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美探索频道点评全球最为庞大的9项科学计划

来源:网易探索 作者: 时间:2008-06-25
   科学家们正在设计或是实施其他多项重要的科学研究计划,美国探索频道日前就公布了其评选的九项最为庞大的科研计划。

    网易探索6月25日讯 据国外媒体报道,在最近数十年中,一系列曾经被认为是科学幻想的新技术已悄然走入人们的生活。现在,我们无论身处何地,都会被高科技产品所包围,例如移动电话、计算机、掌上电脑、GPS导航仪、音乐播放器和游戏机等。除了这些已进入我们寻常生活的重要发明外,科学家们还正在设计或是实施其他多项重要的科学研究计划。美国探索频道日前就公布了其评选的九项最为庞大的科研计划。

    一、大型强子对撞机

 

欧洲大型强子对撞机效果图

    大型强子对撞机是一种庞大的基本粒子加速器,是欧洲粒子物理研究中心(CERN)目前实施的重点研究项目之一。该装置耗资约84亿美元,是一个空前复杂的加速器,位于地底100米深处,周长达27公里,是世界最大的超导装置。借助它,科学家们将有可能模拟出宇宙“大爆炸”发生后一微秒内的环境。其主要任务是:设法撞击出传说中的希格斯玻色子。当撞击的能量愈来愈高时,粒子的状态会愈来愈接近宇宙刚诞生的状态,而许多本来应该不相关的粒子,就可能在撞击中回复到本来的状态。希格斯玻色子就属于这种本来的粒子中的一种,是为什么大部份我们日常生活中的物体带有质量的原因。如果能顺利发现希格斯玻色子,那将有助于解决一系列物理学上的难题,其中包括为什么物体会有质量,引力的来源,引力和其它几种力之间的关系,以及宇宙中为什么会存在着大量的暗物质等。

    根据最新的消息,该对撞机将于2008年7月中旬投入使用。而首次撞击预计将在启用后约两个月实行。其启用后将成为世界上最为强大的高能粒子加速器,加速的质子流可以携带高达 7 TeV(兆电子伏特)的能量,也就是说对撞时的总能量高达14TeV,约是目前最强的对撞器 Tevatron的14倍。

   二、国际热核聚变实验反应堆(ITER)计划

    这项计划的目的是通过国际性合作,开展对轻核聚变效应的研究,以实现利用热核聚变进行电能的工业化生产,彻底解决人类面临的能源危机。

    所谓热核聚变是指由质量小的原子,主要是指氘或氚,在一定条件下(如超高温和高压),发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核,并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。相比核裂变,核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题,而且其原料可直接取自海水中的氘,来源几乎取之不尽,是理想的能源方式。

    科学家们解释说,ITER的目的其实就是要建造一个“人造小太阳”。在太阳的中心,温度高达1500万摄氏度,气压达3000多亿个大气压,在这样的高温高压条件下,核聚变放出大量能量。而ITER计划模拟这一过程,将建设一个巨大的核聚变反应装置。在这台装置的真空室内加入少量氢的同位素氘,像变压器似的使其产生等离子体,然后提高密度、温度,使其发生聚变反应,并释放出巨大的能量。

    虽然利用核聚变发电的想法早已出现,但长期以来,针对这一技术的研究始终无法获得突破性的进展。正是由于这一原因,1985年,在美、苏首脑的倡议和国际原子能机构(简称IAEA)的赞同下,重大国际科技合作计划ITER得以确立,参加计划的7方包括欧盟、美国、俄罗斯、日本、韩国、中国和印度。其目标是要建造世界上第一个受控热核聚变实验反应堆,用以解决建设聚变电站的关键技术问题。

    国际热核聚变试验堆计划的总投资额将达到约100亿欧元(其中反应堆所在国法国出资48%,其他国家各出资10%),持续时间长达30年之久。其中仅热核反应堆的造价就将高达47亿欧元,建造工期超过10年。按照各方早前达成的协议,首座热核反应堆应于2006年开工建设,其总功率将至少达到500兆瓦。今后的发展计划还包括建造一座原型聚变反应堆(2025年前投入运行)和一座示范聚变堆(2040年前投入运行)。

