科學(xué)家們正在設(shè)計或是實施其他多項重要的科學(xué)研究計劃，美國探索頻道日前就公布了其評選的九項最為龐大的科研計劃。

6月25日訊據(jù)國外媒體報道，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，我們無論身處何地，都會被高科技產(chǎn)品所包圍，例如移動電話、計算機、掌上電腦、GPS導(dǎo)航儀、音樂播放器和游戲機等。除了這些已進入我們尋常生活的重要發(fā)明外，科學(xué)家們還正在設(shè)計或是實施其他多項重要的科學(xué)研究計劃。美國探索頻道日前就公布了其評選的九項最為龐大的科研計劃。

一、大型強子對撞機















歐洲大型強子對撞機效果圖







大型強子對撞機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)目前實施的重點研究項目之一。該裝置耗資約84億美元，是一個空前復(fù)雜的加速器，位于地底100米深處，周長達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)法撞擊出傳說中的希格斯玻色子。當(dāng)撞擊的能量愈來愈高時，粒子的狀態(tài)會愈來愈接近宇宙剛誕生的狀態(tài)，而許多本來應(yīng)該不相關(guān)的粒子，就可能在撞擊中回復(fù)到本來的狀態(tài)。希格斯玻色子就屬于這種本來的粒子中的一種，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有質(zhì)量，引力的來源，引力和其它幾種力之間的關(guān)系，以及宇宙中為什么會存在著大量的暗物質(zhì)等。

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





二、國際熱核聚變實驗反應(yīng)堆(ITER)計劃

這項計劃的目的是通過國際性合作，開展對輕核聚變效應(yīng)的研究，以實現(xiàn)利用熱核聚變進行電能的工業(yè)化生產(chǎn)，徹底解決人類面臨的能源危機。

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，核聚變幾乎不會帶來放射性污染等環(huán)境問題，而且其原料可直接取自海水中的氘，來源幾乎取之不盡，是理想的能源方式。

科學(xué)家們解釋說，ITER的目的其實就是要建造一個“人造小太陽”。在太陽的中心，溫度高達1500萬攝氏度，氣壓達3000多億個大氣壓，在這樣的高溫高壓條件下，核聚變放出大量能量。而ITER計劃模擬這一過程，將建設(shè)一個巨大的核聚變反應(yīng)裝置。在這臺裝置的真空室內(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)，但長期以來，針對這一技術(shù)的研究始終無法獲得突破性的進展。正是由于這一原因，1985年，在美、蘇首腦的倡議和國際原子能機構(gòu)(簡稱IAEA)的贊同下，重大國際科技合作計劃ITER得以確立，參加計劃的7方包括歐盟、美國、俄羅斯、日本、韓國、中國和印度。其目標(biāo)是要建造世界上第一個受控?zé)岷司圩儗嶒灧磻?yīng)堆，用以解決建設(shè)聚變電站的關(guān)鍵技術(shù)問題。

國際熱核聚變試驗堆計劃的總投資額將達到約100億歐元(其中反應(yīng)堆所在國法國出資48%，其他國家各出資10%)，持續(xù)時間長達30年之久。其中僅熱核反應(yīng)堆的造價就將高達47億歐元，建造工期超過10年。按照各方早前達成的協(xié)議，首座熱核反應(yīng)堆應(yīng)于2006年開工建設(shè)，其總功率將至少達到500兆瓦。今后的發(fā)展計劃還包括建造一座原型聚變反應(yīng)堆(2025年前投入運行)和一座示范聚
變堆(2040年前投入運行)。

三、國際空間站

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

國際空間站的全部組裝工作將在2009年初完成。目前，它已是人類在軌道上建造的最大工程項目。整個空間站計劃的投資將高達數(shù)百億美元。

國際空間站是人類迄今為止建造的最為龐大的空間實驗平臺。太空中所具有的失重和真空環(huán)境可用于開展許多在地面條件下無法進行的試驗項目。在空間站上不但可以
進行生物和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的試驗，還可以開展量子物理學(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際空間站上從事航天和氣象方面的觀測。





四、澳大利亞的“太陽塔”

“太陽塔”的設(shè)計高度達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)。該塔事實上是一個依靠陽光和空氣維持運轉(zhuǎn)的巨型電站。“太陽塔”的工作原理是簡單的對流原理，即熱空氣上升、冷空氣下降。

