歐洲空間局的光學(xué)地面站

人類大腦項(xiàng)目

鎮(zhèn)靜劑

無(wú)人機(jī)

機(jī)器人對(duì)決

癌癥診斷的侵入性日益降低

離岸風(fēng)力發(fā)電

天然氣鉆井

福島冰墻示意圖

美國(guó)《大眾科學(xué)》網(wǎng)站12月17日在報(bào)道中展望了那些將塑造2014年世界面貌的新想法、趨勢(shì)以及突破。1. 激光器發(fā)射大量太空數(shù)據(jù)

1月份，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）于2009年6月成功發(fā)射的迄今為止最年輕的月球探測(cè)器——月球勘測(cè)軌道飛行器（LRO）接收了一個(gè)有歷史意義的信號(hào)傳輸：NASA利用激光器，將達(dá)·芬奇的名畫《蒙娜麗莎》傳輸?shù)搅似渖?，這是人類首次利用激光在星際間進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)傳輸，這一奇跡有望讓星際間的信息流動(dòng)呈指數(shù)級(jí)增加。NASA專家戴維·史密斯說(shuō)：“不久的將來(lái)，這種簡(jiǎn)單的激光通訊技術(shù)，可能會(huì)成為衛(wèi)星無(wú)線電通訊的補(bǔ)充；而未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有無(wú)線電通訊線路更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。”

過(guò)去50年，飛離地球的太空飛行器都是利用無(wú)線電通訊，但無(wú)線電有自己的局限。首先是頻道擁擠，隨著數(shù)據(jù)容量需求的持續(xù)增加，頻率將要達(dá)到極限；其次，信號(hào)會(huì)隨著距離的增加而衰減，因此傳輸需要非常耗能的發(fā)電機(jī)和巨大的天線。而激光的波長(zhǎng)非常短，因此每秒鐘可以發(fā)射出更多的波，這也意味著其能攜帶更多信息。另外，激光信號(hào)的強(qiáng)度并不會(huì)隨著距離而減弱，因而發(fā)射器需要的能量更少。而且，太空飛行器攜帶的設(shè)備越小，其發(fā)射成本也越低。

9月6日，NASA向月球發(fā)射了月球大氣與粉塵環(huán)境探測(cè)器（LADEE），它搭載了一個(gè)激光通信終端（LLCD），將進(jìn)行距離最遙遠(yuǎn)的深空激光通信試驗(yàn)。10月份，該探測(cè)器成功地進(jìn)行了另外一個(gè)測(cè)試：在三個(gè)不同的地球接收器之間發(fā)射包含有高清視頻的激光脈沖。如果一切進(jìn)展順利，未來(lái)有一天宇航員將從另一顆星球上發(fā)回高清視頻，宇航員之間將能進(jìn)行高帶寬通信。

在月球激光通信演示之后，NASA的下一步是構(gòu)建激光通信中繼演示（LCRD）系統(tǒng)，其將于2017年發(fā)射；于今年7月25日成功發(fā)射的歐洲空間局的Alphasat衛(wèi)星（有史以來(lái)技術(shù)最先進(jìn)的民用通信衛(wèi)星之一）也將使用激光中繼從其他觀測(cè)地球的衛(wèi)星那兒獲得的數(shù)據(jù)。

如果空間激光通訊取得成功（我們也沒(méi)有理由認(rèn)為其會(huì)失敗），它將改變?nèi)祟愄剿魈?yáng)系的方式。“好奇”號(hào)火星車有望搭載更多工具并發(fā)回更多數(shù)據(jù)。高清視頻流也使科學(xué)家們能追蹤土星上的風(fēng)暴。當(dāng)然，更貼心的是，宇航員們能同家里人進(jìn)行視頻聊天。

2. 喚醒“羅塞塔”探測(cè)器

歐空局12月10日宣布，將在2014年1月20日，把目前處于休眠狀態(tài)的“羅塞塔（Rosetta）”號(hào)探測(cè)器喚醒，讓其朝著名為67P的彗星進(jìn)發(fā)，并于2014年11月11日釋放一個(gè)著陸器，登上這顆彗星冰封的表面進(jìn)行取樣分析。科學(xué)家希望借此能更好地了解彗星的組成成分以及它們?cè)谔?yáng)系形成過(guò)程中扮演的角色。

