"#火星叔叔书单##遥望火星致敬科学经典#
 
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第10期,今天火星叔叔给你带来一本火星探测科普图书
 《下一站火星》|毛新愿著 
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 下期预告:国家地理火星零距离 : 好奇号火星探索全记录

 内容简介 · · · · · ·
听上去与我们特别遥远的航天技术,其实就在我们身边:每晚 7 点半准时放送的天气预报,早上出门前空气指数的查询,出行导航地图服务,这些都离不开近地卫星 24 小时不间断的信息传输,火星是一个没有我们需要生存和发展的世界:空气、重力、热水淋浴、新鲜农产品、隐私、啤酒。火星探索在某种程度上是探索人类的意义,从火星叔叔马丁开始,去火星旅游就是每个孩子乃至成年人的航空梦,本书用娱乐旅行的写作线索,教读者对空间生命科学进行探索,如果你关心人类的科技和未来,这本书中梳理出来的,人类的勇气与挑战、冒险与荣耀并存的征途,相信会给你启发。

作者简介 · · · · · ·
毛新愿

知乎航天话题优秀答主,航天工程博士后,航天知识科普专家,曾在知乎成功主讲过一系列航天相关 Live 并均获得高分评价 ,也多次为航天和科技类杂志供稿。

目录 · · · · · ·
序言?踏上火星,人类成为跨行星生存的物种
第一章 揭秘火星 地球和两个可怜兄弟 / 016 火星:当荧惑遇到战神 / 030 关于火星的基本事实 / 039
第二章 火星探测从无到有 肉眼可见的火星 / 062 疯狂的火星探测竞赛 / 065 “维京”来了! / 079
第三章 差一步,从月球到火星 不造航空母舰,造登月飞船 / 092 登月俱乐部拒绝新人 / 094 核能火箭的野心与哀歌 / 098 2000亿投入,50年回报 / 103
第四章 火星探测重新开启 人类的第三次历史机遇 / 108 全球勘探者:巨大成功! / 111 旅居者:第一辆火星车 / 116 90年代末:祸不单行 / 119 火星气候勘探者:粗心大意有多伤? / 123
第五章 21世纪的辉煌 多国驻扎火星上空 / 128 火星表面的人类使者 / 143 俄国梦魇未醒,中国痛惜“萤火” / 169

