洞悉宇宙，天眼已开

①2016年9月25日，是举世瞩目的“天眼”——500米口径球面射电望远镜（FAST）竣工的日子。这只在贵州的群山之中凝视着宇宙的”天眼“，即将开始追寻宇宙最深邃的过去，搜索地外文明的踪迹。

②FAST“藏在”贵州省平塘县克度镇大窝凼群山环绕的天然喀斯特洼坑里。这个巨大的洼坑本身，就是FAST的三大创新之一。选择把“天眼”安放在这里，不仅节省了巨额的工程开支，环抱的群山还为“天眼”的观测创造了宁静的工作环境。

③“天眼”的工作原理其实跟咱们平时常见的锅式天线差不多，通过抛物面把采集到的信号反射到接收信号的馈源舱里，再由相应的信号处理系统对接收到的信号进行处理。只不过，“天眼“有世界级的超大口径，采集的是来自宇宙的海量信息，而它的大脑，是曙光超级计算机。

④这只大眼睛是由4450块反射面板拼在一起组成的。与普通的锅式天线相比，它的反射面是个球面。说得再通俗一些，从侧面看，“天眼”要比普通的锅式天线更深一些。这个巨大的反射面摊开来足有30个足球场那么大。真真是一口“名副其实”的“大锅”。

⑤FAST的第二大创新，是为了让这口大锅能更好更精确地采集来自天空中某个区域的信号。首先，这口“大锅”被“端起来”架在一个周长1600米的环形圈梁上。离开地面的“锅底”上的每一块反射面板都被一根根钢索迁拉着，形成一张巨大的索网。在上万根钢索的牵拉下，这几千块反射板能够在“锅底”形成一个300米直径的瞬时抛物面，汇聚来自某一个方向的电磁波，就好像“天眼”里转动的“瞳孔”，可以随时“望”向令它着迷的远方。相比之下，美国的阿雷西博望远镜虽然也不小，但是它的眼睛就永远只能盯着一个方向。

⑥只有“瞳孔”可以转动还不够。光线射入眼睛，需要投射在视网膜上才能被最终处理成眼前的风景。“天眼”的“视网膜”，就是由6根钢索吊在“锅里”的馈源舱。

⑦巨型“天眼”的“小小”馈源舱重达30吨。所谓“馈源”，就是“汇聚”所有从宇宙中接收到的信号的设备，馈源舱就是用来安放这些设备的地方。要想最大限度的接收大锅采集反射回来的信号，馈源舱就必须像传统的锅式天线一样处在焦点的位置上。这下问题就来了，还记得刚才说过的吧？“天眼”的“瞳孔”是会转动的！4450片反射板可以在钢索的牵拉下根据观测的需要可以随时改变瞬时抛物面的朝向。相应的，”天眼“的“视网膜”也就必须得能跟着瞳孔一起动才行。否则？就是睁眼瞎喽。

⑧想让这个30吨重的大家伙动起来可不是件容易的事。看到照片里围在“锅边”的6座巨大的高塔了吗？他们是“馈源支撑塔”，高的有168米，最矮的也有128米。每座塔都有一根钢索拉住馈源舱的一个角，把它悬吊在“锅里”。收放这6根钢索，就能拉着馈源舱在“锅里”移动，满足收集信号的需要。

⑨“收放自如”的馈源舱是FAST的又一大创新。不论反射面如何变化，通过馈源支撑塔悬挂的轻型索拖动机构的牵拉和并联机器人的二次精调，馈源舱能够随着反射面的变化需求，在规定的时间，准确无误的到达规定的位置。有多精确？30吨重的馈源舱，在一百多米的高空，直径两百多米的球面上，实现误差小于10毫米的定位！

⑩与科学家们同样兴奋的，还有平塘县距离FAST几公里之遥的克度镇。在为“天眼”选址的时候，这座始建于元朝的小镇上甚至还有人家连电都没有。这也正是“天眼”落户这里的原因之一﹣﹣射电望远镜的观测虽然不受天气的影响，但却对无线电干扰非常敏感。电视、电台、手机，所有无线电数据的传输都会对“天眼”的观测造成干扰。没有工业、人口稀少、甚至附近小镇连电都没通的大窝凼简直就是个完美的选择，在“天眼”周边设立5公里的电磁波宁静区简单可行。