3. 計(jì)算機(jī)解碼人腦

10月7日，迄今為止最野心勃勃的大腦研究項(xiàng)目在瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院正式啟動(dòng)。這個(gè)名為“人類大腦項(xiàng)目”的計(jì)劃獲得了歐盟提供的12億歐元的資助，250多名研究人員將朝著一個(gè)目標(biāo)進(jìn)發(fā)：用超級(jí)計(jì)算機(jī)完整地模擬大腦的工作原理。過(guò)去10年間，我們所獲得的與大腦有關(guān)的一切信息和知識(shí)都將用計(jì)算機(jī)來(lái)建模。最終，虛擬的神經(jīng)細(xì)胞甚至?xí)邮芴摂M藥物的治療。

而美國(guó)政府主導(dǎo)的“基于神經(jīng)科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新的人腦研究（Brain Initiative）”這一計(jì)劃也將實(shí)現(xiàn)自己的“第一次”：繪制出一副囊括大腦所有活動(dòng)的詳圖，其最終的臨床應(yīng)用包括通過(guò)直接改變神經(jīng)通路來(lái)診斷和治療疾病。其他將于2014年啟動(dòng)的項(xiàng)目還包括一個(gè)為期5年、由美國(guó)賓夕法尼亞州立牽頭，有8所研究機(jī)構(gòu)參與的項(xiàng)目：在硅內(nèi)模擬視覺(jué)皮質(zhì)。

盡管2014年科學(xué)家們并不能完全繪制出和模擬出整個(gè)人腦，但2014年是所有這些事情開(kāi)始走上正軌的一年。

4. 控制鎮(zhèn)靜劑的濫用

2014年，監(jiān)管機(jī)構(gòu)可能會(huì)制定并啟用更加嚴(yán)苛的規(guī)則，控制包括維柯?。╒icodin）在內(nèi)的等麻醉劑和鎮(zhèn)靜劑的使用，從而減少由于濫用和過(guò)度服用這些藥劑所導(dǎo)致的死亡人數(shù)。自1999年至今，這些藥劑造成的死亡人數(shù)已經(jīng)翻了4倍。

5. 機(jī)器人對(duì)決

2014年12月，幾十個(gè)研究團(tuán)隊(duì)會(huì)攜帶自己研制的自主機(jī)器人，參與到美國(guó)國(guó)防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局（DARPA）的機(jī)器人挑戰(zhàn)賽中決一雄雌，在一個(gè)模擬的災(zāi)難中完成各項(xiàng)操作。

6. 如何拆卸化學(xué)武器

2014年，美國(guó)軍方將建成名為野外展開(kāi)式水解系統(tǒng)（FDHS）的移動(dòng)凈化實(shí)驗(yàn)室，這種實(shí)驗(yàn)室能快速中和沙林等化學(xué)戰(zhàn)劑，在敘利亞這樣的國(guó)家尤其可以派上用場(chǎng)。

中和化學(xué)武器的具體步驟如下：首先，在實(shí)驗(yàn)室的鈦箱內(nèi)，用水稀釋給定數(shù)量的化學(xué)武器藥劑，然后再朝其中添加漂白劑（次氯酸鈉）和堿液（氫氧化鈉）。接著，將裝有混合物的鈦箱加熱到讓液體剛好沸騰的狀態(tài)，并持續(xù)三個(gè)小時(shí)，屆時(shí)，漂白劑、水、堿液會(huì)將99.9%的化學(xué)武器藥劑水解。最后，將副產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到一個(gè)油罐車內(nèi)并運(yùn)輸?shù)接泻U物處理廠進(jìn)行處理。

