大科学的春天

关毅 (本刊特约记者)

大科学的春天

关毅 (本刊特约记者)

随着新春脚步的临近，全球的大科学似乎也迎来了春天。由欧盟斥巨资打造的石墨烯以及人脑工程项目未来很有可能开辟出全新的研究领域；而有多国参与的人类有史以来最大的地面天文学观测装置——“阿尔马”的启动势必为人类探知宇宙的奥秘谱写新的篇章。希格斯玻色子身份的初步敲定，以及科学家首次功能性治愈艾滋病患儿同样也让人们在这个春天里看到了无尽的希望。

石墨烯和人脑工程入选欧盟旗舰技术项目

欧盟委员会 2013年 1月 28日宣布，石墨烯和人脑工程两大科技入选“未来新兴旗舰技术项目”，并分别设立专项研发计划。每项计划将在未来 10年内分别获得 10亿欧元的经费。

石墨烯又称单层墨，它仅由一层碳原子组成，是科学家于 2004年发现的一种新材料。欧盟委员会认为，从长期看，这种新材料可能同钢铁、塑料一样重要，有可能代替硅成为信息技术的基础材料，还可能在能源、交通和医疗保健领域发挥重要作用。

欧盟委员会还指出，对人脑的研究及相应的技术研发至关重要。这不但有助于帕金森氏症、阿尔茨海默氏症等脑部疾病的诊断和治疗，同时还可揭示人脑的高能效、高可靠性之谜，对人工智能研发具有重大作用。

根据欧盟委员会的决定，石墨烯研发计划将由瑞典查默斯理工学院教授亚里·基纳雷特牵头，由176个来自世界各地的研发团队共同负责实施。人脑工程研发计划将由瑞士洛桑联邦理工学院教授亨利·马克拉姆牵头，由87个来自世界各地的研发团队承担任务。

2010年7月，欧盟为加大科技创新力度，增加竞争力，决定筛选“未来和新兴旗舰技术”，以便集中力量，尽快取得突破。2010年7月20日，欧盟委员会评出21项科技作为候选对象。2011年 5月4日，评选委员会在这21项科技中评出6项作为“对未来影响最大的前沿技术”，它们涉及脑科学、新材料、机器人、医药应用、纳米技术、灾害预报与分析等领域。2012年11月至12月，由25名专家组成的评选委员会在上述6大前沿科技中，将石墨烯和人脑工程列为“未来和新兴旗舰技术项目”。

这两项计划预计将于2013年9月开始实施，其资金的重要来源是欧盟最大的科研计划——“地平线2020计划”。

世界最大地面天文观测装置正式启用

总投资15亿美元、人类有史以来最大的地面天文学观测装置——“阿塔卡马大型毫米波／亚毫米波天线阵”(简称“阿尔马”)2013年3月13日在智利北部阿塔卡马沙漠正式投入使用。借助这个大型射电望远镜，天文学家可更清晰地探视宇宙深空的奥秘。

这个天线阵位于智利北部阿塔卡马沙漠中的查赫南多尔高原，海拔5 000 m。66 个质量约120 t、直径7～12 m不等的高精度抛物面天线组成一架直径16 km的大型射电望远镜，分辨率可达0.01角秒，相当于能看清500 km外的一分钱硬币，“视力”超出“哈勃”望远镜10倍。

阿塔卡马大型毫米波／亚毫米波天线阵(图片来源：STÉPHANE GUISARD/ ESO)

“阿尔马”项目由北美、欧洲和亚洲等多个地区的天文机构合作完成，其工作波段位于毫米波和亚毫米波，这是人眼看不到的波长。研究人员介绍说，在这个革命性的观测装置协助下，他们可对宇宙中的尘埃云和恒星的形成开展深入研究。

当天的正式启动仪式在天线阵列附近的一个天文台中举行，智利总统皮涅拉通过大屏幕向观察中心的智利科学家发出指令，同时启动66个抛物面天线中的57面，一齐指向苍穹。据介绍，另外 9个抛物面天线将在2013年10月底前正式投入使用。

