哈勃，太空中的千里眼

     ①古往今来，人们用肉眼观察灿烂的星空，很多发现难免显得粗糙，甚至只是一些臆想。当伽利略等人将望远镜对准了茫茫太空后，人们才逐渐发现了太空的更多奥秘。

     ②在实践中，人们发现用地面的望远镜观测太空，存在两个缺陷：一是地球大气层会吸收红外线和紫外线，二是大气湍流导致地面光学望远镜的角分辨率很难优于1弧秒。1946年，美国天文物理学家斯皮策提出，在太空中安装一台望远镜将突破上述限制。

     ③1990年，这一设想终成现实。美国“发现”号航天飞机将哈勃望远镜送入了太空。然而，哈勃探索宇宙奥秘的征途并非一帆风顺。升空伊始，哈勃就被发现患了“近视眼”，不能辨别140亿光年以外的物体。此后哈勃的陀螺仪、太阳能电池板、影像摄谱仪、绝热毯、冷却剂等都出现过故障，历经五次“手术”才恢复正常。然而哈勃望远镜面临的挑战，也激励着人们推动科研设备及制造技术的革新。每一次维修都让哈勃能够看得更清晰、更遥远。2009年第五次维修后，哈勃望远镜的观测能力已是最初设计的100倍。

     ④哈勃望远镜得到的数据引发了天文学的革命：它确定了宇宙历史为137亿年左右，证实超大质量黑洞处于大多数星系的中心，它让科学家更好地理解恒星和行星的形成，并探测到太阳系外存在有机物。20年来，科学家利用哈勃望远镜的数据发表了7 500多篇论文，使之成为历史上最有科学价值的仪器。美国资深宇航员马斯格雷夫说，哈勃望远镜的价值不仅在于它是一台强大的机器，而且在于它把宇宙论、神学、哲学和天文学贯穿了起来。它是人类的一面镜子，让人类自省：这是一个什么样的宇宙？我们处在什么位置？我们是谁，我们该如何作为？

　　     ⑤虽然哈勃望远镜将于2014年退休，詹姆斯•韦伯太空望远镜将接过它的接力棒，将人类对深层太空的探索继续下去。（选自《天文爱好者》2011年第6期）

冬眠的奥秘

张劲硕

    ①严寒的冬天，我们总是向往着在被窝里长眠一冬——能像狗熊和青蛙那样冬眠就好了。然而我们大都不知道：那些冬眠的动物们，掌握着我们人类尚不知晓的惊天奥秘。

    ②冬眠是动物应对恶劣环境的一种策略，科学上叫“蛰伏”。有人会问，冬天里睡得多、睡得久，不就是冬眠吗？它们还真不是一回事儿，只是二者的区别不太容易看出来。拿鱼来说，有几类鱼是会冬眠的，包括我们熟悉的鲤鱼、乌鳢，还有海里的鳗鲡。每当冬天来临，它们就把自己调到冬眠档：不吃、不喝、不游动。这看似与正常档的睡觉并无二致，但请注意它们的鳃！鱼类靠鳃呼吸，平时就算身体静止不动，鳃也会轻轻开合扇动。而进入冬眠的鱼，鳃也几乎不动，完全处于麻痹状态。除了呼吸，冬眠动物的体温、心跳等生命指征也都降到极低的水平，新陈代谢速率变得非常缓慢，与休克和死亡标准只差那么一点点——这就是冬眠与睡觉的本质区别。

    ③冬眠的意义在于，尽量减少身体内外的生命活动，将能量消耗降到最低，以挨过环境严酷的时间段。动物冬眠时，能把生命的时钟调得极慢。比如生活在北美洲的普通箱龟，冬眠时心脏5~10分钟才跳1次，实在让人惊叹。更夸张的是，它们几乎完全不呼吸，只靠皮肤吸入少许氧气！

    ④科学家还发现，冬眠不是“习惯养成”的问题，而是遗传基因决定的“天赋”。这种“天赋”还与寿命的长短有联系。一般来讲，哺乳动物的寿命与体型相关，体型小的新陈代谢快，寿命短；体型大的新陈代谢慢，寿命长。比如大象就活80年，兔子七八岁就算高寿。而蝙蝠打破了这个规律——冬眠的菊头蝠和同体型的、不冬眠的老鼠相比，前者可以活到30多岁，后者却只有3、4岁。如果在同一物种中比较，如蝙蝠或者棕熊，依然是冬眠的寿命要长很多。

    ⑤冬眠是当下的热门研究领域。如果人类能像动物们一样冬眠，收获的就绝不仅仅是睡大觉的幸福感，也许还能长生不老。虽然对蝙蝠和棕熊等冬眠动物的研究能确定冬眠基因与长寿有关。但这些动物毕竟与我们人类相差太远。不过，在2004年，有个轰动科学界的发现：居然有一种猴子能冬眠！而人类跟猴子同属灵长类动物，基因相似性很高。如果猴子能冬眠，这意味着我们人类也有可能做到。到那时，我们的寿命说不定可以达到800岁！