⑪然而，今天的克度镇早没了当年的模样。小镇如今是通往平塘县“天眼”旅游区的必经之路。不大的小镇到处可以看到“探索星空奥秘”，“打造天文小镇”的标语。沿路几乎每隔几百米就有一家“天文宾馆“，崭新的五星级酒店还为每间客房配备了天文望远镜。大家期待的，不仅仅是一睹“天眼”的风采，更想通过这只“眼睛”，去亲眼看看那些遥远的幻想与传说。虽然，这些与当初选址的“初衷”多少都有些背道而驰。

⑫对于FAST团队来说，建设落成其实才只是一个开始，如何用好这只巨大的“天眼”，看到渴望的风景，才是更加令人期待的未来。

人体器官有可能自愈吗

①自愈，顾名思义是自己愈合之意。自愈能力是人体修复自身缺损、维持生命健康的能力。有些自愈能力是人体原本就具有的，依靠遗传而获得。而科学家所要追求的是，在人体器官出现病变时，以科学手段遏制病变，使器官自己恢复到正常状态。

②美国科学家在实验室中的小白鼠身上发现了一种可快速修复组织的特殊基因。就因为携带了这一基因，本来会长出肿瘤的小白鼠摆脱了“宿命”，不仅没有患上癌症，反而生长迅速，体格健壮。这一发现令科学家们大为振奋。在此之前，这种特殊的基因被认为通常只能在发育的胚胎中起作用，在成年生物体中则会丧失活性。

③“激活”衰老的细胞，重启它们的生长机能，这样的研究并非刚刚出现。在此之前，这个领域最重大的突破就是培育出诱导多功能干细胞。但新发现的这种特殊基因则更加强大，它在成年生物体中也能增强组织的修复能力。如果把生病的人体比作一台感染病毒的电脑，诱导多功能干细胞所起的作用就像磁盘格式化，即将所有的数据全部清空，一切从生命最初发育的阶段开始；而新发现的这种特殊基因则像杀毒软件，清除病毒但不丢失已有数据，保持电脑的健康运行。这就是说，已经成年的生物体，也能以此来修复自身组织器官的损伤。

④这种特殊的基因是如何发挥作用的呢？我们的身体是通过基因调节来认知自己正处于哪个生长阶段的，这种特殊基因类似于一个调节器，它可以让体内的基因误以为机体正处于更年轻的状态，从而使衰老或病变的组织器官的生长机能再次被激活，完成自身修复。

⑤除此之外，科学家还从人体神经系统调节方面进行了器官自愈的研究。他们研制出了一种微型植入器，把它植入人体，让它来监控并促进器官自愈。

⑥人体的各个器官都不是各自孤立的，而是在神经系统的调节控制下，相互作用，密切配合，从而使人体成为一个统一的有机体，实现正常的生命活动。微型植入器正是利用了这一原理，在被植入人体后，它会监控人体器官的健康状况，一旦探测到一个器官受到病毒感染、出现损伤或者变得衰弱时，它便刺激神经系统，通过人体的神经系统调节使这个器官自己恢复健康，再度正常工作。

⑦虽然这一研究目前还处在实验阶段，但展现了诱人的前景。许多难以治疗的疾病可以通过神经系统调节得到更有效的治疗，微型植入器或许能从根本上改变医生诊断治疗的方式，取代对药治疗的依赖。

⑧科学发现让前景乐观起来，然而，要让神奇的科学之光照进现实，道路还很漫长。但这些都不会阻碍科学前进的脚步，相信不久的将来，人体器官自愈将不只是个梦想。

（作者：胡宇齐 有删改）

可燃冰

①2017年6月2日，国土资源部在北京宣布：我国正在南海海域进行的天然气水合物试开采已连续产气22天，取得了持续产气时间长、气流稳定、环境安全等多项重大突破性成果。标志着我国成为全球海域天然气水合物试开采连续采气时间最长的国家。

②什么是天然气水合物呢？天然气水合物是一种含有大量甲醛气体的水合物，大量存在于陆地上的冻土带和海底。在高温低压的条件下，天然气水合物形成了冰雪般的固态，它外面看似冰，一点火却可以烧起来，所以俗称“可燃冰”。如果把甲醛从冰中释放出来，体积将是水的160多倍。

