科學(xué)家們正在設(shè)計(jì)或是實(shí)施其他多項(xiàng)重要的科學(xué)研究計(jì)劃，美國(guó)探索頻道日前就公布了其評(píng)選的九項(xiàng)最為龐大的科研計(jì)劃。

6月25日訊據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，在最近數(shù)十年中，一系列曾經(jīng)被認(rèn)為是科學(xué)幻想的新技術(shù)已悄然走入人們的生活?，F(xiàn)在，我們無(wú)論身處何地，都會(huì)被高科技產(chǎn)品所包圍，例如移動(dòng)電話、計(jì)算機(jī)、掌上電腦、GPS導(dǎo)航儀、音樂(lè)播放器和游戲機(jī)等。除了這些已進(jìn)入我們尋常生活的重要發(fā)明外，科學(xué)家們還正在設(shè)計(jì)或是實(shí)施其他多項(xiàng)重要的科學(xué)研究計(jì)劃。美國(guó)探索頻道日前就公布了其評(píng)選的九項(xiàng)最為龐大的科研計(jì)劃。

一、大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)















歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)效果圖







大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是一種龐大的基本粒子加速器，是歐洲粒子物理研究中心(CERN)目前實(shí)施的重點(diǎn)研究項(xiàng)目之一。該裝置耗資約84億美元，是一個(gè)空前復(fù)雜的加速器，位于地底100米深處，周長(zhǎng)達(dá)27公里，是世界最大的超導(dǎo)裝置。借助它，科學(xué)家們將有可能模擬出宇宙“大爆炸”發(fā)生后一微秒內(nèi)的環(huán)境。其主要任務(wù)是：設(shè)法撞擊出傳說(shuō)中的希格斯玻色子。當(dāng)撞擊的能量愈來(lái)愈高時(shí)，粒子的狀態(tài)會(huì)愈來(lái)愈接近宇宙剛誕生的狀態(tài)，而許多本來(lái)應(yīng)該不相關(guān)的粒子，就可能在撞擊中回復(fù)到本來(lái)的狀態(tài)。希格斯玻色子就屬于這種本來(lái)的粒子中的一種，是為什么大部份我們?nèi)粘Ｉ钪械奈矬w帶有質(zhì)量的原因。如果能順利發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子，那將有助于解決一系列物理學(xué)上的難題，其中包括為什么物體會(huì)有質(zhì)量，引力的來(lái)源，引力和其它幾種力之間的關(guān)系，以及宇宙中為什么會(huì)存在著大量的暗物質(zhì)等。

根據(jù)最新的消息，該對(duì)撞機(jī)將于2008年7月中旬投入使用。而首次撞擊預(yù)計(jì)將在啟用后約兩個(gè)月實(shí)行。其啟用后將成為世界上最為強(qiáng)大的高能粒子加速器，加速的質(zhì)子流可以攜帶高達(dá) 7
TeV(兆電子伏特)的能量，也就是說(shuō)對(duì)撞時(shí)的總能量高達(dá)14TeV，約是目前最強(qiáng)的對(duì)撞器 Tevatron的14倍。





二、國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆(ITER)計(jì)劃

這項(xiàng)計(jì)劃的目的是通過(guò)國(guó)際性合作，開(kāi)展對(duì)輕核聚變效應(yīng)的研究，以實(shí)現(xiàn)利用熱核聚變進(jìn)行電能的工業(yè)化生產(chǎn)，徹底解決人類(lèi)面臨的能源危機(jī)。

所謂熱核聚變是指由質(zhì)量小的原子，主要是指氘或氚，在一定條件下(如超高溫和高壓)，發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質(zhì)量更重的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應(yīng)形式。相比核裂變，核聚變幾乎不會(huì)帶來(lái)放射性污染等環(huán)境問(wèn)題，而且其原料可直接取自海水中的氘，來(lái)源幾乎取之不盡，是理想的能源方式。

科學(xué)家們解釋說(shuō)，ITER的目的其實(shí)就是要建造一個(gè)“人造小太陽(yáng)”。在太陽(yáng)的中心，溫度高達(dá)1500萬(wàn)攝氏度，氣壓達(dá)3000多億個(gè)大氣壓，在這樣的高溫高壓條件下，核聚變放出大量能量。而ITER計(jì)劃模擬這一過(guò)程，將建設(shè)一個(gè)巨大的核聚變反應(yīng)裝置。在這臺(tái)裝置的真空室內(nèi)加入少量氫的同位素氘，像變壓器似的使其產(chǎn)生等離子體，然后提高密度、溫度，使其發(fā)生聚變反應(yīng)，并釋放出巨大的能量。

