开讲了2024第一堂科普课
编者的话：新年伊始，一场别开生面的跨年晚会——“2024科学跨年之夜”吸引了中国百姓目光，十多位顶级科学家利用互联网直播为全国观众上了 “2024年第一堂科普课”。近年来，中国科学家在行星探测、量子计算、生物科学等诸多领域攀登高峰，实现突破。《环球时报》选取4位“科学跨年之夜”的代表嘉宾，通过报道他们的创新历程，分享科学进步的力量。
北京市科协副主席陈维成对《环球时报》记者表示，“科学跨年之夜”将科学与节日巧妙融合，讲述科学技术创新故事，展现科技报国豪情，让公众深刻感悟国家科技发展的辉煌成就，增强民族自豪感和科学文化自信，对于弘扬民族文化，提高国家软实力具有积极意义。
迄今为止，人类对神秘火星的探测已近50次。而在2023年，中国科学家通过“祝融”号火星车采集的数据揭开了火星存在液态水这一困扰人类多年的奥秘。中国地质大学教授、行星地质学家肖龙是火星的“挖水”人之一，他在接受《环球时报》记者专访时表示，行星地质研究是一件浪漫且刺激的工作，不仅仅可以先睹地外天体的风采，自己国家的研究成果更会被全世界关注，推动后续探索。
2021年5月，我国“天问一号”火星任务搭载的“祝融”号火星车成功着陆于火星的乌托邦平原，这一个位置是其他几个国家未曾着陆过的地点。“祝融”号在火星上详细记录了106组岩石的表面形态与构造特征的全景图像。肖龙的任务便是通过知识积累和肉眼分析判断，以寻找火星上存在海洋的证据。“每天盯着屏幕上的火星地表一张一张看，甚至做梦都是火星上的海洋，最终我们得知了有趣的‘羽骨状交错层理’。”而这些观测和研究结果，是迄今为止首个支持火星北部平原古海洋存在的直接性原位探测证据，对于揭示火星的历史和气候环境演变是个突破性进展。
如何攻克行星研究中的棘手难题？肖龙向《环球时报》记者介绍了“比较行星学”的研究方法。“根据遥感数据，行星科学界已公认火星上存在过湖泊，但这些湖泊是如何演化成为现今样子的？在我们难以去追溯火星古湖泊演变证据的情况下，我们大家可以通过地球上类似的地质地貌区来开展对比研究。为此，我们调研了地球上很多沙漠，发现它们有一些原来也是湖泊，后来气候环境变化，才变成了沙漠。其中我国西北的柴达木盆地就是一个典型，地貌和火星非常相似，而且原来就是个大湖泊。为此我们开展了十多年的柴达木盆地类火星地貌研究，为正确认识火星上类似地貌的形成提供了重要依据。”
近年来，我国在火星探测方面取得显著突破。我国在“天问一号”首次火星探测任务中就实现了环绕、着陆和巡视探测三大目标，这在人类火星探测历史上是首次，也是全球第二个完成此类任务的国家。去年4月，我国首次发布火星探测火星全球彩色影像图，空间分辨率为76米，是目前世界已公布的分辨率最高的火星全球彩色影像图，为开展火星探测工程和火星科学研究提供了质量更好的基础底图。肖龙告诉《环球时报》记者，这说明我们国家火星探测能力已达到了很高的水平。
目前人类对火星的了解程度有多深？肖龙对《环球时报》记者表示，通过近50次探测，人类对火星宏观地形地貌特征的认识已比较清楚，但对火星早期的大气和地质环境、磁场演化还有是不是具备形成生命的条件等，还在探索中。“我们远征深空，研究其他行星的生命演变史，是为了寻找宇宙起源、地球起源、生命起源，揭秘地球和人类的过往，推测宇宙与你我的未来。”
2023年12月，国家重大科学技术基础设施项目高能同步辐射光源（HEPS）加速器储存环最后一台磁铁就位，标志着HEPS储存环主体设施安装闭环，预计将于2024年发射第一束光。高能同步辐射光源工程总指挥潘卫民在“2024科学跨年之夜”通过视频带领观众探访了位于怀柔科学城的HEPS项目，展现我国在高科技领域自立于世界民族之林并占有主体地位的决心和意志。潘卫民告诉《环球时报》记者，HEPS建成后将变成全球最亮的第四代同步辐射光源之一，这代表着在基于同步辐射光源平台开展的科学前沿研究领域，我国与国际最领先水平站在了同一个起跑线上。
HEPS是我国首台高能量同步辐射光源，可以发射比太阳亮1万亿倍的光。从空中俯瞰，HEPS建筑由三栋主体建筑构成，整体外形如同一个放大镜，寓意“探测微观世界的利器”。潘卫民介绍称，HEPS具有能量高、分辨率比较高、重复频率高等特点，这在某种程度上预示着我们能够更清晰地观察微观物质的深层次内部结构。可以说，HEPS是基础科学和工程科学等领域原创性、突破性创新研究的重要支撑平台。
潘卫民向《环球时报》记者透露，按照项目计划，2024年7月将对储存环加速器进行调束，于年底前发出第一束光，这束光将慢慢地加强，最终成为“世界最强的光”。不过，潘卫民说，这一过程“时间紧、难度大”，“有些人觉得不大可能完成，但这是我们‘光源人’的目标，目标定下了，我们就会努力实现”。
