā)揮了非常重要的作用，向著精確測量暗能量、解開其本質(zhì)之謎邁出了堅實的一步，”國家天文臺星系宇宙學(xué)部副主任陳學(xué)雷說。

最新研究成果確認了20年來科學(xué)家們建立起的標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型，在該模型框架下，宇宙演化遵從愛因斯坦廣義相對論的預(yù)言，即宇宙中除了構(gòu)成恒星和星系等的普通物質(zhì)外，還包括不可見的、但具有引力效應(yīng)的暗物質(zhì)，以及神秘的暗能量。在當(dāng)前宇宙中，暗能量占據(jù)主導(dǎo)地位，并推動當(dāng)前宇宙加速膨脹。

不過，為了理解宇宙的膨脹歷史，一張圖還遠遠不夠。eBOSS項目組仍在通過位于美國新墨西哥州阿帕奇山頂天文臺的斯隆望遠鏡進行巡天觀測。據(jù)介紹，隨著項目推進，天文學(xué)家將觀測到更多類星體和近鄰星系，測繪的宇宙圖像也將隨之增大。eBOSS結(jié)束后，包括暗能量光譜儀、歐洲空間局歐幾里得衛(wèi)星等下一代巡天項目也將拉開帷幕，將測繪出比eBOSS的圖像精度高10倍的宇宙圖像。

薛隨建說，在eBOSS之后，中國天文學(xué)家參與的國際暗能量巡天計劃會進一步測繪100億光年范圍的宇宙，預(yù)計將于2018年啟動。

特朗普宣布退出《巴黎協(xié)定》(圖片來源：Brendan Smialowski/AFP/Getty)

美國在批評與抗議聲中退出《巴黎協(xié)定》

美國總統(tǒng)特朗普2017年6月1日宣布退出《巴黎協(xié)定》。在6月5日“世界環(huán)境日”將至之際，美國這一決定給全球氣候治理進程帶來不確定性，受到廣泛批評并引發(fā)民眾抗議。

當(dāng)天在白宮玫瑰園舉行的發(fā)布會上，特朗普對忍著酷熱等待的幕僚、官員和記者宣布，《巴黎協(xié)定》給美國帶來“苛刻財政和經(jīng)濟負擔(dān)”，美國從即日起停止落實這份他認為“不具有約束力”的協(xié)議，包括停止落實國家自主貢獻目標(biāo)和停止為聯(lián)合國“綠色氣候基金”提供資金。

“我們退出了，”身著深色西服、打紅色領(lǐng)帶的特朗普說，“但我們將開始談判，我們將看看能否達成一個公平協(xié)議。如果可以的話，那太棒了。如果我們不能，那也沒關(guān)系?！?/p>

特朗普宣布完畢，在場記者大聲提問，但他并未作答即轉(zhuǎn)身離去。

當(dāng)天出席發(fā)布會的人員安排也體現(xiàn)了特朗普的立場。反對《巴黎協(xié)定》的白宮首席戰(zhàn)略師班農(nóng)、環(huán)境保護局局長普魯伊特在座，而希望留在《巴黎協(xié)定》中的國務(wù)卿蒂勒森、特朗普長女伊萬卡及女婿庫什納沒有現(xiàn)身。

《巴黎協(xié)定》于2015年達成，2016年11月生效，是繼《京都議定書》后第二份有法律約束力的氣候協(xié)議，為2020年后全球應(yīng)對氣候變化行動作出安排。

特朗普曾稱氣候變化是騙局，他就任總統(tǒng)后不久便要求評估修改奧巴馬政府的《清潔電力計劃》。特朗普政府提出的2018財年聯(lián)邦政府預(yù)算也提議停止向一些聯(lián)合國應(yīng)對氣候變化項目撥款，并大幅削減環(huán)保預(yù)算。

特朗普政府在氣候問題上的立場遭國際社會廣泛批評。美國前總統(tǒng)奧巴馬說，美國“加入了少數(shù)拒絕未來的國家行列”。聯(lián)合國秘書長古特雷斯表示這令人失望。

在白宮正門外，數(shù)百民眾舉著“退出《巴黎協(xié)定》是一場噩夢”、“沒有《巴黎協(xié)定》，美國落在最后”等標(biāo)語牌，高喊“可恥”口號，抗議特朗普在氣候治理問題上“開倒車”。

特朗普當(dāng)天講話時辯稱，美國人選擇他當(dāng)總統(tǒng)，是讓他“代表匹茲堡(曾有‘世界鋼都’之稱)市民，而不是巴黎市民”。匹茲堡市長比爾·佩杜托隨即在推特上反駁：“作為匹茲堡市長，我向你們保證，為了我們的人民、我們的經(jīng)濟和未來，我們將遵循《巴黎協(xié)定》的指導(dǎo)原則。”

