院士评选2005中国/世界十大科技进展
2005年世界十大科技进展

一、“惠更斯”号探测器成功登陆土卫六

欧洲航天局官员北京时间1月15日凌晨宣布,地面控制中心已收到来自“惠更斯”号探测器经由“卡西尼”号飞船传回的信号,表明“惠更斯”号已成功登陆土卫六。这创造了人类探测器登陆其他天体最远距离的新纪录。“惠更斯”号在登陆后向正在环土星轨道上运行的“卡西尼”号飞船发送数据,大约1小时后,地面控制中心收到了首批数据。欧洲科学家认为,这是空间科学技术领域最了不起的事件之一。

“惠更斯”号重319公斤,直径约2.7米,其前部有一个防热盾,并配备有3个降落伞。同时,它还携带有6台测量仪器,对土卫六的压力、温度、风速、大气成分等进行分析测量。“惠更斯”号探测器是1997年10月由美国“卡西尼”号飞船携带发射升空的,经过7年约35亿公里的飞行后进入土星轨道,并于2004年12月25日分离。

据悉,土卫六的环境与40亿年前的地球非常相似,具有很高的科学探索价值。?

二、“深度撞击”计划获得成功

太平洋时间7月3日22时52分,在完成一系列高难度动作之后,美宇航局的“深度撞击”彗星撞击器终于成功击中坦普尔1号彗星的彗核表面,在太空中绽放出美丽的焰火,完成了人造航天器和彗星的“第一次亲密接触”。

这项史无前例的“炮轰”彗星计划始于1999年11月1日。美宇航局于2005年1月12日成功发射“深度撞击”号探测器。在撞击彗星之前,“深度撞击”号走过了4.31亿公里的漫长太空之旅,终于迎来了与坦普尔1号“亲密接触”的激动人心时刻。撞击的成功,表明项目中的无人控制航天器技术完全达到了预想目标,撞击器在导航控制系统的操纵下,经过80万公里的自主飞行,其间三次发动机点火调整,最终精确地对准目标,这被“深度撞击”项目负责人里克·格兰米尔比喻为“在高速飞行的针上穿线”。

这次撞击带来的信息,可能涉及太阳系的诞生、地球上水的来源,以及地球生命的兴起。

三、美国研究人员发明取代晶体管的新元件

美国惠普公司研究人员宣布,他们发明了一种可取代电脑基本构件——晶体管的新元件。

这种新元件名为“交换点阵式插锁”,是惠普公司量子科研小组的人员开发的。新元件能够提供普通计算机所需的信号恢复和转换,取代传统的晶体管,并能将计算机的功能提高数千倍。

研究人员说:“我们正在分子水平上对计算机进行彻底改造。‘交换点阵式插锁’为建造应用纳米元件的计算机提供了一项关键元件。晶体管可能不会被马上淘汰,在未来数年中还将继续使用。但‘交换点阵式插锁’终将代替晶体管,就像当初真空管取代电磁继电器、晶体管取代真空管一样。”

四、天文学家首次拍到太阳系外行星照片

欧洲的天文学家宣称,他们首次拍到一颗太阳系外行星的照片,该行星质量约相当于木星质量的5倍。

天文学家们曾在2004年报告说,他们在一颗年轻的褐矮星附近观测到一个微弱的红色光点,但当时的观测数据难以判定这个光点是否代表了一颗行星。2005年2月和3月,天文学家们又利用位于智利的欧洲南方天文台超大望远镜,拍摄了该褐矮星和其周围天体的照片,结果证实这一天体确实是行星。这颗代号为“2M1207b”的行星位于长蛇星座附近,距离地球约200光年。观测小组成员、法国天文学家拉格朗日指出,现代天体物理学的重要目标之一,是分析巨行星和类地行星的物理结构和化学组成,他们的新发现是朝这一目标“迈出的第一步”。

2005年3月份以来,美国、德国多个研究小组竞相宣布,已成功地对太阳系外行星进行了直接观测。

五、科学家公布人类基因组“差异图”

“国际人类基因组单体型图计划”于2002年开始启动,由美国、中国、加拿大、英国、日本和尼日利亚六国科学家共同完成。他们在2005年10月27日出版的《自然》杂志上发表的论文,标志着这一工作的第一阶段已完成。

在三年的研究中,科学家们搜集了269名志愿者的全基因组信息,其中包括尼日利亚的约鲁巴人、北京的中国汉族人、美国的西北欧后裔和东京的日本人。从这些基因组数据中,科学家们发现了100多万个常见SNP位点,标定了单体型“模块”在DNA链上的“边界”,并划分了基因组上包含最常见DNA变异的10个区域。

该计划负责人之一,美国布罗德学院教授阿尔茨胡勒说,这是“医学研究上划时代的成就”。人类基因组的差异图谱将成为一种有力工具,帮助寻找不同人易于发生病变的基因,使得基因治疗方法更具针对性。

