格致論道·灣區(qū)X黃埔科普講壇！科學(xué)家與科幻作家開啟奇妙遠(yuǎn)征

9月25日下午,格致論道?灣區(qū)第25期暨黃埔科普講壇第10期“奇妙遠(yuǎn)征”在廣州黃埔舉辦。本期科幻專場講壇特別邀請來自不同領(lǐng)域的6位嘉賓登臺演講,同時公布了黃埔少年科學(xué)院第一屆中小學(xué)“科探未來”科幻作品大賽的獲獎名單,并拉開了第二屆大賽的序幕,為公眾帶來一場科學(xué)與科幻的盛宴。講壇線下面向1000余名學(xué)生,線上通過萬象曰視頻號、中國科普博覽、人民日報、中國網(wǎng)++、南方+、廣東科技報、廣東科普視頻號、廣州公共文化云平臺、中國移動?和商務(wù)直播、格致論道嗶哩嗶哩和微博、到黃埔去等媒體平臺同步直播,超過170萬人在線觀看。

“格致論道?灣區(qū)”是格致論道落地粵港澳大灣區(qū)的系列品牌,由廣州市科學(xué)技術(shù)局主辦,廣州物聯(lián)網(wǎng)研究院承辦。本期講壇由廣州市黃埔區(qū)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(廣州開發(fā)區(qū)科學(xué)技術(shù)協(xié)會)、廣州市黃埔區(qū)委組織部(廣州開發(fā)區(qū)黨工委組織部)、廣州市黃埔區(qū)委宣傳部、廣州市黃埔區(qū)教育局、廣州市黃埔區(qū)科學(xué)技術(shù)局、廣州市黃埔區(qū)永和街道辦事處、廣州市黃埔區(qū)歸國華僑聯(lián)合會、廣州市黃埔區(qū)文學(xué)藝術(shù)界聯(lián)合會主辦,廣州開元學(xué)校協(xié)辦。

杜夢然:載人深潛視野下的深海秘境

深海是不可多得的寶藏之地。要認(rèn)識和開發(fā)深海,必須在深海進(jìn)入、深海探測方面掌握關(guān)鍵技術(shù)。我國是世界上第五個掌握大深度載人深潛技術(shù)的國家。中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所研究員杜夢然數(shù)十次跟隨我國三代深海載人潛水器,下潛到大洋海底深處,用自主研發(fā)的一系列新型高性能水下探測裝備,探秘深海深淵。

2018年6月,杜夢然跟隨“深海勇士”號載人潛水器潛入南海約1400米的海馬冷泉區(qū),沒有了太陽光,深海微生物就通過攝取冷泉流體中的化學(xué)物質(zhì)獲取能量并合成有機(jī)質(zhì),供自身生長,進(jìn)而供養(yǎng)更高一級的生物,從而形成繁茂的冷泉生態(tài)圈。西南印度洋近3000米的熱液區(qū)煙囪林立、濃煙滾滾,然而,在這個“水深火熱”的環(huán)境下也有生命存活,比如“無口無肛門”的管狀蠕蟲、穿“鐵靴”的蝸牛、“多毛怪”雪人蟹……在水深幾百米到6000多米的區(qū)域,她們還發(fā)現(xiàn)了夢幻般的冷水珊瑚花園,希望通過被稱為“海洋的活化石”的竹節(jié)柳珊瑚,重現(xiàn)地球家園的滄海巨變。

水深超過6000米的海域稱為深淵,是由于兩個板塊發(fā)生碰撞擠壓而形成的。他們在馬里亞納海溝弧前區(qū)下潛時,意外發(fā)現(xiàn)了一片規(guī)模巨大的碳酸鹽山脈,這也許能為一直未解的全球俯沖帶碳失衡問題提供答案。此外,他們還在俯沖板塊發(fā)現(xiàn)了目前已知全球最深的海底泥火山,并首次在低級變質(zhì)洋殼巖石內(nèi)下發(fā)現(xiàn)了生命痕跡,可能代表了地球最深的深部生物圈。繼續(xù)下潛至8000多米的深處,他們發(fā)現(xiàn)了目前人類已知的生存水深最深的魚——深淵獅子魚。為了生存,深淵生物“因地制宜”,除了進(jìn)化為軟骨的獅子魚,還有“變異”的海參、鉤蝦和多毛類;深淵微生物更是各顯神通,能“生吞”鐵,消化大量的難降解型的有機(jī)碳,轉(zhuǎn)化有毒金屬為自己所用……

