中国智慧闪耀世界

“暗物质到底是什么？”为回答这个问题,人类不惜耗费大量精力和资金。在这条困难重重的探索道路上,利用国际空间站开展实验的阿尔法磁谱仪项目首先取得进展。在这个国际项目中,中国科研人员做出了重要贡献,他们与国际同行联手完成了又一项媲美人类基因组计划的项目。无独有偶,中国科学家在国际上首次发现量子反常霍尔效应,被著名物理学家杨振宁誉为“诺贝尔奖级”的科研成果。毫无疑问,中国科学家正在国际科技舞台上扮演越来越重要的角色,赢得越来越大的话语权。     

嫦娥一号探测器发现月球正面 “玉兔&rdquo|火山

月面白天日照情况下, 高海拔、高反照率地区反射阳光产生的辐射状光线, 会对其周围海拔低、地形变化缓慢、反照率低的地区带来显著的“灯下黑”照明效应的影响, 甚至把这些地区的地貌从光学波段 “隐藏” 起来. 利用嫦娥-1绕月探测器激光测高得到的地形DEM模型, 对比重力探测的历史结果, 在月球正面风暴洋西部(中心位于(14°N, 308°E)处), 从“灯下黑”区域新认证了一个直径约300 km, 高度约2 km的火山——暂时称为“玉兔”山. 还修正了“玉兔”山以北300 km左右的“桂树”火山三维地形. 该发现对研究月球正面演化过程有重要的参考价值.     

评“矩阵的半张量积: 一个便捷的新工具”

“矩阵论”(或者说“线性代数”)与“微积分”被认为是自然科学研究中两个最基本的数学工具. 与微积分相比, 矩阵方法的历史远为悠久. 成书于两千年前的《九章算术》就把线性方程组系数排成方阵进行求解, 中文中“方程”之名就是从这里产生的. 而近代矩阵论的形成, 则主要是19 世纪的一些数学家的工作,包括: Gauss(高斯)、Cayley(凯莱)、Sylvester(谢尔沃斯特)等. 今天, 几乎在自然科学的每一个领域的研究中, 都可以找到矩阵的影子.     

“气候门”与20世纪增暖的千年历史地位之争

2009年哥本哈根世界气候大会召开前夕的“气候门”(climategate)事件,将科学界对过去千年温度变化的“曲棍球杆曲线”(hockey stick)之争推向顶点。介绍了这一争议的始末,并根据相关文献对这一争议中的两个关键问题“中世纪暖期与小冰期是否在全球广泛存在、20世纪是否为过去千年最暖”进行了综述。结果显示：尽管大尺度的地表温度重建结果存在不确定性,但随着近20年来全球代用资料的不断丰富和研究方法的改进,大尺度温度变化重建结果的不确定性逐步降低,争议各方的观点正在逐步接近。特别是最新的研究结果显示：虽然20世纪增暖迅速,温暖程度也很明显,但在过去千年中并不是空前的。     

纳微米沟槽型图案化表面“接触引导”现象及其细胞生理效应

材料表面的拓扑结构对细胞的多种行为及生理功能有着显著影响, 其中沟槽型图案由于能够使细胞产生“接触引导”而备受关注. 本文着重介绍了由该类图案引起的“接触引导”对细胞行为及生理功能影响的研究进展. 所涉及到的内容主要包括影响该现象发生的因素及细胞行为变化和生理效应, 并讨论了“接触引导”发生的可能机制. 最后对该领域的研究趋势和潜在应用进行了展望.     

“世界屋脊”大地形坡面探测同化信息对下游天气的预警效应

采用WRF模式多时间层三维变分同化技术(3DVAR), 将青藏高原及其周边地区AWS自动气象站观测网多要素资料同化进数值模式的初始场, 对发生于2008年1月中国南方及长江中下游特大雪灾天气进行数值模拟试验. 由于青藏高原具有极其陡峭的大地形坡面, 且高耸于对流层中部, 故分布于高原大地形“坡面”不同高度的自动站网观测要素, 将与无线电探空探测获取的大气“廓线”信息存在着某种程度的关联性, 其不仅在观测点高度、梯度特征, 而且在观测时间频数、“定点”、“定高”及其同步性等方面均具有不同于平原自动站、常规探空的特殊功能优势. 高原大地形坡面自动站网信息同化场亦可提供高原东部下游天气系统高敏感区前兆性“强信号”, 并实现模式高原及周边区域初始场大气动力、热力三维结构客观化调整, 从而提升下游区域灾害天气系统模拟与预报能力. 研究表明, 青藏高原及其周边地区自动站的水汽、温度、气压等资料同化信息对于预报下游区域的降水预报至关重要.     