皮涅拉说，他希望这是人类探索天文世界过程中迈出的一大步。

这一项目在2002年开建，此前已开始接受各地天文学研究人员的申请展开初期试用。项目所在的阿塔卡马沙漠是地球上降水量最少的地区之一，而位于其中的查赫南多尔高原海拔高达5 000 m，年均降水量只有10 cm，是进行天文观测的圣地。

2012年是历史上最热的年份之一(图片来源：NOAA)

2012成最热拉尼娜年同时被确认为历史上第九热年份

2012年，被暑气所困的全世界人民经历了有记录以来最热的年份之一。

根据美国国家海洋与大气管理局(NOAA)的研究人员于 2013年1月15日发布的最新数据，2012年全球的平均温度为 14.47 ℃(58.03华氏度)，或者说比20世纪全球平均温度高约0.57 ℃(1.03华氏度)。

北美洲大陆创纪录的温暖，以及其他地区比平均气温更高的温度，使得2012年成为自1880年以来最热的年份之一，同时也标志着连续36年来，全球每年的平均温度都高于20世纪的平均温度。

研究人员指出，21世纪的所有12个年头都跻身于有记录可循的133年中的14个最热的年份。

在一股猛烈的寒流于2012年12月袭击北半球之前，2012年有望成为有记录以来第八热的年头——而12月的这股寒潮导致了该月覆盖北半球的雪量达到了破纪录的水平。

最后还有一个记录值得一提：2012年是迄今为止最热的拉尼娜年，这是很值得关注的，因为拉尼娜现象——通常意味着赤道附近的太平洋海表温度要低于平均值——往往会导致较低的全球平均温度。

这些数据经由美国国家航空航天局(NASA)的研究人员进行汇编——他们利用卫星数据评估了无法被气象站所覆盖的区域的温度，最终认为2012年是有记录以来第九热的年份。

拉尼娜是西班牙语“小女孩”的意思，是厄尔尼诺现象的反相，是指太平洋中东部海水异常变冷的情况。东南信风将表面被太阳晒热的海水吹向太平洋西部，致使西部比东部海平面增高将近60 cm，西部海水温度增高，气压下降，潮湿空气积累形成台风和热带风暴，东部底层海水上翻，致使东太平洋海水变冷。

拉尼娜与厄尔尼诺“性格”相反，随着厄尔尼诺的消失，拉尼娜的到来，全球许多地区的天气与气候灾害也将发生转变。总体说来，拉尼娜的性情并非十分温和，其气候影响与厄尔尼诺大致相反，其强度和影响程度不如厄尔尼诺，但它的到来也可能会给全球许多地区带来灾害。

雾霾天气对孕妇产生不利影响科学家首证PM2.5致新生儿体重减轻

一项大型国际研究证实，接触过较高水平的某些空气污染物的孕妇更容易产下体重不足的婴儿。这一研究成果在线发表于2013年2月5日的《环境健康展望》杂志网络版上。

暴露在雾霾天气中的孕妇有可能产下体重较轻的婴儿(图片来源：Lintao Zhang/Getty Im)

低出生体重——定义为一名新生婴儿的体重不足 2.5 kg——增加了婴儿死亡率和儿童期疾病的风险，并且与婴儿未来一生的发育及健康问题有关，包括糖尿病和心血管疾病。

之前的研究着眼于在怀孕期间接触到微小的大气颗粒物是否会带来更多的低出生体重婴儿。尽管一些研究已经找到了其中的联系，但也有许多科学家并没有建立这种关系。

“关于空气污染暴露与胎儿发育影响之间关系的许多研究在项目设计以及暴露评估上都有许多差异。”美国纽约大学的儿童环境健康研究人员 Leonardo Trasande说道，“而新的研究进行了大量的工作，从而使其具有可比性。”

这项观察性研究合并了来自9个国家——包括美国、韩国和巴西——的14个研究中心的300万名新生儿的数据。它侧重于两类有害空气污染物：直径小于 2.5 μm(PM2.5)和小于 10 μm (PM10)的可吸入颗粒物。这些微粒来自于工业和交通运输燃烧的化石燃料，以及木柴的燃烧，但同时也包括尘埃或海盐微粒。

