光穿过透明的样品,可带出样品内部的信息;同样,中子流也可以穿透目标,带出信息。中子不带电,不与电子和质子作用,所以即使材料很厚,中子也能轻松穿透。
一开始,人们用核反应堆生产中子,但核反应速度不能太快。散裂中子源应运而生。它用电磁场加速质子,像炮弹一样狠狠砸向钨、汞等重金属原子核。巨大的原子核就“散裂”出一些自由的中子。
散裂中子源还可以观察高铁轮子是否质量过关——它能透视零件内部的应力是否释放。中子源还能实时观察飞机发动机怎样疲劳受损的,以便改进设计。
散裂中子源对中国探索前沿科学问题、攻克核心技术、解决“卡脖子”问题有重要意义。目前只有美、日、中、英拥有该技术。
中国散裂中子源是我国“十一五”期间重点建设的十二大科学装置之首。它总投资23亿元,包括一台直线加速器、一台快循环同步加速器、一个靶站,以及一期建设的三台不同类型的中子谱仪。
中国散裂中子源的国产化率超过90%,它的制造直接拉升了中国在磁铁、电源、探测器和电子学方面的水准。
7 港珠澳大桥开通创多项工程纪录
很少有一座桥的开通如此吸引全国的注视,很多人只为去桥上看看,专门安排一趟行程。
它就是建筑史上里程最长、投资最多、施工难度最大的跨海大桥——港珠澳大桥。它创造了一连串世界纪录:
全长55公里:世界最长跨海大桥。
15公里的全钢结构钢箱梁:世界最长钢铁大桥。钢材用量相当于60座埃菲尔铁塔。
海底沉管隧道全长6.7公里:世界最长海底隧道。
沉管隧道每节长180米,重约8万吨:世界最大沉管隧道。
隧道最深处在海平面以下48米,也是世界纪录……
跨越伶仃洋的港珠澳大桥,东接香港,西接珠海和澳门,总长约55公里,它集桥、岛、隧于一体,从设计到建设前后历时14年,攻克一系列难题。比如大桥设计东西两个人工岛,用海底沉管隧道连接。隧道由33个巨型沉管组成。沉管在海平面以下13米至48米无人对接,误差控制在2厘米内,精准程度史无前例。
一连串极限施工保证了设计实现:世界最大起重船,单臂固定起吊1.2万吨;全世界最大深水碎石整平装备,全自动化铺设碎石基床;世界首创的深插钢圆筒快速筑岛,221天成岛……
港珠澳大桥的设计寿命长达120年,打破了国内大桥的“百年寿命惯例”。钢管桩确保在海泥中120年不损坏,是一个工程奇迹。它还能抗8级地震,16级台风。今年几次超强台风丝毫未撼动它。
另外,港珠澳大桥是“积木”搭出来的。工厂预制桥墩、桥面、钢箱梁和钢管桩,风平浪静时现场组装,首次在如此大工程实现这一模式。
8 首例哺乳动物“雄雄生子”
昆虫、鱼类、爬行类和鸟类都有“单性生殖”的例子。哺乳动物却做不到。然而,人类打破了自然的藩篱。中国科学家10月发表论文说,他们成功培育出了双亲都是雌性或雄性的小鼠,其中“双母亲”小鼠健康生长到成年,还能繁育下一代。而“双父亲”小鼠则是世界首例。
哺乳动物的精子和卵子中,大约100个基因是“印记”基因,当精卵合一,印记基因仅有一份激活,另一份沉默。所以单性生殖会让一部分必要基因失去活性,胚胎无法发育。
2004年,日本科学家曾敲除未成熟卵子中的印记基因培育出“双母亲”小鼠,叫“辉月姬”。但400多个胚胎只诞生10只幼崽,其中只有一只长大。
此次,中科院动物所用CRISPR技术,敲除了雌鼠单倍体胚胎干细胞的3个印记较多的基因区域(这种干细胞的印记本来就少;它像生殖细胞一样只含一套染色体,但可以分裂和分化),将其注入另一雌鼠的卵细胞前体,再诱导胚胎发育,最终从210个胚胎中培育出29只健康小鼠。
