格致論道·灣區(qū)X黃埔科普講壇！科學(xué)家與科幻作家開(kāi)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(chǎng)講壇特別邀請(qǐng)來(lái)自不同領(lǐng)域的6位嘉賓登臺(tái)演講,同時(shí)公布了黃埔少年科學(xué)院第一屆中小學(xué)“科探未來(lái)”科幻作品大賽的獲獎(jiǎng)名單,并拉開(kāi)了第二屆大賽的序幕,為公眾帶來(lái)一場(chǎng)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(guò)萬(wàn)象曰視頻號(hào)、中國(guó)科普博覽、人民日?qǐng)?bào)、中國(guó)網(wǎng)++、南方+、廣東科技報(bào)、廣東科普視頻號(hào)、廣州公共文化云平臺(tái)、中國(guó)移動(dòng)?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(tái)同步直播,超過(guò)170萬(wàn)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(huì)(廣州開(kāi)發(fā)區(qū)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì))、廣州市黃埔區(qū)委組織部(廣州開(kāi)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(guó)華僑聯(lián)合會(huì)、廣州市黃埔區(qū)文學(xué)藝術(shù)界聯(lián)合會(huì)主辦,廣州開(kāi)元學(xué)校協(xié)辦。

杜夢(mèng)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(shí)和開(kāi)發(fā)深海,必須在深海進(jìn)入、深海探測(cè)方面掌握關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)是世界上第五個(gè)掌握大深度載人深潛技術(shù)的國(guó)家。中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所研究員杜夢(mèng)然數(shù)十次跟隨我國(guó)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(cè)裝備,探秘深海深淵。

2018年6月,杜夢(mèng)然跟隨“深海勇士”號(hào)載人潛水器潛入南海約1400米的海馬冷泉區(qū),沒(méi)有了太陽(yáng)光,深海微生物就通過(guò)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(zhǎng),進(jìn)而供養(yǎng)更高一級(jí)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(gè)“水深火熱”的環(huán)境下也有生命存活,比如“無(wú)口無(wú)肛門(mén)”的管狀蠕蟲(chóng)、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(mèng)幻般的冷水珊瑚花園,希望通過(guò)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(guò)6000米的海域稱為深淵,是由于兩個(gè)板塊發(fā)生碰撞擠壓而形成的。他們?cè)隈R里亞納海溝弧前區(qū)下潛時(shí),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(wèn)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(jí)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(lèi)已知的生存水深最深的魚(yú)——深淵獅子魚(yú)。為了生存,深淵生物“因地制宜”,除了進(jìn)化為軟骨的獅子魚(yú),還有“變異”的海參、鉤蝦和多毛類(lèi);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(shí)光機(jī)”,杜夢(mèng)然幸運(yùn)地成為了沉睡南海500年明代大型沉船的第一見(jiàn)證人。2023年5月20日,沉船水下永久測(cè)繪基點(diǎn)正式布放,中國(guó)深?？脊判缕掠纱碎_(kāi)啟。

鄧自剛:未來(lái)交通——高溫超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)

“縱觀人類(lèi)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(gè)速度空白?高速磁懸浮列車(chē)將會(huì)給出答案?！蔽髂辖煌ù髮W(xué)研究員鄧自剛帶來(lái)了關(guān)于未來(lái)交通的分享。

高溫超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)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(duì)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(shí)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(chē)在軌道上懸浮,消除了傳統(tǒng)列車(chē)的輪軌摩擦和機(jī)械阻力,從而提升了速度。磁懸浮的種類(lèi)主要分為四種:永磁懸浮、電磁懸浮、電動(dòng)懸浮和釘扎磁浮。我國(guó)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(guó)家。高溫超導(dǎo)磁懸浮又稱釘扎磁浮技術(shù),是我國(guó)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(chē)上,把車(chē)輪改為懸浮裝置,就組成了高溫超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)。普通人用手輕輕一推,就能將13噸重的磁浮列車(chē)推動(dòng)。2000年,世界首輛載人高溫超導(dǎo)磁浮實(shí)驗(yàn)車(chē)“世紀(jì)號(hào)”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(shí)間,在2021年1月13日,成功研制出了世界首臺(tái)高溫超導(dǎo)高速磁浮工程化樣車(chē),樣車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)速為620km。

那么車(chē)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(chē)高速運(yùn)行時(shí)面臨的空氣阻力問(wèn)題,列車(chē)速度有望超過(guò)1000km/h。為了驗(yàn)證這項(xiàng)未來(lái)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(gè)最高試驗(yàn)速度1500km/h的超高速試驗(yàn)平臺(tái)?！拔蚁嘈?夢(mèng)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(chē)能夠走進(jìn)我們的生活?！?/p>