《下一站火星》试读:序
踏上火星,人类成为跨行星生存的物种

我们从何处来?我们是谁? 我们将向何处去?这是人类自有意识以来就不断对自己提出的三个问题,也是所有哲学家渴望回答的终极问题。漫长的人类进化史,本质之一就是人类不断挑战自身极限并用创造出来的生产力去解答这三个问题的过程。几乎所有的科学、技术、工程、艺术、文化、历史研究等都在为解答这三个问题服务。数万年前,在语言发明后,人类能够口口相传祖先为数不多的传说;一万年前经历了文字革命,人类有能力记录自己的历史和故事,人们开始清楚自己的身世和祖先的传说。1859年,查尔斯·达尔文的《物种起源》发表后,“物竞天择,适者生存”的理论开始传遍世界。人类逐渐明白自己只不过是地球上亿万物种中能适应当前时代的一种,在承袭了无数奠基物种的优势后才得以发展到今日。直到新世纪初,随着人类基因组测序计划的完成,人类更加清楚了自己的身世,庞大的基因组也揭秘了人类从树上到地上、从非洲到美洲、从出生到死亡的进化发展密码。然而,一直有一个重要的问题无法被解答:我们最终会向何处去?自从人类祖先从茹毛饮血的蛮荒时代缓慢走入文明时代,头顶上的天空便成为人类最为神秘的所在。万象星辰、电闪雷鸣,让人们幻想天上有神灵。但是,即便我们向各种各样的神祈祷,也始终无法摆脱地心引力的桎梏。人类的未来难道就真的停留在风雨雷电之下,脚下的土地也将是子孙后代永远的安息之所吗?科技的发展与进步在近现代迎来一个重要的奇点——航天科技爆发。虽然它的先驱是并不光彩的V2火箭(导弹),但人类很快就在1969年将足迹印到了38万千米之外的月球,并创造了一个登陆过月球的12人俱乐部。这12个人甚至可以被定义成一个新的“物种”——一种可以跨越星球生存的地球生物。尽管如此,人类对宇宙的认知还是太过狭隘。根据2013年哈勃望远镜的观测,科学家明确已知的宇宙历史是138亿年,但它还在不断膨胀,目前可探测到的宇宙半径已经达到了465亿光年!一光年是光在宇宙真空中沿直线传播了一年的距离,长度大概是9.5万亿千米。如果让人步行的话,走完一光年至少需要数亿年;就算坐高铁一刻不停地冲,也需要几百万年!这毕竟还只是初步观测。古人云:耳听为虚,眼见为实。现代科学也相信观察,验证假设。两者并没有本质区别,都是相信实际看到的、能做到的才是真的。因而,古人渴望探测海洋与我们今天努力探测宇宙,是同一个道理。探险家费迪南·麦哲伦在500年前带着船队实现了环球航行的梦想。几百年间,人类的足迹遍布地球每个角落。时至今日,科技的力量让我们更进一步地了解地球。而对于宇宙探测,人类渺小到连“蚍蜉撼树”的资格都没有。假如真正以“眼见为实”的观点来衡量,人类离开地球最远的记录是阿波罗13号探月时的40万千米。当时阿波罗13号出了故障,只是绕了月球一圈回来,三位宇航员躲在登月舱里只是祈祷能活着返回地球。可以说人类确切了解的宇宙星球中最远的便是38万千米外的月球。和广袤无际的宇宙相比,人类走过的地方,大概相当于太平洋中的水分子。中学物理书里介绍过,随便一滴水里的水分子数量就高达数亿亿个,这意味着我们跨越一个宇宙“水滴”都非常困难!在已知的宇宙面前,人类依然势如蝼蚁。即便是人类使者——无人探测器的脚步,最远也仅是1977年美国国家航空航天局(美国航空航天局)发射的旅行者1号在连续飞行42年后到达的距离地球218亿千米处。这个里程即便现在以光速出发也需要20小时5分钟才能跑完。然而,这与动辄以数亿光年记录的宇宙距离相比还是微不足道。更何况,人类各种探测器和望远镜看到的图像,都是由于电磁波在宇宙传播。根据相对论,电磁波的传播会受到引力场等各种因素的扰动不断转向、发生变化,人类未知的暗物质和暗能量占宇宙总质量的95%左右,那么人类怎么确定一道光线(光是电磁波一种)就来自看到时的那个方向?理论上讲这道光线甚至有可能从任意方向射出来,不断被引力作用,来到人类眼前。况且,人类观测到的只是几亿光年外的宇宙一角,如今那里发生了什么根本无从知晓。可以说,人类对于宇宙的了解,连坐井观天的水平都还远未达到!因此,我们不禁想反问自己这么几个问题——如果人类是由初级地球生物演化而来的,那么最早的地球生物来自哪里?未来人类真的会永远停留在地球这颗极其不显眼的行星上吗?人类在宇宙中孤独吗?宇宙这么大,只有地球上有生命岂不是太浪费了?任何一个与太阳系类似的星系都有宜居带。在这个区域内,行星能接收到足够的恒星辐射能量,能保持合适的温度,维持液态水和大气的存在,也可能孕育生命。在太阳系内部,金星、地球和火星都处在宜居带上,但金星和火星由于先天条件和后天演化变得不再宜居。太阳系只是银河系中微不足道的一个小星系,像太阳这样的恒星,银河系里可能有几千亿颗,银河系这种规模的星系在宇宙中恐怕可以用万亿级别衡量。那么,在宇宙中处在宜居带上、有可能孕育生命的行星到底有多少?我觉得可以想象一下。太阳系之外的行星叫作系外行星。在21世纪之前,人类仅仅发现了数十颗系外行星。随着进入新世纪航天科技的突飞猛进,人类发现的系外行星数目与日俱增。2009年发射升空的开普勒望远镜极大地提升了天文学家的想象空间,单单在2016年人类就用它发现了1000多颗系外行星。显然,人类绝不可能满足于停留在渺小的地球上,外面几近无穷的世界等待人类勇敢地迈出脚步去开发。地球唯一的天然卫星月球已经被征服。两颗位于地球附近宜居带的行星,金星已被证实难以探索,而且探索价值有限,所以火星就成了人类目前唯一的选择。火星成为人类迈出地月系统,乃至迈出太阳系的试金石。人类幻想探测火星数万年,在航天时代的实际探索也尝试了60年。这一切进程还在不断加速,因为所有人都在等待征服火星的那一天。那时人类可以被定义为一个全新的物种:一种来自地球的、可跨行星生存的生物。为了这个辉煌时刻的到来,人类仍在孜孜不倦地努力。一个物种的功绩可依靠其作为来评判。本书就希望站在这样一种视角,带着读者细细旁观人类每次伟大的火星探测之旅,逐渐探清火星开发的未来"