该项研究的第一作者、西班牙巴塞罗那市环境流行病学研究中心的流行病学家 Payam Dadvand指出：“与那些报告污染水平较低的中心相比，那些报告空气污染严重的中心，其婴儿低出生体重的几率也较高。”

通过研究人员的计算，PM10每增加 10 μg·m-3，婴儿出现体重不足的几率便增加3%，并且其体重的总平均值减少3 g。当研究人员对局部变量加以调整后，例如母亲的年龄或烟草的使用，平均体重的减少将增加3倍，达到9 g。这些计算同时对社会经济地位进行了考虑。

PM10的中间值在14个中心之间发生变化——从加拿大温哥华的 12.5 μg·m-3到韩国汉城的66.5 μg·m-3。结合 PM2.5 暴露的信息，随着每个中心暴露在可吸入颗粒物的水平增加，婴儿低出生体重的几率增加了10%。

Trasande解释说，这种风险在个体水平上是较小的，但“从人口的基础而言，一个小的变化便能够使婴儿的低出生体重比例产生很大的变化”。他同时指出，吸烟、酗酒及使用药物，加上孕妇保健的匮乏都与低出生体重存在关系。

在日前发表的一项对超过 22万名美国新生儿进行的研究中，Trasande及其同事发现，室外空气污染与更长的住院时间及更高的医疗保健费用联系在一起。2010年，美国有 8.2%的新生儿存在出生体重不足的情况。

“在设置相关法规时，有关空气污染对孕妇的影响尚未被考虑在内。”Dadvand说，“现在是时候考虑一下这个问题了。”

虽然 PM2.5只是地球大气成分中含量很少的成分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。

之前的研究证实，粒径10 μm以上的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面；粒径在2.5 μm至10 μm之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但部分可通过痰液等排出体外，另外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健康危害相对较小；而粒径在2.5 μm以下的细颗粒物，直径不到人的头发丝直径的1/20，不易被阻挡。被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。

百年最大陨星造访地球追踪天外来石还不靠谱

2013年2月15日，一颗陨石坠落在俄罗斯车里雅宾斯克州，科学家表示，这颗陨石是一个多世纪以来有记录的撞击地球的最大陨石。用于监测核武器试验的网络设备收集到的次声波数据显示，陨石引发的爆炸释放了百万吨能量，比几天之前朝鲜核试验释放的能量大得多。这也是自1908年西伯利亚通古斯卡河地区流星坠落以来，撞击地球的最大陨石。

“这是一个非常、非常大的事件。”加拿大西安大略大学天文学家Margaret Campbell-Brown在研究了撞击点附近的两个次声波站收集的数据后表示。她的计算结果显示，当该流星体进入大气层时，直径大约15 m，质量约为7 000 t。“它可能是通古斯卡河事件以来到访地球的最大陨石。”她说。

这颗流星在当地时间上午 9时25分左右坠落在乌拉尔山脉南部的车里雅宾斯克州，巨大火球让人们眼花缭乱，随后的爆炸震碎了附近建筑物的玻璃，并摧毁数以百计的房屋。据报道，陨石坠落造成大约1 200人受伤，其中很多是玻璃碎裂导致的割伤，并已造成 10亿卢布(约合 2.07亿元人民币)的经济损失。

一颗陨石划过天际坠落在俄罗斯(图片来源：Chelyabinsk.ru/AP)

该流星体本身可能由岩石构成，但也可能包含镍和铁。Campbell-Brown指出，它可能是来自位于火星和木星之间、包含无数岩石星体的小行星带。美国国家航空航天局(NASA)马歇尔航天中心流星体环境办公室的科学家认为，这块陨石是大约一年前脱离小行星带的一颗小行星，进入地球大气层后存在了30多秒，随后飞到地球上空19～24 km时发生剧烈爆炸并碎裂。

