9月25日下午,格致论道•湾区第25期暨黄埔科普讲坛第10期“奇妙远征”在广州黄埔举办。本期科幻专场讲坛特别邀请来自不同领域的6位嘉宾登台演讲,同时公布了黄埔少年科学院第一届中小学“科探未来”科幻作品大赛的获奖名单,并拉开了第二届大赛的序幕,为公众带来一场科学与科幻的盛宴。讲坛线下面向1000余名学生,线上通过万象曰视频号、中国科普博览、人民日报、中国网++、南方+、广东科技报、广东科普视频号、广州公共文化云平台、中国移动•和商务直播、格致论道哔哩哔哩和微博、到黄埔去等媒体平台同步直播,超过170万人在线观看。

“格致论道•湾区”是格致论道落地粤港澳大湾区的系列品牌,由广州市科学技术局主办,广州物联网研究院承办。本期讲坛由广州市黄埔区科学技术协会(广州开发区科学技术协会)、广州市黄埔区委组织部(广州开发区党工委组织部)、广州市黄埔区委宣传部、广州市黄埔区教育局、广州市黄埔区科学技术局、广州市黄埔区永和街道办事处、广州市黄埔区归国华侨联合会、广州市黄埔区文学艺术界联合会主办,广州开元学校协办。

杜梦然:载人深潜视野下的深海秘境

深海是不可多得的宝藏之地。要认识和开发深海,必须在深海进入、深海探测方面掌握关键技术。我国是世界上第五个掌握大深度载人深潜技术的国家。中国科学院深海科学与工程研究所研究员杜梦然数十次跟随我国三代深海载人潜水器,下潜到大洋海底深处,用自主研发的一系列新型高性能水下探测装备,探秘深海深渊。

2018年6月,杜梦然跟随“深海勇士”号载人潜水器潜入南海约1400米的海马冷泉区,没有了太阳光,深海微生物就通过摄取冷泉流体中的化学物质获取能量并合成有机质,供自身生长,进而供养更高一级的生物,从而形成繁茂的冷泉生态圈。西南印度洋近3000米的热液区烟囱林立、浓烟滚滚,然而,在这个“水深火热”的环境下也有生命存活,比如“无口无肛门”的管状蠕虫、穿“铁靴”的蜗牛、“多毛怪”雪人蟹……在水深几百米到6000多米的区域,她们还发现了梦幻般的冷水珊瑚花园,希望通过被称为“海洋的活化石”的竹节柳珊瑚,重现地球家园的沧海巨变。

水深超过6000米的海域称为深渊,是由于两个板块发生碰撞挤压而形成的。他们在马里亚纳海沟弧前区下潜时,意外发现了一片规模巨大的碳酸盐山脉,这也许能为一直未解的全球俯冲带碳失衡问题提供答案。此外,他们还在俯冲板块发现了目前已知全球最深的海底泥火山,并首次在低级变质洋壳岩石内下发现了生命痕迹,可能代表了地球最深的深部生物圈。继续下潜至8000多米的深处,他们发现了目前人类已知的生存水深最深的鱼——深渊狮子鱼。为了生存,深渊生物“因地制宜”,除了进化为软骨的狮子鱼,还有“变异”的海参、钩虾和多毛类;深渊微生物更是各显神通,能“生吞”铁,消化大量的难降解型的有机碳,转化有毒金属为自己所用……

跟随深海载人潜水器这一“时光机”,杜梦然幸运地成为了沉睡南海500年明代大型沉船的第一见证人。2023年5月20日,沉船水下永久测绘基点正式布放,中国深海考古新篇章由此开启。

邓自刚:未来交通——高温超导磁悬浮列车

“纵观人类速度发展史,我们发现在350km/h的高铁与1000km/h的飞机之间存在着一大段速度空白区。是什么制约着速度的提升?用什么交通工具可以填补这个速度空白?高速磁悬浮列车将会给出答案。”西南交通大学研究员邓自刚带来了关于未来交通的分享。

