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关于毒品和老鼠的故事: songshuhui 2008-9-3 15:46; 小蓟夏静好发表于2008-04-28 星期一 15:15 分类: 生物 | | 内容提要：科学家曾用老鼠揭示了吸毒者对毒品渴求的残酷性，并利用它们来研究人类该如何戒断毒品。却也有人，同样用这种小动物，揭示了我们对毒品渴求的实质如此容易便掉入陷阱，是因为我们过着孤独、不幸福的生活。这一切，孰对孰错，也许，争辩并无意义的。让我们活得幸福，远离诱惑！也许，这才是正题的。为什么生物学上喜欢选老鼠做实验？首先只怪它们体型小巧、杂食且生殖力旺盛。这些小家伙基因数量与人相差无几，细胞和器官都和我们大同小异，甚至行为问题也如出一辙鼠甚至会像人一样因压力而紧张。上世纪伊始，就有遗传学家从宠物市场买来老鼠，让它们杂交，然后观察婚生子女的皮毛颜色，检验孟德尔法则正确与否。之后，心理学家们一度流行遛鼠，津津乐道于怎样训练老鼠们走迷宫。到了上世纪中期，进行药物成瘾研究的学者们也突然发现了这其间的种种便利，老鼠与毒品的纠缠就此展开。笼中鼠的瘾君子生涯想利用老鼠来研究药物成瘾，当务之急是要证明它们跟人一样，有变成瘾君子的潜质。于是一位先行者被请入笼中，旁边放个踏板，踩一踩，就有药品注射到它的身体里。如果注射的药品是可卡因或是海洛因，不出一周，从踩踏频率上来看，它已经爱上了这项迷幻运动。然而，臆断并非科学的态度，此时还没人敢打包票它和一位人类吸毒者之间已经能够感同身受。要检测这只老鼠是不是成了瘾君子，还得看它有没有痛苦的戒断反应。于是，实验人员出场把毒品换成了生理盐水，倒霉的老鼠被迫进行强制戒毒。最开始，它还是会痴痴地踩踏不停，几天之后，因为习惯了失望，踩踏的频率有所降低，逐渐地，它忘记了自己曾经是一只有毒瘾的老鼠，走过踏板的记忆也一样云淡风清，仿佛这块踏板从未给它带来狂喜。事情进行到这个地步，瘾君子鼠的全部反应跟人类里的难兄难弟完全符合，科学家们放下心来，觉得尽可以在其身上使出浑身解数来搞清楚一个根本性的问题：什么令老鼠上瘾？20世纪60年代，神经生物学家试着给笼子里的老鼠们注射了一种能够阻断多巴胺的药物，之后把毒品换成生理盐水，老鼠们就不再疯狂地踩踏踏板了。今天我们知道，实验中被阻断的多巴胺是产生药物依赖性的一种关键性物质，它的日常工作是作为一种神经递质在大脑中传递信息，产生的效果则与人类的快乐感受有关。此时，还有个问题萦绕在你我脑中，为什么吸毒者重操旧业率居高不下？这问题要拿到老鼠身上来研究，并没有想象中容易。一个人类吸毒者对毒品的渴望，可能来自于昔日同伴的一个电话：嗨，哥们，要不要出来一下。而对老鼠，如何勾起它对毒品的渴望，然后量化研究这种渴望，就得大费周折了。妻离子散，生活不幸福的吸毒者通常更容易复吸痛苦的刺激也许是引发复吸的一个好办法，研究人员由此得到灵感，对戒断后的笼中鼠进行电击。果不其然，老鼠很快想起了自己曾经是只瘾君子鼠，对毒品的心理渴求被激发出来，标志性的动作就是重新踩起了踏板，踩踏的频率在此可被用作心理渴求严重程度的量化指标。除了电击，还可以用条件反射的方法引起老鼠们的心理渴求。每次给老鼠注射毒品时，都在笼中引入声音或光线刺激。待老鼠戒断之后，以往日的情景勾起它的渴望灯亮了，声音响起来，如同巴浦洛夫的那条狗，老鼠们唰地一下子燃起了对毒品的强烈欲望，和痛苦刺激下的反应一模一样。现在，有了复吸的量化指标，让我们看一下老鼠们复吸的情况，把戒毒后不同时间施加刺激导致老鼠踩踏板的频率变化画出曲线，从中可发现老鼠们对毒品的心理渴求会随着时间流逝逐渐升高。一只平均寿命约为2年半的实验鼠，在可卡因戒断后，第一天对毒品的心理渴求最低，然后上升，半年之后才开始下降，但仍比第一天高。而进一步的研究进展表明，毒品是有生物学基础的慢性复发性疾病，与个人意志力无关。与复吸有关的神经回路与已知的记忆存储相关回路有很多相似之处，被牵扯进来的脑区越来越多，事情变得愈加复杂。幸而，科学家们也开始抓住了几丝主线，那就是在大脑中传递信息的神经递质。与毒瘾有关的神经递质，除了我们已经熟悉的多巴胺，谷氨酸和GABA也成了新的研究热点。虽然前景不明，但某药物滥用研究机构的负责人Nora Volkow的话至少可以令我们对未来多一些底气，她说未来的5～10年内，我们对药物滥用的治疗方法必将与今天大相径庭。故事的另一面老鼠和毒品的故事并非只有一条主线，英属哥伦比亚Simon Fraser大学心理系教授Bruce Alexander带领的一个团队，正试图从另一个角度诠释鼠类或人类与毒品的纠缠。 Alexander等人属于跟上述同行完全不同的一种研究者，这群人认为单纯地去寻找一粒治疗毒瘾的药丸，事实上掩饰了整件事情的真相我们如此容易便掉入陷阱，是因为我们过着孤独、不幸福的生活。该研究始于上世纪70年代，那时，业界都热衷于将老鼠们放在一个单独的小笼子里，观察它们如何热衷于毒品，甚至不惜放弃食物与水，最终饥渴而亡。上述现象又被宣传至尽人皆知：毒品具有固有的、不可避免的致瘾性。然而，事实真是这样吗，致瘾是毒品在任何情况下都不变的固有特性吗？前人已经进行过的大量重复实验之中，老鼠们无一例外都会陷入毒瘾，然后一次次复吸。于是Alexander和他的合作者们提出了大胆假设：老鼠们的生活极度糟糕，它们孤独、压抑且生活无趣，所以才投入了诱惑的怀抱。为了证明自己的推断，Alexander建立了一个实验鼠的天堂鼠园。这个方圆 200平方英尺的居住区里有罐头瓶子可供戏耍，绘着漂亮的溪流和草地，并有大量的小房间供鼠类们进行约会、婚嫁等社会活动。 16只幸运的大鼠被Alexander选中，扑通一声丢入园中，开始了它们的幸福生活。在那里，有两种饮料供选：水或掺了吗啡的甜鸡尾酒。Alexander给对照组的那些关在笼子里的鼠们也提供了同样的饮料备选。结果如何呢？真实的天伦之乐显然超过了吗啡的人工快感，鼠园里的老鼠们对吗啡溶液几乎不怎么碰，而对照组中孤独、沮丧的鼠们则很快接受了自己借毒消愁的命运，这些形单影只的家伙喝下的吗啡鸡尾酒足足有鼠园里那帮幸运儿的12倍！由此，Alexander一语道破天机：除非人类也能一出生就生活在一个真人版的伊甸园里，才有可能根除任何形式的成瘾。而传统的药物依赖性研究学者们，虽然很不喜欢Alexander关于寻找戒瘾药是无用功的断言，却也赞同生活环境很关键的结论。这些学者们最后达成共识的观点，家长们也许该好好听一听：一个积极、良好的教育环境，尤其是在儿童期和青春期，是一个人抵抗成瘾的强有力的保护伞。一年多之前写的，忽然发现，网上现在已经找不到了，贴上大家玩。嘿嘿，那时候好幼稚呢，不会写东西，可惜了一个好故事，唉！标签：钩沉索隐; 个人分类: 生物|1401 次阅读|0 个评论