美國曾是全球許多環(huán)保理念的發(fā)源地，而6月也記載著人類保護環(huán)境進程中的許多重要時刻。55年前的6月，美國生物學(xué)家蕾切爾?卡森所著《寂靜的春天》開始連載，引發(fā)全球環(huán)保浪潮。1972年聯(lián)合國人類環(huán)境大會也在6月舉行，并將6月5日定為“世界環(huán)境日”。

科學(xué)家第三次探測到引力波由距離地球約30億光年的兩個黑洞合并產(chǎn)生

美國激光干涉引力波天文臺(LIGO)科學(xué)家近日宣布，他們第三次探測到了由雙黑洞合并事件產(chǎn)生的引力波。此外，這次時空的微妙震顫還透露了黑洞的一個關(guān)鍵特征——它們的自旋，這是不正常的。這可能有助于揭示黑洞最初是如何配對的。

引力波是由一些宇宙中最“暴力”事件引發(fā)的時空漣漪。它被認為是愛因斯坦廣義相對論實驗驗證中最后一塊缺失的“拼圖”，它的發(fā)現(xiàn)是物理學(xué)界里程碑式的重大成果。

由1 000人組成的LIGO科學(xué)合作組織副發(fā)言人、佐治亞理工學(xué)院物理學(xué)家Laura Cadonati表示：“這些黑洞不像彼此環(huán)繞的兩個整齊排列的龍卷風(fēng)，而像兩個傾斜的龍卷風(fēng)?！盋adonati說：“這可能會影響最終的結(jié)果。”

最新一期美國《物理評論快報》發(fā)表的報告說，這兩個黑洞距離地球約30億光年，在合并前的質(zhì)量分別相當(dāng)于約19個和32個太陽，合并后的總質(zhì)量相當(dāng)于約49個太陽，有約兩個太陽的質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量以引力波的形式釋放。

2017年1月4日，這個來自宇宙深處的引力波信號抵達地球，以3毫秒之差被LIGO組織位于華盛頓州漢福德市與路易斯安那州利文斯頓市的兩個引力波探測器先后探測到。經(jīng)過分析，科學(xué)家確定它是引力波。

美國科學(xué)家之前于2016年2月11日宣布第一次直接探測到引力波的存在。這個于2015年9月14日探測到的引力波來自于另外兩個黑洞合并，但這兩個黑洞合并前的質(zhì)量更大，分別相當(dāng)于約36個與29個太陽質(zhì)量，合并后的總質(zhì)量相當(dāng)于約62個太陽，相當(dāng)于3個太陽質(zhì)量的能量在合并過程中以引力波的形式釋放。

之后，美國和歐洲的兩個引力波探測項目的研究人員于2016年6月15日在加利福尼亞州圣迭戈再一次宣布，他們“非常清晰”地再次探測到引力波的存在。探測項目組說，此次探測到引力波的時間是2015年12月25日。

之所以探測到引力波信號與宣布發(fā)現(xiàn)之間隔了一段時間，是因為科學(xué)家還要分析和確認相關(guān)數(shù)據(jù)。在這項研究中，科學(xué)家探測到來自兩個黑洞合并而產(chǎn)生的引力波信號。這兩個黑洞位于距地球14億光年外，在合并前的質(zhì)量分別相當(dāng)于大約8個和14個太陽，合并后的總質(zhì)量相當(dāng)于約21個太陽，其中約1個太陽的質(zhì)量變成能量，在合并過程中以引力波的形式釋放。經(jīng)過漫長旅行，這一引力波信號被LIGO項目組的兩個引力波探測器“清晰”地捕捉到。

科學(xué)家認為，多次明確探測到引力波信號表明，引力波并非偶然事件，未來將有可能繼續(xù)探測到中子星等其他天體在碰撞過程中產(chǎn)生的引力波。

LIGO科學(xué)合作組織發(fā)言人、麻省理工學(xué)院物理學(xué)家David Shoemaker表示，LIGO將在2017年8月結(jié)束目前的運行狀態(tài)。研究人員將在接下來的12至18個月中嘗試提升這部機器的靈敏性——自從2015年至2016年運行以來，LIGO只進行過少量的改進工作。

藝術(shù)家繪制的雙黑洞合并事件(圖片來源：LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State)

中國獨立設(shè)計實驗首次飛向國際空間站

一個對于中美太空合作具有“破冰”意義的中國實驗正在飛向國際空間站。

美國東部時間2017年6月3日下午5時7分(北京時間4日上午5時7分)，美國太空探索技術(shù)公司從佛羅里達州卡納維拉爾角利用“獵鷹9”火箭向國際空間站發(fā)射“龍”飛船，飛船攜帶第一個由中國獨立設(shè)計的實驗項目。