高温超导磁悬浮列车是一种结合了高温超导和磁悬浮技术的先进交通工具。高温超导,是相对于低温超导而言的,泛指工作在液氮温区的超导材料,即材料在零下196摄氏度时能够实现电阻为零的状态,这样能大大减少能量损耗;其成本也远低于低温超导冷却所需的液氦。磁悬浮技术则是利用磁力使列车在轨道上悬浮,消除了传统列车的轮轨摩擦和机械阻力,从而提升了速度。磁悬浮的种类主要分为四种:永磁悬浮、电磁悬浮、电动悬浮和钉扎磁浮。我国在这四种磁悬浮技术领域中均有研究,并跻身为磁悬浮专利排名第一的国家。高温超导磁悬浮又称钉扎磁浮技术,是我国原创技术,主要利用了块状高温超导材料既能悬浮、又能悬挂的特有的磁通钉扎特性。该技术应用到列车上,把车轮改为悬浮装置,就组成了高温超导磁悬浮列车。普通人用手轻轻一推,就能将13吨重的磁浮列车推动。2000年,世界首辆载人高温超导磁浮实验车“世纪号”在西南交通大学诞生,2011年接力棒传到了邓自刚团队手里。他们用了近10年时间,在2021年1月13日,成功研制出了世界首台高温超导高速磁浮工程化样车,样车设计时速为620km。

那么车子还能不能跑得更快?邓自刚给出了肯定的答案,采用磁悬浮加真空管道的方法,能够解决磁悬浮列车高速运行时面临的空气阻力问题,列车速度有望超过1000km/h。为了验证这项未来技术的可行性,西南交通大学研究提出了“三步走战略”。目前已进行到第三步,正在搭建一个最高试验速度1500km/h的超高速试验平台。“我相信,梦想终将照进现实,希望5到10年内,高温超导磁悬浮列车能够走进我们的生活。”

季江徽:寻找下一个地球

我们生活着的地球是否绝对安全?目前人类已经发现了2200多颗危险的、有可能会撞击地球的近地小行星,每年还有约40次由陨星坠落引起的火流星事件,爆炸的能量超过万吨级当量。而反观地球自身,全球变暖、核污染等危机频发,人类该如何应对内外部的威胁?中国科学院紫金山天文台研究员季江徽提到,一方面,要建立小天体撞击监测与防御系统,提升预警和应对处置等能力;另一方面,需要寻找下一个适宜人类居住的行星。

究竟什么样的行星才是宜居的?季江徽提到,要像地球一样大小和质量相当、温度适宜、表面稳定存在有液态水等。目前,在太阳系内已开展宜居行星科学研究的有火星、土星卫星(土卫二、土卫六)及木星卫星(木卫二)等。在太阳系外,已发现宜居带类地行星60多颗,但它们的质量大部分是地球的几倍至十倍,大多距离地球十分遥远,达上千光年。而且它们很多位于红矮星周围,红矮星表面温度过低,空间环境恶劣,会有强烈的耀斑。“所以我们更关注距离地球约32光年类似太阳这样的恒星周围,轨道处于宜居带的行星。”

目前传统而常用的系外行星探测方法有视向速度法、凌星法等,但都属于间接探测行星的手段,易受到恒星活动等影响。作为“近邻宜居行星巡天计划”(简称“CHES”)的项目负责人,季江徽介绍到,CHES将采用团队创新性提出的空间微角秒级别的高精度天体测量法,通过观测恒星位置的微小变化,就能发现恒星周围是否存在宜居行星,直接测量行星的真实质量等参数。这也是国际上首次专门在近邻类太阳型恒星周围寻找宜居类地行星的空间探测任务。CHES将对距离太阳系32光年之内的大约100颗类太阳型恒星开展全面普查,预计发现不少于20颗宜居行星。“我们期待在未来能够寻找到另一颗地球。而当下我们更要关注和保护好地球的生存环境。”