雖然利用核聚變發(fā)電的想法早已出現(xiàn)，但長(zhǎng)期以來(lái)，針對(duì)這一技術(shù)的研究始終無(wú)法獲得突破性的進(jìn)展。正是由于這一原因，1985年，在美、蘇首腦的倡議和國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(簡(jiǎn)稱IAEA)的贊同下，重大國(guó)際科技合作計(jì)劃ITER得以確立，參加計(jì)劃的7方包括歐盟、美國(guó)、俄羅斯、日本、韓國(guó)、中國(guó)和印度。其目標(biāo)是要建造世界上第一個(gè)受控?zé)岷司圩儗?shí)驗(yàn)反應(yīng)堆，用以解決建設(shè)聚變電站的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

國(guó)際熱核聚變?cè)囼?yàn)堆計(jì)劃的總投資額將達(dá)到約100億歐元(其中反應(yīng)堆所在國(guó)法國(guó)出資48%，其他國(guó)家各出資10%)，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30年之久。其中僅熱核反應(yīng)堆的造價(jià)就將高達(dá)47億歐元，建造工期超過(guò)10年。按照各方早前達(dá)成的協(xié)議，首座熱核反應(yīng)堆應(yīng)于2006年開(kāi)工建設(shè)，其總功率將至少達(dá)到500兆瓦。今后的發(fā)展計(jì)劃還包括建造一座原型聚變反應(yīng)堆(2025年前投入運(yùn)行)和一座示范聚
變堆(2040年前投入運(yùn)行)。

三、國(guó)際空間站

國(guó)際空間站是一個(gè)可長(zhǎng)期在地球軌道上運(yùn)行的載人空間站。目前參與該項(xiàng)計(jì)劃的共有16個(gè)國(guó)家，分別是：美國(guó)、俄羅斯、加拿大、日本、巴西、比利時(shí)、英國(guó)、德國(guó)、丹麥、西班牙、意大利、荷蘭、挪威、法國(guó)、瑞士和瑞典。國(guó)際空間站最初僅由兩個(gè)艙室--前蘇聯(lián)的“黎明”和美國(guó)的“聯(lián)合”艙--組成。這兩個(gè)艙室于1998年發(fā)射升空。在隨后的幾年中，國(guó)際空間站的規(guī)模一直在逐漸地的擴(kuò)大。截至2008年，艙室數(shù)量已達(dá)到了7個(gè)。

國(guó)際空間站的全部組裝工作將在2009年初完成。目前，它已是人類(lèi)在軌道上建造的最大工程項(xiàng)目。整個(gè)空間站計(jì)劃的投資將高達(dá)數(shù)百億美元。

國(guó)際空間站是人類(lèi)迄今為止建造的最為龐大的空間實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。太空中所具有的失重和真空環(huán)境可用于開(kāi)展許多在地面條件下無(wú)法進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目。在空間站上不但可以
進(jìn)行生物和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的試驗(yàn)，還可以開(kāi)展量子物理學(xué)和流體物理學(xué)方面的研究，如培養(yǎng)晶體等。除此之外，宇航員們還可以在國(guó)際空間站上從事航天和氣象方面的觀測(cè)。





四、澳大利亞的“太陽(yáng)塔”

“太陽(yáng)塔”的設(shè)計(jì)高度達(dá)999米，直徑為130米，將建在澳大利亞新南威爾士州和維多利亞州的交界地區(qū)。該塔事實(shí)上是一個(gè)依靠陽(yáng)光和空氣維持運(yùn)轉(zhuǎn)的巨型電站。“太陽(yáng)塔”的工作原理是簡(jiǎn)單的對(duì)流原理，即熱空氣上升、冷空氣下降。

這座“太陽(yáng)塔”的作用則和一根煙囪的作用類(lèi)似：“煙囪”的底端有一個(gè)直徑7000米的圓盤(pán)狀集熱器，在太陽(yáng)的照射下，集熱器的中部形成一個(gè)巨大的溫室。由于對(duì)流效應(yīng)，熱氣流會(huì)沿著“煙囪”以每小時(shí)60公里的高速上升，推動(dòng)煙囪內(nèi)部特別設(shè)計(jì)的渦輪產(chǎn)生電力。晚上，白天積聚在熱能存儲(chǔ)單元中的熱能開(kāi)始釋放出來(lái)，繼續(xù)推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)。與傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電方式不同，由于“太陽(yáng)塔”自身能產(chǎn)生風(fēng)動(dòng)力，從而不受天氣條件限制，可以一年365天、一天24小時(shí)不間斷地工作。

