關(guān)毅 (本刊特約記者)

中國“芯”不是夢

關(guān)毅 (本刊特約記者)

新一期全球超級計算機500強榜單2016年6月20日公布，使用中國自主芯片制造的“神威太湖之光”登上榜首，這是中國“芯”走上自主之路的里程碑式事件，意味著中國掌握了超算制造的主要核心技術(shù)。中國超級計算機擁有中國“芯”終于不再是夢想，而是成為了再真實不過的現(xiàn)實。超級計算機是國家科研的一個基礎(chǔ)工具，為解決經(jīng)濟、科技等領(lǐng)域一系列重大挑戰(zhàn)提供了重要手段，對提升綜合國力具有戰(zhàn)略意義。然而，無論是當(dāng)年“天河一號”打破美日占據(jù)500強榜單頭名位置的壟斷局面，還是“天河二號”在過去3年中連續(xù)6度稱雄，中國人自豪的同時也不乏遺憾，那就是核心的芯片技術(shù)仍沒有擺脫對外國“芯”的依賴。如今，“神威太湖之光”奪得全球超算冠軍，向世界正式宣告中國“芯”的到來。這個系統(tǒng)不僅性能卓越，而且能效優(yōu)異，充分展現(xiàn)了中國計算機專家的設(shè)計智慧。毋庸置疑，一個國家的計算能力已成為現(xiàn)代國家戰(zhàn)略力量的重要組成部分。最新榜單在一定程度上證明了中國的計算實力，但中國要成為像美國那樣的計算強國還有很長的路要走。

美推出人類基因組編寫計劃科學(xué)家在贊賞該項目雄心的同時認(rèn)為其缺乏合理目標(biāo)

大約1個月前，科學(xué)家在一次秘密會議中提議，通過政府與私人企業(yè)合作，從頭合成一個完整的人類基因組，這項研究大約需要10年的時間，并且相關(guān)的技術(shù)開發(fā)也將花費數(shù)以億計的美元。2016年6月2日，他們正式對外公布了這一計劃。

這項名為“人類基因組編寫計劃”(HGP-write)的研究的倡議者在美國《科學(xué)》雜志上寫道，來自一系列籌資渠道的1億美元經(jīng)費將幫助他們把視野放得更遠(yuǎn)。

該研究團隊由紐約大學(xué)合成生物學(xué)家Jef Boeke、馬薩諸塞州波士頓市哈佛醫(yī)學(xué)院基因組學(xué)家George Church和加利福尼亞州圣拉斐爾市歐特克研究中心商業(yè)設(shè)計工作室未來學(xué)家Andrew Hessel領(lǐng)銜。

Boeke、Church、Hessel等25人當(dāng)天在《科學(xué)》雜志上表示，現(xiàn)在是時候構(gòu)建“基因組規(guī)模工程的技術(shù)及其倫理框架”了。

科學(xué)家發(fā)起人類基因組編寫計劃(圖片來源：Gen9)

針對人類基因組編寫計劃可能帶來的倫理、法律和社會影響，他們特別強調(diào)有必要讓公眾從一開始就參與其中。他們指出，人類基因組計劃也曾被一些人認(rèn)為有爭議性，但現(xiàn)在被視為是最偉大的探索壯舉之一，讓科學(xué)和醫(yī)學(xué)發(fā)生革命性變化。

人類基因組計劃從1990年持續(xù)到2003年，重點是基因測序，讓科學(xué)家能夠“閱讀”基因組。而人類基因組編寫計劃的重點是構(gòu)建基因，讓科學(xué)家能夠“編寫”基因組。科學(xué)家說，今天雖然基因組測序技術(shù)仍在以極快速度發(fā)展，但構(gòu)建基因的能力仍基本局限于少量短的片段，限制了對生命的了解。

“對基因藍(lán)圖的進(jìn)一步認(rèn)識可能來自于構(gòu)建上億規(guī)模堿基對的動植物大型基因組，包括人類基因組，這將會推動發(fā)展出大規(guī)模合成與編輯基因組的工具與方法，”他們在文章中寫道，“為實現(xiàn)這個目標(biāo)，我們提議啟動人類基因組編寫計劃?！?/p>

人類基因組編寫計劃的首要目標(biāo)是，在10年內(nèi)把合成大型基因組的成本降低為現(xiàn)在的千分之一。據(jù)介紹，人類基因組有約30億個堿基對，以今天的價格構(gòu)建一個完整人類基因組的費用極為高昂。

人類基因組編寫計劃的近期目標(biāo)是合成1%的人類基因組，并提出6個先導(dǎo)項目，包括構(gòu)建特定染色體或復(fù)雜癌癥基因型以更全面地模擬人類疾病、修改豬基因組以用于異種器官移植等。

這項計劃將由新成立的一個獨立非營利性組織“工程生物學(xué)示范中心”執(zhí)行。這是一個國際性科研項目，會對各種資金渠道開放，包括各國政府科研資金、私人投資基金、慈善基金、眾籌資金等，今年的目標(biāo)是籌集1億美元，啟動上述先導(dǎo)項目?？茖W(xué)家們還表示，整個計劃的費用尚難預(yù)計，但可能會少于人類基因組計劃的30億美元。

科學(xué)家們還列出了人類基因組編寫計劃的一系列潛在應(yīng)用，包括培育可移植給人類的器官、通過全基因組重編碼賦予細(xì)胞對病毒的免疫力、通過細(xì)胞工程技術(shù)賦予細(xì)胞抗癌能力、加速疫苗和藥物的研發(fā)進(jìn)程等。