刘杰:神秘的洞穴蜘蛛

蜘蛛是自然界的超级猎手,每年捕杀猎物4到8亿吨,其控制害虫的作用不容忽视;而蛛丝是自然界中韧性最强的天然丝,在生物钢、医用材料领域有着广泛的应用前景。目前全球已知蜘蛛超5万种,中国约占10%,仍有很多种类尚未被发现。

那么多的蜘蛛种类如何准确鉴定?湖北大学资源环境学院教授刘杰便是专门从事蜘蛛分类学研究的。“当时导师觉得我人高马大,应该不怕被大蜘蛛咬,所以就让我做巨蟹蛛科了。”野外采集是蜘蛛分类的重中之重。刘杰带领团队走遍了海南、云南、贵州、广西等多个省份,在原始森林、高山洞穴采集标本。截至目前,他们已发表巨蟹蛛科新种200余种,仅2023年就一次性发表了99个巨蟹蛛科拟遁蛛属蜘蛛新种,将拟遁蛛属由巨蟹蛛科的第三大属变为第一大属、蜘蛛目第12大属。

在洞穴采集蜘蛛的过程中,刘杰团队发现洞内真洞穴蜘蛛普遍眼睛退化,但它们不是真的瞎了,还保留着感光能力,为何恒黑环境里还要保留感光能力?刘杰团队选择了云贵高原洞穴蜘蛛物种多样性最高的小弱蛛属作为研究对象,通过洞口洞内小弱蛛的对比实验,发现其感光能力的保留,可能是为了避免往洞口干燥的致命环境迁移。但是否有其它因素促成这样的选择呢?刘杰团队做了“湿度选择”实验,发现洞内真洞穴小弱蛛更喜欢干燥的生境,这表明如果依靠湿度感受器,它们反而会往洞口干燥但不适宜生存的环境迁移,这也就更加突出其感光能力的重要性。他们还通过转录组数据分析等生物信息学手段,再次证实了洞内真洞穴小弱蛛的眼睛退化并非遗传残留,而是受自然选择的驱动。洞内环境恒黑,洞穴蜘蛛会一直睡觉吗?刘杰团队利用洞穴结网型小弱蛛受到刺激时出现“假死”的抱团反应行为来展开实验研究,结合洞穴节肢动物昼夜节律分子机制分析,从行为和分子层次上发现了真洞穴蜘蛛持续活跃的现象。

“很多洞穴现在变成了酿酒厂、养猪场或者开发成为景点,许多洞穴蜘蛛濒临灭绝,我们呼吁大家一起保护神秘稀有的洞穴生物。”

方震东:我在滇西北给植被修复开处方

滇西北地区是全球生物多样性最丰富的热点地区之一,很多珍稀物种只有在这里才能被找到。然而在修路、开矿等人为扰动和泥石流等自然灾害下,这里的裸露地表面积不断增加,次生灾害加剧。

如何恢复滇西北地区的植被?这是云南迪庆香格里拉高山植物园研究员方震东20余年来,在乏人问津的高原一直探索和坚守的事情。他观察自然,在自然中寻找植被修复的答案。他发现在自然演化过程中留下了大量的先锋物种,也就是生态群落中那些长得早且快的物种,而且每个物种都具备强大的繁殖潜力。植物群落存在动态的演替现象,如果干扰消除会自动回归正常的演替,逐渐恢复原样。

于是方震东带领他的团队对滇西北16个县的120个先锋植物群落样地开展调查研究,并从中识别出105个先锋植物群落。他们把外来物种和全球广泛分布的物种剔除以后,筛选出129种重点推荐的和111种一般推荐的先锋物种,并公开数据供当地组织和个人选用。

但光筛选出先锋物种还不够,他们继续开发种籽配方和植苗方案,开展植被恢复示范工程。他们根据不同气候类型以及地方特色配置不同的种籽配方:为了减少野生动物或家畜的啃食,而添加一些带刺的植物;有添加一些当地的明星物种的种籽如高山大黄。有时候也会有意外的惊喜,他们在野外发现了一种很好看的植物叫邹叶报春,于是将它添加进种籽配方,增加植被的观赏性。