“歷經(jīng)各種困難，小心翼翼，如履薄冰，終于在今天隨著‘獵鷹9’一飛沖天，成功飛向國際空間站，”在現(xiàn)場觀看發(fā)射的實驗負責(zé)人、北京理工大學(xué)鄧玉林教授說，“此刻，除了激動就是激動?！?/p>

如果一切順利，鄧玉林團隊的項目將在兩天后登上空間站。此后，美國宇航員將在15天內(nèi)開展兩次對比實驗，研究空間輻射及微重力環(huán)境對抗體編碼基因的突變影響，所獲數(shù)據(jù)將傳回地面供鄧玉林團隊分析。

這次發(fā)射也將為空間站送去第一個中子星研究設(shè)備。此外，這是以前曾承擔(dān)過送貨任務(wù)的“二手”“龍”飛船又一次執(zhí)行任務(wù)。作為研制可重復(fù)使用火箭的一部分，“獵鷹9”火箭第一級被再次成功回收。

受阻于美國國會2011年出臺的“沃爾夫條款”，中國官方與美國航天局的太空合作被完全“冷凍”。但鄧玉林團隊通過商業(yè)合作模式，在2015年與美國納諾拉克斯公司簽署協(xié)議，成功突破中美太空合作“堅冰”。

美國航天局發(fā)言人凱瑟琳·漢布爾頓證實，“龍”飛船上攜帶中國實驗?！懊绹教炀肿袷厮蟹梢?guī)定，向國會報告了這一行為?？臻g站所有合作伙伴都批準(zhǔn)了攜帶這個實驗?！睗h布爾頓說。

她指出，從廣泛意義上看，這不是空間站的第一個中國實驗。包括2011年發(fā)射的阿爾法磁譜儀項目在內(nèi)，空間站一些實驗已由中國科學(xué)家負責(zé)或共同負責(zé)。

納諾拉克斯公司的載荷業(yè)務(wù)負責(zé)人瑪麗·墨菲認為，雙方合作樹立了一個“很好的榜樣”，是未來可繼續(xù)的一種合作模式。

對中國實驗登上空間站，觀察人士給予高度評價。

美國海軍軍事學(xué)院教授瓊·約翰遜－弗雷澤認為，這次合作證明商業(yè)太空活動日益增加的重要性。“太空不再僅僅是政府活動的范疇，就像汽車和電腦那樣，太空正在發(fā)展成為商業(yè)活動的一個領(lǐng)域，這是與過去相比一個很大的變化?！?/p>

美國華裔宇航員焦立中認為，美中向前邁出了很好的一步。“我一直相信，合作——特別是以民用航天探索作為途徑——是美中兩國向前走的最好方式?！苯沽⒅姓f。

科學(xué)家首次成功測量白矮星質(zhì)量哈勃望遠鏡觀測到附近恒星光彎曲

美國宇航局(NASA)的哈勃太空望遠鏡日前發(fā)現(xiàn)了由附近一顆白矮星引力而產(chǎn)生的光彎曲——這是天文學(xué)家第一次在太陽以外的恒星周圍觀測到這種扭曲現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)也再次證實了愛因斯坦的廣義相對論。同時，在廣義相對論提出100多年后，天文學(xué)家第一次成功利用它“稱”出了一顆恒星的質(zhì)量。

由馬里蘭州巴爾的摩市空間望遠鏡科學(xué)研究所天文學(xué)家Kailash Sahu率領(lǐng)的一個研究團隊觀測發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一顆遙遠恒星發(fā)出的光線射向地球觀測者時，隨著其在一顆白矮星附近產(chǎn)生的光彎曲，這顆恒星的位置也發(fā)生了輕微晃動。這一扭曲的數(shù)量使得研究人員能夠直接計算出這顆白矮星的質(zhì)量——大約相當(dāng)于太陽質(zhì)量的67%。

并未參與該項研究的英國考文垂市華威大學(xué)天體物理學(xué)家Pier-Emmanuel Tremblay表示：“這是一項難度很大的觀測，最終取得了很好的結(jié)果?！?/p>

研究人員在最新出版的《科學(xué)》雜志上報告了這一發(fā)現(xiàn)，同時在2017年6月7日于得克薩斯州奧斯汀市召開的美國天文學(xué)會會議上報告了該成果。