然而這一想法——其本質(zhì)目標(biāo)在于開發(fā)能夠減少脫氧核糖核糖(DNA)人工合成成本的技術(shù)——并沒有在研究人員中引起廣泛的興趣。

一些研究人員認(rèn)為，創(chuàng)建一個人類基因組的想法的雄心是值得稱道的，但難免有些不切實際——迄今為止，科學(xué)家只能夠從頭合成微小的細(xì)菌基因組和一部分酵母基因組。還有一些科學(xué)家則認(rèn)為，在當(dāng)前許多公司已經(jīng)開始降低人工合成DNA的價格之際，人類基因組編寫計劃似乎是一個不必要的“工作集成”。

“我的第一個想法是‘那又怎樣’。”蘇黎世市瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院合成生物學(xué)家Martin Fussenegger說，“我個人認(rèn)為這一切早晚會發(fā)生。說到底，它只是一個價格問題?！?/p>

還有人則認(rèn)為，這項計劃應(yīng)該被推遲，直至該想法能夠贏得更加廣泛的支持。

加利福尼亞州斯坦福大學(xué)合成生物學(xué)家Drew Endy和伊利諾伊州埃文斯頓市西北大學(xué)宗教學(xué)者Laurie Zoloth在發(fā)給記者的一封電子郵件中寫道，人類基因組編寫計劃的研究團隊并沒有正確判定項目的目標(biāo)，并且這一計劃應(yīng)該被放棄。他們說：“我們?nèi)栽诘却粋€由廣泛人士參與的嚴(yán)肅的公開討論。”

歐航局成功驗證引力波太空探測技術(shù)

總部位于巴黎的歐洲航天局2016年6月7日宣布，數(shù)月前發(fā)射升空的“LISA探路者”探測器，已成功驗證了在太空探測引力波的關(guān)鍵技術(shù)。

2015年12月3日，作為歐航局引力波太空探測計劃的前期任務(wù)，“LISA探路者”探測器由一枚“織女星”運載火箭發(fā)射升空，并于2016年1月底抵達(dá)距離地球150萬km的目標(biāo)軌道，圍繞太陽和地球連線延長線上的“拉格朗日點”飛行。而它的科學(xué)探測之旅則從3月正式開始。

“LISA探路者”探測器內(nèi)帶有兩個質(zhì)量為2 kg、邊長4.6 cm的金鉑合金立方體?？茖W(xué)家希望通過觀測這兩個處于自由落體狀態(tài)且彼此相距38 cm的立方體在運動中相對位置的變化，以證明引力波的存在。

為證明引力波的存在，探測器在軌道飛行過程中不能夠與這兩個立方體相觸碰，不被任何外力干擾。為達(dá)到理想的探測狀態(tài)，研究人員首先對探測器內(nèi)部的零件進(jìn)行了極為精確的設(shè)計配重，平衡兩個立方體所受探測器本身的引力。

“LISA探路者”還要抵達(dá)拉格朗日點。拉格朗日點又叫平動點，探測器在這一位置受到的地球引力和太陽引力互相平衡，不受外力干擾。探測器內(nèi)部的電極能隨時探測兩個金鉑合金立方體及探測器本身的位置，可以隨時啟動多個推進(jìn)器調(diào)整探測器的飛行，讓兩個立方體保持在完全不受干擾的自由落體狀態(tài)。

LISA探路者(圖片來源：ESA)

研究人員在7日出版的美國著名物理學(xué)期刊《物理評論快報》上報告說，最初兩個月的實驗數(shù)據(jù)顯示，“LISA探路者”探測器內(nèi)的兩個金鉑合金立方體幾乎保持了靜止，且兩者的相對加速度甚至不及地球引力的10-10(一個重力加速度的10-16)。這一精確度比預(yù)期水平高出5倍，充分證明所測試的技術(shù)能夠滿足在太空中建立引力波天文臺的要求。

“LISA探路者”只是歐航局引力波探測計劃的前期任務(wù)，用于演示和驗證相關(guān)技術(shù)。正式的“激光干涉儀空間天線進(jìn)階計劃”將于2034年啟動，由彼此相距100萬km、構(gòu)成等邊三角形結(jié)構(gòu)的三個探測器組成。

一個世紀(jì)前，愛因斯坦發(fā)表的廣義相對論從理論上預(yù)言了引力波的存在，認(rèn)為它產(chǎn)生于大質(zhì)量天體加速、碰撞或者黑洞合并等天體事件。引力波被視為宇宙中的“時空漣漪”，如同石頭丟進(jìn)水里產(chǎn)生的波紋一樣。多年來，如何通過科學(xué)觀測設(shè)備直接證明引力波的存在一直是科學(xué)家們努力攻克的難題。2016年2月11日，美國科學(xué)家宣布利用“激光干涉引力波天文臺(LIGO)”成功于2015年9月14日首次直接探測到引力波信號，創(chuàng)造了物理學(xué)發(fā)展史上具有里程碑意義的重要成果。

與建造在地面的LIGO引力波探測器不同，歐航局計劃將實驗的背景轉(zhuǎn)移到太空當(dāng)中，致力于追蹤黑洞合并或其他劇烈天體事件發(fā)生時產(chǎn)生的引力波。歐航局解釋說，超大質(zhì)量黑洞合并等天體事件往往會產(chǎn)生波段在0.1兆赫(0.1 MHz)到1赫茲(Hz)之間的低頻段引力波，要追蹤到這種低頻引力波信號，探測裝置必須有能力測量出相距數(shù)百萬公里的物體之間相對位置出現(xiàn)的極其細(xì)微的波動。由于地球上存在地震噪聲、熱噪聲等因素的干擾，根本無法完成對低頻引力波信號的捕捉，這一切只能在太空中實現(xiàn)。