   三、国际空间站

    国际空间站是一个可长期在地球轨道上运行的载人空间站。目前参与该项计划的共有16个国家,分别是:美国、俄罗斯、加拿大、日本、巴西、比利时、英国、德国、丹麦、西班牙、意大利、荷兰、挪威、法国、瑞士和瑞典。国际空间站最初仅由两个舱室--前苏联的“黎明”和美国的“联合”舱--组成。这两个舱室于1998年发射升空。在随后的几年中,国际空间站的规模一直在逐渐地的扩大。截至2008年,舱室数量已达到了7个。

    国际空间站的全部组装工作将在2009年初完成。目前,它已是人类在轨道上建造的最大工程项目。整个空间站计划的投资将高达数百亿美元。

    国际空间站是人类迄今为止建造的最为庞大的空间实验平台。太空中所具有的失重和真空环境可用于开展许多在地面条件下无法进行的试验项目。在空间站上不但可以进行生物和生物医学领域的试验,还可以开展量子物理学和流体物理学方面的研究,如培养晶体等。除此之外,宇航员们还可以在国际空间站上从事航天和气象方面的观测。

   四、澳大利亚的“太阳塔”

    “太阳塔”的设计高度达999米,直径为130米,将建在澳大利亚新南威尔士州和维多利亚州的交界地区。该塔事实上是一个依靠阳光和空气维持运转的巨型电站。“太阳塔”的工作原理是简单的对流原理,即热空气上升、冷空气下降。

    这座“太阳塔”的作用则和一根烟囱的作用类似:“烟囱”的底端有一个直径7000米的圆盘状集热器,在太阳的照射下,集热器的中部形成一个巨大的温室。由于对流效应,热气流会沿着“烟囱”以每小时60公里的高速上升,推动烟囱内部特别设计的涡轮产生电力。晚上,白天积聚在热能存储单元中的热能开始释放出来,继续推动涡轮旋转。与传统的风力发电方式不同,由于“太阳塔”自身能产生风动力,从而不受天气条件限制,可以一年365天、一天24小时不间断地工作。

    “太阳塔”的发电能力可达200兆瓦。据初步的估算,这样一座电站投入使用后,每年将可少向大气中排放90万吨的温室气体。除了在澳大利亚以外,该计划的制定者们还指出,在那些太阳辐射强烈且地震活动较少(“太阳塔”的抗震能力不是很强)的地区,均可建造“太阳塔”用于发电。

    尽管“太阳塔”非常环保且非常安全,但依然有许多人反对建造这类装置。反对者的主要理由是:“太阳塔”的建造成本太高,而效率又太低。据悉,一座200兆瓦“太阳塔”建造成本高达3.18亿美元。

   五、“气候预报.net”计划

    这一计划于1999年公布,其主要目的是对反映气候变化的数学模型进行检验,并评估某些参数的少量变化究竟会对整个气候产生多大的影响。为了解决这一复杂问题,必须具备巨大的计算能力。而“气候预报.net”计划的设计者们想出了一个非常廉价的方法。

    计划的设计者们指出,用于计算数据的计算机将主要贡献自世界各地联网的志愿者。据介绍,在每台志愿者的计算机上都将运算一套反映气候变化的计算机模型。由于加入计划的计算机数量巨大,它们的整体运算能力远远超过了超级计算机。

    现在,该计划已取得了一些成果,例如,据测算,即使温室气体的排放量减少一半,地球的年平均气温仍将上升11摄氏度。科学家们认为,人类要想对抗气候变暖的趋势是非常困难的。

  六、“詹姆斯·韦伯”空间望远镜

“詹姆斯·韦伯”空间望远镜效果图

    “詹姆斯·韦伯”空间望远镜将在2013年发射升空,其轨道高度距离地面约150万公里。比较而言,著名的“哈勃”望远镜距离地面的高度只有500公里。该望远镜将主要用于研究宇宙的演化史--从“大爆炸”发生那一刻起,一直到恒星诞生和星系形成。

