2015：科幻成真

“另一個地球”

2015年7月24日，吊足了媒體胃口的美國宇航局（NASA）宣布，他們發(fā)現(xiàn)了一顆與地球相似指數(shù)達到98%的類地行星。這顆名為“開普勒452b”的行星距離地球1400光年，圍繞一顆與太陽非常相似的恒星運行。開普勒452b的體積是地球的1.6倍，直徑比地球大60%，公轉(zhuǎn)一圈是385天。開普勒452b到恒星的距離，跟地球到太陽的距離相同。NASA稱，這是迄今發(fā)現(xiàn)的與地球和太陽“最相近”的行星和恒星組合。

盡管存在很多相似之處，但開普勒452b的一些物理特性可能迥異于地球。首先，開普勒452b的直徑是地球的約1.62倍，這意味著它可能是所謂的“超級地球”。假設(shè)開普勒452b是一顆巖石行星，且密度跟地球內(nèi)部相似，那么它的表面重力可能要比地球大很多。反過來，這些因素將對開普勒452b能夠擁有的大氣層和海洋類型產(chǎn)生影響。開普勒452b也可能是一顆“類海王星”，這類行星可能是由氫化合物構(gòu)成的，而不是巖石。

即便行星身在“宜居區(qū)”，這也無法保證任何事情。在我們的太陽系，跟地球最相似的行星是金星：它的體積和質(zhì)量非常接近于地球，而且同樣處在太陽系的宜居區(qū)。但金星被厚厚的二氧化碳大氣層包裹著，全天籠罩在云層之下，而且下的是酸雨。地表溫度熱到足以熔化鉛，這就是為什么我們發(fā)送到那里的自動化探測器壽命都很短。

其實，開普勒452b既不是“開普勒計劃”確認的“首顆適合居住的類地行星”，也不是唯一一顆宜居行星，甚至也不是最像地球的宜居行星。2014年3月宣布發(fā)現(xiàn)的開普勒186f，半徑只有地球的1.1倍，同時也處于所環(huán)繞恒星的宜居帶內(nèi)，比開普勒452b更接近于地球的大小，只是其所環(huán)繞的恒星，比太陽要小得多，也暗得多。

盡管如此，開普勒452b的發(fā)現(xiàn)仍然是一個里程碑，因為它是在一個黃色恒星系統(tǒng)宜居區(qū)發(fā)現(xiàn)的超級地球。由于行星形成的時間跟主星是一樣的，我們知道開普勒452b的年齡要比地球大15億年。如果天文學(xué)家能夠提取到其大氣層或其他組成部分的數(shù)據(jù)，我們便能得到一幅行星衰老的快照。

開普勒452b的發(fā)現(xiàn)，讓我們距離目標，即了解宇宙中存在多少宜居行星，又更近了一步。更重要的是，這顆星球已經(jīng)有60億歲的高齡，甚至比太陽老15億年。因此，這顆行星讓我們有機會探索地球可能會發(fā)生的演變，預(yù)覽地球未來可能的蒼老模樣。在科幻作品里出現(xiàn)的人類殖民行星或外星人的居住地，也有了更準確的藍本。

發(fā)現(xiàn)戴森球？

有什么新聞會比發(fā)現(xiàn)“另一個地球”更轟動嗎？發(fā)現(xiàn)外星人的“建筑”一定可以算一條。2015年10月中旬，科學(xué)家向媒體表示，他們無法對恒星KIC8462852顯現(xiàn)出的怪異光變情況做出解釋，有部分科學(xué)家開始猜想有可能在這顆恒星的前方存在著一個由外星智慧生物建造的超大型結(jié)構(gòu)體。

自2009年開始，開普勒太空望遠鏡已經(jīng)對距地球約1480光年的這顆恒星進行了持續(xù)超過4年的觀測，試圖找到可能圍繞它運轉(zhuǎn)的行星。但在觀測期間，該恒星經(jīng)歷了一系列非周期性的不規(guī)則光度降低，且光變幅度高達20%以上，實在令人困惑。

科學(xué)家對各種可能的解釋進行了研究，包括數(shù)據(jù)誤差或是近期發(fā)生的撞擊事件等，但其中的大多數(shù)理論都難以解釋觀測數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)的情況。將圍繞主序星周圍的塵埃效應(yīng)考慮在內(nèi)，與目前所獲觀測資料吻合度最好的解釋或許是。這顆恒星周圍存在大量彗星碎片，并且所有這些碎片都源于此前的一次分裂事件。

然而，也有專家認為這一信號的背后可能還有其他更加令人興奮的解釋。美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的天文學(xué)家杰森·懷特對《大西洋周刊》表示：“你永遠都是最后才會考慮外星人的可能性。但這次的情況會讓你感覺似乎是某個外星文明建造的產(chǎn)物。”