7. FAA將對(duì)無(wú)人機(jī)“大開(kāi)綠燈”

據(jù)美國(guó)媒體12月17日?qǐng)?bào)道，美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）表示，擬對(duì)無(wú)人機(jī)開(kāi)放天空，本月將在全國(guó)挑選六個(gè)州進(jìn)行試驗(yàn)，并為不到55磅（包括絕大多數(shù)商用無(wú)人機(jī)）的無(wú)人機(jī)制定飛行準(zhǔn)則，以便在2015年把無(wú)人機(jī)納入國(guó)內(nèi)的航空飛行計(jì)劃中。計(jì)劃于2014年進(jìn)行的飛行測(cè)試將塑造無(wú)人飛行器未來(lái)幾年甚至幾十年的形態(tài)、面貌和格局。

現(xiàn)在，美國(guó)已有24個(gè)州提出申請(qǐng)，要求在本州設(shè)立無(wú)人機(jī)飛行的試驗(yàn)基地，以觀察無(wú)人機(jī)究竟能否在航空業(yè)與傳統(tǒng)客機(jī)共存。在美國(guó)國(guó)內(nèi)發(fā)展無(wú)人機(jī)的最大障礙，是如何保證不會(huì)撞上每天在天空翱翔的7萬(wàn)架有人駕駛的飛機(jī)。

北卡羅來(lái)納州立大學(xué)下一代航空運(yùn)輸中心的負(fù)責(zé)人凱爾·施奈德表示，2014年，無(wú)人機(jī)的活動(dòng)將達(dá)到前所未有的程度，像他目前負(fù)責(zé)的中心這樣的機(jī)構(gòu)正持續(xù)不斷地為無(wú)人機(jī)系統(tǒng)（UAS）研究人員和FAA收集測(cè)試數(shù)據(jù)。對(duì)于農(nóng)民、地產(chǎn)中介等人來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)好消息。而對(duì)于那些仍然害怕機(jī)器人在頭頂飛過(guò)的人來(lái)說(shuō)，入侵已然發(fā)生。

8. 癌癥診斷更“溫柔”

癌癥治療面臨很多令人頭疼的問(wèn)題，首當(dāng)其沖的就是診斷。對(duì)于大多數(shù)癌癥來(lái)說(shuō)，活組織檢查是唯一的萬(wàn)全之策，但這種方法具有侵入性，讓病人疼痛難忍，且會(huì)導(dǎo)致感染?？茖W(xué)家們正在研制的以外切體（Exosomes）為載體的診斷工具，有望使癌癥診斷更簡(jiǎn)單、更“溫柔”。

身體內(nèi)的外切體是多種活細(xì)胞體內(nèi)分泌的小囊泡體, 表面含有大量與其來(lái)源和功能密切相關(guān)的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)成分，其會(huì)在液體（例如血液、尿液以及唾液）中來(lái)回穿梭，在細(xì)胞之間運(yùn)送遺傳物質(zhì)和蛋白質(zhì)。美國(guó)分子診斷測(cè)試公司Exosome Diagnostics的首席執(zhí)行官詹姆斯·麥卡洛表示：“我們將其稱為身體內(nèi)的‘聯(lián)邦快遞系統(tǒng)’。”

麥卡洛的公司研發(fā)出了一種測(cè)試方法，可以捕捉這些信使并分析它們所包含的RNA，其標(biāo)示的變異表明出現(xiàn)了惡性細(xì)胞。而關(guān)注個(gè)性化醫(yī)療的卡里斯生命科學(xué)（Caris Life Sciences）公司則專注于在與某些腫瘤有關(guān)的外切體表面搜尋蛋白質(zhì)。

這兩家公司都希望能在2014年提供首例外切體檢測(cè)。Exosome Diagnostics希望通過(guò)尿檢，提供針對(duì)前列腺癌的檢測(cè)；而卡里斯生命科學(xué)公司則希望通過(guò)血液測(cè)試，提供針對(duì)前列腺癌和乳腺癌的檢測(cè)。

 重要的臨床研究也在有條不紊地進(jìn)行。Exosome Diagnostics公司的技術(shù)在血液中探測(cè)到了指示腦癌的變異，有18個(gè)醫(yī)學(xué)中心正在對(duì)這一方法進(jìn)行評(píng)估。另外，Exosome Sciences公司也將開(kāi)始早期臨床研究，使用從尿液中隔離出來(lái)的外切體來(lái)探測(cè)艾滋病病毒（HIV）、乙肝和丙肝。