闲话吃人: songshuhui 2008-9-3 15:39; 青方发表于2008-04-30 星期三 10:39 分类: 医学 | | 说到吃人，让人想起以前常说的吃人的旧社会，这里的吃人是形容词，和万恶的是一个意思。但我想说的是真的吃人，是动宾结构。说到真的吃人的时候，自然就联想到野蛮的食人族食人部落，是文明的春风吹不到的人和地方干的事情，和野蛮动物没有差别。但仔细探究人类的吃人历史，发现吃人并非是不文明的标志，有的时候还是高度文明的一种做法。我们有一个不太引人注意的节日，叫寒食节。是纪念春秋时的介子推，介子推和晋国的王子重耳一起流亡的时候，重耳非常饿，于是介子推割了自己腿上的肉给重耳吃。重耳后来成了春秋五霸之一的晋文公，封赏手下人的时候，一个说法是忘了介子推，一个说法是介子推高风亮节拒绝了封赏，躲到了棉山，晋文公放火烧山，烧死了介子推，为了掩盖自己的过错，就有了到现在还过的一个寒食节。在这个故事里，我注意到了重耳吃了介子推的肉，介子推的做法，是一种表达忠心的极端方式。从此之后，吃人被赋予了新的高尚的含义。以后能给帝王将相尽忠的人，献上自己的或是自己孩子的肉是极度忠诚的表现。普通老百姓没有这个尽忠的机会，就变成了尽孝。据文献记载，中国历朝历代都有一个风俗，就是儿媳妇为了表达自己对公婆的孝顺之心，也为了能上孝顺排行榜，也割自己身上的肉给患病的公婆吃。李时珍大夫曾经严厉地批评过这种做法即残忍又不科学，科学的做法应该是他在本草纲目里记载的。本草纲目里记载了一个古阿拉伯的一种圣药的做法，一位老年男性自愿者，愿意把自己变成这种圣药的药引子，然后这位药人就开始吃蜂蜜，喝蜂蜜，直到拉的是蜂蜜，尿的也是蜂蜜，留的眼泪都是蜂蜜的时候，他就死了，然后人们把他泡在盛满蜂蜜的石头棺材里，密封起来， 100 年后开封，石棺里的东西就是能治疗百病的圣药。没有人能考证到这种做法的真伪，但从此之后，吃人才真正的从忠孝的神坛上走了下来，变成了一种医疗活动，人的药用价值被人们广泛的重视起来。胎盘是胎儿在子宫里吃吃喝喝的地方，分娩下来的胎盘，是个血肉模糊的肉饼子，这个在中医里叫紫河车，药性甘、咸、温，归肺、肝、肾经，属血肉有情之品，具有温肾、益精、补气、养血等功效。可以新鲜的吃，也可以晾干磨成粉，当药吃。现在很多地方，很多人都非常推崇，在英国甚至在一个我爱厨房之类的电视节目里，专门介绍过胎盘的烹饪方法。 18 世纪的欧洲把人的油脂做成膏，被认为是治伤甚至是美容的佳品。于是在战场上经常活动着一些小分队，敌我双方谁都不属于，专门对战死的士兵感兴趣，这些是收集人脂肪的工人。从这个吃人的角度看人类的历史，竟然发现鲁迅的狂人日记里疯子说的满纸的吃人二字，并非是个迫害妄想者的虚幻，从现如今人们对紫河车的钟爱就可以看出来，吃人不要紧，只要能有个高尚点的理由就可以吃。吃人是在文明掩盖之下的人的动物性，或者说是兽性的显露，不管理由多么充分，自己的阳和血是多么的需要补，人的兽性总是无法被这些文明掩盖，因为如果真的能滋补，为什么不去吃猪牛羊的紫河车呢？我想一个真正的文明社会是一个人生下来，即不被别人吃，也不吃别人，不过在理想社会没有到来之前，一个现成的自我保护的办法就象一些人的喝水杯子上写的，本人有肝炎，不宜食用。标签：医学史 , 吃人 , 钩沉索隐; 个人分类: 医学|1799 次阅读|0 个评论

10的次方: songshuhui 2008-9-3 15:39; gerry 发表于2008-04-30 星期三 14:05 分类: 天文 , 物理 | | 这两天真热闹，我也翻出一篇老帖来助助兴：偶然看见一篇從10億光年外看地球的转帖，介绍不同尺度的世界图像，图片制作相当精细，中文解说也很很到位，这样的视角在这个普及了卫星地图、电脑动画、电子隧道扫描显微镜的时代的确算不上新鲜，但如果是三十年前呢？这组图片来自于美国设计师 Charles Eames (1907-78) Ray Eames (1912-88)夫妇1977年拍摄制作的一个名为 Powers of Ten (10的次方) 的9分钟短片，官方网站提供了flash在线视频。而这部影片的雏形早在1968年阿波罗 7号实现美国第一次载人飞行之前就完成了，时长7分53秒，被称作 A Rough Sketch ，同年还有一部手法类似的影片 Cosmic Zoom ，不过由于其儿童作品的背景而在科学性上打了折扣，而Eames可是雄心勃勃地要让物理学家和10岁孩子都满意，而他无疑成功地实现了目标，也是同年发行的经典影片 2001: A Space Odyssey 倒并没有在这个方向走出多远。直到2006年还有研究文章讨论它的教学应用，结论是对提高学生的空间尺度观念有明显效果。正如一个台湾博客所评述的那样虽然制作技术在不断进步，但不可替代的是创意。这个学建筑出身的设计师有着非凡的创造力，影响着他所涉足的每一个领域：他在Santa Monica自己设计建造的房屋立即成为建筑学院的典范，他设计的桌椅沙发简洁舒适今天仍在流行，50年代开始拍摄电影，获得了1960年的艾美奖(Emmy Award for graphics)。虽然他的影像作品塞满了6张 DVD ，但他并不觉得自己拍的这些是电影，而只是把它们当作表达创意的一种方式(They are just attempts to get across an idea)。从1958年起，他开始为IBM公司设计博览会的展位，拍摄展示推广用的短片，不为推销产品而是要传播理念，在一系列以数学物理为主题的实验短片中最广为人知的就是这部：Powers of Ten。网上最早的中文介绍在2005年9月18日出现在vox的 MySpace大树园中以世界：从10亿光年到0.1飞米为题（图片链接早已失效，作者更换了服务商，可以用新地址访问），虽然这篇日志很快被转到了人气很旺的猫扑，但似乎并没有引起太多的注意，到了06年6月，另一个博客作者liptontea 翻译了每幅图片中的说明，并加入了自己的解说，质量很好，但这个版本也流传不广；直到2007年11月下旬积累终于超过了临界点，大树园版本以一个不知所谓的名字从10亿光年外看地球在网上迅速传播开，就是我最开始看到的版本了。标签：尺度 , 电影 , 科普 , 空间 , 钩沉索隐; 个人分类: 天文|2513 次阅读|0 个评论

我心目中的英雄之Jonathan Pritchard篇: eloa 2008-9-3 15:37; denovo 发表于2008-04-30 星期三 15:16 分类: 未分类 | | 咱们这儿有没有个分类叫做八卦花边？:P 我们这个行业实在不大，06年底开个几百人的小会，该来的人差不多就都到齐了。我的三大偶像也到了两个，Jonathan Pritchard和 Goncalo Abecasis。John Storey还是一如既往的神秘他所有的网页上连照片都没有。我很痛苦地总结出，偶像们几乎都是学数学出身的，我这辈子混在这行里是没有出头之日了。Jonathan还好一点，本科是生物+数学，那就从他说起吧。我认识Jonathan Pritchard当然他不认识我是从他和Eric Lander的那场论战开始的。我的前前前-偶像Eric Lander是何许人呢？他*也*是学数学的，本来是哈佛商学院的一个教授，90年代初的某一天他忽然觉得生物这玩意儿有点意思，于是到MIT做了个访问学者，然后一发不可收拾，2002年来我们学校给讲座的时候，已经俨然是行业带头人了。