③海底可燃冰是天然气（甲醛类）被包进水分子中，在海底低温与压力下结晶形成的。海底形成可燃冰有三个基本条件。首先，可燃冰在零度以上可以生成，在20摄氏度便要分解，而海底的温度一般都在2～4摄氏度；其次，可燃冰在零度时，30个大气压以上就可能生成，而以海洋的深度，30个大气压很容易保证，并且压力越大，水合物就越不容易分解，就越稳定；最后，海底的有机物沉淀，其中富含的碳经过生物转化，可形成充足的甲烷气源。海底的地层是多孔介质，在温度、压力和气源三者具备的条件下，便会在介质的空隙中生成可燃冰的晶体。

④据科学家测算，1立方米的可燃冰，在常温常压下可释放164立方米甲烷气体和0.8立方米的淡水。甲烷是人们可以用来燃烧发电的可燃气体，而且燃烧后几乎不产生任何污染物质。可燃冰将成为21世纪极具潜势的洁净新能源。

⑤但是，甲烷气体是温室气体之一，一旦散失，会严重破坏环境。而且可燃冰的开采还可能会造成大陆架边缘动荡，引发海底塌方并导致灾难性的海啸。因此，可燃冰的开发利用还面临着种种难题。但我们相信，随着人类对可燃冰研究的不断深入，这些难题一定会在不久的将来得到解决。

①2015年10月5日晚，中国女药学家屠呦呦与另外两名海外科学家分享今年诺贝尔生理学或医学奖。屠呦呦的突出贡献是在抗疟疾新药青蒿素的开发过程中起到关键性作用，挽救了全球数百万人的生命。

   ②疟疾是一种常见、危害大、病理复杂的急性传染病，以间歇性发高烧为主要病征，是广泛流行于热带、亚热带甚至温带边缘的一种重要虫媒传染病。疟疾感染者表现为间歇性寒热发作。一般在发作时先有明显的寒战，全身发抖，面色苍白，寒战持续约10分钟至2小时。接着体温迅速上升，常达40℃或更高，患者面赤气促、结膜充血、皮肤灼热而干燥、心悸、口渴，痛苦难忍。高热后期，患者的颜面和手心开始出汗，并迅速遍及全身，大汗淋漓。约2-3个小时后，体温逐渐降低，常至35.5℃。患者感觉舒适，但十分困倦，常安然入睡。一般在间歇48小时后又开始重复上述过程。若治疗不及时，可并发脑水肿，呼吸、循环或肾功能衰竭而致死亡。

   ③早在人类出现前，疟原虫就在非洲存在了。所以，人类从诞生之初一直被这种疾病困扰。在历史长河中，将疟疾列在蹂躏人类最长时间疾病的榜首可能并不为过。在中国，“疟疾”有酷虐之病的意思。《释名》：“疟，酷虐也。”《说文解字》：“疟，热寒休作。”三国时诸葛亮南征孟获，还有清乾隆年间数度进击缅甸都因疟疾而受挫，有时竟会“及至未战，士卒死者十已七八”。在第一次世界大战期间，殖民非洲、亚洲等地的部队发生疟疾大流行，尤其是在东非的英军，感染疟疾丧生者达10万以上，当时疟疾的控制足以左右殖民地战争的胜负。

   ④古人尝试了诸多途径治疗疟疾，但成效寥寥。罗马名医盖伦根据“四体液说”提出，疟疾是体液不平衡所导致的，采用放血和催泻疗法即可治愈。然而，疟疾本身就会导致贫血，简单粗暴的放血只能让病人死得更快。传统中医则认为祛邪截疟是治疗疟疾的基本原则。相传起源于神农氏，在东汉时期集结整理成书的《神农本草经》中，最早明确记载了植物常山有治疟的功效。而此次诺贝尔生理医学奖获得者屠呦呦从黄花蒿中发现抗疟有效提取物，则是受到葛洪《肘后备急方》“青蒿一握，以水二升渍，绞取汁，尽服之”的启发。