跟隨深海載人潛水器這一“時光機(jī)”,杜夢然幸運(yùn)地成為了沉睡南海500年明代大型沉船的第一見證人。2023年5月20日,沉船水下永久測繪基點(diǎn)正式布放,中國深海考古新篇章由此開啟。

鄧自剛:未來交通——高溫超導(dǎo)磁懸浮列車

“縱觀人類速度發(fā)展史,我們發(fā)現(xiàn)在350km/h的高鐵與1000km/h的飛機(jī)之間存在著一大段速度空白區(qū)。是什么制約著速度的提升?用什么交通工具可以填補(bǔ)這個速度空白?高速磁懸浮列車將會給出答案?！蔽髂辖煌ù髮W(xué)研究員鄧自剛帶來了關(guān)于未來交通的分享。

高溫超導(dǎo)磁懸浮列車是一種結(jié)合了高溫超導(dǎo)和磁懸浮技術(shù)的先進(jìn)交通工具。高溫超導(dǎo),是相對于低溫超導(dǎo)而言的,泛指工作在液氮溫區(qū)的超導(dǎo)材料,即材料在零下196攝氏度時能夠?qū)崿F(xiàn)電阻為零的狀態(tài),這樣能大大減少能量損耗;其成本也遠(yuǎn)低于低溫超導(dǎo)冷卻所需的液氦。磁懸浮技術(shù)則是利用磁力使列車在軌道上懸浮,消除了傳統(tǒng)列車的輪軌摩擦和機(jī)械阻力,從而提升了速度。磁懸浮的種類主要分為四種:永磁懸浮、電磁懸浮、電動懸浮和釘扎磁浮。我國在這四種磁懸浮技術(shù)領(lǐng)域中均有研究,并躋身為磁懸浮專利排名第一的國家。高溫超導(dǎo)磁懸浮又稱釘扎磁浮技術(shù),是我國原創(chuàng)技術(shù),主要利用了塊狀高溫超導(dǎo)材料既能懸浮、又能懸掛的特有的磁通釘扎特性。該技術(shù)應(yīng)用到列車上,把車輪改為懸浮裝置,就組成了高溫超導(dǎo)磁懸浮列車。普通人用手輕輕一推,就能將13噸重的磁浮列車推動。2000年,世界首輛載人高溫超導(dǎo)磁浮實(shí)驗(yàn)車“世紀(jì)號”在西南交通大學(xué)誕生,2011年接力棒傳到了鄧自剛團(tuán)隊(duì)手里。他們用了近10年時間,在2021年1月13日,成功研制出了世界首臺高溫超導(dǎo)高速磁浮工程化樣車,樣車設(shè)計時速為620km。

那么車子還能不能跑得更快?鄧自剛給出了肯定的答案,采用磁懸浮加真空管道的方法,能夠解決磁懸浮列車高速運(yùn)行時面臨的空氣阻力問題,列車速度有望超過1000km/h。為了驗(yàn)證這項(xiàng)未來技術(shù)的可行性,西南交通大學(xué)研究提出了“三步走戰(zhàn)略”。目前已進(jìn)行到第三步,正在搭建一個最高試驗(yàn)速度1500km/h的超高速試驗(yàn)平臺。“我相信,夢想終將照進(jìn)現(xiàn)實(shí),希望5到10年內(nèi),高溫超導(dǎo)磁懸浮列車能夠走進(jìn)我們的生活?！?/p>

季江徽:尋找下一個地球

我們生活著的地球是否絕對安全?目前人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了2200多顆危險的、有可能會撞擊地球的近地小行星,每年還有約40次由隕星墜落引起的火流星事件,爆炸的能量超過萬噸級當(dāng)量。而反觀地球自身,全球變暖、核污染等危機(jī)頻發(fā),人類該如何應(yīng)對內(nèi)外部的威脅?中國科學(xué)院紫金山天文臺研究員季江徽提到,一方面,要建立小天體撞擊監(jiān)測與防御系統(tǒng),提升預(yù)警和應(yīng)對處置等能力;另一方面,需要尋找下一個適宜人類居住的行星。