来给讲座的时候，Lander背一电脑包，愣是把一身西服穿得象来修电脑的工人，令我愈发地崇拜。然而两场讲座听完后，我的偶像破灭了。就好象某老板曾经跟我说的一样：Hes a good business man（他是个厉害的商人）。他用商业的方式，把他的科学研究越做越大，我看着这排场，却不见得踏实。新世纪初，Eric Lander提出了轰动一时的Common Disease Common Variant（常见疾病由常见因子所致）假说。那时我对统计一窍不通（现在七窍里倒是通了六窍还是一窍不通），但是这个假说听起来实在是很有道理常见的疾病都是由常见的致病基因组合所引起的，这样才不容易被自然选择淘汰掉，才能变得这么常见。更重要的是，这个假说为遗传学研究开拓了一个美好的前景我们只需要专心对付那些常见的因子就行了，不用花大力气去找那些罕见的。江湖上顿时充斥着赞誉之声和激情澎湃的伟大计划，在Lander假说的指导下，我们正在走向人类遗传学研究的美好未来，几年之内，我们就可以测出所有的常见因子（正如伟大的Hapmap所计划），然后就可以找到所有有遗传因素的常见疾病的病因了！！！ Jonathan Pritchard的两篇论文就是在这样的环境下发表的，题目就叫做：common disease common variant or not? （常见疾病真的是由常见因子引起的么？）虽然在看到第二页上那些个公式的时候就已经彻底晕菜，我还是模糊地意识到，这个同学是在告诉我们，通过计算我们可以证明，事实并不像Lander鼓吹的那样美好，虽然他的假说很有道理，但并不是全部，常见的疾病仍然有可能是由不常见的因子引起的，所以即使我们找到了所有常见的因子，也未必能够解出某些遗传病的病因。在我心目中，这就是一场科学与商业的战斗。我们是要Lander那样模糊的激动人心的火焰，还是要Pritchard这样清楚的一盆当头浇下来的冷水？我的回答是科学界同时需要这两样，而我的偶像，只需要Jonathan Pritchard。第一次见到Jonathan, 是随老板搬去了芝加哥，在系里走道上碰到他，老板说，这就是JP。他个子很高，很瘦，有种飘忽的神采，一口很浓的英国腔。后来因为我的研究题目跟他谈过半个小时，愣是从头到尾也没听懂他在说什么当然除了口音还有专业问题只有靠老板给我打掩护，谈完之后再去翻以他命名的Pritchard Method的论文来从头看起。老板倒是喜欢跟他聊天，去芝大前就成天念叨：芝加哥那个地方虽然比较烂，但是他们的人类遗传很强呀，有Nancy cox，还有Jonathan Pritchard也来了！后来老板到芝大做人类遗传的系头，我毕业后回去看他，一见面他就兴高采烈地跟我炫耀：知道不？某某学校来挖Jonathan，我没让他们挖走！牛吧！ 06年底这次会上见到他，有同学抱怨他每次讲座几乎都一样，只是加几个群而已。我倒记得在芝大的时候听系里各实验室的进展报告，他的学生博后讲过一些新的，很有意思的基因组进化研究。也许再过一两年，他会给我们全新的惊喜。标签： Pritchard , 人类遗传 , 八卦 , 钩沉索隐; 个人分类: 八卦|3329 次阅读|0 个评论

21克–灵魂的重量: songshuhui 2008-9-3 15:28; 青方发表于2008-05-1 星期四 9:14 分类: 医学 , 生物 | | 电影 21 克的介绍是这样说的，不管你是否恐惧，他都会最终降临，在那一时刻，你的身体轻了 21 克，他们说，在人死亡的瞬间，人失去 21 克的重量。这部电影鉴证了灵魂重 21 克这个流行已久的说法。带着疑惑，我找到了 21 克的来历。这是美国麻省的大夫，邓肯 . 麦克道高（ Dr. Duncan MacDougall ）于 1907 年 4 月发表在美国医学杂志上的研究，在鬼魂网上有原文全篇。题目是关于灵魂是物质的假说并用实验证明灵魂物质的存在。作者为了验证灵魂是一种可以测量的物质，特殊设计了一种安装在一种很灵敏的秤上的床，试验方法是让快死的人躺上面，然后一直精确测量这个人的体重，看在死亡的瞬间体重的变化。死亡的瞬间轻了部分就是因为死亡丢失的部分，作者称之为灵魂的重量。作者一共测量了 6 个人， 4 个结核病人， 1 名糖尿病昏迷的病人，另一个不明原因。 21 克的说法来自第一个病人，这是一个患结核病的垂死的男人，麦大夫选择这个病人的理由是，这个人死的时候基本上不动，因为这样才能保持秤的平衡，以便于准确测量。这个人死亡前共观察了 3 小时 40 分钟，在这段时间里，这个人的重量缓慢地下降，速度是每小时 1 安士（ 28.3495 克），作者估计是因为体液的蒸发所致。然后作者把秤的平衡调到接近上限条，以期待死亡时候的下降，然后在死亡的瞬间，秤的指针快速下降到了秤的下限条，就再没有弹回来，这一瞬间重量下降了 4 分之 3 安士（ 3/4 X 28.3495 = 21.26 克），这个著名的 21 克就诞生了。其后的 5 例测量都无法重复这个结果，第 2 例，因为没有办法确认具体的死亡时间，结果不能用。第 3 例，死亡的瞬间，重量下降了 1.5 安士，随后的几分钟，又下降了 1 安士。第 4 例，因为秤没有调节好，尽管人死的时候重量下降了 8 分之 3 到半安士，但这个结果也不能用。第 5 例，因为死亡来的太突然，尽管重量下降了 8 分之 3 安士，但这个结果因为秤的原因，也不能算数。第 6 例，也不能算，因为病人刚放到床上不到 5 分钟就死了，秤还没来得及调整。所以一共测量了 6 例，也只有第一例是作者比较满意的，有意思的是第 3 例，重量居然下降了 2 次，按照作者的推理，就是说死的时候灵魂先走一部分，剩下依依不舍的在 10 几分钟以后才不得不离开。随后的研究，作者集中精力研究狗，发现狗死的时候，重量没有任何变化，结论就是，狗是没有灵魂的。从科学的角度看，这个绝对不是一个好的研究，问题有几个方面， 1 ）失误率太高， 6 例里有 5 例基本不能用，这样的失误率必须大量增加例数才能有统计学意义，但问题是以后的几乎 100 年里，没有人去重复这样的试验； 2 ）既然考虑到体液的蒸发，就应该把这些蒸发的体液用一个罩子收集起来，把重量也算进去； 3 ）作者说的死亡的精确时间并不可信，当时的条件，这个是很难确定的， 4 ）他的精确的秤，太难调整，好象也不是那么精确。但这个已经足够了，其新闻价值远远超过其实际的价值，纽约时报很快就有了报道，这样的研究很得当时宗教人士的喜爱。几年以后，纽约时报再次采访麦大夫，麦大夫说，在死亡的瞬间如果能抓拍一张 X 光片，肯定能给灵魂照个相片，因为 X 光照的是人的阴影，一直躲在骨头阴影后面的灵魂，在出鞘的时候肯定就暴露原形了。但遗憾的是，当时他那里还没有 X 光机，要到费城去才行，又过了几年，麦大夫的也失去了他的 21 克，给灵魂拍照的工作就成了千古遗憾。在麦大夫的文章里还提到，灵魂是比空气轻的物质，所以人死后，灵魂是向上飘的。按照他的理论推断，人的灵魂必定会悬浮在大气层中，密度和灵魂类似的地方，估计全球变暖，是大气里灵魂物质堆积的太多的缘故，因为百万年来，死的人也太多了，那么多的 21 克，大气层也吃不消了。这也说明因为灵魂太轻，总是向上飘，也是不可能转回到地上来投生的。流行的东西不一定是对的，对的东西也不一定流行，这句话是对灵魂重量一说最好的注解。注：看到讨论灵魂问题，贴一篇旧文，供娱乐参考。祝各位松鼠们劳动节快乐！劳动节后抓劳动，促生产！标签： 21克 , 灵魂 , 钩沉索隐; 个人分类: 医学|1804 次阅读|0 个评论

