歐洲空間局的光學(xué)地面站

人類大腦項目

鎮(zhèn)靜劑

無人機(jī)

機(jī)器人對決

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

1月份，美國國家航空航天局（NASA）于2009年6月成功發(fā)射的迄今為止最年輕的月球探測器——月球勘測軌道飛行器（LRO）接收了一個有歷史意義的信號傳輸：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呈指數(shù)級增加。NASA專家戴維·史密斯說：“不久的將來，這種簡單的激光通訊技術(shù)，可能會成為衛(wèi)星無線電通訊的補充；而未來有望實現(xiàn)比現(xiàn)有無線電通訊線路更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。”

過去50年，飛離地球的太空飛行器都是利用無線電通訊，但無線電有自己的局限。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，信號會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，激光信號的強度并不會隨著距離而減弱，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)境探測器（LADEE），它搭載了一個激光通信終端（LLCD），將進(jìn)行距離最遙遠(yuǎn)的深空激光通信試驗。10月份，該探測器成功地進(jìn)行了另外一個測試：在三個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（我們也沒有理由認(rèn)為其會失?。?，它將改變?nèi)祟愄剿魈栂档姆绞健?ldquo;好奇”號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）”號探測器喚醒，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在太陽系形成過程中扮演的角色。

3. 計算機(jī)解碼人腦

10月7日，迄今為止最野心勃勃的大腦研究項目在瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院正式啟動。這個名為“人類大腦項目”的計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目標(biāo)進(jìn)發(fā)：用超級計算機(jī)完整地模擬大腦的工作原理。過去10年間，我們所獲得的與大腦有關(guān)的一切信息和知識都將用計算機(jī)來建模。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）”這一計劃也將實現(xiàn)自己的“第一次”：繪制出一副囊括大腦所有活動的詳圖，其最終的臨床應(yīng)用包括通過直接改變神經(jīng)通路來診斷和治療疾病。其他將于2014年啟動的項目還包括一個為期5年、由美國賓夕法尼亞州立牽頭，有8所研究機(jī)構(gòu)參與的項目：在硅內(nèi)模擬視覺皮質(zhì)。

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

4. 控制鎮(zhèn)靜劑的濫用

2014年，監(jiān)管機(jī)構(gòu)可能會制定并啟用更加嚴(yán)苛的規(guī)則，控制包括維柯丁（Vicodin）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)器人對決

2014年12月，幾十個研究團(tuán)隊會攜帶自己研制的自主機(jī)器人，參與到美國國防部先進(jìn)研究項目局（DARPA）的機(jī)器人挑戰(zhàn)賽中決一雄雌，在一個模擬的災(zāi)難中完成各項操作。

6. 如何拆卸化學(xué)武器

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

中和化學(xué)武器的具體步驟如下：首先，在實驗室的鈦箱內(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)三個小時，屆時，漂白劑、水、堿液會將99.9%的化學(xué)武器藥劑水解。最后，將副產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到一個油罐車內(nèi)并運輸?shù)接泻U物處理廠進(jìn)行處理。

7. FAA將對無人機(jī)“大開綠燈”

據(jù)美國媒體12月17日報道，美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）表示，擬對無人機(jī)開放天空，本月將在全國挑選六個州進(jìn)行試驗，并為不到55磅（包括絕大多數(shù)商用無人機(jī)）的無人機(jī)制定飛行準(zhǔn)則，以便在2015年把無人機(jī)納入國內(nèi)的航空飛行計劃中。計劃于2014年進(jìn)行的飛行測試將塑造無人飛行器未來幾年甚至幾十年的形態(tài)、面貌和格局。

現(xiàn)在，美國已有24個州提出申請，要求在本州設(shè)立無人機(jī)飛行的試驗基地，以觀察無人機(jī)究竟能否在航空業(yè)與傳統(tǒng)客機(jī)共存。在美國國內(nèi)發(fā)展無人機(jī)的最大障礙，是如何保證不會撞上每天在天空翱翔的7萬架有人駕駛的飛機(jī)。