究竟什么樣的行星才是宜居的?季江徽提到,要像地球一樣大小和質(zhì)量相當(dāng)、溫度適宜、表面穩(wěn)定存在有液態(tài)水等。目前,在太陽系內(nèi)已開展宜居行星科學(xué)研究的有火星、土星衛(wèi)星(土衛(wèi)二、土衛(wèi)六)及木星衛(wèi)星(木衛(wèi)二)等。在太陽系外,已發(fā)現(xiàn)宜居帶類地行星60多顆,但它們的質(zhì)量大部分是地球的幾倍至十倍,大多距離地球十分遙遠(yuǎn),達(dá)上千光年。而且它們很多位于紅矮星周圍,紅矮星表面溫度過低,空間環(huán)境惡劣,會有強(qiáng)烈的耀斑?！八晕覀兏P(guān)注距離地球約32光年類似太陽這樣的恒星周圍,軌道處于宜居帶的行星?！?/p>

目前傳統(tǒng)而常用的系外行星探測方法有視向速度法、凌星法等,但都屬于間接探測行星的手段,易受到恒星活動等影響。作為“近鄰宜居行星巡天計劃”(簡稱“CHES”)的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人,季江徽介紹到,CHES將采用團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出的空間微角秒級別的高精度天體測量法,通過觀測恒星位置的微小變化,就能發(fā)現(xiàn)恒星周圍是否存在宜居行星,直接測量行星的真實(shí)質(zhì)量等參數(shù)。這也是國際上首次專門在近鄰類太陽型恒星周圍尋找宜居類地行星的空間探測任務(wù)。CHES將對距離太陽系32光年之內(nèi)的大約100顆類太陽型恒星開展全面普查,預(yù)計發(fā)現(xiàn)不少于20顆宜居行星。“我們期待在未來能夠?qū)ふ业搅硪活w地球。而當(dāng)下我們更要關(guān)注和保護(hù)好地球的生存環(huán)境?！?/p>

劉杰:神秘的洞穴蜘蛛

蜘蛛是自然界的超級獵手,每年捕殺獵物4到8億噸,其控制害蟲的作用不容忽視;而蛛絲是自然界中韌性最強(qiáng)的天然絲,在生物鋼、醫(yī)用材料領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。目前全球已知蜘蛛超5萬種,中國約占10%,仍有很多種類尚未被發(fā)現(xiàn)。

那么多的蜘蛛種類如何準(zhǔn)確鑒定?湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院教授劉杰便是專門從事蜘蛛分類學(xué)研究的。“當(dāng)時導(dǎo)師覺得我人高馬大,應(yīng)該不怕被大蜘蛛咬,所以就讓我做巨蟹蛛科了。”野外采集是蜘蛛分類的重中之重。劉杰帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)走遍了海南、云南、貴州、廣西等多個省份,在原始森林、高山洞穴采集標(biāo)本。截至目前,他們已發(fā)表巨蟹蛛科新種200余種,僅2023年就一次性發(fā)表了99個巨蟹蛛科擬遁蛛屬蜘蛛新種,將擬遁蛛屬由巨蟹蛛科的第三大屬變?yōu)榈谝淮髮?、蜘蛛目?2大屬。