愛因斯坦1915年提出的廣義相對論讓人類對宇宙的認識發(fā)生了革命性變化。其一個關(guān)鍵預(yù)測是，距地球較近的星球會如同放大鏡一般扭曲來自它身后遙遠星球的光線，出現(xiàn)所謂“引力透鏡”現(xiàn)象。當(dāng)前方星球正好擋住后方星球時，光線圍繞前方星球構(gòu)成一個圓環(huán)，人稱“愛因斯坦環(huán)”。1919年，英國科學(xué)家在日全食觀測中驗證了這一預(yù)測的正確性。

愛因斯坦還預(yù)測，當(dāng)前方星球與后方星球不完全成一條直線時，“引力透鏡”效應(yīng)會導(dǎo)致后方星球稍稍偏移實際位置，并可利用偏移距離直接計算出前方星球的質(zhì)量，被稱作“天體測量透鏡”?？墒牵?936年，愛因斯坦又補充說，由于星球相距遙遠，“沒有直接觀測到這種現(xiàn)象的希望”。

在最新研究中，Sahu等人利用哈勃望遠鏡的優(yōu)異角分辨率，在5 000多顆恒星中尋找“天體測量透鏡”。他們意識到，一顆快速移動的白矮星Stein 2051 B恰好符合這種定位，于是在2013年至2015年間8次把哈勃望遠鏡對準(zhǔn)這顆星球。Stein 2051 B距離地球約17光年，是第六近的白矮星。

研究顯示，在這顆白矮星的引力作用下，其身后的星球的觀測位置與實際位置相距約2毫弧秒，據(jù)此可計算白矮星的質(zhì)量相當(dāng)于太陽質(zhì)量的67%。

Sahu的研究團隊如今已經(jīng)開始了另一個項目，用比鄰星(距離地球約4光年，是最近的恒星)尋找這一現(xiàn)象。研究人員已經(jīng)利用哈勃太空望遠鏡獲得了一些觀測結(jié)果，Sahu說。

Stein 2051 B是一顆位于鹿豹座中的白矮星(圖片來源：STSI)

摩洛哥發(fā)現(xiàn)最古老智人化石距今31.5萬年 或改變?nèi)祟惼鹪凑J識

研究人員日前報告稱，他們在一個不太可能的地方——摩洛哥發(fā)現(xiàn)了最古老的智人化石。

研究人員在大西洋海岸附近的一處考古遺址，發(fā)現(xiàn)了可以追溯到距今31.5萬年的早期智人的頭骨、臉和下頜骨化石。這一發(fā)現(xiàn)意味著，智人出現(xiàn)的時間要比之前的預(yù)期早了10萬年——大多數(shù)研究人員認為現(xiàn)代人大約在距今20萬年起源于東非地區(qū)。

科學(xué)家表示，這一發(fā)現(xiàn)并不意味著智人起源于北非地區(qū)。它表明早期智人的進化事實上遍布了整個非洲大陸。研究人員在2017年6月7日出版的《自然》雜志上報告了這一研究成果。

這項研究的作者、德國萊比錫市馬普學(xué)會進化人類學(xué)研究所所長Jean-Jacques Hublin表示：“迄今為止，人們普遍認為，我們的祖先可能就出現(xiàn)在‘伊甸園’的某個地方，而這個‘伊甸園’就位于撒哈拉以南的非洲地區(qū)?！比缃?，“我想說的是，非洲的‘伊甸園’可能就是整個非洲——這是一個巨大的花園”。Hublin是被稱為Jebel Irhoud的摩洛哥遺址長達10年的挖掘工作的負責(zé)人之一。

智人是生物學(xué)分類中“人屬”中的一個“種”，是目前全人類共有的生物學(xué)名稱。學(xué)術(shù)界一直無法確定智人出現(xiàn)的確切地點和時間。很長一段時間以來，被歸為智人的“最古老”化石來自東非，約有20萬年歷史。不少觀點認為人類起源于東非。

在這項新的研究中，科學(xué)家在深入分析Jebel Irhoud出土的智人化石后發(fā)現(xiàn)，這些化石至少來自5個智人個體，他們的面部及下頜形態(tài)與現(xiàn)代人類非常相似，腦部大小也較為接近，但頭骨相對更平、更長。研究人員認為，新發(fā)現(xiàn)揭示了智人進化的早期階段。

Hublin說：“我們通常認為20萬年前在東非某處出現(xiàn)了人類的搖籃，但新研究表明，智人約在30萬年前就已散布在非洲大陸各地，也就是說早在智人走出非洲前，他們已開始在這片大陸上分散開來?！?/p>

《自然》雜志當(dāng)天還發(fā)表了一篇同樣基于這批化石發(fā)現(xiàn)的報告。研究人員發(fā)現(xiàn)，考古地點出土的火石經(jīng)測定有30萬到35萬年的歷史，從另一個角度說明了有關(guān)智人化石年代的判斷。