“接触引导”和重力场复合作用对L929细胞生长取向的影响

“接触引导”与外力场作用是影响细胞取向行为的两大因素. 本文通过软刻蚀技术在聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)表面制作微米级沟槽图案, 研究了当重力场方向平行于材料表面且分别垂直或平行于沟槽方向时, 图案与重力的复合作用对L929细胞取向行为的影响. 研究表明, 当重力场方向和沟槽方向平行时, 由于“接触引导”效应, 大部分细胞(约90%)仍然沿沟槽(细胞轴向与沟槽夹角在0°~30°区间内)生长; 而当重力场垂直于沟槽方向时, 沿沟槽生长的细胞虽仍然占多数(约70%), 但比例显著下降. 该研究表明, 与重力因素相比, 虽然由沟槽图案所引起的“接触引导”效应对细胞的生长取向起主导作用, 但是当重力场与沟槽方向垂直时, 重力作用显著降低了“接触引导”的程度; 而当两种因素方向相一致时, 两者对“接触引导”的发生无明显的协同促进作用.     

“人类基因组计划”回顾与展望：从基因组生物学到精准医学

“人类基因组计划”这个具有划时代意义的大科学计划已经完成10 年了。10 年来,基因组科学的发展形成了新的目标--精准医学。未来的生物医学基础和临床科学的发展就是要整合基因组生物学新前沿,运用新的概念和技术,不断积累临床资源,凝练大科学问题,规划和启动大科学项目,及时、有效地为全社会提供“从实验室到病床”、“从实验室到家庭和个人”的卫生与健康保障。     

岩浆与岩浆岩：地球深部“探针”与演化记录

岩浆是在地下形成的含挥发分的高温粘稠的硅酸盐或碳酸盐熔融体,由岩浆凝固而成的岩石称为岩浆岩或火成岩。用科学的方法来观察和解释它们,它们就不是一堆死气沉沉、枯燥无味的石头,而是一部引人入胜的“无字天书”。地球系统是一个整体,它是由从地心到地表的多个层圈构成的。岩浆是地球各层圈之间相互作用的产物,是地球各层圈之间物质和能量交换的重要使者。研究岩浆作用与岩浆岩有三个方面的意义：①岩浆岩及其所携带的深源岩石包体可以被称作探测地球深部的“探针”（lithoprobe）和“窗口”(window)。②岩浆岩也是板块运动与大地构造事件的记录,通过岩浆岩的研究,可以恢复古板块构造格局,追溯大地构造演化历史。③归根到底,是服务于人类社会对于合理利用资源,改善环境,减轻自然灾害的需求。     

“嫦娥一号”对环形山起伏非均匀月表层微波辐射观测的理论建模分析

中国“嫦娥一号”探月卫星在世界上首次采用多通道微波辐射计垂直测量月球表面的微波热辐射, 以期由多通道微波辐射亮度温度了解整个月球表面的微波辐射特征, 进而反演月壤层厚度, 估算月壤层富含的氦3含量. 在该科学目标和技术条件下, 讨论了月球表面微波辐射理论建模中月表粗糙面、温度廓线介质辐射、密集粒子散射等物理要素的影响. 按照月表面环形山数目与形态的统计特征, 数值构造环形山随机分布的月表面地形. 由规则三角形网格对“嫦娥一号”微波辐射计空间分辨率量级的月表面地形数值剖分, 来计算随机起伏粗糙月表面微波平均反射率与发射率. 数值结果表明在“嫦娥一号”微波辐射计空间分辨率的条件下, 环形山月表面可视为平表面建模. 由具有相干势的准晶体近似讨论了月壤层密集颗粒的散射与吸收特性, 及其月壤层有效介电常数的计算. 用分层辐射传输方程推导具有非均匀温度廓线分布的月尘、月壤、月岩层微波辐射亮度温度, 分析了各个物理参数对辐射亮度温度的影响. 从而分析了“嫦娥一号”对月表面微波辐射观测的三层结构理论建模与参数选取.     