另外，欧洲空间局(ESA)表示，俄罗斯陨石的轨道与小行星 2012 DA14显著不同，这是两个完全无关的天体，当天晚些时候，2012 DA14在距离地球大约2万km的地方掠过。

尽管这颗陨石体形较大，但是人们一直未能发现其踪迹，直到它撞入大气层。在这场“惊天大劫”中，美国有一颗气象卫星仅在这块陨石俯冲过程中拍了快照，而NASA资助的全球性小行星观测望远镜网并未探测到这颗陨石。科学家称，目前望远镜并没有覆盖全球，即使在望远镜覆盖的地区中，类似这样的天体用当前的望远镜很难观测到。

“我不知道有人看见它的到来。”ESA空间碎片办公室主任Heiner Klinkrad指出。虽然望远镜网络一直在观测可能撞击地球的小行星，但是它主要用于观测更大的目标——直径在100～1 000 m之间的星体，因为较大天体撞击地球造成的破坏性更大。

“我们几乎不能观测到这样大小的目标，直到它撞上地球的前一天或两天。”美国小行星中心主任Timothy Spahr说，据他所知，该中心也未能提前观测到这颗陨石。

俄罗斯联邦航天局战略规划管理和目标项目部部长尤里·马卡洛夫也表示，陨星坠地速度很快，进入大气层的角度非常小。因此，使用现有手段对其进行跟踪是不可能的。

Klinkrad还指出，虽然这颗流星的部分碎片掉落在地球，但是当地遭到的绝大多数破坏来源于爆炸引发的冲击波。无论如何，“我们很难预警这样的事件。”Klinkrad说。另外，除了体积较小，这种岩石星体可能颜色较深，在宇宙背景中就更难被发现。

“总之，我们应该庆幸陨石没有带来更大的破坏。”Campbell-Brown说。

南极冰下湖泊首次发现生命无需光合作用，或揭开地外生命之谜

冰川学家John Priscu刚刚结束48 h的曲折旅行，从南极洲回到美国西海岸。即使现在，他还在跟难以忍受的时差作斗争。但是，疲劳并没有掩盖住 Priscu的兴奋之情。

数周高强度南极洲野外工作后，Priscu研究小组成为首个在冰雪大陆湖泊深处发现生命的南极考察队。“惠兰斯湖深处确实藏匿着生命，证据显示冰盖下存在一个巨大的湿地生态系统，并且微生物系统活跃。”他说。

这个湖泊的水体面积约有 60 km2，坐落在南极洲西部的罗斯冰架边缘。为了触及这个藏于冰下的湖泊，美国蒙大拿州立大学冰川学家Priscu和同事们不得不钻透800 m的冰层。

该考察队使用环境友好型热水钻井技术破冰而入，并继续挖凿，2013年1月28日，他们终于成功到达目的地。但是，研究人员发现这个水体的深度仅有2 m或再深一点，这比地震勘测结果显示的 10～25 m浅得多。不过Priscu注意到这个湖泊可能存在更深的区域。

Priscu研究小组将一架摄像机沿着钻孔向下探入，以确保这个钻孔的宽度能够允许取样设备安全探入及返回。试验证明钻孔宽度合适，于是Priscu及其同事开始了紧张的取样工作。研究人员共收集到了30升左右的湖水液体，并从湖底部采集到8种沉积岩心样本。

这些宝贵的样本被取出后，Priscu和同事迅速进行现场研究，冰下湖泊的神秘面貌开始在显微镜下慢慢展现。研究发现，无论是惠兰斯湖的水体还是沉积物，都包含大量微生物，而且这些微生物不需要阳光便能够存活。

研究人员的计算结果显示，每毫升湖水中约包含1 000个细菌，相当于海洋丰富微生物群的1/10。Priscu还提到，在培养皿中，这些细菌显示出良好的生长态势。

“好极了，这些发现极为重要。”英国布里斯托大学南极研究学者Martin Siegert表示。Siegert也是英国埃尔斯沃斯湖考察队队长，该湖是南极另一个冰下湖泊。2012年12月，Siegert带领考察队来到这里，但不幸的是，技术性困难让他们的考察折戟沉沙。