   ⑤新航路开辟后，疟疾很快随冒险家传入新大陆。令人意想不到的是，这种疾病在美洲大陆却找到了它的克星。生长于南美安第斯山区的金鸡纳树树皮治疗疟疾的功效便被发现了。19世纪末人们终于发现了疟疾致病的真正原因，法国军医拉佛朗在非洲疟疾患者血液的红细胞中发现疟原虫。1897年，英国生物学家罗斯在印度发现按蚊体内疟原虫的合子，并阐明了人体内与蚊体内疟原虫的发育史以及疟疾的传播方式。

   ⑥1961年-1973年的越南战争期间，美、越双方因疟疾减员严重，疟原虫对原有抗疟药已经产生了耐药性，双方投入大量的人力物力去进行新药的研究，最终也未能找到理想的抗疟新药。在越共的请求下，1967年5月23日，中国开始在军内开展抗疟药的研究，1969年1月，中国中医研究院接受抗疟疾药研究任务，屠呦呦任科技组组长。正是在此背景下，以屠呦呦为代表的一批中国科学家研究发现了青蒿素在治疟方面的功效，从而改写了人类治疗疟疾的历史。

（节选自《国家人文历史》2015年21期，有删改）

   数字时代正在改变人类的大脑  

①我们知道，人类的大脑是可塑的，当人类生活方式改变时，大脑也可能发生变化。从远古人类首次发现如何使用工具开始，人类的大脑就受到迅速而明显的影响。数字时代，我们的生活方式发生了巨大的变化。当我们每天离不开网络、离不开手机时，我们的大脑是否也被改变了？

②科学家认为，对网络科技的深度依赖，改变了人类的思维方式。这在阅读时表现得最为明显。对书籍的深阅读与在网页上那种为了获取信息而进行的浅阅读是不一样的。美国技术专家尼古拉斯·卡尔在《网络也有黑暗一面》一书中写道：“过去几年中，我一直有一种不舒服的感觉，觉得某些人或某些东西正在改变我的大脑，我目前的思考方式与过去相比已经截然不同，当我阅读时，能最为强烈地感觉到这一点。持久地阅读一本书或一篇长文，曾经易如反掌，我曾耗费数个小时徜徉在长长的文字里，我的大脑能够抓住叙述的演进或论点的转折，从而进行思考。但如今不再如此，往往阅读两三页后我的注意力就开始漂移了，我感觉我一直在试图将自己任性的大脑拽回到书本。”

③对书籍的深阅读需要耐心，而数字阅读堪称“耐心杀手”。以微博为例，浏览一个微博页面只要几分钟，眼睛在每条微博上停留的时间只有几秒。不断地扫视、浏览、搜寻感兴趣的关键词、点击阅读——这个过程因为信息的丰富、多样而足够刺激，但显然不足以锻炼耐心。一本优秀的图书通常是有内在的逻辑框架的，只有进入这一逻辑框架，才能说是阅读。而网络内容特别是微博这样的社交媒体，每一条都互不关联，跳跃性的阅读当然谈不上逻辑了。互联网在给人们提供信息盛宴的同时，也使我们的思维“碎片化”。

④数字时代，人类的大脑结构也被改变了。由于互联网和智能手机已经渗入到日常生活中，人们对触摸屏情有独钟。一些人因为在智能手机上面频繁敲敲打打而被戏称为“拇指族”。但是，就是这样一种看似简单的重复运动却在不断塑造着人们的大脑。在一项实验中，瑞士苏黎世大学神经科学家邀请37位手机重度用户参与实验，其中26人用智能触屏手机，11人用普通按键手机。他们将电极连接在这些参与者头部，测试他们的拇指、食指和中指在使用手机时，大脑皮层的反应。科学家记录下这些参与者10天的活动。结果显示，大脑皮层中拇指控制相关区域活跃度更高的是用触屏手机的人，而使用按键手机的则没有明显变化。使用触屏手机的次数越多，大脑皮层相应区域更加活跃。在数字时代长大的“数字原住民”，因长时间用拇指上网和操控智能手机，从而改变了大脑形成神经通路的方式。

⑤数字时代，人们更加善于利用社交网络与人交往，但在现实生活中与人交往的能力却越来越弱。多动症、自闭症、抑郁症、躁动症和多任务癖好等现代疾病，与过度上网和玩视频游戏等有着密切的关系。(摘自《百科知识》，有删改)