“太陽(yáng)塔”的發(fā)電能力可達(dá)200兆瓦。據(jù)初步的估算，這樣一座電站投入使用后，每年將可少向大氣中排放90萬(wàn)噸的溫室氣體。除了在澳大利亞以外，該計(jì)劃的制定者們還指出，在那些太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈且地震活動(dòng)較少(“太陽(yáng)塔”的抗震能力不是很強(qiáng))的地區(qū)，均可建造“太陽(yáng)塔”用于發(fā)電。

盡管“太陽(yáng)塔”非常環(huán)保且非常安全，但依然有許多人反對(duì)建造這類(lèi)裝置。反對(duì)者的主要理由是：“太陽(yáng)塔”的建造成本太高，而效率又太低。據(jù)悉，一座200兆瓦“太陽(yáng)塔”建造成本高達(dá)3.18億美元。

五、“氣候預(yù)報(bào).net”計(jì)劃

這一計(jì)劃于1999年公布，其主要目的是對(duì)反映氣候變化的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，并評(píng)估某些參數(shù)的少量變化究竟會(huì)對(duì)整個(gè)氣候產(chǎn)生多大的影響。為了解決這一復(fù)雜問(wèn)題，必須具備巨大的計(jì)算能力。而“氣候預(yù)報(bào).net”計(jì)劃的設(shè)計(jì)者們想出了一個(gè)非常廉價(jià)的方法。

計(jì)劃的設(shè)計(jì)者們指出，用于計(jì)算數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)將主要貢獻(xiàn)自世界各地聯(lián)網(wǎng)的志愿者。據(jù)介紹，在每臺(tái)志愿者的計(jì)算機(jī)上都將運(yùn)算一套反映氣候變化的計(jì)算機(jī)模型。由于加入計(jì)劃的計(jì)算機(jī)數(shù)量巨大，它們的整體運(yùn)算能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了超級(jí)計(jì)算機(jī)。

現(xiàn)在，該計(jì)劃已取得了一些成果，例如，據(jù)測(cè)算，即使溫室氣體的排放量減少一半，地球的年平均氣溫仍將上升11攝氏度?？茖W(xué)家們認(rèn)為，人類(lèi)要想對(duì)抗氣候變暖的趨勢(shì)是非常困難的。





六、“詹姆斯·韋伯”空間望遠(yuǎn)鏡














“詹姆斯·韋伯”空間望遠(yuǎn)鏡效果圖







“詹姆斯·韋伯”空間望遠(yuǎn)鏡將在2013年發(fā)射升空，其軌道高度距離地面約150萬(wàn)公里。比較而言，著名的“哈勃”望遠(yuǎn)鏡距離地面的高度只有500公里。該望遠(yuǎn)鏡將主要用于研究宇宙的演化史--從“大爆炸”發(fā)生那一刻起，一直到恒星誕生和星系形成。

為了開(kāi)展相關(guān)的觀測(cè)活動(dòng)，“詹姆斯·韋伯”望遠(yuǎn)鏡配備了一臺(tái)近紅外攝像機(jī)、一臺(tái)近紅外光譜攝制儀以及一臺(tái)組合式中紅外攝像機(jī)與光譜攝制儀。其總質(zhì)量為6.2噸，約為“哈勃”(11噸)的一半。主反射鏡由鈹制成，口徑達(dá)到6.5米，面積為“哈勃”的5倍以上。

按照計(jì)劃，“詹姆斯·韋伯”望遠(yuǎn)鏡將被部署到被稱為第二拉格朗日點(diǎn)(L2)的位置上。所謂的第二拉格朗日點(diǎn)是太空中一個(gè)特殊的引力狀態(tài)點(diǎn)，在那一點(diǎn)上，它可以時(shí)刻在地球的陰影中，不受太陽(yáng)的干擾而進(jìn)行天文觀測(cè)。

七、世界末日種子庫(kù)

這座倉(cāng)庫(kù)將用于儲(chǔ)存來(lái)自世界各地的種子，以便人類(lèi)在地球遭遇極端災(zāi)害后還能保存下希望的種子。倉(cāng)庫(kù)位于挪威西南部的斯匹次卑爾根島上，距離北極點(diǎn)約1000公里，其中將儲(chǔ)存地球上所有重要植物的種子。