在洞穴采集蜘蛛的過程中,劉杰團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)洞內(nèi)真洞穴蜘蛛普遍眼睛退化,但它們不是真的瞎了,還保留著感光能力,為何恒黑環(huán)境里還要保留感光能力?劉杰團(tuán)隊(duì)選擇了云貴高原洞穴蜘蛛物種多樣性最高的小弱蛛屬作為研究對象,通過洞口洞內(nèi)小弱蛛的對比實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)其感光能力的保留,可能是為了避免往洞口干燥的致命環(huán)境遷移。但是否有其它因素促成這樣的選擇呢?劉杰團(tuán)隊(duì)做了“濕度選擇”實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)洞內(nèi)真洞穴小弱蛛更喜歡干燥的生境,這表明如果依靠濕度感受器,它們反而會往洞口干燥但不適宜生存的環(huán)境遷移,這也就更加突出其感光能力的重要性。他們還通過轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析等生物信息學(xué)手段,再次證實(shí)了洞內(nèi)真洞穴小弱蛛的眼睛退化并非遺傳殘留,而是受自然選擇的驅(qū)動。洞內(nèi)環(huán)境恒黑,洞穴蜘蛛會一直睡覺嗎?劉杰團(tuán)隊(duì)利用洞穴結(jié)網(wǎng)型小弱蛛受到刺激時出現(xiàn)“假死”的抱團(tuán)反應(yīng)行為來展開實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)合洞穴節(jié)肢動物晝夜節(jié)律分子機(jī)制分析,從行為和分子層次上發(fā)現(xiàn)了真洞穴蜘蛛持續(xù)活躍的現(xiàn)象。

“很多洞穴現(xiàn)在變成了釀酒廠、養(yǎng)豬場或者開發(fā)成為景點(diǎn),許多洞穴蜘蛛瀕臨滅絕,我們呼吁大家一起保護(hù)神秘稀有的洞穴生物?！?/p>

方震東:我在滇西北給植被修復(fù)開處方

滇西北地區(qū)是全球生物多樣性最豐富的熱點(diǎn)地區(qū)之一,很多珍稀物種只有在這里才能被找到。然而在修路、開礦等人為擾動和泥石流等自然災(zāi)害下,這里的裸露地表面積不斷增加,次生災(zāi)害加劇。

如何恢復(fù)滇西北地區(qū)的植被?這是云南迪慶香格里拉高山植物園研究員方震東20余年來,在乏人問津的高原一直探索和堅(jiān)守的事情。他觀察自然,在自然中尋找植被修復(fù)的答案。他發(fā)現(xiàn)在自然演化過程中留下了大量的先鋒物種,也就是生態(tài)群落中那些長得早且快的物種,而且每個物種都具備強(qiáng)大的繁殖潛力。植物群落存在動態(tài)的演替現(xiàn)象,如果干擾消除會自動回歸正常的演替,逐漸恢復(fù)原樣。

于是方震東帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)對滇西北16個縣的120個先鋒植物群落樣地開展調(diào)查研究,并從中識別出105個先鋒植物群落。他們把外來物種和全球廣泛分布的物種剔除以后,篩選出129種重點(diǎn)推薦的和111種一般推薦的先鋒物種,并公開數(shù)據(jù)供當(dāng)?shù)亟M織和個人選用。

但光篩選出先鋒物種還不夠,他們繼續(xù)開發(fā)種籽配方和植苗方案,開展植被恢復(fù)示范工程。他們根據(jù)不同氣候類型以及地方特色配置不同的種籽配方:為了減少野生動物或家畜的啃食,而添加一些帶刺的植物;有添加一些當(dāng)?shù)氐拿餍俏锓N的種籽如高山大黃。有時候也會有意外的驚喜,他們在野外發(fā)現(xiàn)了一種很好看的植物叫鄒葉報春,于是將它添加進(jìn)種籽配方,增加植被的觀賞性。

為了驗(yàn)證種籽配方的有效性,他們在播撒種籽之后,通過定點(diǎn)的重復(fù)樣方監(jiān)測和重復(fù)攝影監(jiān)測,來觀察哪些種籽能長出幼苗,哪些能持續(xù)多年生長繁衍等等。在這個過程中,他們形成了“企業(yè)+社區(qū)+環(huán)境”三方受益的模式,讓當(dāng)?shù)?0%以上的社區(qū)群眾也能參與進(jìn)來。“滇西北的植被是北半球植被的縮影,是濃縮的精華,她值得被贊美,更值得被呵護(hù)?！?/p>

王諾諾:數(shù)據(jù)構(gòu)筑下的未來

近年來,中國科幻小說越來越受大眾喜愛,王諾諾是新生代科幻小說作家之一。她用文字構(gòu)建了一個個超越現(xiàn)實(shí)的科幻世界,現(xiàn)實(shí)與未來相互膠著,引人深思。