接下来，科学家将进一步研究美国考察队挖掘出的冰下生命，以确定其 DNA序列和其他自然特质。“基础工作大约需要至少一个月的时间。”Priscu说，“当然，我们都渴望能够立刻知道，它们是谁，它们的生命周期怎样。”

研究人员希望能够了解冰下微生物的生存策略，以及发现暗含地外生命可能形态的线索。例如，人们认为木卫二存在广阔的地下海洋，在这种极端环境下，可能存在相似的生命。

当然，离开阳光，光合作用无法进行，惠兰斯湖的细菌只能从其他的渠道获得能量。其食物来源可能是有机物，或者类似在金矿和深海热泉口附近发现的“化能营养型”物质等，细菌也可能依赖化学反应生存下去，例如南极基岩中的矿物质和溶解在湖水中的二氧化碳产生的反应。

“我们能够瞥见南极洲冰下世界的一隅，我确信我们的结论能够改变人们对这片大陆的审视方法。”Priscu说。

800 m冰下隐藏着一个微生物生态系统(图片来源：Alberto Behar)

印度洋底发现沉睡大陆或由数百万年前地质运动所致

被海浪吞噬的远古微型陆块的残骸可能正静静地躺在非洲马达加斯加岛和亚洲印度之间的海洋里，并已沉睡数百万年。

近日，一项新研究宣称，有证据表明，这块已经遗失了很长时间的陆地剥离自非洲毛里求斯——距离马达加斯加岛东部大约900 km的一个火山岛。挪威奥斯陆大学地质学家 Bjrn Jamtveit表示，在该岛上发现的最古老的玄武岩已有大约890万年的历史。

Jamtveit和同事从毛里求斯海滩上的两个地点收集了砂粒，随后他们逐粒分析了这些砂粒，结果发现大约20颗年代非常久远的锆石。这是一种硅酸锆的微小晶体，对于腐蚀和化学变化有极强的耐力。

“至少 6.6亿年前，这些锆石结晶于花岗岩和其他岩浆岩中。”Jamtveit说，实验结果显示其中一颗锆石已经有超过19.7亿年的历史。

Jamtveit研究小组表示，这些岩石中的锆石起源于沉睡在毛里求斯下面的古老大陆地壳碎片。近期的火山喷发等一系列地质活动将这些远古碎片带到了地球表面。在这里，锆石受到外界侵蚀和破坏，从其母岩上剥离下来，散落在毛里求斯海滩上。2013年2月24日，该研究小组将相关研究成果发表于《自然—地学》期刊上。

该研究报告还暗示，可能不止一块古大陆地壳残骸沉没于印度洋底部。地球重力场分析结果显示，印度洋底部存在数个广阔区域，其地壳厚度比一般正常地壳更厚。通常，海底地壳厚度为 5～10 km，但是这些区域的地壳厚度达 25～30 km。

研究人员指出，这些地壳异常现象可能是由一块遗失大陆的残骸引起的，他们将这块神秘大陆命名为“Mauritia”。Jamtveit表示，数百万年前，地质构造的裂谷作用和海底扩张将这块陆地从马达加斯加岛上撕扯下来。随后，该区域地壳出现的一系列延伸和“打薄”活动，最终使得Mauritia的碎片沉入海底，研究人员估计，这些沉没的陆地能组成一个面积约为希腊克里特岛3倍大小的岛屿或群岛。

科学家在毛里求斯海滩发现远古大陆特有的岩石(图片来源：Jack Abuin/ ZUMA Press/Corbis)

之后，该研究小组计划收集更多的砂粒，而非主要研磨当地的岩石样本，以确定被发现的锆石来自于毛里求斯海滩，而非之前研究不小心遗留在破碎设备中的锆石残渣。研究人员还表示会尽量保证新鲜样品不被污染。“研究发现，最近已知的迷失大陆地壳露出地面并产生这些毛里求斯锆石的岩层位于马达加斯加岛附近的深海中。”Jamtveit说。