在摩洛哥發(fā)現(xiàn)的早期智人化石(圖片來源：NHM London)

美國賓夕法尼亞州匹茨堡大學(xué)古生物學(xué)家Jeffrey Schwartz表示，新的發(fā)現(xiàn)非常重要，但他對于這些化石代表了早期智人表示懷疑。Schwartz認為，在這一人種之下，有太多不同的化石被聚集在一起，使解釋新化石以及它們?nèi)绾巍⒑螘r及何地出現(xiàn)的努力變得更加復(fù)雜。

英國倫敦大學(xué)學(xué)院古人類學(xué)家Maria Martinon-Torres表示：“智人盡管為人們所熟知，它卻是一個沒有過去的物種?！彼龔娬{(diào)與人類起源有關(guān)的化石在非洲稀少。但定義智人特征的缺失——例如突出的下巴和前額——使Martinon-Torres相信，Jebel Irhoud的遺骸可能不屬于智人。

來自倫敦自然歷史博物館的古人類學(xué)家Chris Stringer表示，當(dāng)自己第一次在20世紀70年代看到Jebel Irhoud遺骸時便知道，他們不是尼安德特人，但對于智人來說又太原始。但新的研究讓Stringer相信，這就是早期智人。他強調(diào)：“這項研究把摩洛哥從默默無聞推向了研究智人進化的前臺?！?/p>

生于阿爾及利亞的Hublin則表示：“我覺得我與這個遺址有一種私人關(guān)系?！彼f：“我不能說我們畫上了句號，但在這么漫長的一段旅程后，我們得出了驚人的結(jié)論。這讓我感到無比震撼?！?/p>

確定哪些蝙蝠攜帶了能感染人的病毒是非常棘手的工作(圖片來源：Alex Hyde/NPL)

蝙蝠是致命冠狀病毒全球宿主該發(fā)現(xiàn)有助科學(xué)家更好預(yù)測病毒將在哪里傳播

在世界范圍內(nèi)，蝙蝠是冠狀病毒的主要宿主，這是對非洲、亞洲和美洲的數(shù)千種動物進行的一項調(diào)查得出的結(jié)論。動物被認為與之前由冠狀病毒引起的嚴重急性呼吸系統(tǒng)綜合征(SARS)疫情和中東呼吸道綜合征(MERS)疫情的暴發(fā)有著直接關(guān)系，然而直到現(xiàn)在，研究人員并不確定這僅是一個巧合還是表明了一種更大的趨勢。

這一研究結(jié)果表明，研究傳染病的科學(xué)家可以通過著眼于不同蝙蝠物種的地理分布及其攜帶的病毒屬性，從而提高他們對于冠狀病毒會在哪里從動物傳播到人身上的預(yù)測水平。

這項研究的第一作者、美國紐約市哥倫比亞大學(xué)病毒學(xué)家Simon Anthony表示：“是時候主動出擊了?！彼f：“關(guān)鍵是要采取不同的方法，并且在病毒實際出現(xiàn)之前更加積極主動地了解其多樣性?！?/p>

這項研究是由美國國際開發(fā)署資助的，目的是在那些從動物到人類的病毒大流行之前搶占先機。研究人員在2017年6月12日出版的《病毒進化》雜志上報告了這一成果。

冠狀病毒在2002年成為媒體的頭條新聞，當(dāng)時SARS在中國出現(xiàn)并蔓延到27個國家，造成774人死亡。2012年，導(dǎo)致MERS的冠狀病毒出現(xiàn)在沙特阿拉伯，造成640人死亡。先前的研究已經(jīng)表明是蝙蝠把這種病毒傳播給駱駝，然后再傳播給人類。

為了繪制冠狀病毒的分布圖，Anthony及其同事捕獲并釋放了約12 300只蝙蝠、3 400只嚙齒動物和3 500只猴子。他們的工作遍及非洲、亞洲、南美洲和中美洲的20個國家——這些地方之前被確定為“熱點地區(qū)”，那里的疾病很可能是從野生動物傳播到人類身上的。

從黃昏到天黑，包括當(dāng)?shù)匮芯咳藛T在內(nèi)的生物學(xué)家團隊將飛進捆在樹間的網(wǎng)中的蝙蝠捕獲。他們收集了動物唾液、尿液和糞便的樣本，之后將這些樣本運往實驗室進行基因檢測。

結(jié)果顯示，近10%的蝙蝠攜帶了冠狀病毒，相比之下，其他動物樣本的比例只有0.2%。研究小組同時發(fā)現(xiàn)，在多種蝙蝠棲息的地方，冠狀病毒的多樣性也最高，例如亞馬遜雨林。