为了验证种籽配方的有效性,他们在播撒种籽之后,通过定点的重复样方监测和重复摄影监测,来观察哪些种籽能长出幼苗,哪些能持续多年生长繁衍等等。在这个过程中,他们形成了“企业+社区+环境”三方受益的模式,让当地60%以上的社区群众也能参与进来。“滇西北的植被是北半球植被的缩影,是浓缩的精华,她值得被赞美,更值得被呵护。”

王诺诺:数据构筑下的未来

近年来,中国科幻小说越来越受大众喜爱,王诺诺是新生代科幻小说作家之一。她用文字构建了一个个超越现实的科幻世界,现实与未来相互胶着,引人深思。

未来城市会是什么样子?科幻作家王诺诺在她的小说《全数据时代》里描述了这样的场景:主人公所在的世界,每个人都有专属智能助手,每时每刻会监测主人的生理指标和行程内容以做出恰如其分的安排,比如洗漱后自动检测生物样本,结合身体血压、血糖数值等,提出饮食建议;根据城市大脑共享的其他参会人员着装,给出穿着建议;能精确到秒地安排时速150公里的自动驾驶车辆接上主人……“这是不是很多人理想中的城市?因为它智能、舒适、便捷。但是写着写着,我发现便利的生活是有代价的,无所不知的城市大脑正在侵蚀一个人之所以能够称之为人的最基本的元素——我们的隐私。”数据和算法构成了当今便利生活的最基础的设施。但是这种便利对隐私的侵袭也让人逃无可逃。《全数据时代》就描绘了一个这样的未来——当“连接一切”变得理所当然,从网络中分离就成为了最昂贵的东西。

受外公影响,从小爱看科幻作品的王诺诺,2016年第一次向《科幻世界》投稿,几年的时间里,她就拿下了中国科幻小说界的最高荣誉奖项——中国科幻银河奖的最佳新人奖、最佳短篇。但王诺诺坦言,科幻作家也会有焦虑,焦虑不仅仅来自于截稿日、灵感枯竭,更多来自于笔下的那个坏未来。对于科幻作者来说,好的未来和坏的未来是并存的,而任何科技带来的重大突破,都会把人们带到好未来和坏未来的分岔口。在很多的科幻作品里,读者都能看到不同的未来,这也是科幻作家对于当下以及未来的思考所映射的世界。“人类最终要去往何方,这需要科学家、科技工作者一步一个脚印地实现。作为科幻作者,我也很荣幸能够描绘那些不一定到来的未来,希望它们都能给读者带来一些阅读的快乐和思考。”

为了让现场学生感受科学与脑洞碰撞的魅力,本期讲坛还特别策划了圆桌对话,就“科幻能推动科学的进步吗?如何看待现代科学技术与人类文明的关系”等话题展开讨论,学生和嘉宾们都发表了自己的见解。本期活动主持人是广州海洋实验室教授唐丹玲,她用亲切大方的主持风格,将现场气氛不断推向高点。

黄埔:为青少年插上想象力的翅膀

中学生是未来科技革命的主力军,借由本期科幻专场活动,现场公布了黄埔少年科学院第一届中小学“科探未来”科幻作品大赛的获奖作品,从小学组、初中组和高中组择优评选,最终评选出优秀奖4名、三等奖3名、二等奖2名、一等奖2名,共计11位获奖学生,由5位演讲嘉宾为获奖学生颁奖。此外,现场还特别邀请到黄埔区科协(广州开发区科协)党组书记、主席贾漫蓉为获奖学生的指导老师代表颁奖。

最后,现场也揭开了黄埔少年科学院第二届中小学“科探未来”科幻作品大赛的序幕,邀请科学与幻想成长基金发起人兼理事长马国宾做赛事说明,呼吁更多黄埔青少年用作品对未来科学进行畅想和展望。现在关注黄埔科协微信公众号,获取更多AIGC教师培训、作品投稿等信息。

(通讯员:雷锦萍  供稿单位:广州物联网研究院)