此外，这些锆石的发现地点极为偏僻，不可能是人为带到那里的。无论如何，“这些锆石没有明显的当地来源。”并未参与该研究的英国牛津大学地质学家 Conall Mac Niocaill表示。

并且这些锆石似乎也不可能乘风来到毛里求斯，美国俄勒冈州立大学海洋地质学家 Robert Duncan提到：“它们被风吹动的可能性很小，因为它们的体积太大。”

“人们有充分理由相信全世界其他海洋盆地也可能存在类似的‘幽灵大陆’残骸。”Mac Niocaill在一篇评论文章中称。他建议，只有详细勘察大洋底部，包括进行地球化学分析等，才能找出沉没海底的 Mauritia碎片是否还有其他表兄妹。

“上帝粒子”身份获新证据支持

8个月前，工作在全球最大原子加速器——大型强子对撞机(LHC)——的物理学家带给全世界一个爆炸性消息，他们宣称发现了一个新粒子，这个粒子仿佛就是科学家长期以来寻找的希格斯玻色子，标准模型中缺失的最后一种粒子。2013年3月14日，研究人员表示，这个粒子确实拥有标准模型希格斯玻色子的基本预测特性，通过进一步分析数据，他们越来越确信在去年发现的粒子就是希格斯玻色子。

“当然，它确实看上去很像希格斯玻色子。”美国布鲁克海文国家实验室理论家 Sally Dawson说。Dawson并没有参与相关分析工作。

图片来源：ATLAS ollaboration/CERN

这是一个大的跨越，至少从语义上是这样的，《科学》杂志在线报道称。从2012年7月新粒子被发现开始到现在，位于瑞士 LHC总部的欧洲核子研究中心(CERN)的工作人员一直在殚精竭虑地分析这个疑似希格斯玻色子的新粒子。现在，一份来自 CERN的新闻稿将这个粒子称为“希格斯玻色子”。“对于社会来说，这是件大事。”Dawson说。

希格斯玻色子的主要特性包括其自旋和宇称(镜像对称性)。为了识别该粒子的“身份”，研究人员主要观察了希格斯玻色子如何衰变成其他人们更熟悉的粒子。据悉，希格斯玻色子能够衰变为两个名为Z玻色子的粒子，然后每个Z玻色子又会衰变为两个介子。

尽管并没有完全确定，但电流测量显示这个新粒子没有自旋以及拥有正宇称，研究人员表示，这恰好符合标准模型对希格斯玻色子的预测。

该粒子的数据来自两个独立的研究小组——CERN的两个强子对撞实验项目超环面仪器(ATLAS)和紧凑缪子线圈(CMS)。2012年夏天这两个团队同时发现了这种新的粒子，其特性与希格斯玻色子的理论描述高度一致。

但讽刺的是，大多数物理学家一直希望该粒子能够超越希格斯玻色子。“这确实是我的感觉，当然我们希望发现一些新东西。”CMS 成员之一、来自美国费米国家加速器实验室的Daniel Green说。

LHC的物理学家也表示，该粒子到底是标准模型中的希格斯玻色子，还是其他理论模型中最轻的那种玻色子，还有待确定；而要弄清这个问题，还需要搜集更多数据。LHC从2010年才开始收集数据，并只收集到研究人员希望在2030年能收集到的数据的约1%。但是，之后由于大型超导磁体出现连接错误，LHC只半功率运行。不过按计划，经过2年的关闭维修将确保它在2015年开始全功率运行。“这是一次探索未知世界的航行，我们仍处于浅滩处。”Green说。

希格斯玻色子是物理学基本粒子标准模型预言的一种自旋为零的玻色子，因1964年提出“希格斯机制”理论的英国爱丁堡大学物理学家彼得·希格斯而得名。标准模型预言了62种基本粒子的存在，希格斯玻色子是最后一种未被证明存在的基本粒子，由于它难以寻觅又极为重要，因此也被称为“上帝粒子”。假设出的希格斯玻色子是物质的质量之源，其他粒子在希格斯玻色子构成的“海洋”中游弋，受其作用而产生惯性，最终才有了质量。尔后所有粒子在除引力外的另外三种力的框架中相互作用，统一于标准模型之下，构筑成大千世界。