其实地球是一台发电机

    ①我们生活的地球是一颗会发光的星球。不过，它发出的并不是太阳那样强烈耀目的可见光，而是肉眼无法感知的红外线。红外线又称红外辐射，如果你平躺在地面上就可以感受到这种辐射带来的阵阵暖意。从太空轨道拍摄的红外图片上，能更加清晰地看到地球每时每刻都在源源不断地向寒冷的太空发出红外辐射。地球向太空释放的红外辐射蕴含巨大的能量。美国哈佛大学的科学家提出，这种能量不应被白白浪费，因为其具有可用于发电的潜力，是一种被人们长期忽视的宝贵的可再生能源。

    ②利用释放的热量而非吸收的热量来发电，这种想法乍听上去似乎有点匪夷所思。事实上，这不仅具有相当的可行性，而且还有望弥补现有太阳能发电的诸多不足之处。

    ③与其他清洁能源一样，红外辐射发电利用的也是热力学原理——每当有能量从高温处向低温处流动时，就能获得可再生能源。比如，太阳能电池利用的是光能从太阳（高温）向地球（低温）的流动，将光能转换为电能；生物燃料同样如此，只不过其是间接利用了储存在植物中的太阳能；风力发电机的动力来源也是具有一定温差地区间的能量流动。

    ④据估算，地球表面以红外辐射形式释放的总热量约为2000亿兆瓦，其中大部分被地球大气层吸收。但是，大气层对于波长8-13微米的部分红外辐射却没有阻挡作用，结果就造成了地球热量的持续外泄。

    ⑤那么，从地球逸出的这股热能的发电能力究竟有多强呢？通过相关监测设备采集到的数据，哈佛大学研究人员计算后得出，利用红外辐射发电设备可获得的发电量大约是普通太阳能电池的十分之一，发电效率为__%。这一数字显然并不可观，但是研究人员看中的并非发电量的多少，而是发电时间的可持续性。

    ⑥我们知道，太阳能发电具有间歇供电的特点，发电高峰往往和实际生活中的用电高峰不相匹配。而利用地表红外辐射发电，不仅可实现包括夜晚在内24小时持续供电，并且发电的峰值通常为一天的下午和傍晚时段，基本能满足用电高峰需求。在空气较为寒冷和干燥的冬季，发电量还能有所增长。

    ⑦目前对于红外辐射发电来说，最大的问题在于如何提高发电效率。一种最简单的利用温差发电的方法，是用可反射阳光并发出红外辐射的涂料覆盖热电板（一种可将热能转换成电能的材料）的表面，令热电板的温度低于周围的环境温度。这样当地表散发的热量流经热电板时就会因温差形成电流。但是，现有热电板的热电转换效率非常低，流经的热能通常仅有百分之几被转换为电能。成本高，产出少，使得这种方法几乎不具备实用性。

    ⑧为此，哈佛大学研究人员提出了一种以整流天线为基础的新设想。整流天线能接收和传输电磁波，可与带二极管的电路相连。20世纪60年代，美国一家公司研发出一种微波整流天线，可将地面上的能量传输至无人机为其提供飞行动力。这种微波整流天线的能量转换效率可以达到70%。但是，要将这一成功案例运用到红外辐射领域并不容易。红外辐射的波长仅有微波的万分之一左右，因此红外整流天线的长度也要相应地缩短。

    ⑨随着近年来微型天线制造技术的日益发展，红外整流天线的研发已成为可能。红外整流天线外观上与常见的屋顶天线无异，只不过尺寸仅是后者的百万分之一。研究人员设想，将配备有红外整流天线的微型热量采集装置整合到传统的太阳能板上，以增强其发电能力和延长供电时间。

    ⑩将设想变为现实还有不少工作要做。首先，现有红外整流天线产生的电压太小，不足以形成足够大的电流。此外，特定波长的红外辐射产生的交流电电压极不稳定，现有的普通二极管很难与其配合工作。有人建议，以量子力学原理制造的超快速二极管或许可以一试。也有人认为，要从根本上解决问题，还有赖于目前尚处研发初级阶段的新一代二极管的早日问世。

《苏州园林》节选

    ①我国的建筑，从古代的宫殿到近代的一般住房，绝大部分是对称的，左边怎么样，右边也怎么样。②苏州园林可绝不讲究对称，好像故意避免似的。③东边有了一个亭子或者一道回廊，西边决不会来一个同样的亭子或者一道同样的回廊。④这是为什么？⑤我想，用图画来比方，对称的建筑是图案画，不是美术画，而园林是美术画，美术画要求自然之趣，是不讲究对称的。

呦呦之蒿，中国神药

    ①“呦呦鹿鸣，食野之蒿”，这是《诗经》中的句子。在2015年10月5日之前，有谁能想到，这句诗竟能和诺贝尔奖联系起来——名字来自《诗经》的中国药物学家屠呦呦，因首次提取出治疗疟疾的“神药”青蒿素，而被国际学术界公认为“青蒿素之母”，也因此获得2015年诺贝尔生理学或医学奖。