科學(xué)家宣布再次“清晰”探測到引力波

美國和歐洲的兩個引力波探測項目的研究人員6月15日在美國加利福尼亞州圣迭戈宣布，他們“非常清晰”地再次探測到“時空漣漪”——引力波的存在。

探測項目組說，此次探測到引力波的時間是2015年12月25日22時38分53秒(北京時間26日11時38分53秒)。之所以探測到引力波信號與宣布發(fā)現(xiàn)之間隔了一段時間，是因為科學(xué)家還要分析和確認(rèn)相關(guān)數(shù)據(jù)。

“我們非常驕傲，引力波天文學(xué)時代已經(jīng)到來，”美國“激光干涉引力波天文臺”(LIGO)項目組發(fā)言人、路易斯安那州立大學(xué)物理學(xué)家加布里埃拉·岡薩雷斯當(dāng)天上午在美國天文學(xué)會舉辦的一個新聞發(fā)布會上激動地說。

岡薩雷斯在發(fā)布會上現(xiàn)場播放了與LIGO項目組捕捉到的信號相對應(yīng)的“聲音”，稱其為“宇宙的音樂”。

在這項將于美國《物理學(xué)評論通訊》雜志上發(fā)表的研究結(jié)果中，科學(xué)家探測到來自兩個黑洞合并而產(chǎn)生的引力波信號。這兩個黑洞位于距地球14億光年外，在合并前的質(zhì)量分別相當(dāng)于大約8個和14個太陽，合并后的總質(zhì)量相當(dāng)于約21個太陽，其中約1個太陽的質(zhì)量變成能量，在合并過程中以引力波的形式釋放。

經(jīng)過漫長旅行，這一引力波信號被LIGO項目組在路易斯安那州利文斯頓市與華盛頓州漢福德市建造的兩個引力波探測器“清晰”地捕捉到。

由于探測到這個引力波信號時正值美國圣誕節(jié)的夜晚，加上引力波曾被愛因斯坦廣義相對論預(yù)言存在，這個代號為GW151226的引力波事件也被科學(xué)家稱為“愛因斯坦的圣誕節(jié)禮物”。

引力波是一種時空漣漪，如同石頭被丟進(jìn)水里產(chǎn)生的波紋一樣。黑洞、中子星等天體在碰撞過程中有可能產(chǎn)生引力波。一百年前愛因斯坦的廣義相對論預(yù)言了引力波的存在，但缺乏實驗證據(jù)。

2016年2月11日LIGO項目組宣布，他們首次利用LIGO探測器發(fā)現(xiàn)引力波的存在。這一事件被認(rèn)為是物理學(xué)和天文學(xué)的重要里程碑。

這個于2015年9月14日探測到的引力波來自于另外兩個黑洞合并，但這兩個黑洞合并前的質(zhì)量更大，分別相當(dāng)于約36個與29個太陽質(zhì)量，合并后的總質(zhì)量相當(dāng)于約62個太陽，相當(dāng)于3個太陽質(zhì)量的能量在合并過程中以引力波的形式釋放。

科學(xué)家認(rèn)為，兩次明確探測到引力波信號表明，引力波并非偶然事件，未來將有可能繼續(xù)探測到中子星等其他天體在碰撞過程中產(chǎn)生的引力波。

LIGO項目執(zhí)行主任戴維·賴茨當(dāng)天介紹說，LIGO探測器在升級后將于2016年秋天再次運行，運行時間為6個月，屆時這一探測器的靈敏度將提高15%～20%，探測到引力波的幾率將增加1.5～2倍。

他說：“這次我們做得不錯，但還不是最好……今后會聽到來自我們的更多消息?！?/p>

歡迎nihonium、moscovium、tennessine和oganesson 4種新元素獲周期表提名

很快就會有4個新名字被添加到元素周期表的右下角。

元素周期表 (圖片來源：IUPAC)

化學(xué)管理機構(gòu)、總部位于瑞士蘇黎世的國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)于2016年6月8日在一份提案中宣布：113號元素將被命名為nihonium(Nh)；115號元素將被命名為moscovium(Mc)；117號元素將被命名為tennessine(Ts)；118號元素將被命名為oganesson(Og)。

該聯(lián)合會2015年年底宣布，確認(rèn)上述4種新元素的存在。這些元素由俄羅斯、美國和日本的科研團隊發(fā)現(xiàn)，他們也獲得了對這些元素的正式命名權(quán)。

根據(jù)IUPAC的規(guī)定，發(fā)現(xiàn)方對新化學(xué)元素?fù)碛忻麢?quán)，而新修改的命名原則是可根據(jù)神話概念及人物、礦物和其他相似物質(zhì)、地名與地理區(qū)域、元素性質(zhì)或科學(xué)家姓名來命名新元素。

IUPAC下屬無機化學(xué)部門主席Jan Reedijk在一份媒體聲明中表示：“盡管這些元素的名稱看起來多少有些任性，但它們完全與IUPAC的規(guī)則相一致?！被蛟S這其中最引人注目的命名要數(shù)第118號元素oganesson。該元素以俄羅斯杜布納市核研究聯(lián)合學(xué)院(JINR)83歲研究人員Yuri Oganessian命名。Yuri曾幫助發(fā)現(xiàn)了大量的超重元素。第118號元素是人類目前合成的最重元素。

這是有史以來第二次用一個健在的科學(xué)家為新元素命名，而之前的一次曾引發(fā)了巨大的爭議——1993年，美國加利福尼亞州勞倫斯·伯克利國家實驗室的研究人員提議用該國核化學(xué)先驅(qū)Glenn Seaborg的名字為第106號元素seaborgium命名。起初，IUPAC通過了一項決議，表示元素不能以健在的科學(xué)家命名，從而拒絕了美國科學(xué)家提議，但最終IUPAC還是妥協(xié)了。