“死亡”医学史: songshuhui 2008-9-3 15:23; 青方发表于2008-05-4 星期日 1:32 分类: 医学 | | 人类探索死亡的过程是漫长而复杂的，从纯粹的医学角度看待死亡，也并非那么简单。医学对死亡的传统定义是心跳和呼吸停止，但在 200 年前，听诊器还没有面世的时候，有的时候病人的呼吸和心跳都异常微弱，医生很难判断，就出现了死人活过来的现象。所以如何确认人死了就成了医生们面对的一个重要课题。 200 年前的欧洲，医生们想出来很多办法，很多现在听来可笑而奇异的办法。一位医史学家罗列出几十种不同的方法，但主要的意思就是用不是死人就不能承受的疼痛或是难受来刺激死亡的嫌疑对象，如果有反应就是没死。最简单直接的办法是用削尖的铅笔捅人的鼻孔，还有用刀片切割人的脚心，中医里有用三棱针，也就是大号的锥子刺十个手指头尖的办法，中医里有其独特的解释，但对于我来说，异常的疼痛是唤醒人的最直接的原因。还有用溶化的蜡烛点人的脑门，把烟灰吹到人的鼻孔里，把虫子放到人的耳朵里，往嘴里灌温热的尿，穿乳头的特殊别针，这些现在听来异常恐怖的办法，在大约 200 年前，是医生们对待死人的常用方法。一位法国医生甚至想出来，在人死后，连续拉扯该人的舌头不少于 3 个小时，这位医生考虑到这种办法大多数医护人员都极其不愿意操作，他居然还发明了专门用来拉舌头的机器。这些方法最终都没有流行起来，人们在不断的尝试后，又回到了最简单原始的办法，等待。一个人死了，如果等待 3 到 4 天，还没有缓过来的迹象，就可以最终下死亡的结论。于是医院里专门设置了待死的房间，死人都摆在里面等待神奇降临，医院还放上一些装置，例如手上绑上线，线的另一端连到医生办公室的铃铛上，一旦有动静，可以很快发现。这种房间直到 1940 年才最终从德国的医院里消失，原因自然是，一旦进了这样的房间，没有人能缓过来。中国的医院好象从一开始就跨越了这个待死室的阶段，直接叫太平间，这个太平间并非待死，是确死，因为太平间里的设备并没有给死人提供任何可以缓过来的可能。如果哪个大夫听了死者亲属的哀求，跑到太平间去抢救，那就成了天大的医疗事故，因为这种局面只有两种可能，要么是宣布这个人死亡的大夫草菅人命，要么就是跑去抢救的大夫是个大傻瓜，没有第三种可能。现在人们对死亡的认识还在不断深化，例如，人的自主心跳呼吸停止了，并不意味着这个人死了，因为大脑在呼吸心跳停止后几分钟，还是活的，如果抢救得法，人还是能救过来的。从另一个角度看，如果脑子已经死亡了，即使是心跳呼吸还能用机器维持，人体还是温热的，但这个人却是已经死了，这个脑死亡已经得到了很多国家的认同。人们对脑死亡的认同源自对死亡的新的认识。一般的观点，所谓死亡就是灵魂或是精神，或是叫气的东西离开了肉体，这个时候，死亡就随着灵魂的离开，填充了灵魂的空间。以前的巴比伦人认为人的灵魂是寄托在人的肝上，而希腊人甚至中医都认为灵魂是在心里，这有无数的爱情歌曲和我心里想作为鉴证。而古埃及人在制作木乃伊的时候，是把心脏留在躯体里的，因为这是复生的保证，而脑子则都用吸管取走扔掉了。从亚里士多德到柏拉图，都曾经考虑到脑子可能是另一个重要的灵魂居住地，所以心和脑的争论一直持续着，现在尽管人们还习惯性的把心和很多灵魂活动，例如爱情，情感和心联系起来，但显然人们最终认同脑子是灵魂的家，并用法律形式确认下来，脑子死了，这个人就真的死了，不管这个人的血是否还流动着，肢体是否还温暖着。确认了脑死亡是人死亡的标准以后，为很多器官移植扫清了法律和伦理的障碍，特别是心脏移植，如果认可心跳停止是死亡的标准，那么把一颗跳动的心脏移植给另一个人就变成了不可接受的事情，因为人们不能因为要救一个人而去杀死另一个人。不管器官移植是多么的轰轰烈烈，但脑子移植却是一个不可逾越的障碍，如果一个人脑子死了，当身体还依然健康，另一个人身体死了，脑子却还活着，如果把两个人拼接起来，把活着的脑子移植到健康的身体里，就又是一个完整的人。但问题是，这个人是谁呢？是谁在活着呢？这个人的社会关系如何呢？法国人探索性地移植了一张人脸，就引起极大的争议，可以想象移植人脑后会怎样。是社会发展和技术进步使得死人不再受到虐待，尽管人们只是想看看这个人到底死没死，并无恶意，但回顾人们探索死亡的历程，也许能帮助人们深入地认识自己，认识寄托生命的这个肉体是怎么走的，怎么知道这个肉体就走了。标签：医学史 , 死亡 , 钩沉索隐; 个人分类: 医学|1323 次阅读|0 个评论

克拉克：最终的奥德赛: eloa 2008-9-3 15:23; wormhole 发表于2008-05-4 星期日 11:28 分类: 未分类 | | 克拉克把提出同步卫星概念一事看得很淡，但这不妨碍他就此话题幽上一默，他的T恤上写着：我发明了同步卫星，但我所得到的只是这件恶心的T恤。文/赵洋引言：克拉克作品中最富冲击力的就是他对文明命运的预言，还有神一般全知全能的智能物种。钟表般精确的科幻道具和庞大的时空尺度给人带来苍凉的使命感与宿命感。太空船的挑战伴随着悠扬的《蓝色多瑙河》圆舞曲，空间站的巨轮优雅地缓缓自转，仿佛舞池中贵妇旋转的裙摆。这是电影《 2001 ：太空奥德赛》中的经典场景之一。片中另一个经典蒙太奇是 300 万年前猿人抛出的骨头一下切换为公元 2001 年的一艘哑铃状飞船。 1968 年，阿瑟克拉克与斯坦利库布里克共同创作的这部电影因大量运用象征、隐喻手法而使科幻片从谁都看不起一下子跃入谁都看不懂的境界。 2008 年 3 月 18 日，英国科幻小说家阿瑟克拉克在斯里兰卡去世，享年 90 岁。路透社是第一个向全球报道此事的通讯社若是没有通信卫星的帮助，它很难拔得头筹。地球同步轨道通讯卫星正是克拉克在 1945 年一篇论文中设想出来的。刊登在英国《无线电世界》中的这篇名为《地球外的转播》的技术预测文章中，克拉克详细论述了卫星通信的可行性。这篇论文用一系列的图表和方程式，论证了空间站驻泊于距赤道 36000 千米的轨道上，就可以与地球保持同步运转；多个空间站作为中继，就可以提供覆盖全球的通信网。虽然一个常见的误会是克拉克首创了地球同步通讯卫星的概念，但的确是他首先把这个想法系统化的。面对后人同步卫星之父的褒奖，他极其谦虚地对待此事。他总是主张：无人可以预言未来。而他总用无比精细的技术细节预言着未来科技的发展。在《太阳帆船》（ 1972 ）一文中，他描写了利用太阳风作为飞船动力的故事。 2005 年美俄已经联手进行了太阳帆试验并取得成功。或许在不久的将来，真能如克拉克设想的那样，会有一场从地球到月球的太阳帆船比赛，甚至能成为奥运会的项目之一。《天堂的喷泉》（ 1979 ）是另一部缜密地描述人类伟大工程的作品：不远的将来，人类集全球力量在位于赤道的岛国建造了一条通天电梯，人和货物可以搭乘电梯用几天的时间上升到 36000 千米高的同步轨道，这个一劳永逸的工程使昂贵的火箭发射成为了历史，任何人都有机会到太空一游。