#廊坊播报# 【廊坊开发区:构建科技创新生态体系 加快推动创新成果转化】新奥集团微型燃气轮机加快迭代,不断提高国内市场占有率;廊坊新赛浦特种装备有限公司第二代电动智能测井绞车研制成功,达到国际一流技术水平;中轻特种纤维有限公司超级电容器隔膜纸进入产业化准备,有望填补国内市场空白……廊坊开发区大力实施创新驱动发展战略,区内企业产品“含金量”越来越高。
“今年上半年,全区有效发明专利1061件,万人发明专利拥有量116.59件,万人发明专利拥有量远远超出全省4.09件的平均水平。”廊坊开发区党工委书记、管委会主任王一平说,开发区坚持推动形成多领域、多层级、全方位的科技创新生态体系,不断提速“升位争先”步伐。

协同创新,大力推动成果转化

走进廊坊精雕数控机床制造有限公司,他们自主研发的全闭环一体化五轴高速数控机床正在加紧生产。产品设计师马云鹏介绍,这款产品主要应用于精密模具复杂零件的五轴定位加工和多轴联动加工,是公司的拳头产品,目前已经在廊坊实现批量生产。
公司党委副书记徐芝兰介绍说,他们是一家来自北京的高科技企业。自2010年入驻廊坊开发区以来,在廊坊开发区多方面帮助下,他们搭建起了完善的创新平台,有效地整合了来自北京的优质创新资源,提高了企业的自主创新能力和产品竞争力。
近年来,廊坊开发区加强与京津建立协同创新体系,着力构建“京津研发、廊坊孵化转化产业化”的新格局。他们一方面鼓励区内企业“走出去”,深入对接京津创新源头,促进更多科技成果在开发区孵化转化;另一方面将京津科研院所、高校“引进来”,构建开发区科技创新良好生态。
“在‘引进来’方面,我们尤其注重引入‘国家队’。”廊坊开发区经济发展局局长林秋鸿介绍,目前全区已经聚集有中科廊坊过程工程研究院、中科空间信息(廊坊)研究院、中科先行科技有限公司等中科院“四所一局两院”下属机构,以及河北清华发展研究院等高校下属机构,全区科技创新生态体系持续优化。
走进中科廊坊过程工程研究院产业示范基地,新型锂动力电池高镍三元正极材料生产示范线正在安装设备。“我们研发的高镍三元正极材料能量密度高、杂质含量低、循环寿命长、安全性能好,相关技术达到了国际先进水平,应用前景十分广阔。”项目负责人告诉笔者。
中科廊坊过程工程研究院成立于2017年12月,由廊坊开发区与中科院过程工程研究所合作共建。成立两年多来,研究院借助北京的技术和人才优势,联合地方政府和科技企业,取得了多项成果。“尤其是在重大科研成果转化方面,我们正在建设4条中试线,预计年底投产达效。”研究院相关负责人王伟介绍。
林秋鸿介绍说,这些“国家队”拥有丰富的科技创新资源,他们在开发区设立分支机构,不但可以壮大开发区科技创新队伍,实现全区科技创新的“增量扩容”,还能促使本地的科技创新环境发生“化学反应”,借地利之便为本地企业的科技创新、成果转化提供帮助,有效丰富本地的科技创新生态。

