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来自世界各地的3个惊人的科学项目

钢铁侠套装、冰面望远镜和水下二氧化碳陷阱

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在现实生活中获得超级英雄般的力量 盐湖城——需要给一辆巨大的军用车辆换轮胎吗?需要将一枚200磅重的导弹装载到飞机上吗?穿上外骨骼,你就能轻松完成任务,而且不会出一身汗。

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这套高科技机械服堪比漫威漫画中的“钢铁侠”,目前正在盐湖城的雷神萨科斯(Raytheon Sarcos)的研究设施中成型。它结合了最尖端的微电子学和机器人技术,由易于穿戴、固定和操作的上肢和下肢组成,只需极少的培训即可使用。外骨骼拥有液压驱动的关节,能够流畅地模仿人体运动,并配有传感器,可以检测并自动调整穿戴者的动作。例如,如果用户想举起重物,该设备就能感应到手臂的向上运动,并极大地增强其举重能力。

这项技术是犹他大学机械工程师史蒂芬·雅各布森(Stephen Jacobsen)的创意,得到了国防部的资助。不出所料,国防部希望其士兵拥有超级英雄般的力量和耐力。目前,外骨骼需要连接到能源,如电力或燃油发动机——这在作战中是无法实现的障碍。因此,一项主要的研究重点是开发一个可以安全地背在士兵背上的电源组。未来的外骨骼版本可能还会配备装甲。弗吉尼亚州贝尔沃堡(Fort Belvoir)陆军执行官办公室(Program Executive Office Soldier)系统集成总监罗斯·格克特(Ross Guckert)说,穿上这种附加保护的士兵,例如,可能会被派往充满敌火的燃烧的悍马车中营救战友。

预计将于2015年左右在战场上亮相,外骨骼技术可能无法与虚构的超级英雄匹敌。但它应该能满足每个孩子拥有传奇般力量的幻想。

在冰块中探索宇宙 南极——相信物理学家们会想到用一块冰来建造一个天文台——而且他们真的接近实现这个设想。这个名为“冰立方”(IceCube)的新颖项目建在南极冰层深处,将绘制宇宙中微子的分布图。微子是几乎没有质量、没有电荷的粒子,它们来自黑洞、暗物质和爆炸的恒星等神秘天体。“将我们的焦点从光子转移到微子,将为我们打开一扇观察天空的新窗口,”威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin at Madison)“冰立方”项目负责人弗朗西斯·哈尔岑(Francis Halzen)说。

自2002年以来,一个国际团队一直在字面意义上用南极洲地下一立方公里的冰块建造这个微子望远镜。当穿过地球的微子与冰分子中的原子碰撞时,可能会发生微小的核反应,产生蓝光。立方体中篮球大小的光学探测器能探测到这些微小的反应,并确定微子的行进路径。通过从地表钻的孔,已经向下放入了大约1到1.5英里深的电缆,每根电缆上都串有60个这样的探测器。尽管距离完工至少还有两年,“冰立方”已经开始收集数据。

哈尔岑说,探测宇宙微子极其困难。由于这些幽灵般的粒子没有电荷,它们绝大多数时间会穿过地球而不与物质发生相互作用。在极少数与原子碰撞的情况下,其产生的证据非常微弱,很容易被其他来源的辐射所掩盖。为了过滤掉这些背景噪声,“冰立方”的设计者们利用地球作为屏蔽,将探测器指向下方,直接穿过地球看向北半球的天空。来自北方天空的微子会穿过地球,当它们到达南极洲时,探测器就会探测到它们。然后,哈尔岑和他的团队就可以绘制一张图,详细说明这些粒子来自太空的哪个位置。这张图应该能识别出剧烈宇宙事件的位置——也可能定位出普通望远镜无法看到的奇异新天体。“我们正处于应许之地的边缘,”哈尔岑说。“以前没有人做过这件事。我们可能会惊讶地发现,微子来自宇宙中完全出乎意料的来源。”

Dag Myrestrand/Statoilhydro

将二氧化碳储存在海底

北海,挪威海岸以南150英里——减少温室气体排放的最新、最有效的希望是直接在源头捕获二氧化碳并将其埋藏在地下。但有什么证据表明这种方法真的有效呢?答案只有一个字:Sleipner。

这就是这个项目的名字——取自北欧神话中的八足马。自1996年以来,该项目在北海的一个海上天然气平台上分阶段开发。由挪威主要的油气公司StatoilHydro运营。为了应对挪威政府征收的温室气体排放税,该公司每年从回收的天然气中捕获约100万吨二氧化碳,作为废物处理,并将其中99%以上注入到海底2600英尺以下的一个多孔砂岩地层中,该地层被不透水岩层覆盖。而二氧化碳也一直留在了那里。

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斯坦福大学(Stanford University)水文地质学家莎莉·本森(Sally Benson)说:“公司做得很好,召集了世界各地的专家来评估他们所做的工作。因此,我们可以非常有信心地说,Sleipner地区的二氧化碳泄漏不是问题。”

受Sleipner成功的启发,类似碳捕获和储存(CCS)的项目正在北极圈、阿尔及利亚、澳大利亚和加拿大启动。目前,这些项目大多涉及天然气开采,其运营成本可以吸收随同天然气产生的二氧化碳的处理费用。那些在转向CCS方面面临更高成本的行业——如发电厂、石化厂、钢铁厂和水泥厂等碳排放大户——很少效仿。但如果得到适当的税收激励,它们也可能很快加入。

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Sleipner地区的广阔区域有足够的容量来储存挪威未来许多年的所有二氧化碳排放,并且可能还可以在未来储存欧洲部分地区的二氧化碳排放——届时,清洁能源技术可能已经使CCS变得过时。

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