这部小说使他再次赢得了科幻最高奖雨果奖和星云奖。但来自工程界的肯定恐怕才是对克拉克技术预测式小说的最大褒奖。 2000 年， NASA 发布了太空电梯概念图这种用高强度碳纳米管制成的电梯可从地面直接通往位于赤道上空的同步轨道太空站，有望成为 21 世纪后期地面到太空的主要交通工具。虽然太阳帆和太空电梯概念的最早提出者均是俄国的航天之父齐奥尔科夫斯基，但克拉克的独特贡献在于他搭建了科技界与读者之间的桥梁，并为这些科幻创意进入工程界视野而不遗余力地鼓吹。自从 1969 年 7 月克拉克应哥伦比亚广播公司之邀作为嘉宾为亿万电视观众解说阿波罗 11 号飞船登月以来，他成了重大太空事件的发言人。美苏宇航员、杰出的科学家（如卡尔萨根）和制片人都认为克拉克极大地影响了公众对于太空探索态度。正如现代潜水艇的发明者西蒙莱克所说：凡尔纳是我生活的总导演，有不少航天专家也对克拉克的作品心存感激。航天科学家托伦斯约翰逊为 NASA 服务了 35 年，致力于完成木星和土星无人探测任务。他回忆起一次航天会议的情景：火箭工程师们围着桌子坐成一圈，都说自己读过克拉克的小说，约翰逊感慨道：因此我们成为了火箭工程师。神的 90 亿个名字除了精准的技术描摹，克拉克作品的另一显著特点是神秘。他喜欢把主人公置于他们克服不了的困境之中，然后又意外地得到超越人类理解力的神秘力量的帮助。在《 2001 ：太空奥德赛》中，来自地外的神秘黑色立方体不但启发 300 万年前的猿人使用工具，还帮助刚刚进入太空的 21 世纪人类加入宇宙生命的大家庭。在《与拉玛相会》中，克拉克描写了一艘外星探测器光临太阳系，人类试图对其进行探索，却发现其中并无任何生命存在。面对人类对它或友好或敌意的行为，拉玛丝毫不为所动，在从太阳补充了能量后，悄然离去，留给人类无限的迷思。作为无神论者，克拉克曾留下遗嘱，葬礼绝对不要任何宗教仪式。但是他自己却不断在作品中在创造神明般的宇宙智慧生物。这些高等生物如长辈般教育人类，引导人类走出蒙昧状态。有评论家试图中克拉克的身世中寻找这种创作的潜在动机。克拉克 13 岁时，父亲去世了。也正在那一年，他第一次接触到了来自美国的科幻杂志，其中混杂着男孩子奇异冒险和最新的科学进展。从此他被这种文学形式吸引，并成为个中里手。这令人想到克拉克的同乡艾萨克牛顿，他生下来就没见过生父，在接受科学教育后终生致力于探寻宇宙的第一推动力。心理学家把这称为丧父的代偿心理。克拉克是否也在试图从创作中寻找父亲般权威而充满力量的象征呢？我们不得而知。在这个问题上，克拉克身处时代背景也许更具说服力。文学创作很难脱离时代而存在，描绘未来的作品也得根植在当下语境中。克拉克科幻创作的高峰期（二十世纪五十至七十年代）正值冷战的高峰。苏美贮存的核武器可以毁灭人类数次。对人类命运充满关切的科幻作家不满足于设想几万年后人类对银河系的征服，他希望找到不同政体间的和解之道。终于，自幼便乐于观测星空的克拉克自认探索太阳系将是战争的替代物。在《 2001 ：太空奥德赛》中，克拉克把太空探索描绘为经过了一万年，人类终于找到了同战争一样激动人心的事业。 20 世纪 60 年代星系有机分子的发现使科学界认为生命出现的条件并非地球所独有。克拉克也坚信地球人迟早要与更具智慧的宇宙文明相遇。那个慈父般的高等文明将帮助人类提升科技水平、特别是道德水平。他设想外星高等文明用人类未知的力量解除了美苏核武装，同时也解除了冷战的物质基础。进而，在《 2010 ：奥德赛之二》（ 1982 ）中，黑色立方体引爆了木星，天上同时出现了两个太阳，阳光普照在克里姆林宫和华盛顿纪念碑上，促使地球上的渺小人类开始超越小小星球上的内部纷争，转而关注更为重要的事情。童年的终结尽管克拉克的作品如此地贴近现实，他也清醒地意识到科幻小说的价值在于启迪心智而非预测未来。如果故事的背景紧扣现实世界，只能加速它的过时。但作为一个受过科学训练的作家，他情不自禁地要写出他所谓的可能的历史，他对技术的乐观看起来是无边无际的。这种乐观体现在人类对技术的和平运用上这从他 1945 年预言原子能火箭将在 20 年内实现， 1999 年时深信冷核聚变会在新千年之初成为清洁、安全的能源可以看出。他之所以敢下如此大胆之结论，恐怕与他的克拉克三定律有关，第一条定律就是：一个年长的杰出科学家，如果他说某件事是可能的，那他可能是正确的；如果他说某件事是不可能的，那他也许是非常错误的。在这个日益多元化的世界里，克拉克是最后一个具有全球影响的持技术乐观主义的科幻作家，他相信技术带来的困境只有更高超的技术可以解决。他是和平主义者，更是人类主义者。他的小说中体现出的普世情怀为拥有共同祖先的人类所共有他的 100 本书被译为 40 多种语言，行销五千万册就是最好的证明。在他之前，只有儒勒凡尔纳曾达到过这一高度；在他的同侪中，自视甚高的阿西莫夫理智地甘居世界上最优秀的科普作家，而尊克拉克为世界上最优秀的科幻小说家。 1953 年，克拉克出版了科幻小说《童年的终结》。这也是一部近未来科幻小说，描写了千禧年之际外星智慧生物来到地球并引导地球文明进步。在外星智慧与人类智慧的共同努力下，人类文明获得了突飞猛进的飞跃，人类终于摆脱了童年期的种种烦恼。但事实并没有他想象的那样美好。在他的有生之年曾目睹了核武器、 DDT 、全球变暖给人类带来的麻烦，在他身后，人类还将面临越来越多的技术困境。在克拉克心中，更为可行的解决之道是渐进的积累而非外来的帮助：现代科学给我们上的重要一课就是千禧年不过是一个普普通通的瞬间而已。那些终极问题不大可能在那么短的时间里得到解决。而且，年轻有什么不好？克拉克认为，相对于那些具有高度智慧的苍老的宇宙文明，地球文明的最大优势就是时间：他们会沐浴在万物的夕照中嫉妒着我们人类，因为我们知道宇宙年轻时的样子。在克拉克之后，人类乐观的童年结束了，在没有更具智慧的物种拯救我们之前，渐渐长大的人类只能自我救赎。（本文标题均为克拉克科幻作品名）发表于2008年4月4日《瞭望东方周刊》标签：克拉克 , 太空 , 科幻 , 航天 , 钩沉索隐; 个人分类: 科学艺术|1804 次阅读|0 个评论