科学家首次在海洋地壳深处发现生命或暗示存在地球最大生态系统

科学家日前首次于地球海洋地壳的深处，即海底的黑色火成岩中发现了生活在那里的微生物。由于这些地壳有几千米厚，并且覆盖了约60%的地球表面，因而它也就成为了全球最大的生物栖息地。

生活在其中的微生物似乎主要是通过利用氢将二氧化碳转化为有机物而存活的，而这里的氢一般是当水流经富含铁的岩石时产生的。这一过程被称为化学合成，它与光合作用截然不同，后者则利用阳光实现相同目的。

化学合成同时也为栖息在深海其他地方——例如热液喷口——的生命形式提供着能量，但这一切之前仅局限于大陆板块的边缘地带。然而海洋地壳要大得多。

主持该项研究工作的丹麦奥胡斯大学的生态学家 Mark Lever表示，如果在这些地壳的任何地方都能够找到类似的细菌，那么它“将成为地球上运行化学能而非阳光的最主要的生态系统”。

这一研究成果发表在最新出版的美国《科学》杂志上。

加拿大埃德蒙顿市阿尔伯特大学的地球微生物学家 Kurt Konhauser认为：“这项研究非常重要，因为它证实了一种深层地下生物圈的存在，这里充满了厌氧的微生物。”

海洋地壳形成于地球构造板块之间的山脊部位，上升的火山岩浆在这里遇到了海水并被冷却下来。最终新生的岩石——大部分是玄武岩——被隆起的山脊所推开，并被埋藏于厚厚的沉积层之下。

尽管科学家早就知道这些沉积层以及尚未被覆盖的裸露玄武岩中栖息着微生物，但那些被埋藏在深处的海洋地壳一直是个未解之谜。

Lever表示：“直到我们的研究之前，科学家一直不清楚这下面到底有没有生命。”

2004年，Lever搭乘美国的“联合果敢号”海洋调查船前往位于华盛顿州西海岸的一处海洋地壳最佳研究区域采集样本。Lever说，调查船通常都会搭乘一批地质学家，但那一次，“我们还有5位微生物学家一同随船出海”。

这个由来自 6个国家的科学家组成的研究团队钻透了 265 m的沉积层以及300 m的海洋地壳，进而采集了大约在 350万年前形成的玄武岩样本。

研究人员在这些样本中发现了微生物的基因——这些微生物能够代谢硫化合物，并且还有一些能够产生甲烷。

科学家在海底以下的深处发现了活体微生物(图片来源：NOAA/WHOI)

为了验证这些基因是否来源于活的或灭绝很久的微生物，研究人员将这些岩石样本在富含了发现于海底的化学物质的水中加热至65 ℃。随着时间的流逝，甲烷生成了，这意味着里面的微生物是活的，并且仍在生长。

Lever相信，这些微生物并非来自岩石表面的“旅行者”，而是海洋地壳中真正的居民。他说：“当我开始这一远征时，我认为不可能得到未被污染的样本。”然而在用力打碎这些样本后，他改变了自己的想法：研究人员在他们用来钻透样本的流体中添加了少量的标记化合物，尽管这些化合物被厚厚地涂抹于岩石的表面，但它们在岩石的内部几乎一点也没有。

Lever如今正打算对采集自太平洋及北大西洋其他地点的海洋地壳碎片进行分析。

Konhauser表示：“考虑到存在着大量的海底地壳，因此一项研究成果并不足以确定这里的活体生物质数量是否能够与地球表面的生物质数量进行比较。”

普朗克望远镜绘制最精确宇宙微波背景图宇宙年龄定格138.2亿岁

普朗克空间望远镜日前绘制出迄今为止最为详细的宇宙微波背景辐射图，而它恰好反映了宇宙大爆炸的余晖。

此次公布的研究成果来自于一项欧洲空间局(ESA)斥资7亿欧元的空间探测项目，科学家表示，这些图像披露了宇宙诞生后第一瞬间的景象，同时将宇宙的年龄定格为138.2亿岁——这比之前的推算略微“老”了一点。