懷特表示，這顆恒星不同尋常的光變特征與其視線前方存在大量“超級建筑結(jié)構(gòu)”相吻合——或許那是一個“戴森球”。這是物理學(xué)家弗里曼·戴森在1959年最先提出來的概念，具體設(shè)想是：如果一個文明發(fā)展到足夠高的程度，它對能源的需求可能大到必須采集一顆恒星所釋放的全部能量，這時，用于采集能量的設(shè)施會大到把恒星包裹住，形成一個球殼。

目前懷特正在與“搜尋地外智慧文明”（SETI）項目開展合作，申請調(diào)用一臺大型射電望遠鏡，如美國國家射電天文臺所屬、位于西弗吉尼亞州的“綠岸望遠鏡”，或是位于澳大利亞境內(nèi)的帕克斯天文臺大型射電望遠鏡，對準這顆恒星，仔細傾聽它所發(fā)出的信號，或許能夠捕捉到那里存在技術(shù)文明的蛛絲馬跡。

懷特的觀點是，如果有一整個星系都已經(jīng)被一個先進的星際文明所殖民，那么這個技術(shù)文明所產(chǎn)生的能量將能夠在很遠處通過中紅外波段探測到。他說：“不管這種先進的星際文明將采集來的星系能量用于驅(qū)動計算機、星際飛船、通信設(shè)備或是其他我們目前還無法想象到的目的，基本熱力學(xué)定律都告訴我們，這些能量必定會以中紅外波段輻射的形式對外發(fā)射出去。這也是你家里的電腦開機時會發(fā)熱的原因。”

天堂的噴泉

加拿大托特科技公司近來成功申請了一項發(fā)明專利——“太空電梯”。根據(jù)設(shè)計和建造方案，太空電梯將高達20千米。未來，宇航員和運載火箭將先搭乘太空電梯升至位于平流層的電梯頂端發(fā)射平臺，然后再點火起飛進入太空。

托特科技公司認為，未來太空飛行的花費將會減少三分之一，因為航天飛機等航天器不再需要攜帶大量的燃料以助自己從陸地起飛。

宇航員也將乘坐太空電梯升到20千米高的平流層，然后從電梯塔頂平臺搭乘航天器起飛，只需要一級助推火箭就可進入近地軌道。執(zhí)行完任務(wù)后，航天器還可以返回塔頂平臺，補充燃料再重新起飛。

太空電梯將被命名為“托特X塔”，它是一種可以充氣的太空塔，采用強化材質(zhì)打造，塔頂上設(shè)有跑道。另外，它還通過一套極端復(fù)雜的調(diào)速輪裝置來抵消太空塔的彎曲度，以保證電梯與地面的夾角始終垂直。托特科技公司總裁兼首席執(zhí)行官表示，從20千米高的位置起飛，會讓太空飛行有像乘坐噴氣式客機一樣的感覺，屆時普通人不用經(jīng)過艱苦的訓(xùn)練也可以上太空了。

這樣的太空電梯雖不如阿瑟·克拉克在小說《天堂的噴泉》中描繪的三萬多千米高的天梯那么壯觀，但也堪稱巨型建筑了，它將比現(xiàn)在最高的人造建筑迪拜塔高20倍以上。給它找個落腳點也許不是件容易事。在《天堂的噴泉》中，赤道附近的島國僧侶以信仰的原因阻止工程師在圣山上建筑太空電梯。現(xiàn)實中，也發(fā)生了信仰與科學(xué)在“圣山”上發(fā)生沖突的事情。

2015年5月，美國夏威夷州長大衛(wèi)·依格宣布了一項新提案，旨在改變該州管理莫納克亞山用地的方式。作為這項提案的一部分，他還決定繼續(xù)建造三十米望遠鏡（簡稱TMT），取消了州政府先前要求該項目暫停施工的命令。

引發(fā)爭議的原因是，TMT選定的臺址是莫納克亞山，這座休眠火山被夏威夷原住民看作是連接著夏威夷群島與天堂的“臍帶”，是一座圣山。不過莫納克亞山也是世上最強大的幾座望遠鏡的所在地。坐落于太平洋中的莫納克亞山，峰頂凌駕于地球大部分的濃密大氣之上，設(shè)于此處的天文望遠鏡能夠獲得清晰度超群的圖像。因此，莫納克亞山即便不是全球最佳，至少也是北半球最好的天文臺臺址。

反對在莫納克亞山上建造望遠鏡的呼聲早已有之。自從1964年在夏威夷島上修建第一座天文望遠鏡以來，在該島上修建每座望遠鏡時都遭到了抗議和反對。這有很多原因，包括對環(huán)境破壞的擔憂，對天文臺基本上免費租用土地的不滿，但最為重要的是，莫納克亞山對于夏威夷原住民來說是圣地。