IUPAC表示，以莫斯科地區(qū)命名的第115號元素Moscovium向“JINR所在地、古老的俄羅斯土地表達(dá)了敬意”；而第117號元素tennessine則“贊揚了美國田納西地區(qū)——包括橡樹嶺國家實驗室、范德堡大學(xué)和諾克斯維爾的田納西大學(xué)——在超重元素研究中作出的貢獻(xiàn)”。

JINR的研究人員與加利福尼亞州勞倫斯·利物莫爾國家實驗室、橡樹嶺國家實驗室合作，共同發(fā)現(xiàn)了上述兩種元素。

第113號元素nihonium則是第一個以東亞國家命名的人造元素。日本在2004年就宣布合成了第113號元素，這也是亞洲科學(xué)家首次合成的新元素。日本理化學(xué)研究所仁科加速器研究中心的科研人員將第113號元素以日本國名(Nihon)命名為nihonium。IUPAC表示：“這個元素的名稱與發(fā)現(xiàn)它的國家直接聯(lián)系起來?！?/p>

在此之前，最近添加到元素周期表上的是flerovium(Fl，第114號元素)和livermorium(Lv，第116號元素)。所有這些人造元素——包括最新的4個元素——都是在實驗室中通過粉碎更輕的原子核創(chuàng)造的微量元素，并且它們在分裂成更小、更穩(wěn)定的片段之前僅存在了幾分之一秒的時間。

自從19世紀(jì)門捷列夫首創(chuàng)現(xiàn)在通行的化學(xué)元素周期表以來，人類已發(fā)現(xiàn)了118種元素。它們在元素周期表上按原子序數(shù)排列，每一列稱作一個族，每一行稱作一個周期。

研究人員表示，這4種新元素將完成元素周期表中第七周期元素的排列，并為尋找元素“穩(wěn)定島”提供證據(jù)?，F(xiàn)在的元素周期表只有七行，其中第七行中原子序數(shù)在93號及以上的元素都在自然界中不穩(wěn)定，是人工合成的。然而核物理學(xué)家早就預(yù)言說，可能存在一個超重“穩(wěn)定島”，島內(nèi)元素原子的質(zhì)子和中子數(shù)量超越元素周期表內(nèi)的元素，但十分穩(wěn)定。

這4種新元素將接受為期5個月的公眾評議。除非有公眾抗議，否則，按計劃IUPAC理事會將在今年11月初正式批準(zhǔn)4種新元素加入化學(xué)元素周期表大家庭。

二氧化碳注入地下變成“石頭”玄武巖封存有望永久鎖住溫室氣體

冰島研究人員日前表示，他們發(fā)明了一種新方法，通過把二氧化碳變成石頭從而將這種溫室氣體封存在地下。發(fā)表在最新出版的《科學(xué)》雜志上的這項研究成果顯示，將二氧化碳注入火山巖能夠引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，并快速形成碳酸鹽礦物質(zhì)，后者有望永遠(yuǎn)鎖住這種溫室氣體。

盡管這種技術(shù)必須克服一些障礙才能投入商業(yè)用途，但科學(xué)家指出，被稱為CarbFix的這一項目為目前陷入困境的通過捕獲及封存來自發(fā)電廠的二氧化碳從而抵抗全球變暖的努力帶來了一線希望。并未參與該項目的美國加利福尼亞州帕洛阿爾托市斯坦福大學(xué)地質(zhì)學(xué)家Sally Benson表示：“這是向前邁出的重要一步。”

在全球變暖背景下，怎樣處理不斷增長的二氧化碳排放是一個世界性難題。作為抑制發(fā)電廠排放二氧化碳的一條途徑，世界各地數(shù)十個試點項目力圖測試碳捕獲與封存。然而很少有項目能夠擴大到商業(yè)規(guī)模，主要因為其商業(yè)成本很高——封存1噸二氧化碳大約需要50～100美元。

二氧化碳捕獲與封存同時面臨技術(shù)上的障礙，最大的一個問題便是在哪里封存捕獲的溫室氣體。大多數(shù)研究人員青睞于沉積巖，主要是含有地下水的砂巖或廢棄的油井，這是因為長期以來，工業(yè)部門有在這里施工的經(jīng)驗。但是科學(xué)家擔(dān)心，覆蓋含水層的巖石上的裂縫會讓二氧化碳重新泄漏到大氣層中。

因此在2006年，冰島、美國和法國科學(xué)家提出了一個不同的想法——將二氧化碳注入地下玄武巖之中。他們知道與砂巖不同，玄武巖含有能夠與二氧化碳發(fā)生反應(yīng)的金屬，從而能夠形成碳酸鹽礦物質(zhì)，例如方解石，這一過程被稱為碳酸化作用。

研究人員認(rèn)為上述過程可能需要很多年。為了找到問題的答案，他們在雷克雅未克以東25 km的地方開展了CarbFix項目，即將采集自附近一家地?zé)岚l(fā)電廠的二氧化碳注入冰島地下豐富的玄武巖之中。冰島有多座活火山，火山噴發(fā)形成的玄武巖廣泛存在于地下，這種巖石的鈣、鎂、鐵含量高。

注入冰島深井中的二氧化碳發(fā)生了令人驚訝的化學(xué)變化(圖片來源：J. Matter)

這個項目由美國哥倫比亞大學(xué)、冰島大學(xué)、冰島雷克雅未克能源公司、英國南安普敦大學(xué)等機構(gòu)聯(lián)合實施。2012年，研究人員將220 t二氧化碳注入地表下400 m至800 m的玄武巖中。他們同時還添加了額外的水，后者能夠與氣體反應(yīng)形成礦物反應(yīng)的關(guān)鍵驅(qū)動因素：碳酸。研究人員隨后通過在附近監(jiān)測井中采集樣本從而監(jiān)測了地下的pH值、地球化學(xué)及其他特征。