然而，蝙蝠的多樣性并不能單獨成為一個風(fēng)險指標(biāo)，這是因為只有一小部分冠狀病毒能夠感染人類。Anthony及其同事發(fā)現(xiàn)，冠狀病毒在非洲蝙蝠中蔓延的速度是在墨西哥、巴西、玻利維亞和秘魯?shù)?倍。這可能是由于每個區(qū)域的冠狀病毒之間存在遺傳差異，或不同種類的蝙蝠在不同森林中的互動方式不同造成的。

“拉丁美洲的冠狀病毒就不會跳來跳去，這是非常有趣的。”蒙大拿州漢密爾頓市美國國立衛(wèi)生研究院落基山實驗室病毒學(xué)家Vincent Munster說，“這值得進行更多的研究?！?/p>

Anthony說，下一步的工作是更多地了解病毒如何在宿主物種之間遷移以及不遷移。例如，在4月4日發(fā)表于mBio雜志的一項研究中，他的團隊指出，在實驗室中，一種在烏干達蝙蝠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的與MERS密切相關(guān)的病毒無法綁定在人類細胞受體上。正因為如此，這種病毒不會對人類健康造成直接威脅。

但是一些研究傳染病的科學(xué)家主張采用更加務(wù)實的方法。明尼阿波利斯市明尼蘇達大學(xué)傳染病研究和政策中心主任Michael Osterholm認為，研究人員和政治家們應(yīng)該把有限的資源轉(zhuǎn)向防止致命病原體的再次流行，而不是試圖預(yù)測哪些將是下一個在動物與人類間傳播的病毒。

“與埃博拉疫情在西非地區(qū)暴發(fā)時相比，今天我們并沒有準(zhǔn)備得更好，因此你必須要認清這一點?！監(jiān)sterholm說，“如果我們不去準(zhǔn)備迎接已經(jīng)知道的會在不久的將來暴發(fā)的疫情，那么我們了解溢出事件又有什么好處呢？”

Anthony則認為這兩種策略都是至關(guān)重要的?！叭绻覀兿胍@得領(lǐng)先，”他說，“我們首先需要了解它從哪里開始?！?/p>

中國“墨子號”量子衛(wèi)星(圖片來源：C. BICKEL/SCIENCE; (DATA) JIAN-WEI PAN)

中國量子衛(wèi)星實現(xiàn)“一步千里”的世界跨越

從百公里到千公里，中國“墨子號”量子衛(wèi)星將量子糾纏分發(fā)的世界紀錄提高了一個數(shù)量級。

2017年6月15日發(fā)布的美國《科學(xué)》雜志封面上，“墨子號”從星空向地面發(fā)出兩道光，宛如兩條長腿跨出一大步，也象征量子通信向?qū)嵱眠~近一大步。雜志刊發(fā)了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、量子衛(wèi)星項目首席科學(xué)家潘建偉等人的論文。

量子糾纏是奇特的量子力學(xué)現(xiàn)象。通俗地說，兩個處于糾纏狀態(tài)的量子就像有“心靈感應(yīng)”，無論相隔多遠，一個量子狀態(tài)變化，另一個也會改變。愛因斯坦稱之為“鬼魅般的遠距作用”。

量子糾纏分發(fā)，就是將一對有“感應(yīng)”的量子分置于兩地。這尤其適用于保密通信，在此基礎(chǔ)上的量子通信技術(shù)被譽為信息安全“終極武器”。

潘建偉說：“這項工作為未來開展大尺度量子網(wǎng)絡(luò)和量子通信實驗研究，以及開展外太空廣義相對論、量子引力等物理學(xué)基本原理的實驗檢驗奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)?！?/p>

《科學(xué)》雜志在一份簡介中將這項中國科學(xué)家獨立完成的工作稱為“一項里程碑式的研究”。論文審稿人認為，這一成果是“兼具潛在實際應(yīng)用和基礎(chǔ)科研重要性的重大技術(shù)成就”、“毫無疑問將在學(xué)術(shù)界和廣大社會公眾中產(chǎn)生非常巨大的影響”。

這篇題為《基于衛(wèi)星的糾纏分發(fā)距離超過1 200公里》的論文說，通過“墨子號”向地面發(fā)射光子，每對處于糾纏狀態(tài)的光子中的一個發(fā)向青海德令哈站，另一個發(fā)向云南麗江站，兩個地面站之間的距離達到1 203公里。這是世界上首次實現(xiàn)千公里量級的量子糾纏。

“墨子號”科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計師彭承志說：“這是量子衛(wèi)星上天以來迄今為止發(fā)布的最大成果?！?/p>