外切體測(cè)試這項(xiàng)技術(shù)可在多個(gè)領(lǐng)域大展拳腳，淋巴瘤、肺結(jié)核和帕金森氏癥都是診斷目標(biāo)；這一方法也有望用于追蹤疾病的發(fā)展過(guò)程并監(jiān)測(cè)治療的效果。

9. 氣候優(yōu)先

美國(guó)環(huán)保局局長(zhǎng)吉娜·麥卡錫說(shuō)：“今天，我們應(yīng)該將削減碳排放作為提供就業(yè)和強(qiáng)化經(jīng)濟(jì)的方式，同時(shí)，也給生命一條生路。”

10. 名人前往太空旅游

維珍銀河公司計(jì)劃于2014年開(kāi)始開(kāi)展太空旅游業(yè)務(wù)，使用該公司的飛船“太空船2號(hào)”攜帶包括美國(guó)著名流行女歌手凱蒂·佩里在內(nèi)的6名付費(fèi)乘客前往太空。

11. “好奇”號(hào)火星車前往夏普山

在推遲啟動(dòng)任務(wù)許久之后，NASA終于在今年7月初下達(dá)命令，指揮“好奇”號(hào)火星車奔向它在火星上的主要任務(wù)地點(diǎn)——高約5公里的夏普山。

夏普山位于蓋爾隕坑的中心，由層層疊疊的沉積巖組成，科學(xué)家認(rèn)為，它的巖層將提供遠(yuǎn)古火星環(huán)境隨時(shí)間推移而蘊(yùn)含的信息。NASA于7月8日稱，目前“好奇”號(hào)距夏普山約8公里，按專家們的估計(jì)，這段路程可能需要“好奇”號(hào)走上10個(gè)月到1年。

科學(xué)家們希望，“好奇”號(hào)能在2014年年中到達(dá)夏普山，這里的粘土礦或許能讓“好奇”號(hào)看到更早、更濕潤(rùn)的火星。

12. 福島核電站建造“冰墻”阻擋泄漏

8月20日，日本東京電力公司發(fā)表消息說(shuō)，遭受地震損壞的福島第一核電站的一個(gè)儲(chǔ)存罐每天會(huì)泄漏大約300噸放射性核污水進(jìn)入海洋中。為了阻止泄漏，該公司計(jì)劃于2014年在受損核電站底部創(chuàng)建一堵“冰墻”。

據(jù)介紹，工作人員將會(huì)在該“冰墻”下安裝大量的薄管，然后再往里面注入零下40華氏度的冷卻劑（氯化鈣），這將使得地面100英尺下的泥土被凍結(jié)，從而可以阻止水進(jìn)入到核電廠的反應(yīng)堆和渦輪機(jī)中，進(jìn)而防止更多的污染水泄漏到海洋并污染干凈的水源。

13. 4項(xiàng)研究對(duì)測(cè)序新生兒的基因組進(jìn)行評(píng)估

美國(guó)辛辛那提兒童醫(yī)院醫(yī)學(xué)中心倫理中心的負(fù)責(zé)人阿曼德·安東瑪瑞亞表示：“這些研究將使我們能夠收集與這些測(cè)試的倫理、法律和社會(huì)影響有關(guān)的信息，在這些測(cè)試廣泛使用之前對(duì)其進(jìn)行評(píng)估?，F(xiàn)在，我們并不清楚病人或者提供者如何處理這些信息。”#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

14. 離岸風(fēng)力發(fā)電成為現(xiàn)實(shí)

美國(guó)海角風(fēng)力公司位于馬薩諸塞州的離岸風(fēng)力發(fā)電廠和深海風(fēng)能發(fā)電公司位于布洛克島附近的項(xiàng)目，都希望自己能成為美國(guó)的第一個(gè)離岸風(fēng)力發(fā)電廠。這些項(xiàng)目也都計(jì)劃于2014年開(kāi)始建造。