接下來發(fā)生的一切讓研究人員感到震驚。大約1年半后，一個監(jiān)測井中的泵不斷損壞。當(dāng)工程師把泵取出來后，發(fā)現(xiàn)上面覆蓋著白色和綠色的污垢。測試后發(fā)現(xiàn)是方解石，并含有大量碳示蹤劑，這標(biāo)志著它是一種碳酸化作用的產(chǎn)物。

“我們的研究結(jié)果顯示，所注入的二氧化碳含量的95%～98%在不到兩年內(nèi)便發(fā)生了鈣化(即轉(zhuǎn)化為固態(tài)碳酸鹽)，”論文第一作者、南安普敦大學(xué)地質(zhì)工程學(xué)副教授Juerg Matter在一份聲明中說，“這個速度非常令人吃驚?！?/p>

Matter說，固態(tài)碳酸鹽礦物質(zhì)沒有泄漏風(fēng)險，因而這種方式可以永久且對環(huán)境無害地封存二氧化碳。玄武巖是地球上最常見的巖石類型之一，在世界許多地方的大陸邊緣地帶廣泛存在，因此有潛力用于大量封存二氧化碳。

專家表示，用上述方法將二氧化碳注入玄武巖層之前，需先把二氧化碳與水混合，因而所需用水量非常大，封存1 t二氧化碳需要大約25 t水。未來可以探索使用海水來解決這個問題。

CarbFix項目是一個小型試點項目，目前冰島雷克雅未克能源公司正在開展更大規(guī)模的試驗，把從一個地?zé)岚l(fā)電廠每年捕捉的近5 000 t二氧化碳封存到地下。研究人員認(rèn)為，這種新型固碳技術(shù)將會提高公眾對碳捕捉與封存技術(shù)的接受度。

“神威太湖之光”取代“天河二號”成為全球最快超算

新一期全球超級計算機500強榜單在2016年6月20日公布，使用中國自主芯片制造的“神威太湖之光”取代“天河二號”登上榜首，中國超算上榜總數(shù)量也有史以來首次超過美國名列第一。

據(jù)國際TOP500組織當(dāng)天發(fā)布的榜單，“神威太湖之光”的浮點運算速度為每秒9.3億億次，不僅速度比第二名“天河二號”快出近兩倍，其效率也提高3倍。更重要的是，與“天河二號”使用英特爾芯片不一樣，“神威太湖之光”使用的是中國自主知識產(chǎn)權(quán)的芯片。

該組織在一份聲明中寫道：“中國在國際TOP500組織第47期榜單上保持第一名的位置，憑借的是一個完全基于中國設(shè)計、制造處理器而打造的新系統(tǒng)?！?/p>

“神威太湖之光”由國家并行計算機工程技術(shù)研究中心研制，安裝在國家超級計算無錫中心。此前，由中國國防科技大學(xué)研制的“天河二號”超級計算機已在TOP500榜單上連續(xù)六度稱雄。

榜單前十名除了“神威太湖之光”與“天河二號”外，其他分別是美國的“泰坦”與“紅杉”、日本的“京”、美國的“米拉”和“三一”、瑞士的“代恩特峰”、德國的“花尾榛雞”和沙特阿拉伯的“沙欣Ⅱ”。

TOP500榜單是對全球已安裝的超級計算機“排座次”的權(quán)威排行榜。從1993年起，由TOP500國際組織以實測計算速度為基準(zhǔn)每半年發(fā)布一次。

此次榜單還有一個重大變動是，美國入圍的超級計算機總數(shù)量首次跌下第一位置。上述聲明說，由于過去一些年中國工業(yè)和研究部門注冊提交的系統(tǒng)數(shù)量劇增，中國現(xiàn)在入榜的超級計算機數(shù)量達(dá)到167臺，超過美國的165臺。此外，由于中國占據(jù)TOP榜單頭兩名，中國在計算性能類別上也居于領(lǐng)先位置。

排行榜主要編撰人、美國田納西大學(xué)計算機學(xué)教授杰克·唐加拉評價道，中國超級計算機不斷增多已成為一個“趨勢”。

“2001年中國上榜數(shù)量還是零，但今天中國已經(jīng)超過美國，”唐加拉說，“沒有其他國家有這樣快的增長速度?！?/p>

唐加拉認(rèn)為，超級計算機“比以往任何時候都重要”，能為能源、醫(yī)藥、飛機制造、汽車與娛樂業(yè)等廣泛領(lǐng)域的行業(yè)提供高性能計算服務(wù)?！案鼜姶蟮挠嬎隳芰⑹沟眠@些不同行業(yè)更快地生產(chǎn)出優(yōu)異新產(chǎn)品，從而提高一個國家的競爭力”。

美國首個人體“基因剪刀”抗癌試驗通過安全審查

美國國家衛(wèi)生研究院一個咨詢委員會2016年6月21日批準(zhǔn)了首個利用被譽為“基因剪刀”的CRISPR基因編輯技術(shù)來治療癌癥的人體臨床試驗，讓這種目前備受關(guān)注的生物醫(yī)學(xué)技術(shù)在美國距臨床試驗僅差美國食品和藥物管理局批準(zhǔn)一步之遙。

美國國家衛(wèi)生研究院“重組DNA咨詢委員會”批準(zhǔn)了這項由美國賓夕法尼亞大學(xué)提交的臨床試驗計劃。該委員會負(fù)責(zé)對在美國進(jìn)行的基因療法臨床試驗進(jìn)行安全及倫理審查。這項試驗還需美國食品和藥物管理局放行才能開始實施。如果最終獲得批準(zhǔn)，研究人員將招募18名現(xiàn)有治療方法已不起作用的黑素瘤、多發(fā)性骨髓瘤以及肉瘤患者，在賓夕法尼亞大學(xué)、加利福尼亞大學(xué)舊金山分校以及得克薩斯大學(xué)MD安德森癌癥研究中心三個地點開展臨床試驗。