“末日種子庫(kù)”建在一山體內(nèi)部。進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)的隧道長(zhǎng)40米，而倉(cāng)庫(kù)本身由三間并排的冰室組成，每間約270平米。儲(chǔ)藏庫(kù)由堅(jiān)固的混凝土高墻和鋼鐵大門(mén)建成，內(nèi)部裝有傳感警報(bào)系統(tǒng)，即使受到核彈頭或高強(qiáng)度地震襲擊也確保安然無(wú)恙。在這里，各類(lèi)植物的種子將被保存在攝氏零下18度左右的低溫環(huán)境下，即使制冷設(shè)備出現(xiàn)故障，冰山里的溫度仍然能保證零度以下。

目前在該倉(cāng)庫(kù)中已儲(chǔ)存了大約25萬(wàn)份種子，而其最大容量是大約450份。建造這一倉(cāng)庫(kù)的總費(fèi)用為960萬(wàn)美元。

與其他許多計(jì)劃一樣，“末日種子庫(kù)”的建造工作也受到了一些人士的反對(duì)。他們認(rèn)為，倉(cāng)庫(kù)中儲(chǔ)存的許多種子根本無(wú)法經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存，這樣一項(xiàng)計(jì)劃只是在白白地浪費(fèi)資金。





八、“太空梯”














“太空梯”想像圖







“太空梯”的基本理念包括：一條長(zhǎng)度達(dá)3.6萬(wàn)公里的纜索，其上安裝有可上下移動(dòng)的“貨艙”，纜索的一端固定在地面或海面上，而另一端則與運(yùn)行在地球同步軌道上的衛(wèi)星相固定。

科學(xué)家們介紹說(shuō)，從理論上講，“太空梯”可相對(duì)比較便宜地向軌道運(yùn)送物資。不過(guò)，實(shí)際建設(shè)起“太空梯”來(lái)可能至少需要耗費(fèi)十年時(shí)間。這是因?yàn)椋茖W(xué)家們不僅要解決如何將貨物運(yùn)輸?shù)杰壍郎系膯?wèn)題，同時(shí)還要考慮到繩索要有足夠的長(zhǎng)度和韌性，當(dāng)然，太空梯自身的重量如何克服也是研究人員必須要面對(duì)的問(wèn)題。按照科學(xué)家們目前的構(gòu)想，未來(lái)太空梯建設(shè)中要使用的最佳繩索材料應(yīng)該非碳納米管莫屬。





九、“心大星”中微子望遠(yuǎn)鏡










“心大星”望遠(yuǎn)鏡效果圖







該望遠(yuǎn)鏡將用于捕捉神秘的中微子。其部署地點(diǎn)位于地中海水下2500米深的地方，距離法國(guó)馬賽港東南約40公里。

“心大星”望遠(yuǎn)鏡其實(shí)是一部由900個(gè)射線傳感器組成的立體網(wǎng)絡(luò)。這些傳感器被分別部設(shè)在了12條鋼纜上，而每條鋼纜又被牢牢地固定在了海底。之所以將望遠(yuǎn)鏡設(shè)置在2500米深的海底，是因?yàn)檫@里處于全黑狀態(tài)，可以避免其他光子對(duì)靈敏的傳感器造成負(fù)面影響。

固定傳感器的鋼纜分布在一片200×200平方米的區(qū)域，每條的長(zhǎng)度均為450米。各傳感器發(fā)出的信號(hào)通過(guò)一條長(zhǎng)40公里的光纜傳回位于法國(guó)海岸的控制站。所有的傳感器都朝向海底，這是因?yàn)椋褐形⒆邮且环N極其穩(wěn)定的粒子，可毫無(wú)阻礙地穿過(guò)任何物質(zhì)并且?guī)缀醪粫?huì)與其發(fā)生任何相互作用。不過(guò)，如果有中微子穿過(guò)整個(gè)地層，那么它們總會(huì)與某些原子發(fā)生碰撞并導(dǎo)致飛行速度有所減緩，這樣以來(lái)就會(huì)為科學(xué)家們觀測(cè)其蹤跡創(chuàng)造機(jī)會(huì)。據(jù)專(zhuān)家們介紹，在中微子與其他物質(zhì)原子發(fā)生碰撞的過(guò)程中會(huì)釋放出高能的μ-粒子，而這種粒子產(chǎn)生的輻射會(huì)被部設(shè)在海底的高靈敏傳感器所截獲。

通過(guò)研究中微子，可以幫助科學(xué)家們了解許多天文物理現(xiàn)象，例如發(fā)生在星系中心區(qū)域的伽瑪射線爆。

此外，科學(xué)家們計(jì)劃在北極地區(qū)也建造兩部類(lèi)似的望遠(yuǎn)鏡。

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