未來城市會是什么樣子?科幻作家王諾諾在她的小說《全數(shù)據(jù)時代》里描述了這樣的場景:主人公所在的世界,每個人都有專屬智能助手,每時每刻會監(jiān)測主人的生理指標(biāo)和行程內(nèi)容以做出恰如其分的安排,比如洗漱后自動檢測生物樣本,結(jié)合身體血壓、血糖數(shù)值等,提出飲食建議;根據(jù)城市大腦共享的其他參會人員著裝,給出穿著建議;能精確到秒地安排時速150公里的自動駕駛車輛接上主人……“這是不是很多人理想中的城市?因?yàn)樗悄?、舒適、便捷。但是寫著寫著,我發(fā)現(xiàn)便利的生活是有代價的,無所不知的城市大腦正在侵蝕一個人之所以能夠稱之為人的最基本的元素——我們的隱私。”數(shù)據(jù)和算法構(gòu)成了當(dāng)今便利生活的最基礎(chǔ)的設(shè)施。但是這種便利對隱私的侵襲也讓人逃無可逃?！度珨?shù)據(jù)時代》就描繪了一個這樣的未來——當(dāng)“連接一切”變得理所當(dāng)然,從網(wǎng)絡(luò)中分離就成為了最昂貴的東西。

受外公影響,從小愛看科幻作品的王諾諾,2016年第一次向《科幻世界》投稿,幾年的時間里,她就拿下了中國科幻小說界的最高榮譽(yù)獎項(xiàng)——中國科幻銀河獎的最佳新人獎、最佳短篇。但王諾諾坦言,科幻作家也會有焦慮,焦慮不僅僅來自于截稿日、靈感枯竭,更多來自于筆下的那個壞未來。對于科幻作者來說,好的未來和壞的未來是并存的,而任何科技帶來的重大突破,都會把人們帶到好未來和壞未來的分岔口。在很多的科幻作品里,讀者都能看到不同的未來,這也是科幻作家對于當(dāng)下以及未來的思考所映射的世界?！叭祟愖罱K要去往何方,這需要科學(xué)家、科技工作者一步一個腳印地實(shí)現(xiàn)。作為科幻作者,我也很榮幸能夠描繪那些不一定到來的未來,希望它們都能給讀者帶來一些閱讀的快樂和思考?！?/p>

為了讓現(xiàn)場學(xué)生感受科學(xué)與腦洞碰撞的魅力,本期講壇還特別策劃了圓桌對話,就“科幻能推動科學(xué)的進(jìn)步嗎?如何看待現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與人類文明的關(guān)系”等話題展開討論,學(xué)生和嘉賓們都發(fā)表了自己的見解。本期活動主持人是廣州海洋實(shí)驗(yàn)室教授唐丹玲,她用親切大方的主持風(fēng)格,將現(xiàn)場氣氛不斷推向高點(diǎn)。

黃埔:為青少年插上想象力的翅膀

中學(xué)生是未來科技革命的主力軍,借由本期科幻專場活動,現(xiàn)場公布了黃埔少年科學(xué)院第一屆中小學(xué)“科探未來”科幻作品大賽的獲獎作品,從小學(xué)組、初中組和高中組擇優(yōu)評選,最終評選出優(yōu)秀獎4名、三等獎3名、二等獎2名、一等獎2名,共計11位獲獎學(xué)生,由5位演講嘉賓為獲獎學(xué)生頒獎。此外,現(xiàn)場還特別邀請到黃埔區(qū)科協(xié)(廣州開發(fā)區(qū)科協(xié))黨組書記、主席賈漫蓉為獲獎學(xué)生的指導(dǎo)老師代表頒獎。

最后,現(xiàn)場也揭開了黃埔少年科學(xué)院第二屆中小學(xué)“科探未來”科幻作品大賽的序幕,邀請科學(xué)與幻想成長基金發(fā)起人兼理事長馬國賓做賽事說明,呼吁更多黃埔青少年用作品對未來科學(xué)進(jìn)行暢想和展望?，F(xiàn)在關(guān)注黃埔科協(xié)微信公眾號,獲取更多AIGC教師培訓(xùn)、作品投稿等信息。

(通訊員:雷錦萍  供稿單位:廣州物聯(lián)網(wǎng)研究院)

來源：大眾網(wǎng)