當莫納克亞山在2009年被選定為TMT的修建地址時，該項目合作方想方設(shè)法爭取夏威夷人的支持，避免修建工作引發(fā)爭議。

如果TMT項目能夠在夏威夷州最高法院順利通過目前懸而未決的質(zhì)詢，那么預(yù)計這座望遠鏡將在2024年建成。一旦完工，它將為天文學(xué)家提供前所未有的宇宙視角，加深科學(xué)家們對宇宙的了解。

本著和解的精神，天文學(xué)界正在改變對莫納克亞山的使用方式。TMT的臺址選擇最大程度地降低了這臺望遠鏡對島的外觀的影響，并且極力避免了在考古和環(huán)保方面產(chǎn)生不良影響，而且TMT會每年支付100萬美元租用它所占用的這塊土地，其中80%的資金都會用于這座山峰的管理。為了限制莫納克亞山上的望遠鏡數(shù)量，修建年代較早的望遠鏡將在到達使用期限后拆除，它們的臺址將會回歸自然狀態(tài)。

用光驅(qū)動飛行

不用攜帶燃料，只依靠光的驅(qū)動力進行太空飛行，這是科幻圈和航天界多年來的夢想。2015年，中國科學(xué)家研發(fā)的三維石墨烯新材料在世界上首次實現(xiàn)了只靠光的驅(qū)動，就能讓物體運動較長距離。南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳永勝教授和物理學(xué)院田建國教授領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊經(jīng)過3年的研究，獲得了一種特殊的石墨烯材料，這種材料可在包括太陽光在內(nèi)的各種光源照射下飛行，其獲得的驅(qū)動力是傳統(tǒng)光壓的1000倍以上，“光動”飛行成為可能。

在以往的大量研究中，科學(xué)家試圖利用光壓獲得動力。光壓是照射在物體上的光所產(chǎn)生的壓強。然而，來自光壓的驅(qū)動力微乎其微，遠不能滿足太空飛行的負載要求。中國專家研制出的這種石墨烯材料，可以在包括太陽光在內(nèi)的各種光源照射下有效驅(qū)動飛行。

在南開大學(xué)的功能高分子材料實驗室中，研究人員將一個重為4毫克、形似“海綿”的圓餅狀三維石墨烯材料放置到真空管中。在不同光源的“推動”下，“海綿”瞬間發(fā)生了水平或豎直方向的位移，最大移動距離可達40厘米。

這一性質(zhì)是由于石墨烯本身的電子性質(zhì)以及這一材料特殊的宏觀形貌結(jié)構(gòu)綜合形成的。宏觀上，這一材料可以看作是由無數(shù)個相互電子獨立的石墨烯片通過化學(xué)交聯(lián)構(gòu)成，因此總體來說，無數(shù)個石墨烯發(fā)射電子產(chǎn)生的微小動力加起來，就能產(chǎn)生可以觀測到的光驅(qū)動性能，這完全不同于傳統(tǒng)的化學(xué)燃料火箭。

實驗室所用光源都較弱，如普通激光、氙燈等。室外實驗發(fā)現(xiàn)太陽光同樣可以驅(qū)動這種石墨烯材料移動，也就是說，這種材料對驅(qū)動光源并無特殊要求，因此可以廣泛應(yīng)用。這是迄今為止科學(xué)界第一次用光推動一個宏觀物體并實現(xiàn)宏觀驅(qū)動。計算表明，如果利用基于這種石墨烯材料制備的驅(qū)動帆板，理論上獲得的驅(qū)動力至少能使500千克的載荷達到每秒0.09米的加速度。這個加速值看起來不大，但在十幾分鐘后就能讓載荷達到每秒近百米的速度。如果是一個5千克質(zhì)量的物體，理論上只需十多分鐘就可以加速到每秒7.9千米的第一宇宙速度。

太空飛行器是人類探索宇宙的重要工具，而動力問題一直羈絆著人類無法走得更遠。目前幾乎所有的航天飛行均采用化學(xué)能驅(qū)動，即通過化學(xué)物質(zhì)燃燒來獲得驅(qū)動力。雖然現(xiàn)在對這種新型材料的整體研究還處在實驗室起步階段，但在不遠的將來，不用攜帶任何燃料，只依靠光源的宇宙飛船就可以飛向深空。屆時，有了足夠推力的光帆飛船也不必“只送大腦”了。

冷凍遺體盼50年后復(fù)活

在《三體Ⅲ》中，對于云天明的大腦被冰凍技術(shù)保存后的場景是這樣描述的：“在他們正中有一個工作臺，上面放著個一米左右高的不銹鋼圓柱形絕熱容器，剛剛密封，從容器中涌出的超低溫液氦產(chǎn)生的白霧還沒有消散，由于低溫，那些霧緊貼著容器的外壁緩緩流下，流過工作臺的表面，像微型瀑布般淌下，在地板上方消失了。白霧中的容器看上去似乎不像是塵世中的東西。”