做优服务,培育壮大创新主体

“我们研制的微型燃气轮机,不但具有高性价比,即同等功率机组单位千瓦价格仅为国外一半左右,而且热电比例可调,相比国外品牌适用场景更加广泛……”新奥集团微型燃气轮机项目负责人宋俊波表示,在廊坊开发区的帮助下,他们开发的产品越来越受用户欢迎。
据新奥集团有关负责人介绍,廊坊开发区在科技、金融、资金、人才等多个方面的优质服务,为企业科技创新提供了适合的“土壤、阳光和水分”。目前,集团众多科技项目均取得显著成果,集团实力进一步增强。
企业是科技创新的主体。近年来,廊坊开发区通过搭建线上综合服务平台,积极帮助企业申报省、市各类科技扶植资金,培育区内科技型企业。目前,廊坊开发区拥有国家级高新技术企业112家,在全省开发区中名列前茅。
为企业提供“真金白银”的支持,廊坊开发区积极落实省、市各级科技扶植资金,今年已拨付科技研发平台、国际科技合作基地、高新技术企业、众创空间、技术合同登记、产业技术创新战略联盟、研发奖励等资金2785万元。廊坊开发区还对区内高质量发展企业进行表彰奖励,共奖励资金3733.75万元。
针对科技型企业“有形资产少、无形资产多”的特点,廊坊开发区引导各类金融机构创新产品和服务,助力企业科技创新。今年上半年,各类金融机构通过联合担保等方式,为廊坊开发区科技型企业融资约5亿元,解决了企业在复工复产、科技成果转化过程中遇到的资金难题。
不久前,一场“科技成果线上对接会”在廊坊开发区成功举办。“本次线上对接会是在常态化疫情防控形势下一次新的尝试,通过线上广泛对接、线下精准服务,推动新技术、新成果、新产品快速落地,确保将各类对接成果、科技合作落到实处。”廊坊开发区经济发展局副局长许馨文说。
疫情常态化防控以来,廊坊开发区将更多为企业服务搬到“线上”,相继举办了首届网络招商会、科技成果线上对接会、政银企对接会等“线上”活动,做到了疫情防控不放松、服务企业“不打烊”。“通过廊坊开发区的‘线上’服务,我们又招来一批科技创新企业。”联东U谷·廊坊国际企业港招商负责人高兴地说。
人才是创新的第一资源。廊坊开发区通过实施高端人才引进培养工程、深化人才发展体制机制改革、营造创新创业良好环境等举措,积极引进院士、专家、科技领军人才、高技能人才,打造具有国际水平的科技创新人才团队。仅去年一年,他们就引进各类人才5000余人。