六、澳大利亚科学家成功将光束“冻住”1秒钟

澳大利亚国立大学的物理学家杰文·朗戴尔及其同事利用新型光陷阱,首次成功地将一个光脉冲“冻住”了足足1秒钟的时间,这是以前最好成绩的1000倍。将“冻住”光束的时间大大延长,意味着可能据此找到实用方法,来制造光计算机或量子计算机用的存储设备。

要使光停住脚步,需要一种特殊的陷阱,其中的原子温度极低,几乎静止,以至于每个原子都有着同样的量子态。陷阱的秘密在于它并不像普通陷阱困住物体那样困住光线,而是通过建立“量子冲突”来保存住光脉冲的信息。

以前的光陷阱只能坚持约1毫秒,随后就由于原子的移动而崩溃了。这次科学家利用掺有稀土元素镨的硅酸盐晶体,制造出一种“超级光陷阱”。由于晶体是固态的,而且镨的磁稳定性非常好,因此这种陷阱保存光脉冲信息的时间比气体陷阱或不够稳定的晶体陷阱要长得多。

七、美国研究人员开发出高效率燃料电池

美国西北大学研究人员开发出了一种新的固体氧化物燃料电池,在用碳氢化合物——异辛烷作燃料时能源转换效率有望达到50%。这种新型燃料电池在经过更多试验后,能广泛应用于汽车、飞机,甚至众多家庭。

过去电池的燃料一般选用纯氢而很少直接用碳氢化合物(烃类)。这是因为在燃料电池反应环境中有600至800摄氏度的高温,能使碳氢化合物中的碳分解出来覆盖在电极的阳极上,导致电解液无法接触阳极,反应难以为继。研究人员分析发现,用一层以氧化锆为主、含有少量钌和铈的催化重整多孔薄膜,在燃料反应时再稍许增加氧气的量,就能有效消除碳的析出,避免阳极被碳覆盖。此外他们还发现,用镍作阳极的燃料电池,能比用铜作阳极的传统燃料电池获得更高的电能密度。在研究人员开发的一个示范性小型燃料电池上,燃料反应所产生的电能密度达到了每平方厘米0.6瓦。

八、法国和瑞士科学家制造出超大容量纳米级信息存储材料

法国巴黎第七大学和瑞士综合理工大学的科学家,在零下143摄氏度的真空状态下,把钴原子凝聚在金晶体材料上,在这种材料表面的钴原子根据事先安排好的一种结构来排列组合。数百个原子可以形成一个大接点,这些接点又相互组合,自动形成一个有序的结构体系。研究人员由此得到的纳米级材料,其结构可以突破信息存储的不少极限,使硬盘的信息存储密度进一步加大。据介绍,在目前的硬盘中,信息主要被存储在一个很薄的钴合金晶粒片上。1比特的信息需要占1000个晶粒。而法国、瑞士科学家新开发的技术使存储1比特信息仅占用1个晶粒,1平方厘米新材料的信息存储量达到了4万亿比特。

在微电子技术领域实现微小化、单位面积内储能力最大化是重要的研究方向。目前的成熟技术很难满足市场对存储能力的要求。未来,利用纳米技术将能在上述两方面不断获得进展。

九、美国科学家制造出“夸克胶子等离子体”

美国布鲁克黑文国家实验室科学家宣布,他们利用相对论重离子对撞机(RHIC)制造出了“夸克胶子等离子体”。这是一种全新的物质形态,曾广泛存在于宇宙诞生后的百万分之几秒内。

在宇宙现有物质中,夸克被约束在质子和中子内,无法独立存在。研究人员让金原子核以接近光速的速度相撞,试图以相撞产生的巨大能量和温度“融解”质子和中子,使夸克以自由形态释放出来。研究结果发现,相撞产生的原始粒子根据金原子核相撞产生的不同压力变化在“集体移动”,好像一个鱼群在游动。这种运动接近一种“完美”状态,可以用流体动力学方程来解释。而对撞机中产生的物质其黏性极低,已经达到量子机制的极限状态,符合“完美液体”的特征。

美国能源部长塞缪尔·博德曼表示,这项成果是物理学界一次具有历史意义的重大进展。

十、法国科学家首次找到控制单分子行动的方法?

法国科学家在世界上首次成功地利用特种显微镜仪器,让一个分子做出了各种动作。据称,这一成果将对今后人类精确控制单分子级别大小的机械、进而开发出纳米机器人产生重要影响。

科学家使用了一种拥有一个金属探针的仪器,可以置于联苯分子的样本上方,联苯分子安置在用硅制成的微小基座上。在金属探针和基座间施加相向压力后,可以激活联苯分子的各种电子效应,从而使其开始震动,即从一个稳定状态走向一个不稳定状态。科学家使用这个金属探针,刺激联苯分子的不同部位,还可以使其产生不同的电子反应。其精度则达到了10皮米(一皮米相当于一万亿分之一米),也就是可以精确到大小仅为单个联苯分子百分之一的范围。这一新的研究成果使人们从此可以简单控制单分子,并使它变成一个分子“机器”。人们可以通过刺激其分子产生不同的电子状态,来控制分子做各种动作。

2005年中国十大科技进展
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