2015年5月，類似的場景首次出現(xiàn)在中國。這次，被冷凍的是科幻小說《三體》的編審之一，作家杜虹。

杜虹因病去世后，根據(jù)她本人和家人的意愿，兩名美國醫(yī)生第一時間向她體內(nèi)注射了抗凝劑、抗菌藥物、抗血栓藥物，防止血液凝固，并用特制設(shè)備按壓心臟，保證血液繼續(xù)循環(huán)。接下來是灌流——由于人體細胞中含有大量水分，冰凍過程中水分凝固會形成冰晶，極易刺破細胞，造成巨大傷害，所以冰凍技術(shù)的要點是使用冰點更低、不容易結(jié)晶的保護液代替水分，達到脫水效果。

美國醫(yī)生首先用稀釋過的保護液，逐步替換遺體中殘留的血液。隨后，使用儀器打開遺體頸部的總動脈和總靜脈，形成一個液體輸入的回路，輸入保護液，隨后開始重頭戲——替換頭部殘留的血液。替換過程比較漫長，醫(yī)生會逐步加大保護液的濃度，從動脈輸進頭部。當人體內(nèi)保護液濃度達到遺體保存要求后，繼續(xù)監(jiān)測靜脈輸出液體中保護液的濃度，當輸出液體的保護液濃度與輸入濃度一致時，表示頭部水分已完全被替代。

灌流超過4個小時，整個過程需要在冰凍低溫接近0攝氏度的情況下完成，此后需要將遺體進一步降溫。工作人員使用-60℃的干冰對遺體逐步降溫，最終將遺體保存在一個-40℃左右的冰棺當中。至此，遺體冰凍的初步流程完成。

之后，遺體會在冰凍狀態(tài)下被送到位于美國洛杉磯的阿爾科生命延續(xù)基金會。遺體頭部將被分離保存在-196℃的液氮環(huán)境特殊容器中。此后，工作人員將按期添加液氮，保證遺體的頭部長期保存。按阿爾科基金會科學(xué)家的樂觀估計，50年后的科學(xué)技術(shù)也許就能讓頭部解凍、再造身體，然后就是生命復(fù)活。

1967年，詹姆士·貝德福德教授成為歷史上第一個被有計劃冷凍的人。他的遺體至今還被存放在阿爾科生命延續(xù)基金會。2015年4月，一名2歲的泰國女童因腦瘤去世，其家人也選擇將她的遺體交由阿爾科基金會冷凍起來。

遺體冷凍的原理并不復(fù)雜。無論對組織、細胞，還是對器官，低溫保存，是要降低它們的代謝，以及所需要的能量。這樣，處于體外無氧狀態(tài)的細胞或器官，基本不需要能量，但依靠保存液中供給的微少能量，也能保存基本的活性，以待在合適的時機“重建生命”。

但再小的冰晶，對細胞和組織也會產(chǎn)生傷害。在-196℃低溫環(huán)境下保存一個器官，其所需的保存液，還要擁有很關(guān)鍵的防止結(jié)冰功能。在臨床器官移植領(lǐng)域，體外保存一個腎臟的標準時間是24小時以內(nèi)，一個肝臟是12小時以內(nèi)最佳。

從腦科學(xué)的角度分析，麥吉爾大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家邁克爾·亨德里克斯對冷凍遺體的“復(fù)活”前景并不樂觀。他認為，造就每個人獨特個性的神經(jīng)元和突觸特征并不是一般性的，大量的微妙化學(xué)修飾、基因調(diào)控狀態(tài)，以及分子復(fù)合物的亞細胞分布都是活體大腦動態(tài)組成部分。它們正是構(gòu)成記憶印痕的東西。雖然在死亡組織中保持這些特性在理論上是可能的，但現(xiàn)在還不具備這樣的技術(shù)和從這種樣本中把信息讀取出來的能力。凍存的神經(jīng)組織即使恢復(fù)了活性，能否移植到另外一個身體上并產(chǎn)生新的生命，還要跨過脊髓連接、中樞神經(jīng)再生等多重艱巨的挑戰(zhàn)。不過，從生物學(xué)原理上說，在醫(yī)生宣布患者死亡的第一時間，用科學(xué)手段讓患者進入“醫(yī)學(xué)穩(wěn)定”狀態(tài)，隨后再采取一系列方法進行冷凍保存，可以最大限度讓人體在有限受損的狀態(tài)下進入冷凍狀態(tài)。

杜虹曾表示，50年后能否有效是未知數(shù)，但她不介意用自己的遺體做實驗，新興科技總要有人嘗試。就在這些敢為天下先的勇敢者的指引下，科技與幻想的差距逐漸縮小了。

【責任編輯：楊 楓】