    为了开展相关的观测活动,“詹姆斯·韦伯”望远镜配备了一台近红外摄像机、一台近红外光谱摄制仪以及一台组合式中红外摄像机与光谱摄制仪。其总质量为6.2吨,约为“哈勃”(11吨)的一半。主反射镜由铍制成,口径达到6.5米,面积为“哈勃”的5倍以上。

    按照计划,“詹姆斯·韦伯”望远镜将被部署到被称为第二拉格朗日点(L2)的位置上。所谓的第二拉格朗日点是太空中一个特殊的引力状态点,在那一点上,它可以时刻在地球的阴影中,不受太阳的干扰而进行天文观测。

   七、世界末日种子库

    这座仓库将用于储存来自世界各地的种子,以便人类在地球遭遇极端灾害后还能保存下希望的种子。仓库位于挪威西南部的斯匹次卑尔根岛上,距离北极点约1000公里,其中将储存地球上所有重要植物的种子。

    “末日种子库”建在一山体内部。进入仓库的隧道长40米,而仓库本身由三间并排的冰室组成,每间约270平米。储藏库由坚固的混凝土高墙和钢铁大门建成,内部装有传感警报系统,即使受到核弹头或高强度地震袭击也确保安然无恙。在这里,各类植物的种子将被保存在摄氏零下18度左右的低温环境下,即使制冷设备出现故障,冰山里的温度仍然能保证零度以下。

    目前在该仓库中已储存了大约25万份种子,而其最大容量是大约450份。建造这一仓库的总费用为960万美元。

    与其他许多计划一样,“末日种子库”的建造工作也受到了一些人士的反对。他们认为,仓库中储存的许多种子根本无法经受长时间的储存,这样一项计划只是在白白地浪费资金。

   八、“太空梯”

“太空梯”想像图

    “太空梯”的基本理念包括:一条长度达3.6万公里的缆索,其上安装有可上下移动的“货舱”,缆索的一端固定在地面或海面上,而另一端则与运行在地球同步轨道上的卫星相固定。

    科学家们介绍说,从理论上讲,“太空梯”可相对比较便宜地向轨道运送物资。不过,实际建设起“太空梯”来可能至少需要耗费十年时间。这是因为,科学家们不仅要解决如何将货物运输到轨道上的问题,同时还要考虑到绳索要有足够的长度和韧性,当然,太空梯自身的重量如何克服也是研究人员必须要面对的问题。按照科学家们目前的构想,未来太空梯建设中要使用的最佳绳索材料应该非碳纳米管莫属。

   九、“心大星”中微子望远镜

“心大星”望远镜效果图

    该望远镜将用于捕捉神秘的中微子。其部署地点位于地中海水下2500米深的地方,距离法国马赛港东南约40公里。

    “心大星”望远镜其实是一部由900个射线传感器组成的立体网络。这些传感器被分别部设在了12条钢缆上,而每条钢缆又被牢牢地固定在了海底。之所以将望远镜设置在2500米深的海底,是因为这里处于全黑状态,可以避免其他光子对灵敏的传感器造成负面影响。

    固定传感器的钢缆分布在一片200×200平方米的区域,每条的长度均为450米。各传感器发出的信号通过一条长40公里的光缆传回位于法国海岸的控制站。所有的传感器都朝向海底,这是因为:中微子是一种极其稳定的粒子,可毫无阻碍地穿过任何物质并且几乎不会与其发生任何相互作用。不过,如果有中微子穿过整个地层,那么它们总会与某些原子发生碰撞并导致飞行速度有所减缓,这样以来就会为科学家们观测其踪迹创造机会。据专家们介绍,在中微子与其他物质原子发生碰撞的过程中会释放出高能的μ-粒子,而这种粒子产生的辐射会被部设在海底的高灵敏传感器所截获。

    通过研究中微子,可以帮助科学家们了解许多天文物理现象,例如发生在星系中心区域的伽玛射线爆。

    此外,科学家们计划在北极地区也建造两部类似的望远镜。(伊万)

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