书写时代的传奇

十年跋涉,历尽艰险,迄今速度最快的人类探测器“新视野”终于见到了“有心”的冥王星。匆匆一见之后,距地球超过52亿km的“小新”,如今已向更远的深空飞去,不再复返。“新视野”对冥王星的匆匆一瞥,要花掉7.2亿美元。这一长达数年的单程“约会”,究竟有多重要？1965年,也是在7月14日,“水手4号”探测器飞掠火星,成为人类探测器首次近距离观测另一星球。随后的50年间,人类探测器先后飞抵太阳系八大行星,而曾经的第九大行星冥王星却因距离遥远,从未迎来人类探测器。50年后的同一天,“新视野”飞抵冥王星,这简直比科幻作品还令人称奇。“新视野”的这一瞥,不仅让人类终于看全了太阳系原“九大行星”,更代表人类完成了行星际观测“第一阶段”的任务。项目首席科学家艾伦.斯特恩指出,长达半个世纪的努力,将“永远是我们这个时代的传奇”。     

小虫春秋：果蝇的视觉学习记忆与认知

视觉认知是脑科学领域中的重要研究方向,是揭示 “脑是怎样工作的”,“物质的脑是如何产生精神的”的重要路径。近年来,科学家们以果蝇为模式生物,从基因脑行为认知相结合的角度,系统性地开创了果蝇的视觉“认知”研究,如学习与记忆、注意、跨模态记忆、特征提取和泛化、两难抉择、抉择的神经环路等。即使果蝇这样相对简单的脑,在很多方面都展示了令人惊奇的“理性”行为。看来,那种认为只有某些独特的唯一的脑机制才能实现人类的理性的想法是不成立的。我们期待,在探索“智与愚”的神经生物基础方面,果蝇会对我们继续有所帮助。     

中国商南发现4000多年前的“小巨人”

2006年3~6月, 考古人员在对陕西省商南县过风楼遗址(33°26′01″N, 110°47′39″E)发掘时发现了一处属于龙山时代晚期(距今约4400~4000年)的房址、窖穴等遗迹, 同时出土了大量的各类生产工具和日用陶器等遗物. 在一个龙山时代晚期窖穴中所出土的完整人骨遗骸显得粗壮, 据现场测量, 该人骨的身高(自足底至颅顶)为193 cm, 可排除因埋藏而导致骨骼变形等因素. “小巨人”被安葬在龙山时代聚落附近一个不规则形的窖穴中, 出土时头向东北俯身而葬, 既无葬具也无任何随葬物品(图1). 在“小巨人”遗骸附近发掘出龙山时期的三足鼎、双耳罐、和鬶等日用陶器, 根据发掘出的器物说明“小巨人”应当属于距今4000多年以前的龙山文化时期. 同时, 把“小巨人”部分骨骼样本[1]在西安加速器质谱中心进行了14C测年[2], 实验室编号为XA4248, 测年结果为4340~4200 a BP(经树轮校正), 属龙山时代晚期遗存......     

科技“中国梦”渐行渐近

中国取得的一系列成绩绝对配得上这个火热的夏天。神舟十号飞船圆满完成中国载人航天首次应用性飞行,15 天在轨飞行约350 h,绕地球233 圈,行程近千万公里,先后与天宫一号目标飞行器进行了一次自动交会对接和一次航天员手控交会对接,并进行了首次航天器绕飞交会试验;与此同时,中国超级计算机在时隔两年半后重返运算速度世界之巅——中国国防科学技术大学研制的“天河二号”以每秒33.86 千万亿次的浮点运算速度,成为全球最快的超级计算机。毫无疑问,广大科研工作者正在用他们的行动默默诠释着自己心中的“中国梦”。     

人类起源与智能进化

演化为人的进化长河至少可追溯到500万年前,对该长河中的两个缺失环节,即“根人”和“南方古猿源泉种”的仔细分析再次证实了达尔文的渐变理论。现代人起源的“走出非洲”和多地域假说争论不休,对尼安德特人和丹尼沙瓦人全基因组草图测序和分析表明,混合上述两个假说的提议似乎更可取。人之所以为人的根本解释,今已聚焦到开创文化的大脑上。大量证据表明,智能进化支持了四个等级语言和三个世界框架体系。     

•编者按•

非常荣幸能够参与《科学通报》专题“高速光电子”的出版工作. ......     