用同类方法,动物所还培育出12只“双父亲”小鼠:敲除雄性小鼠单倍体胚胎干细胞的7个基因印记,将它与另一只雄性小鼠的精子注入移除了细胞核的卵细胞中,再找一只雌性小鼠代孕。但“双父亲”小鼠出生后仅存活48小时。
一位国际同行评论说:“在哺乳动物身上还可以有这样的操作,真的超出了我们的想象。”
9 基因编辑婴儿引争议
从来没有一项医学实验如此吸引公众的关注和忧虑。11月26日,南方科技大学副教授贺建奎公布:一对基因经过修改的双胞胎已诞生,基因编辑旨在使她们天然抵抗艾滋病。
贺建奎是在第二届人类基因组编辑国际峰会前夕发表这个消息的,立即成为众矢之的。世界各大媒体包围了这次学术会议。贺建奎在会上为自己辩护,但几乎所有与会者都反对他的鲁莽行为。
人类基因组编辑国际峰会组委会发表声明:这一项目的医疗指示不足、研究方案设计不当、不符合保护研究对象福利的道德标准,同时,临床程序的开发、审查和实施均不透明。临床实践的科学理解和技术要求仍太不确定,风险太大,目前不应允许生殖细胞编辑的临床试验。
有评论认为,贺建奎的基因改造得不偿失,毫无必要;也有人认为,他的基因编辑并不成功,没有消除“脱靶”的风险。此外,伦理问题是贺建奎无法回避的软肋。
对贺建奎最猛烈的批评,来自于中国同行。多位生命科学领域专家表示震惊和愤怒。消息公布当天,122位中国同行联署声明说:呼吁相关监管部门及相关研究单位迅速立法,严格监管,并对此事件全面调查。他们表示:潘多拉魔盒已经打开,应该在不可挽回前关上它。
不久前,《自然》评出2018年十大科学人物,贺建奎是其中之一。他被称作“CRISPR无赖”。
10 嫦娥四号探访月背
全世界的航天人都盯着嫦娥四号,它的闪光灯将首次照亮月球的黑暗面。
12月8日凌晨,嫦娥四号探测器搭乘长征三号乙运载火箭顺利上天。110小时后,到达月球附近的嫦娥四号,接到航天飞行控制中心的指令,在距月面129公里处成功实施7500牛发动机点火。约5分钟后,发动机正常关机。根据实时遥测数据,嫦娥四号探测器顺利进入近月点约100公里的环月轨道,近月制动成功。
所谓近月制动,就是让航天器减速,使其被月球引力捕获。精准“刹车”是嫦娥四号任务的一大难关。月球逃逸速度约为每秒2.38公里,如航天器比这个速度快,就会与月球失之交臂。
嫦娥四号由着陆器和月球车组成。它将前往月球永远背对地球的那一面。此前还从来没有航天器在那里软着陆过。
2018年5月,中国已经发射了“鹊桥”卫星,它是给嫦娥四号充当通信中继的。由于月球会阻挡地球发来的无线电信号,只有“鹊桥”才能架起数据桥,绕过阻碍。嫦娥四号目前已经跟鹊桥建立联系。鹊桥的成功也显示中国掌握了这一空间通信技术。
有报道称,嫦娥四号的目的地曾经悬而未决,一种看法认为应该降落在月球正面,减少风险;而嫦娥卫星系列总指挥叶培建则坚持应该落在月球背面,以探索新知。
嫦娥三号相当于是在华北平原着陆,嫦娥四号则相当于在云贵山区着陆,前者弧线降落,后者近乎垂直降落。嫦娥四号会揭示月球背面的土壤和辐射,还将利用纯净电磁环境观测宇宙射电。
有趣的是,嫦娥四号还携带了一个密闭的罐子——内有马铃薯种子、拟南芥种子、蚕卵、土壤、水、营养液和空气,它将验证生物能不能在月球表面活下来,为中国将来在月球种菜做准备。当然,嫦娥四号首先得成功降落。