要讓量子通信實用化，需要實現(xiàn)量子糾纏的遠距離分發(fā)。但量子地面?zhèn)鬏敓o論通過光纖或大氣都有較大信號損耗，此前國內(nèi)外地面實驗的分發(fā)距離一直停留在百公里量級。

解決這個問題的一個有效辦法就是利用衛(wèi)星向地面分發(fā)。作為世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星，“墨子號”星地糾纏分發(fā)的傳輸衰減僅是同樣距離地面衰減的萬億分之一。但這種方式對精度要求極高，好比從萬米高空飛機上扔下一連串硬幣，在地面用存錢罐接住。

“這項工作是糾纏分發(fā)技術(shù)的一個真正突破，”美國麻省理工學(xué)院凱克極限量子信息理論中心主任塞思·勞埃德說，“這項實驗表明遠距離量子通信確實在技術(shù)上可行，讓人們看到了在不久的未來構(gòu)建遠程量子通信的希望?！薄?/p>

南極分裂出最大冰山拉爾森C冰架或有崩塌可能

科學(xué)家在2017年7月13日表示，氣候變化又有了一個新的宣傳海報：面積相當(dāng)于美國特拉華州大小的一個巨大冰山——這是有史以來最大記錄之一——在上個星期的早些時候脫離了拉爾森C冰架，后者是南極半島上現(xiàn)存最大的冰架。

雖然研究人員不能明確地將此次裂冰事件與變暖的空氣和水聯(lián)系在一起，但這些監(jiān)測整個事件的科學(xué)家現(xiàn)在擔(dān)心，在失去了超過12%的面積之后，剩下的冰架最終也將重蹈其北方同伴(拉爾森A冰架和拉爾森B冰架)的覆轍。(這兩個冰架分別于1995年和2002年完全倒塌。)

來自MIDAS項目的研究人員表示，此次裂冰事件大約發(fā)生在7月10日至12日之間。這些英國研究人員多年來一直在努力監(jiān)測冰架的情況。他們已經(jīng)注意到，之前穩(wěn)定的拉爾森C冰架變薄了并出現(xiàn)了裂縫。在2013年，一條裂縫甚至設(shè)法穿過了冰架的“縫合帶”——這些不規(guī)則的區(qū)域是由陸地上的冰流入后形成的，而“縫合帶”往往會阻止裂縫穿過它們繼續(xù)前進。

在過去的1年里，蜿蜒曲折的裂縫加速前進。“我們在幾個月前便已經(jīng)預(yù)測到這一事件的發(fā)生，并對裂縫用這么短的時間便沖破了最后幾公里的冰層感到驚訝?！盇drian Luckman說，他是英國斯旺西大學(xué)的冰川學(xué)家，也是該項目的首席研究員。

科學(xué)家目前還不確定拉爾森C冰架在此次損失之后是否會崩潰。來自新形成的冰山的壓力可能會導(dǎo)致部分坍塌，或者新暴露出來的冰架可能更容易被裂縫所影響。挪威斯瓦爾巴大學(xué)中心冰川學(xué)家Chris Borstad說，觀察是否有一些休眠的裂縫——目前都被“縫合帶”所停滯——將是非常重要的。

Borstad表示：“如果其中任何一條裂縫開始生長，它們可能會對冰架的穩(wěn)定性帶來更大的問題?！逼渌芯咳藛T則指出，新冰山可能形成“被動的”冰，從而使拉爾森C冰架避免進一步的損失。同時，該冰架或許能夠保持穩(wěn)定，并在未來數(shù)十年的時間里開始添加新的冰。

但是如果拉爾森C冰架真的消失了，它將會移除防止南極大陸上的冰川滑入南極水域的支撐物?？茖W(xué)家表示，失去這一屏障并釋放冰川將會使全球海平面上升幾毫米，這幾乎相當(dāng)于全球每年因氣候變化而導(dǎo)致的海平面上升幅度。

隨著拉爾森C冰架裂縫在過去1年中的發(fā)展，它受到了媒體的廣泛關(guān)注。位于美國博爾德的科羅拉多大學(xué)冰川學(xué)家Daniel McGrath說：“這是一種類似于電視真人秀的冰川學(xué)研究?！?/p>

這些關(guān)注也暴露了冰川學(xué)家關(guān)于氣候變化如何影響冰山發(fā)展的爭論。裂冰作用的動力學(xué)是很復(fù)雜的，在變暖的空氣和水與裂縫的擴展之間并沒有建立起因果聯(lián)系——它們是否改變了冰的內(nèi)部壓力？它們是否削弱了“縫合帶”？抑或它們根本沒有產(chǎn)生任何影響？