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

“太陽塔”的發(fā)電能力可達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90萬噸的溫室氣體。除了在澳大利亞以外，該計劃的制定者們還指出，在那些太陽輻射強烈且地震活動較少(“太陽塔”的抗震能力不是很強)的地區(qū)，均可建造“太陽塔”用于發(fā)電。

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

五、“氣候預(yù)報.net”計劃

這一計劃于1999年公布，其主要目的是對反映氣候變化的數(shù)學(xué)模型進行檢驗，并評估某些參數(shù)的少量變化究竟會對整個氣候產(chǎn)生多大的影響。為了解決這一復(fù)雜問題，必須具備巨大的計算能力。而“氣候預(yù)報.net”計劃的設(shè)計者們想出了一個非常廉價的方法。

計劃的設(shè)計者們指出，用于計算數(shù)據(jù)的計算機將主要貢獻自世界各地聯(lián)網(wǎng)的志愿者。據(jù)介紹，在每臺志愿者的計算機上都將運算一套反映氣候變化的計算機模型。由于加入計劃的計算機數(shù)量巨大，它們的整體運算能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了超級計算機。

現(xiàn)在，該計劃已取得了一些成果，例如，據(jù)測算，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，人類要想對抗氣候變暖的趨勢是非常困難的。





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。

為了開展相關(guān)的觀測活動，“詹姆斯·韋伯”望遠(yuǎn)鏡配備了一臺近紅外攝像機、一臺近紅外光譜攝制儀以及一臺組合式中紅外攝像機與光譜攝制儀。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，口徑達到6.5米，面積為“哈勃”的5倍以上。

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

七、世界末日種子庫

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

“末日種子庫”建在一山體內(nèi)部。進入倉庫的隧道長40米，而倉庫本身由三間并排的冰室組成，每間約270平米。儲藏庫由堅固的混凝土高墻和鋼鐵大門建成，內(nèi)部裝有傳感警報系統(tǒng)，即使受到核彈頭或高強度地震襲擊也確保安然無恙。在這里，各類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。

目前在該倉庫中已儲存了大約25萬份種子，而其最大容量是大約450份。建造這一倉庫的總費用為960萬美元。

與其他許多計劃一樣，“末日種子庫”的建造工作也受到了一些人士的反對。他們認(rèn)為，倉庫中儲存的許多種子根本無法經(jīng)受長時間的儲存，這樣一項計劃只是在白白地浪費資金。





八、“太空梯”














“太空梯”想像圖







“太空梯”的基本理念包括：一條長度達3.6萬公里的纜索，其上安裝有可上下移動的“貨艙”，纜索的一端固定在地面或海面上，而另一端則與運行在地球同步軌道上的衛(wèi)星相固定。

科學(xué)家們介紹說，從理論上講，“太空梯”可相對比較便宜地向軌道運送物資。不過，實際建設(shè)起“太空梯”來可能至少需要耗費十年時間。這是因為，科學(xué)家們不僅要解決如何將貨物運輸?shù)杰壍郎系膯栴}，同時還要考慮到繩索要有足夠的長度和韌性，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的問題。按照科學(xué)家們目前的構(gòu)想，未來太空梯建設(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。其部署地點位于地中海水下2500米深的地方，距離法國馬賽港東南約40公里。

“心大星”望遠(yuǎn)鏡其實是一部由900個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，是因為這里處于全黑狀態(tài)，可以避免其他光子對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，每條的長度均為450米。各傳感器發(fā)出的信號通過一條長40公里的光纜傳回位于法國海岸的控制站。所有的傳感器都朝向海底，這是因為：中微子是一種極其穩(wěn)定的粒子，可毫無阻礙地穿過任何物質(zhì)并且?guī)缀醪粫c其發(fā)生任何相互作用。不過，如果有中微子穿過整個地層，那么它們總會與某些原子發(fā)生碰撞并導(dǎo)致飛行速度有所減緩，這樣以來就會為科學(xué)家們觀測其蹤跡創(chuàng)造機會。據(jù)專家們介紹，在中微子與其他物質(zhì)原子發(fā)生碰撞的過程中會釋放出高能的μ-粒子，而這種粒子產(chǎn)生的輻射會被部設(shè)在海底的高靈敏傳感器所截獲。

通過研究中微子，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)家們計劃在北極地區(qū)也建造兩部類似的望遠(yuǎn)鏡。

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