北卡羅來納州立大學(xué)下一代航空運輸中心的負(fù)責(zé)人凱爾·施奈德表示，2014年，無人機(jī)的活動將達(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)不斷地為無人機(jī)系統(tǒng)（UAS）研究人員和FAA收集測試數(shù)據(jù)。對于農(nóng)民、地產(chǎn)中介等人來說，這是一個好消息。而對于那些仍然害怕機(jī)器人在頭頂飛過的人來說，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題，首當(dāng)其沖的就是診斷。對于大多數(shù)癌癥來說，活組織檢查是唯一的萬全之策，但這種方法具有侵入性，讓病人疼痛難忍，且會導(dǎo)致感染。科學(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源和功能密切相關(guān)的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)成分，其會在液體（例如血液、尿液以及唾液）中來回穿梭，在細(xì)胞之間運送遺傳物質(zhì)和蛋白質(zhì)。美國分子診斷測試公司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。Exosome Diagnostics希望通過尿檢，提供針對前列腺癌的檢測；而卡里斯生命科學(xué)公司則希望通過血液測試，提供針對前列腺癌和乳腺癌的檢測。

 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)在血液中探測到了指示腦癌的變異，有18個醫(yī)學(xué)中心正在對這一方法進(jìn)行評估。另外，Exosome Sciences公司也將開始早期臨床研究，使用從尿液中隔離出來的外切體來探測艾滋病病毒（HIV）、乙肝和丙肝。

外切體測試這項技術(shù)可在多個領(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)展過程并監(jiān)測治療的效果。

9. 氣候優(yōu)先

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

10. 名人前往太空旅游

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

11. “好奇”號火星車前往夏普山

在推遲啟動任務(wù)許久之后，NASA終于在今年7月初下達(dá)命令，指揮“好奇”號火星車奔向它在火星上的主要任務(wù)地點——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)境隨時間推移而蘊含的信息。NASA于7月8日稱，目前“好奇”號距夏普山約8公里，按專家們的估計，這段路程可能需要“好奇”號走上10個月到1年。

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

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，遭受地震損壞的福島第一核電站的一個儲存罐每天會泄漏大約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項研究對測序新生兒的基因組進(jìn)行評估

美國辛辛那提兒童醫(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試的倫理、法律和社會影響有關(guān)的信息，在這些測試廣泛使用之前對其進(jìn)行評估?，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#分頁標(biāo)題#e#

14. 離岸風(fēng)力發(fā)電成為現(xiàn)實

美國海角風(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目，都希望自己能成為美國的第一個離岸風(fēng)力發(fā)電廠。這些項目也都計劃于2014年開始建造。

15. 物理學(xué)家制造出“無法破解”的密碼

今年，美國國家安全局（NASA）引發(fā)的多起監(jiān)聽門事件警告我們，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。

量子密鑰分配是一個“無法破譯”的加密協(xié)議。在一個基于量子密鑰分配系統(tǒng)中，一個隨機(jī)生成的密碼被光粒子加密，并通過光纖共享，隨后，被用來加密敏感的數(shù)據(jù)。任何試圖探測這個密碼的嘗試都會改變其光子，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：諾基亞公司和英國布里斯托大學(xué)在攜手進(jìn)行研究，希望創(chuàng)建一個足夠小的密碼系統(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)或許來自GridCOM技術(shù)公司。為了演示首個無線設(shè)備使用的量子密鑰分配（QKD）系統(tǒng)，該公司計劃于今年年底，在兩部手機(jī)之間發(fā)送一個“無法破解的”信息。該公司也計劃于2014年9月份發(fā)布首個商用量子加密數(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)和個人電腦上使用。厄爾說：“在5年之內(nèi)，這一技術(shù)將處處可見。”

16. 傳染病卷土重來

1900年，美國傳染病導(dǎo)致的死亡率是現(xiàn)在的40倍。盡管上世紀(jì)人們在對抗傳染病方面取得了巨大進(jìn)展，但不幸的是，很多疾病開始死灰復(fù)燃。美國疾病預(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，通過注射疫苗來預(yù)防疾病方面做得不到位，抗體管理不當(dāng)?shù)榷际窃?。美國的百日咳案例逐漸增多。另外，盡管麻疹早在2000年就已在美國銷聲匿跡，但這種疾病的傳染能力很強，當(dāng)接種疫苗的人在國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，疫情的大規(guī)模暴發(fā)就有可能會出現(xiàn)。

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

17. 16項研究將確定天然氣對氣候的影響

環(huán)?；鹗紫茖W(xué)家斯蒂芬·漢博格說：“如果想要減少全球溫室氣體排放，我們就需要理解其來源，包括從天然氣生產(chǎn)過程中產(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。如果你沒有數(shù)據(jù)，你不可能做到這兩點。”