    ②青蒿素所对抗的疟疾是地球上最古老的、 死亡人数极高的疾病之一，是一种极为可怕的瘟疫。几千年来，人们深受其害却不知如何防治。自 1878 年发现其“真凶”——疟原虫开始，全世界的科学家就发起了寻找抗疟药的“攻坚战”。屠呦呦带领她的中草药抗疟研究小组，从古代医术《肘后备急方》中发现治疗疟疾的方法：”青蒿一握，以水二升渍，绞取汁，尽服之。”医术中所说的青蒿是一年生草本植物，采用乙醚提取的方法，经过190次的反复试验，终于在第191次提取出青蒿中的有效抗疟成分——青蒿素。

    ③青蒿素是一种味苦的无色针状晶体。进入人体后，它首先作用于疟原虫的细胞膜、线粒体、内质网、并对核内染色质产生一定影响，让疟原虫的细胞内迅速形成自噬泡，并将细胞液不断排出虫体外，是疟原虫损失大量细胞液而死亡。正是这一治疟原理，是青蒿素当之无愧地成为疟疾的“天然克星”。

    ④青蒿素治疗疟疾效果显著，是抵抗疟疾耐药性最好的药物。中国发现青蒿素时，美国也研制出一种抗疟新药——化学合成的甲氟喹，但疟原虫很快就适应了它，产生耐药性，临床使用后患者还出现了明显的不良反应。而对于青蒿素这种从中草药中提取的药物，疟原虫对它完全没有抵抗能力。1976年1月，柬埔寨爆发疟疾，因疟原虫已经产生耐药性，疫情一时难以控制。中国医疗队携带一批青蒿素在柬埔寨大显神威，挽救了一大批疟疾患者的生命。

    ⑤但青蒿素也有一定的局限和不足。提取青蒿素的原料贵且稀缺，近十几年来，科学家一直在研究人工合成青蒿素，但收效甚微。国内外许多著名化学公司也进行了长达30多年的化学合成研究，但回报率过低，目前难以形成产业化。

    ⑥中国传统中医药是一个伟大的宝库。青蒿素正是从这一宝库中发掘出来的 “神药是我国传统中医药先给世界的礼物。未来，通过不断地深入研究，传统中医药一定会有更广阔的发展前景，更好地为人类造福。

（作者：杨先碧 文章有删改）

    电影《流浪地球》主要讲的是地球经过木星时摆脱木星引力，重新踏上流浪征途的故事。实际上在刘慈欣创作的同名小说《流浪地球》中，地球经过木星的过程有惊无险，只是电影有意制造“噱头”，将这一情节夸大而已。那么，地球要“流浪”，为什么非得经过木星呢？其实非常简单，就是为了让地球利用木星的引力弹弓效应加快速度，使其脱离太阳系。

    引力弹弓就是利用行星的重力场来给太空探测船加速，将它甩向下一个目标，也就是把行星当作“引力助推器”。木星就是太阳系中一个优良的加速器，这不仅在影视作品中呈现，在现实中更是如此。人类向外太阳系发射的数十件航天器中，大部分用到了木星的引力弹弓效应，比如“旅行者一号”、“旅行者二号”、“先驱者号”、“新视野号”探测器等等，都曾经利用过木星的引力弹弓效应加速，这样的好处是使航天器的速度大大加快，而且还能节省燃料。1977年，由NASA（美国国家航空航天局）研制的“旅行者二号”在肯尼迪航天中心成功发射升空，1981年经过木星时，从秒速不到10公里加速到了秒速35公里左右，获得了可以离开太阳系的速度。经过几十年的飞奔后，旅行者二号已经航行到了210亿公里外的遥远距离。实际上，不止是木星具有引力弹弓效应，较大质量的天体都可以让围绕它运行的物体获取引力弹弓效应，太阳系中的8大行星连同太阳都可以进行引力弹弓效应的运用，我们的地球也一样。比如我们要去月球探测，但是我们的长征三号乙型火箭并没有能力把“嫦娥四号”直接发射到月球轨道上，于是在发射之后，依靠地球的引力弹弓效应增加速度和扩张轨道，最终让“嫦娥四号”进入环月轨道运行。

    而在《流浪地球》这部作品中，刘慈欣安排了太阳和木星共同给地球加速。故事中讲到曾经有一段时间地球时而靠近太阳时而远离太阳，这个时候正是在利用太阳的引力弹弓效应给地球加速；后来地球又运行到了木星的附近，开始利用木星的引力弹弓效应加速，这也是因为木星的质量巨大，是地球质量的318倍，可以把航天器加速到脱离太阳系引力的程度。不过在电影中，由于木星引力出现不稳定状况，导致地球难以脱离木星引力甚至出现了撞向木星的可能性，幸好人类齐心协力克服了困难，地球才又开启了航向新家园的征程。

    但如果真的将地球运行到木星附近，利用其引力弹弓效应的话，将是十分不可取的，因为木星的引力足以将近距离的地球拉变形。电影中，地球的大气已经被木星吸收，在如此近的距离，地球势必会被木星引力揉成一个熔岩星球，甚至有被拉碎的可能，这是绝对不可以尝试的。所以要让地球利用木星的引力弹弓效应并不容易，这需要在很远的距离上才能保证安全，然而距离太远的话，引力弹弓的加速效应却不明显了。