15. 物理學(xué)家制造出“無(wú)法破解”的密碼

今年，美國(guó)國(guó)家安全局（NASA）引發(fā)的多起監(jiān)聽(tīng)門事件警告我們，我們需要更加安全的數(shù)據(jù)，而量子密碼技術(shù)有望做到這一點(diǎn)。

量子密鑰分配是一個(gè)“無(wú)法破譯”的加密協(xié)議。在一個(gè)基于量子密鑰分配系統(tǒng)中，一個(gè)隨機(jī)生成的密碼被光粒子加密，并通過(guò)光纖共享，隨后，被用來(lái)加密敏感的數(shù)據(jù)。任何試圖探測(cè)這個(gè)密碼的嘗試都會(huì)改變其光子，這就暗示著，這一傳輸已經(jīng)被攔截，需要新的密碼。

迄今為止，量子密鑰分配一直局限在光纖網(wǎng)絡(luò)；它也需要大型的發(fā)射器和探測(cè)器?，F(xiàn)在，研究人員正試圖讓這些設(shè)備小型化：諾基亞公司和英國(guó)布里斯托大學(xué)在攜手進(jìn)行研究，希望創(chuàng)建一個(gè)足夠小的密碼系統(tǒng)，可以安裝在手機(jī)內(nèi)；加拿大安大略省滑鐵盧量子計(jì)算研究所的科學(xué)家們正在研發(fā)能在全球范圍內(nèi)發(fā)射加密的光子的微型衛(wèi)星。

但最吸引人的技術(shù)或許來(lái)自GridCOM技術(shù)公司。為了演示首個(gè)無(wú)線設(shè)備使用的量子密鑰分配（QKD）系統(tǒng)，該公司計(jì)劃于今年年底，在兩部手機(jī)之間發(fā)送一個(gè)“無(wú)法破解的”信息。該公司也計(jì)劃于2014年9月份發(fā)布首個(gè)商用量子加密數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。該公司的聯(lián)合創(chuàng)辦人鄧肯·厄爾希望其能在手機(jī)和個(gè)人電腦上使用。厄爾說(shuō)：“在5年之內(nèi)，這一技術(shù)將處處可見(jiàn)。”

16. 傳染病卷土重來(lái)

1900年，美國(guó)傳染病導(dǎo)致的死亡率是現(xiàn)在的40倍。盡管上世紀(jì)人們?cè)趯?duì)抗傳染病方面取得了巨大進(jìn)展，但不幸的是，很多疾病開(kāi)始死灰復(fù)燃。美國(guó)疾病預(yù)防控制中心的主任湯姆·弗里登指出，人們的旅行和食品貿(mào)易與日俱增，通過(guò)注射疫苗來(lái)預(yù)防疾病方面做得不到位，抗體管理不當(dāng)?shù)榷际窃?。美?guó)的百日咳案例逐漸增多。另外，盡管麻疹早在2000年就已在美國(guó)銷聲匿跡，但這種疾病的傳染能力很強(qiáng)，當(dāng)接種疫苗的人在國(guó)外受到感染并回到人口密集且很多人未接種疫苗的地區(qū)時(shí)，疫情的大規(guī)模暴發(fā)就有可能會(huì)出現(xiàn)。

還有淋病。隨著淋病開(kāi)始對(duì)很多抗體產(chǎn)生免疫力，就很少有能對(duì)付它的藥物了。盡管目前美國(guó)還沒(méi)有治療失敗的案例。但最令人憂心之處在于，這個(gè)疾病的記憶力很強(qiáng)，停藥之后，其仍有抗藥性。

17. 16項(xiàng)研究將確定天然氣對(duì)氣候的影響

環(huán)?；鹗紫茖W(xué)家斯蒂芬·漢博格說(shuō)：“如果想要減少全球溫室氣體排放，我們就需要理解其來(lái)源，包括從天然氣生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的甲烷等的性質(zhì)；而且，還要想方設(shè)法讓泄露達(dá)到最小。如果你沒(méi)有數(shù)據(jù)，你不可能做到這兩點(diǎn)。”