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来源:科学时报 发布时间:2006-1-16 13:32:21
两院院士评选路明杯2005年中国/世界十大科技进展
 
2005年中国十大科技进展
 
一、中国神舟六号载人航天飞行圆满成功
 
10月17日凌晨4时33分,在经过115小时32分钟的太空飞行,完成我国真正意义上有人参与的空间科学实验后,神舟六号载人飞船返回舱顺利着陆,航天员费俊龙、聂海胜自主出舱。
 
神舟六号根据两人多天飞行任务的需要以及个别技术的发展,做出了四个方面110项技术改进。神舟六号飞船仍为推进舱、返回舱、轨道舱的三舱结构,重量基本保持在8吨左右。飞船入轨后先是在近地点200公里,远地点350公里的椭圆轨道上运行5圈,然后变轨到距地面343公里的圆形轨道,绕地球飞行一圈需要90分钟。
 
神舟六号载人航天飞行的成功,标志着我国在发展载人航天技术、进行有人参与的空间实验活动方面取得了又一个具有里程碑意义的重大胜利。这对于进一步提升我国的国际地位,增强我国的经济实力、科技实力、国防实力和民族凝聚力具有重大深远的意义。
 
二、青藏铁路全线铺通
 
青藏铁路全线铺通庆祝大会10月15日在拉萨隆重举行。从青海格尔木出发、装载着大批援藏物资的列车15日已陆续抵达拉萨。2006年7月,青藏铁路将进行试运营。
 
青藏铁路是一项功在当代、利在千秋的世纪工程。青藏铁路工程技术人员和建设者按照建设世界一流高原铁路的目标,在素有“生命禁区”之称的雪域高原上,克服了高寒缺氧等难以想象的困难,努力攻克“多年冻土、高寒缺氧、生态脆弱”三大世界性难题,艰苦奋斗,无私奉献,优质高效地完成了青藏铁路全线铺通任务。这是世界铁路建设史上的辉煌壮举,是中国工程技术树起的一座新的丰碑。
 
青藏铁路穿越青藏高原腹地,是世界上海拔最高、线路最长的高原铁路,沿线高寒缺氧,地质复杂,冻土广布,技术难度高,工程量巨大。青藏铁路全线铺通,标志着这项世纪工程建设取得了决定性胜利。
 
三、我国首款64位高性能通用CPU芯片问世
 
中国科学院计算所研制成功的龙芯2号计算机高性能通用处理器,并已装备多种现代电子产品,初步形成了产业链,使我国在电子产品的核心技术上开始掌握主动权。
 
龙芯2号芯片上集成了1350万个晶体管,其单精度峰值浮点运算速度为每秒20亿次,双精度浮点运算速度为每秒10亿次,最高频率为500MHz,功耗为3瓦到5瓦,远远低于国外同类芯片,其标准测试程序的实测性能是1.3GHz的威盛处理器的2倍至3倍,已达到“奔腾Ⅲ”的水平。龙芯2号是国内首款64位的高性能通用CPU芯片,能够流畅地支持视窗系统、桌面办公、网络浏览、DVD播放等应用,这款芯片在低成本信息产品方面,具有较强的性能优势。
 
信息产业部、科技部、中科院和江苏省合作,建立“中科梦龙”龙芯产业化基地,一条以龙芯产业化为目标的高科技产业链已经初步形成。
 
四、中国科考队首次登上南极冰盖最高点
 
北京时间1月18日3时16分,经过一个多星期的详细勘测和对比,在挺进南极内陆冰盖1200多公里后,中国南极内陆冰盖昆仑科考队确认找到了南极内陆冰盖的最高点;南纬80度22分00秒,东经77度21分11秒,海拔4093米。按照计划,中国科考队将在最高点建立科学观测站,开展气候环境监测,进行冰雷达测厚、高精度GPS定位和综合气象观测,并钻取150米到200米的冰芯,进行内陆站选址调查。科学家介绍,冰穹A作为南极冰盖冰芯钻探仅存的最后一个理想地点和世界上雪冰现代气候环境观测、大气与气象观测等独一无二的“科学观测站”,在科学上的意义是地球上其他任何科学观测站无法代替的。冰穹A这一亿万年来寒泠孤独的地球“不可接近之极”,终于有了人类的足迹,中国人为人类认知南极、认知自然做出了自己应有的贡献。我国科考队成功登上冰盖最高点,是人类南极考察历史上的一次壮举,表明我国南极事业发展又上了一个新台阶。
 
五、全球记载种类最多的《中国植物志》全部出版
 
历经数代植物学家辛勤耕耘和通力协作,一部跨越了半个世纪的学术巨著,共计126卷册的《中国植物志》全部出版完成。与世界上同类著作相比,《中国植物志》收载植物种类和所含卷册最多,总体编研水平高,是我国近百年来第一部最全面、最系统的全国植物志。《中国植物志》是关于中国维管束植物(包括蕨类植物与种子植物)的全面、系统、科学的总结,它记载了中国3万多种植物(301科3408属31142种),共5000多万字,9000多幅图版。维管植物是植物资源宝库中最重要的组成部分,人们日常生活接触到的水稻、小麦、棉花、果蔬、木材、牧草和药材等绝大多数都属于维管束植物。
 