按計劃，研究人員將從患者身上提取免疫T細(xì)胞，利用一種無害病毒讓T細(xì)胞具有一種名為NY-ESO-1蛋白質(zhì)的受體。NY-ESO-1蛋白質(zhì)常存在于某些腫瘤細(xì)胞上，經(jīng)改造的T細(xì)胞在被輸入患者體內(nèi)后，就能識別表達(dá)NY-ESO-1蛋白質(zhì)的腫瘤細(xì)胞，對腫瘤細(xì)胞發(fā)起攻擊。

然而，受改造的T細(xì)胞不易增殖、存活時間不長。為延長T細(xì)胞存活時間、提高其殺滅癌細(xì)胞的效率，研究人員希望利用CRISPR技術(shù)，破壞一種名為PD-1蛋白質(zhì)的合成。這種位于T細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)抑制T細(xì)胞發(fā)生免疫反應(yīng)后的活性，而腫瘤細(xì)胞能夠激活PD-1蛋白質(zhì)來躲避T細(xì)胞的攻擊。此外，研究人員還打算敲除編碼T細(xì)胞表面其他兩種主要蛋白質(zhì)受體的基因，讓T細(xì)胞經(jīng)改造獲得的NY-ESO-1蛋白質(zhì)受體更有效。

CRISPR技術(shù)誕生至今只有4年時間，是生物醫(yī)學(xué)史上第一種可高效修改基因組的工具，具有精確、成本低以及操作簡便等特點。基于CRISPR展現(xiàn)出的巨大能力，美國《科學(xué)》雜志在2012年和2013年兩次把它評為十大突破，2015年更是把它選為“年度頭號突破”。

據(jù)美國《麻省理工學(xué)院技術(shù)評論》報道，美國社交網(wǎng)站臉書的首任總裁肖恩·帕克投資2.5億美元建立的“帕克癌癥免疫療法研究所”將為這項試驗提供資助。

“朱諾”成功入軌木星將對內(nèi)部結(jié)構(gòu)、大氣成分、大氣對流狀況、磁場進(jìn)行探測

美國東部夏季時間2016年7月4日下午11時53分，該國宇航局(NASA)操控人員接收到確認(rèn)信息，他們最新的行星探測器——“朱諾”木星探測器已經(jīng)安全抵達(dá)目的地木星。隨著3個簡單的單音，在主引擎燃燒的35 min內(nèi)一直處于一種安全模式的“朱諾”木星探測器表示，它已經(jīng)成功減速并進(jìn)入到環(huán)繞這顆太陽系最大行星的軌道中。

當(dāng)天11時18分，“朱諾”木星探測器點燃主引擎，執(zhí)行“木星軌道嵌入”動作。35 min后，“朱諾”速度降至542 m/s，成功被木星引力捕獲，最終將自己推入木星軌道。

“朱諾”木星探測器項目總經(jīng)理Diane Brown在華盛頓哥倫比亞特區(qū)NASA總部向記者們表示，在探測器5年的旅程之后，現(xiàn)在的感覺是“壓倒一切”的，并且軌道的切入也是“完美的”。她強調(diào)：“我們現(xiàn)在終于能去睡覺而不用擔(dān)心明天會發(fā)生什么了，這真的很棒?！?/p>

“朱諾”木星探測器將透過木星外層的云團研究其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。它會比以往任何探測器更近距離地靠近木星——位于其云層之上約4 000 km。該探測器的目標(biāo)旨在研究這顆巨行星的起源和進(jìn)化：其表面條紋和漩渦風(fēng)暴能夠走多遠(yuǎn)？行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)如何影響人們在表面上看到的一切？木星強烈磁場的來源是什么？以及它有一個堅實的巖石內(nèi)核嗎？

藝術(shù)家筆下的“朱諾”與木星(圖片來源：NASA/JPL)

理論學(xué)家認(rèn)為，作為太陽系最大的居民，木星掌握著搞清圍繞在最終變成太陽的原恒星周圍的行星是如何形成的關(guān)鍵?！爸熘Z”木星探測器項目負(fù)責(zé)人、得克薩斯州圣安東尼奧西南研究所Scott Bolton表示：“我畢生追求的一個問題便是我們是如何來到這里的。這對于我而言非常重要。”Bolton說：“現(xiàn)在是一個有趣的開始?！?/p>

“朱諾”木星探測器的控制團隊如今在切入點火后正在為探測器系統(tǒng)通電，這是該任務(wù)中風(fēng)險最高的一部分，同時下載有關(guān)其健康情況的數(shù)據(jù)。該探測器上裝載的科學(xué)儀器將在5天后啟動。在最初入軌53天之后，第一次完整的觀測將在8月底首次進(jìn)行。

“朱諾”木星探測器隨后將進(jìn)入一條14天環(huán)繞木星一周的軌道，并在未來的一年半里環(huán)繞木星的兩極33次。該探測器將在任務(wù)的最后進(jìn)入木星云層，以免與木星的一顆衛(wèi)星發(fā)生意外的碰撞——這將導(dǎo)致后者被來自地球的微生物污染。

“朱諾”木星探測器是迄今運行軌道最接近木星的人類探測器，它將用搭載的9臺探測設(shè)備分別探測木星內(nèi)部結(jié)構(gòu)、大氣成分、大氣對流狀況、磁場等，所獲信息將通過高增益天線發(fā)回地球。

木星是太陽系最古老的行星，在太陽形成后就已誕生，捕獲了太陽形成后遺留下的許多星際物質(zhì)，堪稱太陽系巨行星的“原始模型”。這一太陽系體積和質(zhì)量最大、自轉(zhuǎn)最快的氣態(tài)行星，距離太陽超過6.4億km，是地球與太陽距離的5倍，成分和太陽極其相似。科學(xué)家認(rèn)為，通過研究木星可以追溯太陽系歷史的源頭。