多利：克隆的祭礼: songshuhui 2008-9-3 11:46; liunianlong 发表于2008-05-30 星期五 7:39 分类: 生物 | | 两千年克隆史，十二载恩怨录五年前的2月14日，克隆羊多利安然辞世。选择在情人节这天给多利执行安乐死，显然具有象征意义－－她是无性生殖的产物。克隆坎坷路诞生于苏格兰的多利是克隆成果的集大成者。回溯克隆的历史，苏格兰无疑是最适合多利降生的地方，这里有欧洲最早的医学院，也是青霉素的发现地，现在又将成为克隆技术的圣地。早在2000多年以前，克隆就已经融入人们生活。果农们用嫁接等无性繁殖技术克隆亲代的优良属性，但直到1958年，现代意义的实验室克隆技术才得以确立。这一年，英国人Steward把一块成熟的胡萝卜组织成功分化克隆为一棵完整植株，从而证明植物的成熟细胞仍然保有功能的完整性。动物细胞也具有全能性吗？首次动物克隆实验于1964年完成，给出了肯定的答案。Gurdon把蝌蚪肠壁细胞的细胞核转移到已经去核的蛙卵细胞中，成功培育出正常的成年蛙。这个由英国人确立的核转移克隆技术，奠定了该领域的实验标准，以后的实验只是供核细胞有所不同。（关于首次动物克隆实验，或存争议）虽然已经没有理论障碍，但是技术难度却一直难以逾越；诞生多利的种子已经播下，唯独土壤尚未准备就绪。在克隆曙光惊现20多年后，鱼、鼠、牛等克隆动物才依次登场，供体细胞都取自胚胎期。商业公司从中看到了商机，荷兰公司Pharming率先进行基因改造实验，让转基因动物在牛奶中产生特殊蛋白质。在延续生物反应器的生产能力方面，克隆技术大有用武之地。多利诞生记成立于1989年的苏格兰PPL公司有着同样的野心，他们与罗斯林研究所合作，尝试克隆动物。为了规避利用胚胎细胞克隆动物所可能带来的伦理学困境，他们希望从成年动物的体细胞取得细胞核。诞生多利的土壤现在开始被翻松。 1991年，坎贝尔加入研究所从事博士后研究，负责克隆羊的技术探索；当时他的顶头上司威尔穆特是研究所的高级工程师，负责协调指挥。五年后，坎贝尔等利用前辈Gurdon创立的核转移克隆技术，成功克隆世界上首批克隆羊：Megan和Morag。论文于当年发表于《自然》杂志，没有引起公众的关注，因为他们使用的是胚胎期细胞核。十年后回首这段历史，坎贝尔认为该文的重要性超过多利－－可能因为该文奠定了克隆多利的技术基础，也可能因为他是的第一作者。克隆专家们不免有些失望，他们决心从乳腺上皮细胞中获取细胞核－－这是无可争议的体细胞，虽然是和胚胎成纤维细胞最接近的体细胞。核受体仍然是卵细胞，因为他们认为卵细胞内含有促进基因分化的必不可少的物质。首先提取怀孕多赛特母羊（白脸）乳腺细胞中的细胞核，这些核内包含有多利的几乎所有遗传信息，再将细胞核转移到苏格兰绵羊（黑脸）的去核卵细胞中，在微电流的刺激下，核与卵细胞融合为重建细胞。277个重建细胞先暂时植入母羊的输卵管中，只有29个成功发育为胚胎。将这些胚胎植入13只代理母羊子宫内，历经148天的艰难孕期，编号为6LL3的小绵羊呱呱坠地，体重6.6千克，白脸－－和她的基因母亲一样。这一天是1996年7月5日，世界上首只体细胞克隆哺乳动物诞生；威尔穆特可能不在现场，但他拥有和多利的最著名的合影。虽然多利的世界第一头衔拥有众多的限定词，但威尔穆特明白其轰动性。技术和社会的互动史表明，当繁殖方式离人类天性越远，克隆对象离人类越近时，公众的兴趣越高，更何况羊只拥有比人类更大的大脑比例。论文中他成了第一作者，这意味着他将是多利之父－－直到十年之后承认大部分功劳应该归于坎贝尔。多利号克隆飓风研究员们知道她必将成为大明星，给她起名多利，同名女歌手不仅名声显赫，而且胸部巨大，这是研究员们对多利的另一个期望。和多利同期出生的还有另外7个兄弟，可是从来没有人听说过他们的名字－－如果他们还有名字的话－－谁让他们的基因都来自胚胎细胞核呢。只有从共同编号6LL*中可以依稀看出他们与多利的若干关系。次年2月，在《自然》杂志刊登论文的同时，多利被介绍给公众。多利掀起的克隆旋风，甚至比威尔穆特的预估更强大更持久，即使是《自然》杂志的最大对手－－美国的《科学》杂志也不得不将多利的诞生评为年度科技进展。医药大厂、野生动物保护者和疑难杂症患者也从中看到了希望，虽然多利的成功率低到让人起疑。核转移克隆技术仿佛空降人间，犹如重磅炸弹，激起了人们对生殖前景的担忧。既然羊只可以无性克隆，人类岂非也可以孤雌生子？伦理学的担忧固然有着前景考虑，但人们似乎忘记了一些基本事实：多利既不是首只克隆羊，也不是首只克隆哺乳动物，更不是首只克隆动物。只不过以前的克隆技术都从胚胎细胞中获取细胞核，而如今改为取之不尽的体细胞，公众不免有了孙悟空拔毛化身的紧张。这种紧张开始蔓延，以致于在1997年底，世界卫生组织要求禁止人类克隆。这是一个糟糕草率的科学决议，但在政治上完全顺理成章。当科学家忙于验证、公众们热衷激辩之时，多利则在苏格兰的室内羊圈中接受膜拜。女王般的（事实上，多利的确曾当选苏格兰反君主主义者心中最受欢迎的女王）生活固然尊贵，却没有自由。所幸的是，2岁（还是8岁？）时，她与一只威尔士山羊喜结连理，而多利的同期兄弟中就有三只这种山羊。新郎名叫戴维，不多久爱情结晶邦尼出世，次年再产三子。多利终于不负期望，以行动证明了名字的正确性。这两年是多利最幸福的年份，她以常规的婚配回应人们对克隆动物的忧心。科学家们也有了大进展，小鼠、山羊、猪相继克隆成功，甚至连克隆小鼠的克隆也出世了。核转移克隆技术沿着乐观主义所设定的路线高歌猛进。2001年成功克隆了濒危的印度野牛，可惜在产后感染中死去；对其它野牛的克隆尝试也有所收获；甚至有人以死亡肉类样本的细胞核成功克隆出欧洲盘羊。接下来的两年，克隆技术持续成为科技记者的追逐热点。疯狂科学家和邪教组织清楚地知道这点，相继宣布克隆人计划，引起国际政治界的激烈反弹，法国和德国甚至建议联合国签署禁止繁殖性克隆人的条约（后被放弃）。五年多过去了，不知克隆宝宝是否已经上幼儿园了？政治的吸引力显然不如多利，2001年度最让人牵肠挂肚的是多利的关节炎，对于正处于青年期的多利来说，患上典型的老年疾病，这可不是好迹象。人们对多利早衰的担心终于在分子生物学上有了明证，多利的染色体端粒比正常绵羊短20%，而端粒和细胞寿命密切相关。后来，另一项老年性疾病进行性肺炎开始袭击多利，为了避免遭受更大的痛苦，研究所决定对多利实施安乐死。这是2003年，多利享年6岁，是正常绵羊寿命的一半。同年，PPL公司也陷入困境。反思与重生沉舟侧畔千帆过，多利和PPL的衰退，是对克隆技术的沉重打击，但利好消息仍然不断。同年，克隆马、鹿和骡出生，美国FDA也表示克隆动物的肉奶是安全的。在汹涌澎湃的克隆浪潮中，人们似乎有些迷失了方向，成体动物的克隆仍然是最吸引眼球的领域，太多的精力和金钱被花费在此。无形中，科学家们自己圈就了核转移克隆技术的伦理困境。体细胞克隆虽然规避了胚胎供核的伦理问题，但科学家们却误入歧途，将精力倾注于繁殖动物成体（很遗憾，这里面有不少的功利因素)。多利所掀起的轩然大波清楚地说明，成体动物克隆正是人们最大的忧心所在。缅怀多利的低落情绪，很快被对克隆技术的反思所取代。再三克隆动物成体所形成的伦理学困境；早衰、非完美复制、低成功率的技术短板；以及大量花费之后显现的黯淡前景让很多人丧失了对核转移克隆技术的耐心，转而关注干细胞技术。干细胞技术吸取教训，从一开始就避免制造动物成体，这不仅减少了早衰和成功率的问题，而且免除了人造生命的困惑。但这个免除又带来了另外的悖论，人为地阻断胚胎发育成为生命的机会，把可能发展为人的胚胎硬生生拆成若干份，显然也不够人道。干细胞技术规避了上述难题，2007年，科学家成功地将皮肤细胞转化为干细胞－－不需要卵细胞、不需要核转移、不需要胚胎、不制造成体。虽然仍不断有克隆成果问世，但干细胞技术似乎更有前途，甚至连威尔穆特也改弦易辙，他宣布放弃核转移克隆技术，转向成体干细胞领域。不考虑其中的感情因素，很可能他是对的。最起码，两种技术的互相融合是不可逆转的大趋势。作为生命科学史上最著名的动物明星之一，多利并不是技术标杆，她甚至可能只是核转移克隆技术的回光返照。多利的持久贡献在于，她给我们提供了一个反思技术与生命的契机。安置在苏格兰国家博物馆内的多利标本，将时刻提醒我们不忘对技术与社会的审视，她绝对值得被我们记住。标签：克隆 , 多利 , 威尔穆特 , 干细胞 , 钩沉索隐; 个人分类: 生物|1148 次阅读|0 个评论