植物志不仅记载了植物的科学名称,而且详细地考证了历史文献记载、形态特征、地理分布、生态环境、物候期和用途等方面,是了解中国植物资源的最翔实、最权威的科学资料。
 
六、我国科学家成功实现首次单分子自旋态控制
 
中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室的科研人员,将单分子化学与单个原子和分子的磁性研究结合起来,利用单分子选键化学首次实现了磁性离子自旋态控制。这是世界上首次利用局域的化学反应来改变和控制分子的物理性质,为单分子功能器件的制备提供了一个极为重要的新方法,揭示了单分子科学研究的新的广阔前景。此项研究工作是利用低温超高真空扫描隧道显微镜,对吸附于金表面的单个钴酞菁分子进行单分子选键化学“手术”,成功“剪裁”了分子外围的氢原子,并使其与金属表面形成稳定的化学键。通过这一方法对单分子实现了精确的“手术”操纵,调控单个分子的空间结构和电子结构,由此改变中心钴离子的自旋态,成功实现了对钴酞菁分子磁性的控制。
 
《科学》杂志发表了他们的论文,并在同期的“透视”栏目中专文对该成果进行了介绍和评价。
 
七、我国测定珠峰新“身高”8844.43米
 
10月9日,国家测绘局宣布了2005年珠峰高程测量获得的新数据:珠穆朗玛峰峰顶岩石面海拔高程8844.43米;参数:珠穆朗玛峰峰顶岩石面高程测量精度±0.21米;峰顶冰雪深度3.50米。来自中科院青藏高原研究所等10个单位的50多名科研人员参加了由中国科学院组织的、以“珠峰地区对全球变化的响应”为主题的珠穆朗玛峰地区综合科学考察活动,国家测绘局也同时组织了对珠峰高程的重新测量。经专家评审认为,这组数据是迄今为止国内乃至国际上历次珠峰高程测量中最为详尽、精确的数据。与1975年所测得的珠峰高度相比,最新公布的珠峰高度降低了约3.7米。珠峰是否变矮现在还不能得出结论。此次精确测定珠峰高程的活动,反映了我国测量珠峰高程的技术水平和权威性。珠峰高程数据作为国家重要地理信息由国家正式公布并公开采用,对于体现国家综合国力和测绘科技水平、促进地球科学研究等具有重要的作用。
 
八、中国大陆科学钻探深入地下5158米
 
经过近4年努力,中国大陆科学钻探工程“科钻一井”胜利竣工,在江苏省东海县毛北村成功深入地下5158米。这标志着我国“入地”计划获得重大突破。我国科研人员在具有全球意义的板块会聚边界——中国东部苏鲁超高压变质带开钻,采用自行研发的技术,首次在坚硬的结晶岩中成功钻进5158米,取得了5118.2米的珍贵岩心和气流体样品。这不仅是我国有史以来最深的科学钻井,也是当前正在实施的国际大陆科学钻探计划20多个项目中最深的科学钻井。通过这次科学深钻,我国科学家获得了一系列创新成果:揭示了板块会聚边界深部连续的物质组成,以及超高压变质区的深部物质组成;证明了地质历史上曾发生的板块携带巨量物质俯冲地幔深处的壮观地质事件,以及发生在700万到800万年前的重大裂解事件;标定了结晶岩地区典型的地球物理场;提出了地壳分层拆离的多重性和穿时性“深俯冲-折返”新模式。
 
九、能在血管中通行的“药物分子运输车”研制成功
 
中科院上海硅酸盐研究所研制的纳米“药物分子运输车”,直径只有200纳米,装载的药物在沿途不会泄漏,直到引导到了某一个特定的疾病靶点、在人们需要的时候才释放出来,对疾病产生治疗作用。这种纳米“药物分子运输车”直径只有一根头发的1/300,它不仅对人体无害,而且能在器官和血管中自由通行。它的外形像一个布满规则小孔的球体,药物装在小孔中,平时穿着一层“有机外衣”,中间含有四氧化三铁颗粒构成的“磁性导航仪”,在体外磁场效应下,“运输车”会准确地到达患处,遇到酸性或者高离子强度液体时,“外衣”就会被脱去,“小车”上装载的药物就会释放出来。1克“运输车”材料可以装载约1千毫克的药物分子。研究人员已经成功完成用“运输车”装载消炎、无痛、抗癌药物的装载控制释放和定向传输的实验。
 
这项研究成果发表在国际核心化学期刊《美国化学学会会志》和德国《应用化学》上。
 
十、最高分辨率“中国数字人男1号”诞生
 
“中国数字人男1号”数据集在南方医科大学构建完成,成为目前世界上数据量最大、分辨率最高的“虚拟人”。所谓“数字人”,实际上是在电脑里合成的三维人体详细结构。“中国数字人男1号”是南方医科大学从20位自愿捐献者中筛选出来的“标准中国人”。尸体标本为一名28岁的汉族健康男性。有了尸体标本后,科学家所做的工作就是用精密切削刀将尸体横向切削成薄片。每切下一片,就用高效数码相机和扫描仪拍照,然后转化成数据,输入电脑,最后由电脑合成三维的立体人类生理结构。“中国数字人男1号”高效数码相机像素达2200万,图像分辨率为4040×5880,是目前世界上0.2毫米虚拟人切削中分辨率最高的数据集。此外,按60兆一帧释放,该数据集的数据量超过540千兆,为世界之最。我国成为继美国、韩国之后第三个拥有本国“数字人”数据库的国家。“数字人”在医学、航天、航空、军事等领域都有着广泛的应用价值。
 
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。
 
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