“朱諾”木星探測器搭載設(shè)備包括一部廣角彩色攝像機，可以向地球發(fā)回彩色圖像。據(jù)NASA科學(xué)家介紹，第一張圖片預(yù)計在幾天后發(fā)回地球。

“朱諾”木星探測器由美國洛克希德－馬丁公司建造，于2011年8月5日發(fā)射升空，是NASA“新疆界”計劃實施的第二個探測項目。該計劃的第一個項目是于2006年1月發(fā)射的“新視野”號探測器，它于2015年7月14日成功從冥王星上方約1萬km處飛過。

在“朱諾”木星探測器之前，美國曾于1989年發(fā)射過專門探測木星的“伽利略”號探測器，獲得了大量有關(guān)木星的探測數(shù)據(jù)?！百だ浴碧栆延?003年9月按程序墜毀在木星上。

南極臭氧空洞在減小人類社會禁止排放氯氟烴的努力收到成效

這或許是終結(jié)南極臭氧層空洞的開始。一項分析表明，與2000年的臭氧層空洞相比，平均而言，如今每年在南半球春季形成的臭氧層空洞——會帶來大量危險的紫外線輻射——要小得多，并且出現(xiàn)的時間也要晚得多。

高空的臭氧層可以吸收紫外線，保護人類等地球上的生物。但是人類排放的氯氟烴會破壞臭氧，20世紀(jì)南極上空出現(xiàn)了巨大的臭氧空洞。1987年被稱為《蒙特利爾議定書》的全球條約試圖通過禁止氯氟烴(一種含氯的化學(xué)物質(zhì)，被用于空調(diào)等產(chǎn)品的制冷劑，能夠加速平流層的臭氧損耗)來減小臭氧層空洞。一項最新的研究表明，人類社會禁止排放氯氟烴的努力收到了成效。

南極臭氧流失領(lǐng)域研究先驅(qū)、美國劍橋市麻省理工學(xué)院大氣科學(xué)家Susan Solomon表示：“我們正在避免這顆行星上將要發(fā)生的一場環(huán)境災(zāi)難。”

Solomon和她的同事在2016年6月30日出版的《科學(xué)》雜志上報告了這一研究成果。

其他科學(xué)家之前也曾發(fā)現(xiàn)了這一暗示，即臭氧層空洞正在好轉(zhuǎn)之中——2008年的一項研究報道稱臭氧層的損失速度開始放緩；2011年的一項研究則表明臭氧水平已經(jīng)開始反彈。世界氣象組織2014年的一項評估發(fā)現(xiàn)，臭氧含量已經(jīng)開始在中低緯度地區(qū)的高海拔區(qū)域逐漸恢復(fù)。

科羅拉多州博爾德市環(huán)境科學(xué)合作研究所大氣科學(xué)家Birgit Hassler認(rèn)為，這項最新的研究是臭氧層持續(xù)復(fù)蘇的另一個強有力的證據(jù)。她說：“這是一個非常清晰而獨特的例證，表明臭氧層實際上是能夠被修復(fù)的。”

科學(xué)家在2015年10月曾觀察到歷史上最大的南極臭氧層空洞，在其峰值時面積達(dá)到2 820萬km2，這不免使人們質(zhì)疑臭氧層空洞是否真的正在好轉(zhuǎn)。但有證據(jù)顯示，大型火山噴發(fā)將會影響臭氧層的化學(xué)反應(yīng)，因此Solomon的研究團隊決定對此展開研究。

研究人員發(fā)現(xiàn)，智利卡爾布科火山曾在2015年4月爆發(fā)，導(dǎo)致硫微粒在平流層引發(fā)破壞臭氧的反應(yīng)，這是造成巨大臭氧層空洞的一部分原因。

通過綜合分析衛(wèi)星、地面觀測設(shè)施、觀測氣球等途徑獲取的數(shù)據(jù)，科學(xué)家在精細(xì)調(diào)整了氣候模型后發(fā)現(xiàn)，在2000—2015年，平均而言，9月的南極上空的臭氧層空洞縮小了450萬km2，這個面積比印度還大。

研究人員在南極釋放氣球研究臭氧層空洞(圖片來源：Kelli-Ann Bliss/NOAA)

9月之所以如此重要是緣于此時太陽光在冬季后全部回到南極地區(qū)，在大氣層中引發(fā)了能夠破壞臭氧層的化學(xué)反應(yīng)。這時南極的長夜結(jié)束，光線開始顯著增強，而氯氟烴要起到破壞臭氧層的作用，需要有光線的存在。Solomon說：“這種趨勢是顯著的，這是你期望從氯化學(xué)中得到的東西?！?/p>

迄今為止，大多數(shù)科學(xué)家依然專注于10月——該月的臭氧層空洞是最大的。但Solomon說，治療的痕跡在9月變得最為明顯：現(xiàn)在臭氧層空洞形成的時間平均比以前晚了10天。

位于南極洲上空的氣象氣球進(jìn)行的測量同時表明，臭氧層的恢復(fù)正發(fā)生在研究團隊的模型所預(yù)測的高海拔區(qū)域。Solomon表示：“如果你得到了正確的深度、正確的形狀、正確的規(guī)模以及正確的時機，你便開始感到很自信。”

巴黎市法國國家科學(xué)研究中心大氣化學(xué)家Sophie Godin-Beekmann認(rèn)為，9月的趨勢是具有說服力的。但她希望在這項分析中看到更多年份的數(shù)據(jù)。