季江徽:尋找下一個(gè)地球

我們生活著的地球是否絕對(duì)安全?目前人類(lèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了2200多顆危險(xiǎn)的、有可能會(huì)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(guò)萬(wàn)噸級(jí)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(lèi)該如何應(yīng)對(duì)內(nèi)外部的威脅?中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)研究員季江徽提到,一方面,要建立小天體撞擊監(jiān)測(cè)與防御系統(tǒng),提升預(yù)警和應(yīng)對(duì)處置等能力;另一方面,需要尋找下一個(gè)適宜人類(lèi)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(yáng)系內(nèi)已開(kāi)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(yáng)系外,已發(fā)現(xiàn)宜居帶類(lèi)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?chē)?紅矮星表面溫度過(guò)低,空間環(huán)境惡劣,會(huì)有強(qiáng)烈的耀斑?！八晕覀兏P(guān)注距離地球約32光年類(lèi)似太陽(yáng)這樣的恒星周?chē)?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(cè)方法有視向速度法、凌星法等,但都屬于間接探測(cè)行星的手段,易受到恒星活動(dòng)等影響。作為“近鄰宜居行星巡天計(jì)劃”(簡(jiǎn)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(jí)別的高精度天體測(cè)量法,通過(guò)觀測(cè)恒星位置的微小變化,就能發(fā)現(xiàn)恒星周?chē)欠翊嬖谝司有行?直接測(cè)量行星的真實(shí)質(zhì)量等參數(shù)。這也是國(guó)際上首次專門(mén)在近鄰類(lèi)太陽(yáng)型恒星周?chē)鷮ふ乙司宇?lèi)地行星的空間探測(cè)任務(wù)。CHES將對(duì)距離太陽(yáng)系32光年之內(nèi)的大約100顆類(lèi)太陽(yáng)型恒星開(kāi)展全面普查,預(yù)計(jì)發(fā)現(xiàn)不少于20顆宜居行星?！拔覀兤诖谖磥?lái)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(jí)獵手,每年捕殺獵物4到8億噸,其控制害蟲(chóng)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(wàn)種,中國(guó)約占10%,仍有很多種類(lèi)尚未被發(fā)現(xiàn)。

那么多的蜘蛛種類(lèi)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(mén)從事蜘蛛分類(lèi)學(xué)研究的。“當(dāng)時(shí)導(dǎo)師覺(jué)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?！币巴獠杉侵┲敕诸?lèi)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(gè)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(gè)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(guò)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(duì)象,通過(guò)洞口洞內(nèi)小弱蛛的對(duì)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(huì)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(guò)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(dòng)。洞內(nèi)環(huán)境恒黑,洞穴蜘蛛會(huì)一直睡覺(jué)嗎?劉杰團(tuán)隊(duì)利用洞穴結(jié)網(wǎng)型小弱蛛受到刺激時(shí)出現(xiàn)“假死”的抱團(tuán)反應(yīng)行為來(lái)展開(kāi)實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)合洞穴節(jié)肢動(dòng)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(chǎng)或者開(kāi)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(kāi)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(kāi)礦等人為擾動(dòng)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(lái),在乏人問(wèn)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(guò)程中留下了大量的先鋒物種,也就是生態(tài)群落中那些長(zhǎng)得早且快的物種,而且每個(gè)物種都具備強(qiáng)大的繁殖潛力。植物群落存在動(dòng)態(tài)的演替現(xiàn)象,如果干擾消除會(huì)自動(dòng)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(duì)滇西北16個(gè)縣的120個(gè)先鋒植物群落樣地開(kāi)展調(diào)查研究,并從中識(shí)別出105個(gè)先鋒植物群落。他們把外來(lái)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(kāi)數(shù)據(jù)供當(dāng)?shù)亟M織和個(gè)人選用。

但光篩選出先鋒物種還不夠,他們繼續(xù)開(kāi)發(fā)種籽配方和植苗方案,開(kāi)展植被恢復(fù)示范工程。他們根據(jù)不同氣候類(lèi)型以及地方特色配置不同的種籽配方:為了減少野生動(dòng)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(shí)候也會(huì)有意外的驚喜,他們?cè)谝巴獍l(fā)現(xiàn)了一種很好看的植物叫鄒葉報(bào)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?cè)诓ト龇N籽之后,通過(guò)定點(diǎn)的重復(fù)樣方監(jiān)測(cè)和重復(fù)攝影監(jiān)測(cè),來(lái)觀察哪些種籽能長(zhǎng)出幼苗,哪些能持續(xù)多年生長(zhǎng)繁衍等等。在這個(gè)過(guò)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(lái)?！暗嵛鞅钡闹脖皇潜卑肭蛑脖坏目s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(lái)