普朗克团队的主要研究人员之一、英国剑桥大学凯夫利宇宙学研究所所长 George Efstathiou表示：“对宇宙学家而言，这张图谱就是一座信息的金矿。”

这些研究成果有力地支持这样一种假设，即在宇宙大爆炸之后的10-32s之内，宇宙以一种惊人的速度在膨胀——这一过程被称为暴涨。

宇宙微波背景图(图片来源：ESA)

暴涨将能够解释宇宙为何如此之大，以及科学家为什么不能在空间结构中探测到任何弯曲(除了由大质量的天体，例如黑洞造成的微小缺口)。突然的膨胀还将量子波动放大为一些物质团，进而成为第一批恒星的种子，并且最终，这些散乱的超星系团如今已跨越了数亿个秒差距。

普朗克空间望远镜所研究的宇宙微波背景辐射可以追溯到宇宙大爆炸后38万年，那时的宇宙已经冷却到几千度，并且中性的氢原子与氦原子也开始从沸腾的带电等离子体中形成。这种转变使得光子能够在宇宙空间以传送暴涨回声的形式畅通无阻地旅行。这些光子今天依然存在——那些温度只有2.7 K的微波发射出了暗淡的光线。

自从宇宙微波背景于1964年首次被发现以来，两项空间实验——宇宙背景探索者(COBE)卫星和威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)——已经绘制了其中微小的温度变化。这些数据使得宇宙学家能够计算出宇宙大爆炸是在何时发生的，并估算宇宙中看不见的暗物质的数量，同时测量正在加速宇宙膨胀的“暗能量”。

于2009年发射升空的普朗克空间望远镜的灵敏度是WMAP的3倍；它的高频微波探测器被冷却到仅仅比绝对零度高出0.1 K，从而使其能够探测小到一百万分之一开氏度的温度变化。

这些精密的测量表明宇宙正在以比由WMAP的数据所估算的速度略慢的速度膨胀。其膨胀速度——被称为哈勃常数——为67.15 km·s-1·Mpc-1，即一个星系与地球的距离每增加一百万秒差距(1pc=3.26光年)，其远离地球的速度每秒就增加67.15 km。这意味着宇宙大约比由WMAP图像计算出的年龄老了5 000万年。

普朗克的数据同时表明，暗能量大约占据了宇宙能量密度的68.3%，这一比例略小于根据WMAP的数据估算出的结果。而暗物质对膨胀的贡献率从 22.7%上升至26.8%，从而意味着普通物质所占的比例不及5%。

普朗克数据同时证明了之前由WMAP发现的一些奇怪现象。关于暴涨的最简单的模型预测，宇宙微波背景中的波动在所有的天空上看起来都应该是一致的。然而WMAP发现——并且如今得到了普朗克空间望远镜的证实，在天空的不同半球之间存在一种不对称，以及一个覆盖了很大一块面积的“冷点”。

Efstathiou表示，这种不对称“定义了太空中的一个首选方向，这是一个非常奇怪的结果”。他强调，这排除了暴涨的某些模式，但并不妨碍这个想法本身。但它确实是一个诱人的暗示，表明在普朗克的数据中可能有尚未被发现的物理学新原理。

Efstathiou表示，迄今为止，普朗克研究团队已经分析了头 15个半月的数据，并且“还有同样多的数据在等着我们”。研究人员预计将在2014年早些时候公布下一批数据。

ESA的“普朗克”探测器于2009年5月从法属圭亚那库鲁航天中心升空入轨，其主要任务是探测宇宙微波背景辐射，帮助科学家研究早期宇宙形成和物质起源的奥秘。2010年，ESA根据“普朗克”探测器传回的数据绘制了首幅宇宙全景图，此次公布的宇宙微波背景辐射全景图是在宇宙全景图的基础上绘成的。

(2012年9月14日收稿)

Spring of megascience

GUAN Yi

10.3969/j.issn.0253-9608.2013.02.009

(编辑：方守狮)