据介绍，建成后的HEPS是世界五大高能光源之一，也是少有的第四代光源之一，“这极大的提升了我国的科技地位，将会推动生命科学、能源环境等民生相关领域的科学技术创新”。同时，HEPS还将吸引更多外国科学家与我们开展合作，助力产出先进成果。
“最亮光源”，一定需要最具挑战的技术。HEPS主体装置主要由电子加速器和光束线站两大部分组成，电子加速器又包含直线加速器、增强器、储存环。而储存环是整个光源顶级规模、研制精度最高、难度成分最多的部分。潘卫民告诉《环球时报》记者，周长约1360米的储存环布置了1700多块高精度且小巧的磁铁，全部就位误差要在50微米以内，“比头发丝还细”，并且要解决磁铁间相互干扰、真空盒分布式抽真空等问题，所以“攻克了一批技术难关，促进了我国在加速器领域各个学科技术的发展”。
潘卫民对《环球时报》记者表示，多学科交叉、多团队协作、多领域融合是世界科学的发展的新趋势，更是我国科学蒸蒸日上的重要体现。
古今中外，人们对太阳的探索从未停止。在“2024科学跨年之夜”，太阳物理学家、中国科学院院士、中国科学院国家天文台研究员汪景琇说，太阳是人类探索之旅中一个永恒的挑战，而目前对太阳活动的观测研究正处于最重要的时段。
人类为何需要研究太阳？《环球时报》记者在专访时，首先抛出了这一问题。汪景琇表示，太阳活动影响着人类的生存环境，研究太阳就是研究人类的家园。另一方面，从文艺复兴时期的“日心说”，到今天的太阳系外生命宜居带的探索，自然科学的进步总是伴随着人类对太阳的深入研究。太阳是离地球最近的一颗恒星，也是唯一能够对其进行高时间分辨率、高空间分辨率、高光谱分辨率和高精度偏振探测的天体，我们积累的太阳知识也引导着人们探索更广阔宇宙中的天体对象。
人类对太阳的了解程度有多深？汪景琇用“挺了不起”来概括。他告诉《环球时报》记者，人类对太阳总体结构，包括内部的产能机理，已基本把握；对太阳表面层次（即光学厚度为1的地方的范围）基本观测清楚，包括太阳磁场、流场、太阳活动和外层的太阳风等，相应的天体磁流体力学和辐射转移理论得以建立。但对太阳内部的探索还主要停留在理论阶段，期待更多观测努力。汪景琇还提到，“帕克太阳探针”2024年将到达距离太阳表面9倍太阳半径的地方，“这等于已到太阳大气内部去实地测量了，所以人类在太阳探测上的进步是很了不起的科学奇迹”。
据汪景琇介绍，我国的太阳物理研究在国际上处于先进与领头羊之间，我国的优点是对太阳活动和太阳磁场的研究，但在太阳内部结构研究等方面还存在一定差距。上世纪60年代，我国开始研制世界上最好的太阳磁像仪——怀柔太阳磁场望远镜，这标志着中国太阳研究的新开端，在地基太阳磁场、速度场成像观测，特别是向量磁场观测研究领域，处于国际领头羊。汪景琇回忆，1999年是利用这台望远镜，当时的研究生、今天已是中国科学院国家天文台怀柔观测基地主任的邓元勇和艾国祥院士与他，在世界上首次测量出太阳极区的向量磁场。
而今天，太阳研究作为天文学的一个重要分支，正在中国焕发着勃勃生机。2021年10月发射的中国首颗太阳探测科学试验卫星——“羲和”号，开启了中国逐日的新时代，这一空间探测器让我们得以详细研究太阳的自转和太阳爆发源区的动力学。由中国太阳物理学家自主提出的综合太阳探测卫星——“夸父一号”实现了中国综合性太阳空间探测零的突破。汪景琇说，“我们用自己的方式将中国天文的浪漫洒向太空，羲和与夸父携手，成为中国太阳物理学家的‘逐日双雄’。”
“走马灯居然就是航空喷气发动机的最初雏形！”在“2024科学跨年之夜”，航空动力专家、中国工程院院士、北京航空航天大学教授刘大响一边拆解走马灯，一边和现场的小朋友生动地介绍说，走马灯的工作原理和近代燃气轮机一样，都是根据热空气上升产生推力。
刘大响感慨道，航空发动机是航空工业的心脏，世界上仅有寥寥几国具有研制航空发动机的技术水平，而达到顶尖水平的，更是少之又少。由于受到技术封锁和缺乏核心技术的影响，过去中国在研制自主航空发动机方面进展缓慢。
2023年5月28日，国产大飞机C919迎来商业首飞，这是中国民航史上一个很值得标注的日子。
“我今年就要87岁了，和飞机发动机打交道就有60多年。在这60多年中，一半的时间，我是在山沟里度过的。”刘大响分享说，航空发动机的自主研发离不开高空台这一大型装置，这是在地面模拟飞机发动机在空中的飞行状态和环境条件，对发动机整机和部件进行高空模拟试验的大型试验设备群。“我在深山中的30年，就是在建设中国自己的高空台。”1995年底，我国首个高空台交付国家验收，总体试验技术和测验精度达到世界同类设备领先水平，被誉为“亚洲第一台”，为我国20多个发动机型号完成试验。我国成为美俄英法之后第五个拥有类似规模高空台的国家。刘大响激动地说：“付出不是一朝一夕的奋斗，而是漫长无尽的坚守。”