犹记里程碑——写在GLAST发射前夕: songshuhui 2008-9-3 11:45; Melipal 发表于2008-05-31 星期六 3:41 分类: 天文 | | 如果一切顺利，NASA的新一代高能天文卫星 GLAST 将于6月初发射升空。这颗卫星的一大重点是伽玛射线暴的探测，背负着揭示伽玛暴高能辐射谜团的重任，更有树立新的里程碑的机遇。如今在GLAST发射前夕，不妨再回顾一下过去30年来那些为伽玛暴研究作出里程碑式贡献的卫星们，也重温一遍那激动人心的年代。说来伽玛暴是天文学的一个异数，首当其冲的就是持续时标，短暴只有零点几秒，长暴也不过是几十秒，且不说与那几乎亘古不变的恒星相比格格不入，就算用超新星这类突发现象的指标来看都是短而又短。当然还有天空中那完全随机的分布，人们永远无法预知下一次爆发出现在何方。正是这两大特点，给研究者竖起了高高的壁垒，也造就了相关探测器发展的主线索对反应时间与视场的追求。接下来，就从头讲起吧：　 Vela：冷战的馈赠 Vela一词在英语中的意思是菌膜，或是南天的船帆座。不过对于Vela卫星来说，却要取其西班牙语含义看守者。这一系列的卫星共计6组12颗，于1959年开始研制，1963至1965年间陆续发射。它们纯粹是冷战时代的产物，用于监视东方国家尤其是前苏联可能进行的外太空核试验，而这样的试验是被国际条约禁止的。 Vela卫星外观呈20面体，发射时两星彼此相对（如右图，图片提供：NASA），在远地点推进引擎处连接，入轨后分开。每颗卫星带有12架外置X射线探测器以及18架内置伽玛射线探测器，稍晚的Vela 5与Vela 6两对卫星还携带了光学探测器，用于探测大气层以内的核爆炸。卫星轨道高度在范艾伦辐射带之外，设计寿命只有6个月，但实际上，每颗卫星的工作时间都超过了5年。本人初入伽玛暴组时，导师第一批指定阅读的论文就是从Klebesadel, Strong Olson 1973开始的一系列观测热点报告。这Klebesadel, Strong Olson 1973总结的就是在1969年7月至1972年7月这3年的时间里，Vela 5与Vela 6探测到的16次爆发，持续时间从0.1秒到30秒不等，来自天空的各个方向，开创了伽玛暴这样一个新的研究领域。当年的电气工程师Klebesadel在无意间拣了个大大的便宜，论文被人引用无数不说，他本人还跟着扬名一回，也做到了名垂青史。再往前追溯，Vela 4在1967年就已经探测到了伽玛射线流量的突增，更早的时候，Vela 3似乎也发现了类似现象。一般的说法都是认为，由于Vela的观测涉及军事机密，因此直到积累了足够多的数据，确认这些现象来自地球之外的深空以后，结论才得以发表，不过荷兰科学作家在G. Schilling在他的一本普及著作中，却引用Klebesadel本人的话否认了这一点，更且又揪出了痛失伽玛暴发现良机的Tom Cline等等的一批人。 Klebesadel的八卦本人是无从考证，不过为什么要说Cline等人是痛失良机呢？因为在Vela的前前后后，有一系列仪器也发现了类似的高能流量突增，如Cline搭载在IMP上的设备。但这些要么是被解释为已知现象，要么直接被计划的参与者忽视。由此看来，大胆假设与数据共享还是很重要的其实在Vela发射之前，美国人并不是没有意识到伽玛射线辐射的可能性。Colgate就曾参与过Vela卫星可能目标的讨论，而他在1968年发表的文章里，更是预见了日后红火的坍缩星模型，只是当时没有引起太大的关注而已。而Vela之后，伽玛暴也为其他计划纷纷证实，如前苏联的预报7号卫星与金星号探测器，以及美国的阿波罗登月和先驱者金星探测器。轨道上的Vela卫星（图片提供：NASA） Klebesadel, Strong Olson 1973发表后的几年间，是伽玛暴理论研究的第一个黄金时代。各式模型纷纷出笼，总数居然比探测到的爆发数目还要多，其中就衍生出了日后的两大派系宇宙学距离上的坍缩星起源说以及银河系脉冲星起源说。在众多天文爱好者中似乎颇为流行的黑洞蒸发模型也是此时提出的，虽说对伽玛暴圈子的影响并不算很大。截止到1979年，Vela 5/6探测到的爆发总数是73个。这是对该现象的最早一批数据积累。不管其他计划的参与者有多么多么的后悔与不平，也不论Vela的记录是如何如何地粗糙，事实却是，Vela成为了伽玛暴研究的奠基者。今天的高能天文软件包 HEAsoft 仍为Vela保留了一席之地，这也算是冷战留下的遗产之一吧。只是不知道Vela卫星的设计者们面对这样一个无心插柳的重要发现会作何感想。　银河：够水准的搅局者与其说银河（Ginga）卫星是伽玛暴研究的里程碑，倒不如说它扮演了搅局者的角色。有人说银河是让伽玛暴这样一个年轻的领域倒退十年不止（要知道至今它也只有不到30年的历史），也让上至大牛下至小研的大批人马误入歧途。事情自然是几十keV回旋共振吸收线问题，还是在不止一次的爆发中发现的。其实之前有Mazets等人得出了类似结论，但其准确性不是太高，银河是将此说巩固了下来。因此在银河之后，宇宙学起源理论几乎沦落到了无人问津的地步，坚持此说的Bohdan Paczyński还一度被众人孤立，而中子星相关模型却是蜂拥而上。可惜本人没有读过那篇 Murakami et al. 1988 的全文，更不知道当年的纷乱究竟到了何种程度。所谓回旋共振吸收线的一个例子，GRB 880205。两条吸收线能量分别为19.3以及38.6 keV。 Murakami et al. 1988也许还不算是最好玩的，更好玩的还是随后不久发表的 Lamb et al. 1988 ，虽然现在方便看到的只是发表在 Bulletin of the American Astronomical Society 上的短短一段。列出的作者也堪称豪华阵容，第一作者Donald Lamb是出了名的脉冲星起源派，而伽玛暴的发现者Klebesadel也被拉了进来。他们根据谱线求算的是磁场、温度和密度，还以此为基础煞有介事地作了一番讨论。由此，可以一瞥银河的观测数据在当年的影响力了吧？话说这位Murakami是早已改行软伽玛射线再现源之类的现象与朱雀卫星，连他本人的主页都是对银河卫星的事情绝口不提；当年坚持河内起源说的死硬分子Lamb如今也转投伽玛暴宇宙学。可是这回旋线的问题到底有说法没？反正本人是没有考证到扯远了，还是来说说卫星本身。银河卫星于1987年在鹿儿岛发射，1991年退役。卫星在发射前原名ASTRO-C，是日本的第3颗X射线天文卫星。其上搭载的设备包括大视场计数器、全天监视器以及伽玛暴探测器，其中最后一台仪器的工作能段较宽，为1.5-500 keV，可以做到全天观测。从这个配备来看，伽玛暴在当年就已经成为天文界的关注焦点了。