這一切都很難說。但是Borstad認為，說裂冰作用是由人類引起的氣候變化驅(qū)動的更大趨勢的一部分，這并不是必然的。他說：“即便我們無法確定某一條裂縫和某一座冰山是否與氣候變化有關(guān)，我們也應(yīng)該能夠預(yù)測一個經(jīng)歷著變暖和變薄的冰架會退縮并最終坍塌?！?/p>

無論拉爾森C冰架何時崩潰——或者很快或者在數(shù)十年后，新冰山的出現(xiàn)表明，冰蓋的不穩(wěn)定性正在向南、向著南極大陸的方向發(fā)展。在南極，大量陸地上的水也同樣被冰架所支撐——而它們所導(dǎo)致的海平面上升水平將不是以毫米計量，而是以米計量。

“隨著氣候變暖進一步向南發(fā)展”，加州大學(xué)歐文分校冰川學(xué)家Eric Rignot在一份聲明中說，“它將會影響當(dāng)前正在支撐著更大冰川的越來越大的冰架，因此它們的崩潰將對海平面上升造成更多的影響?！倍S著海平面的上升，世界各地的沿海城市將受到嚴重影響。

2016年11月拍攝的拉爾森C冰架的主要裂縫(圖片來源：John Sonntag/NASA)

中國超算再奪冠 美國跌出前三

新一期全球超級計算機500強榜單2017年6月19日發(fā)布，中國超算“神威·太湖之光”與“天河二號”連續(xù)第三次占據(jù)榜單前兩位，美國超算“泰坦”則被瑞士的“代恩特峰”擠到第四。這是20年來美國首次跌出前三名。

全球超算500強榜單每半年發(fā)布一次。中國超算“神威·太湖之光”一年前以每秒9.3億億次的浮點運算速度首次奪冠，被榜單編撰人形容為“毋庸置疑是這個星球上最強大的數(shù)字運算機器”。它的核心部件全部為國產(chǎn)。

中國國家超級計算無錫中心副主任、清華大學(xué)副教授付昊桓說，中國國產(chǎn)系統(tǒng)連續(xù)三次獲得世界第一，凸顯了中國在超算領(lǐng)域的自主研發(fā)能力。

他說，中國超算在硬件和軟件研發(fā)兩方面正同步提升。預(yù)計將來飛速發(fā)展的國產(chǎn)硬件將在國產(chǎn)軟件的支撐下，為各領(lǐng)域帶來更為強大的科學(xué)研究能力和工程試驗?zāi)芰Α?/p>

中國國防科技大學(xué)的“天河二號”浮點運算速度為每秒3.39億億次，本次依然排名第二。美國“泰坦”的排名曾多次緊隨“天河二號”，但這次，瑞士國家計算中心的“代恩特峰”經(jīng)升級后浮點運算速度達到每秒1.96億億次，從半年前第八名升至現(xiàn)在的第三名?！疤┨埂弊?012年上榜以來運算速度保持每秒1.76億億次沒變化，排名從第三跌至第四。

國際TOP500組織在一份聲明中說，這是全球超級計算機500強榜單24年歷史上美國第二次無緣前三名。第一次是在1996年11月，當(dāng)時3臺日本系統(tǒng)占據(jù)前三位置。不過，此次榜單前十名中，美國依然占據(jù)5席，超過其他國家。

付昊桓說，美國的積累不容忽視。如不出意外，年底排名中將會出現(xiàn)美國的兩臺每秒20億億至30億億次規(guī)模的新系統(tǒng)。瑞士的系統(tǒng)殺進前三確實比較意外，顯示了歐洲對于大型超算系統(tǒng)投資的增加。

本次500強榜單中，美國上榜系統(tǒng)總數(shù)排名第一，達到169臺，中國以159臺排第二。不過，相比半年前各自171臺的上榜數(shù)量，兩個國家所占份額均有所減少。

全球超級計算機500強榜單始于1993年，是對全球已安裝的超級計算機排座次的知名排行榜，由美國和德國超算專家聯(lián)合編制。就在此次榜單發(fā)布前夕，美國能源部宣布將在未來3年撥給6家公司總額2.58億美元資金，旨在2021年前研制出至少一臺每秒可進行百億億次計算的超算系統(tǒng)。中國、日本和歐洲也已宣布百億億次超算研制計劃。專家預(yù)計，未來500強榜單的榜首位置可能將出現(xiàn)多國交替占據(jù)的態(tài)勢。

(2017年7月19日收稿)

(編輯：沈美芳)

A step leaps over thousands kilometers

GUAN Yi

10.3969/j.issn.0253-9608.2017.04.010