南極臭氧層空洞大概還需有幾十年才能夠完全閉合。英國雷丁大學(xué)大氣科學(xué)家Michaela Hegglin表示：“臭氧層空洞還將一如既往地強大，預(yù)計不會在21世紀(jì)末之前消失，其對人類和生態(tài)系統(tǒng)健康的影響將依然存在?！?/p>

在北極上空出現(xiàn)的較小的臭氧層空洞——比南極臭氧層空洞更加多變——尚未表現(xiàn)出被“治愈”的趨勢。

對于從20世紀(jì)80年代便開始從事南極臭氧層研究的Solomon來說，這一轉(zhuǎn)機是一個喜人的變化。她說：“看到它變得更好真是太神奇了?！?/p>

美超壓氣球破飛行紀(jì)錄因成本低有望部分替代人造衛(wèi)星

由美國宇航局(NASA)釋放升空的最新及壓力最大的氣球創(chuàng)造了一個耐力紀(jì)錄，即一個大型科學(xué)氣球在溫帶地區(qū)的最長飛行時間紀(jì)錄。

包裹著532 000 m3的氦氣，測量直徑114 m，這個氣球環(huán)繞南半球達(dá)46天，并將一部伽馬射線望遠(yuǎn)鏡送至太空邊緣。

7月2日發(fā)生的夜間高度驟降迫使該氣球提前結(jié)束了航程，但其飛行仍然標(biāo)志著作為人造衛(wèi)星的一個低成本替代選擇，這種由NASA努力開發(fā)的所謂超壓氣球達(dá)到的一個里程碑。

幾十年來，傳統(tǒng)的“零壓”氣球為研究人員提供了一個高空平臺，用于研究大氣化學(xué)、宇宙微波背景(CMB)以及其他許多現(xiàn)象。但在溫帶地區(qū)，傳統(tǒng)氣球的耐受力是有限的。在白天，太陽光會加熱氦氣，導(dǎo)致氣體膨脹與泄漏；在夜晚，氣球冷卻，必須扔掉一些壓艙物從而避免氣球漂浮得過低。

零壓氣球只能于夏季在極地附近實現(xiàn)長時間飛行，此時不變的日照使得氣球能夠一次飛行幾個星期。

然而，超壓氣球有望把耐受力帶到溫帶地區(qū)，從而為觀察新現(xiàn)象打開窗口。超壓氣球的氦氣是加壓的，因此它們在一天的過程中被加熱或冷卻但體積不會改變，它們可以保持在一個恒定的高度，并且不需要放氣或扔掉壓艙物。

在過去的10年中，NASA已經(jīng)釋放了許多更大并且更加雄心勃勃的超壓氣球，它們在溫帶地區(qū)飛行的最長時間為32天。

5月17日，該局在新西蘭的瓦納卡釋放了其最新的一款超壓氣球。氣球在漫長的南半球黑夜以及短暫的白天中飛行：每逢夜晚它會從33 000 m的巡航高度下降10 000 m，這或許是因為氦氣泄漏所致。盡管NASA最初打算讓這個氣球在南大洋上空飛行100天，但最終以46天結(jié)束。

7月2日，NASA在Camanaa鎮(zhèn)以北32 km的秘魯海岸回收了這個超壓氣球。目前研究人員正打算復(fù)原該氣球及其載荷。對這個氣球進(jìn)行仔細(xì)研究將有助于NASA避免類似氣球在未來的飛行中在相同高度出現(xiàn)下降情況。

NASA 于5月發(fā)射的超壓氣球(圖片來源：NASA)

與此同時，這個氣球還獲得了一些新的天體物理學(xué)數(shù)據(jù)。其攜帶了康普頓分光儀與成像儀(COSI)，這是一個伽馬射線望遠(yuǎn)鏡，旨在對超新星進(jìn)行觀測。COSI觀測了超新星殘骸中的放射性核所釋放的伽馬射線，同時測量了它們的極化情況。這些觀測在極地是很難進(jìn)行的，因為地球磁場使得來自宇宙射線的背景伽馬輻射在極地發(fā)生了變化。

作為為超壓氣球飛行而設(shè)計的一個輕量級儀器，COSI能夠?qū)崟r向地面發(fā)射數(shù)據(jù)以免出現(xiàn)意外情況而無法對其進(jìn)行回收。COSI首席研究員、加利福尼亞大學(xué)伯克利分校天體物理學(xué)家Steven Boggs表示，除了研究超新星以及其他伽馬射線來源，該望遠(yuǎn)鏡的長時間飛行使其能夠?qū)σ粋€明亮的伽馬射線暴進(jìn)行觀測。他說：“你必須在正確的地點以及正確的時間才能捕捉到伽馬射線的爆發(fā)?！?/p>

然而超壓氣球的觀測也存在局限性。雙子城明尼蘇達(dá)大學(xué)天體物理學(xué)家Shaul Hanany指出，這些觀測會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，例如對CMB的研究，“我們必須在氣球上儲存所有的數(shù)據(jù)”。這樣的研究必須要等到超壓氣球能夠證明其可靠性——它們及其載荷不會墜落在大海中——才能夠?qū)嵤?/p>

盡管如此，在未來幾年中，NASA超壓氣球的工作任務(wù)已經(jīng)排起了長隊，涉及的領(lǐng)域從暗物質(zhì)到宇宙射線。得克薩斯州圣安東尼奧西南研究所行星科學(xué)家Eliot Young表示：“如果我在這個氣球上有一架望遠(yuǎn)鏡，那我將非常高興?！彼f，隨著越來越多的超壓氣球項目產(chǎn)生了有用的數(shù)據(jù)，“每個人都意識到這是一個絕佳的機會”。

(2016年7月20日收稿)■

（編輯：沈美芳）

Chinese chip is never dream

GUAN Yi

10.3969/j.issn.0253-9608.2016.04.009