近年來(lái),中國(guó)科幻小說(shuō)越來(lái)越受大眾喜愛(ài),王諾諾是新生代科幻小說(shuō)作家之一。她用文字構(gòu)建了一個(gè)個(gè)超越現(xiàn)實(shí)的科幻世界,現(xiàn)實(shí)與未來(lái)相互膠著,引人深思。

未來(lái)城市會(huì)是什么樣子?科幻作家王諾諾在她的小說(shuō)《全數(shù)據(jù)時(shí)代》里描述了這樣的場(chǎng)景:主人公所在的世界,每個(gè)人都有專屬智能助手,每時(shí)每刻會(huì)監(jiān)測(cè)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(dòng)檢測(cè)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(huì)人員著裝,給出穿著建議;能精確到秒地安排時(shí)速150公里的自動(dòng)駕駛車(chē)輛接上主人……“這是不是很多人理想中的城市?因?yàn)樗悄堋⑹孢m、便捷。但是寫(xiě)著寫(xiě)著,我發(fā)現(xiàn)便利的生活是有代價(jià)的,無(wú)所不知的城市大腦正在侵蝕一個(gè)人之所以能夠稱之為人的最基本的元素——我們的隱私?！睌?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(duì)隱私的侵襲也讓人逃無(wú)可逃。《全數(shù)據(jù)時(shí)代》就描繪了一個(gè)這樣的未來(lái)——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(ài)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(shí)間里,她就拿下了中國(guó)科幻小說(shuō)界的最高榮譽(yù)獎(jiǎng)項(xiàng)——中國(guó)科幻銀河獎(jiǎng)的最佳新人獎(jiǎng)、最佳短篇。但王諾諾坦言,科幻作家也會(huì)有焦慮,焦慮不僅僅來(lái)自于截稿日、靈感枯竭,更多來(lái)自于筆下的那個(gè)壞未來(lái)。對(duì)于科幻作者來(lái)說(shuō),好的未來(lái)和壞的未來(lái)是并存的,而任何科技帶來(lái)的重大突破,都會(huì)把人們帶到好未來(lái)和壞未來(lái)的分岔口。在很多的科幻作品里,讀者都能看到不同的未來(lái),這也是科幻作家對(duì)于當(dāng)下以及未來(lái)的思考所映射的世界。“人類(lèi)最終要去往何方,這需要科學(xué)家、科技工作者一步一個(gè)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(lái)的未來(lái),希望它們都能給讀者帶來(lái)一些閱讀的快樂(lè)和思考。”

為了讓現(xiàn)場(chǎng)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(duì)話,就“科幻能推動(dòng)科學(xué)的進(jìn)步嗎?如何看待現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與人類(lèi)文明的關(guān)系”等話題展開(kāi)討論,學(xué)生和嘉賓們都發(fā)表了自己的見(jiàn)解。本期活動(dòng)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(chǎng)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(lái)科技革命的主力軍,借由本期科幻專場(chǎng)活動(dòng),現(xiàn)場(chǎng)公布了黃埔少年科學(xué)院第一屆中小學(xué)“科探未來(lái)”科幻作品大賽的獲獎(jiǎng)作品,從小學(xué)組、初中組和高中組擇優(yōu)評(píng)選,最終評(píng)選出優(yōu)秀獎(jiǎng)4名、三等獎(jiǎng)3名、二等獎(jiǎng)2名、一等獎(jiǎng)2名,共計(jì)11位獲獎(jiǎng)學(xué)生,由5位演講嘉賓為獲獎(jiǎng)學(xué)生頒獎(jiǎng)。此外,現(xiàn)場(chǎng)還特別邀請(qǐng)到黃埔區(qū)科協(xié)(廣州開(kāi)發(fā)區(qū)科協(xié))黨組書(shū)記、主席賈漫蓉為獲獎(jiǎng)學(xué)生的指導(dǎo)老師代表頒獎(jiǎng)。

最后,現(xiàn)場(chǎng)也揭開(kāi)了黃埔少年科學(xué)院第二屆中小學(xué)“科探未來(lái)”科幻作品大賽的序幕,邀請(qǐng)科學(xué)與幻想成長(zhǎng)基金發(fā)起人兼理事長(zhǎng)馬國(guó)賓做賽事說(shuō)明,呼吁更多黃埔青少年用作品對(duì)未來(lái)科學(xué)進(jìn)行暢想和展望。現(xiàn)在關(guān)注黃埔科協(xié)微信公眾號(hào),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)

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