夯实平台,支撑全区创新发展

多窗式结构带来了充裕的日光,在工作时间几乎不需要使用人工照明;双向对流通风及中庭通风的设计,不用空调和电风扇,就能达到良好的自然通风效果……在威卢克斯(中国)有限公司办公楼,独特的设计让到访的客人感到新奇。
公司生产总监李建民介绍,他们是一家研究、生产和销售屋顶窗及配套产品的国际性建筑科技公司。借助企业自己的研发平台,在新产品研发、建筑节能技术和可持续建筑发展理念方面,一直走在市场前列。最近两年,企业主营业务收入平均增幅均在10%以上。
近年来,廊坊开发区全力打造依托科技企业的企业研发平台和依托科研院所、高校的高端研发平台,目前,全区共拥有市级以上研发平台105家,其中国家级研发平台5家,省级各类研发平台36家,市级研发平台64家。多层级研发平台为全区创新发展提供了强大支撑。
他们依托华为、新奥、华大基因、威卢克斯等科技型企业,采取政府支持、企业主办、企校合办等多种形式,全力打造贯通创新链、衔接产业链的企业研发平台。今年新获批2019年度国家级企业技术中心1家、河北省企业技术中心1家、河北省技术创新中心6家、河北省工业设计中心1家。
京津两大城市,创新资源、智力资源富集,廊坊开发区积极利用自身区位、政策、服务等方面优势,大力吸引京津科研院所、高校入区创业或建立分支机构,全力打造高端科研平台。
成立两年多的中科空间信息(廊坊)研究院,紧紧围绕京津冀发展数字经济产业、卫星应用和建设智慧城市等方面的科技需求,形成以空间信息技术创新、行业应用服务和关键技术产业化为主要内容的协同创新平台。“目前,我们服务的部门、单位已经超过了30家。”研究院院长助理臧文乾说。
科技创新提速廊坊开发区“升位争先”的步伐。今年上半年,廊坊开发区一般公共预算收入累计完成19.56亿元,占到了全年目标的6成还多;限额以上消费品零售额完成66.1亿元,同比增长49.7%。在科技创新的强力支撑下,廊坊开发区向着国家级开发区前30强目标奋力前进。

【量子材料研究前沿|npj Quantum Materials】点击免费浏览该专辑全部内容:https://t.cn/A6U3FbCK

该专题研究及综述均来自npj Quantum Materials,一本致力于令人振奋的量子材料研究期刊,展示了近期发表的量子材料前沿研究的广度和深度,或能为科研工作带来新的启发,欢迎选阅。
所谓量子材料,当前比较公认的范畴覆盖了凝聚态物质中的“关联量子系统”。这些系统或者说材料所表现的性质,难以用凝聚态物理教科书所涵盖的单电子理论来描述。例如,导电行为偏离了金属电子气基本特征的金属材料、磁性材料、包含有d电子和/或f电子的半导体及绝缘体等电子-电子相互作用不能忽略的材料,都统归在量子材料范畴内。推而广之,那些处于研究前沿的凝聚态和材料科学领域基本上都有量子材料在扮演重要角色,如超导、磁性、铁电、光电半导体、催化、储能、热电、光伏转换等领域。
在研究方法上,为了将量子材料中的这些关联效应提取出来,一种普适的方法是将材料温度降低到几十开尔文甚至几开尔文。此时,我们可以将电子-电子相互作用效应从高温区热涨落效应中隔离出来,从而得以对量子材料中深刻的量子凝聚态内涵有深入和定量的理解。诚然,量子材料中诸多物理效应都是大量基本粒子(如电子和可以量子化的准粒子)集体激发的结果,它们对外场如电场、磁场、应变、温度等的响应也成为我们理解并应用这些量子材料的必要知识。丰富并不断更新我们的这些知识,为已有和未来的应用开疆破土,即是量子材料研究的主要任务。

[星星] npj Quantum Materials 创刊于2016年,由Springer Nature 和南京大学共同出版。该刊发表经同行评审的高质量的原创论文,以及评论、编读往来、会议报告等内容,涵盖量子材料及其基本特性、制造和应用等,反映该领域的最新科学进展。

2019年期刊指数:
IF: 6.562
H Index: 23
SJR: 3.26
SNIP: 1.77
JCR分区:
Q1 Condensed Matter Physics – SCIE
Q1 Electronic, Optical and Magnetic Materials

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