嫦娥一号的初步科学成果

嫦娥一号卫星是中国发射的第一个月球轨道探测器,是中国月球探测工程“绕”、“落”、“回”发展战略的第一步。嫦娥一号卫星于２００７年１０月２４日在西昌卫星发射中心成功发射,２００９年３月１日受控落月于东经５２．３６度、南纬１．５０度的丰富海区域,在轨运行４９５天,比预期一年的工作寿命延长４个多月,一共取得了１．３７TB的原始科学探测数据。通过对这些科学探测数据的初步分析和应用研究,已经获得了包括“中国首次月球探测工程全月球影像图”等在内的一系列科学成果,为推动中国月球科学和天体化学的研究和后续月球探测工程的开展奠定了重要基础。     

发育重演律

个体的发育是由受精卵通过一系列细胞分化形成的,第一次细胞分化的结果是囊胚的形成。囊胚由外胚滋养层和内细胞团构成,外胚滋养层负责胚胎与外界的物质交换,以支持内细胞团的进一步分化。随后的细胞分化则导致一系列“类囊胚”的形成。“类囊胚”由外围的“类外胚滋养层”和内部的“类内细胞团”构成,“类内细胞团”为干细胞。每个“类囊胚”均由上一级“类囊胚”的“类内细胞团”形成,“类内细胞团”的分化潜能随 “类囊胚”的层级增多而逐次降低。最后一级“类囊胚”的“类内细胞团”不再形成“类囊胚”,只能形成特定的功能细胞。“类外胚滋养层”的主要作用是为其内的“类内细胞团”提供合适的微环境,以支持其发育。“类外胚滋养层”形成的组织一般为结缔组织或上皮组织。个体的发育实际上是“类囊胚”不断形成和演化的过程,该过程是生物发育普遍遵循的共同规律。     

草本沼泽泥炭不同演化阶段气体碳氢同位素组成及其演化特征

煤层气聚集存在着“累积聚气”和“阶段聚气”两种形式. 目前缺乏“阶段聚气”煤层气的地 球化学特征和指标的研究. 通过草本沼泽泥炭在不同温度下制备的样品进行热模拟实验, 获得 了不同演化阶段甲烷和乙烷的碳、氢同位素组成和演化规律. 发现甲烷和乙烷碳同位素组成明 显地受原始样品演化程度的影响, 而氢同位素组成主要与成熟度密切相关. 确定了成煤有机质 从Ro 为1.2%, 1.7%, 2.4%, 3.2%, 3.7%分别演化至Ro 5.7% (4.8%)之间生成的气体碳、氢同位素 组成. 建立了成煤有机质在不同演化阶段热解气体碳、氢同位素组成与Ro 之间的关系和甲烷 与乙烷的碳、氢同位素之间的关系式. 这些为研究不同成熟度区间生成的煤层气的成因和“阶 段聚气”的煤层气地球化学特征认识及其成因判识提供了科学依据. 并且, 将这些研究结果应 用到我国沁水盆地南部煤层气研究, 认为该地区煤层气是在中侏罗世以后聚集而成, 具有“阶 段聚气”的特征, 这与地质研究结果相一致, 从而证明了热模拟研究成果对自然界煤层气成因 的判识具有重要的科学意义.     

多层级量子密码城域网

由量子力学基本原理保证无条件安全的量子密码技术以及网络架构和应用模式研究是其实用化进程中的关键环节. 以“法拉第-迈克尔逊”量子密钥分配系统作为基础设备, 构造了一个多层级量子密码网络. 该网络应用了量子路由器、光开关和可信中继技术3种主流组网技术, 通过芜湖市电信商用光纤, 连接了包含5个政府部门在内的7个用户节点. 该网络可以满足电子政务所需的视频、音频、文字、文件等多种数据的量子保密传输, 向量子密码实际应用迈出了关键的一步.