银河卫星（图片提供：ISAS）其实银河卫星的主要贡献还是在其他方面，比如发现了瞬变黑洞的候选天体、在X射线脉冲星中发现了回旋辐射的谱线、在塞佛特星系中发现铁的吸收与发射线、在银心区域探测到了6-7 keV的铁线，等等。至于那莫名其妙的伽玛暴回旋吸收线事件，还是不要再提了罢　康普顿伽玛射线天文台：柳暗花明说来这康普顿伽玛射线天文台真可以称得上是伽玛暴宇宙学起源之说的大救星。现在所用的伽玛暴基本理论，大多还是在康普顿时代发展起来的，比如Tsvi Piran、Reem Sari、Martin Rees等等高人在此期间发表的大量论文，大致是把源于宇宙学距离上的标准火球模型确立了。准备由航天飞机发射的康普顿伽玛射线天文台（图片提供：NASA）理由自然是因为康普顿所发现的伽玛暴各向同性分布，让河内起源说大势尽失。作出这一重要发现的功臣是康普顿携带的BATSE，也就是爆发和瞬现源实验设备，正是为了伽玛暴的探测而设计，并可以从事谱分析。由此结果还引发了1995年第二次天文学大辩论的举办，参与双方正是前面提到过的Paczyński与Lamb。作为NASA大天文台计划的组成部分，康普顿的仪器自然要代表当年的最佳水准。以BATSE为例，该设备由8台碘化钠探测器组成，一旦有伽玛光子入射，可产生可见光闪光，并给出入射光子的能量。8台探测器占据卫星的8个顶点，覆盖20-600 keV的能段。这样安排的好处显而易见：无论是发生在任何方向上的爆发，都处在4台探测器的视野之内，由此就可以给出暴源的坐标。BATSE携带的分光设备是为了弥补因种种原因被取消的GERSE。也正是它们，否定了银河卫星以及更早的仪器测得的回旋吸收线之说，并让伽玛暴的非热辐射图景深入人心。后来通行的Band双幂律谱函数正是此阶段的成果。关于BATSE对伽玛暴研究的贡献，还有一个插曲是伽玛暴坐标定位网（GCN，当年的BACODINE）的成立。不过其动机却是不很光彩：BATSE的记录设施损坏，因此无法象预计的那样定期经由跟踪和数据传输卫星系统中转将数据批量传回地面，只好随时解决传输问题。但这一网络却给日后的协同观测提供了极大的便利，应该算是因祸得福吧。另外值得一提的是EGRET（右图，图片提供：NASA/GSFC），这是康普顿携带的高能探测器，工作能段20 MeV-30 GeV，利用对产生原理进行高能伽玛源的全天监控。在将近10年的工作期间，EGRET发现了30余个高能伽玛暴，其中GRB 940217的最高能量更是高达18 GeV。这些发现可以认为是GLAST的一大研发动力。康普顿天文台还配备有成象设备COMPTEL以及光谱仪OSSE，它们在太阳耀斑高能辐射、超新星遗迹、银心正反物质湮灭等方面作了奠基性的观测。 2000年，星上搭载的一台陀螺仪失灵。如果第2台陀螺仪再发生故障，星体姿态将失控，有可能坠入人口密集区域。为避免事故的发生，6月4日，NASA决定人工控制让仍可正常工作的康普顿天文台脱轨，返回大气层，落入太平洋。自1991年发射以来，康普顿共探测到了2700余个伽玛暴，发现了爆发时间的双模分布以及一系列统计关系，大大促进了理论研究。此外，康普顿还进行了完整的铝26巡天以及高能巡天，发现了软伽玛射线再现源，等等，也让天文学家第一次系统准确地一窥高能宇宙。现在对伽玛暴的观测早已进入迅速准确定位多波段后续观测的时代，但康普顿的数据仍没有完全退出历史舞台。如伽玛暴的时延仍是沿袭了康普顿时代的能段定义，而 Tsutsui et al. 2007 仍是用康普顿观测到的500余次爆发寻找统计关系。　 BeppoSAX：余辉，余辉对于伽玛暴宇宙学起源模型来说，康普顿伽玛射线天文台只能算是救星，并非最终的确立者。第二次天文学大辩论后，主持者将问题的最终解决托付给了将来；而康普顿时代发表的那些理论文献现在看来是初学者必读的经典，但在当时尚处未决状态，想必各位理论家都在迫不及待地等待着爆发余辉的发现与红移的测量，这才是验证标准模型的不二法门。但要想做到这一点又谈何容易，毕竟以秒计算的伽玛暴没有给低能段的后续观测仪器留下多少指向定位的时间，康普顿粗至几度的分辨率又不足以完成这一重任。最终发现余辉从而让标准模型发扬光大的，是意大利与荷兰合作的BeppoSAX。关于这颗卫星，应该如何评价呢？突破？黑马？还是诧异？要知道这是一颗X射线而非伽玛射线卫星，主要研发方也缺乏运营科研卫星的经验。据说是BeppoSAX在设计之初甚至根本没有考虑伽玛暴的探测，后来才添加了专门的监测设备；其研制过程更是一拖再拖，拖延了10年之久，还险些中途搁浅。书写历史的居然是这样一个名不见经传的家伙，就不由得让某些人大跌眼镜了。 BeppoSAX卫星 BeppoSAX最初的设计目标其实是X射线宽能段，是第一颗从0.1 keV覆盖到几百keV的天文卫星，适宜观测具有宽频辐射的目标。卫星的另一特点是可以以角分级的精度监测大视场。这两大优势结合在一起，对于伽玛暴研究关键突破的完成发挥了主要作用。 BeppoSAX的设备包括宽视场照相机与窄视场设备，前者为两台编码板照相机，有40度乘40度的宽视场，对2至30 keV的能段敏感，可以进行伽玛暴的早期定位；后者包括中低能光谱仪、气体火花正比计数器等，还有兼作伽玛暴触发设备的极硬X射线探测器PDS。不过在实际操作中，因为PDS的杂乱信号较多，往往还是宽视场照相机与康普顿天文台的BATSE协调观测，互相认证。 BeppoSAX的星载宽视场照相机，为荷兰研制（图片提供：SRON）自从1996年4月发射以来，BeppoSAX接连记录下了多次伽玛暴，但想确切地探测到X射线乃至更低能量的余辉，还需要等到1997年2月28日那次里程碑式的爆发。期间的事情除了必要的仪器校正，更有种种人事上的纠结。现在来看BeppoSAX时代，重大的突破接二连三，让人有恨不得时光倒流以参与其中的感觉：首次探测到X射线和光学余辉的GRB 970228，首次探测到宿主星系红移与射电余辉的GRB 970508，首次探测到可能与超新星成协的GRB 980425，首次探测到强光学闪的GRB 990123还有两度位列《科学》杂志年度十大科技进展这样让人津津乐道的事情。而高能天文大奖Bruno Rossi奖，也于1998年颁发给了名利双收的BeppoSAX小组。同时在理论界，伽玛暴标准模型的地位被巩固了下来，种种后标准效应也随着观测的深入而粉墨登场。对于伽玛暴观测来说，BeppoSAX一大不足是探测率。康普顿基本是每天探测到一次爆发，但BeppoSAX每年的探测总数却只有两位数，因此无法对更多的伽玛暴进行细致研究。而其窄视场设备在触发后几小时的定位延迟也是个问题，至少这对持续时间短于2秒的短暴探测力不从心，也不利于地面与空间的台站及时安排后续观测。 1997-1998年间BeppoSAX观测到的伽玛暴（图片提供：BeppoSAX SOC team, Telespazio, Rome, Italy） BeppoSAX在其他领域也作出了不少工作，主要是对大量X射线源所作的宽波段光谱观测。2002年4月，BeppoSAX结束了科研任务，并于次年坠入大气层。顺带说一下，Vela的意思是看守者，康普顿伽玛射线天文台是以高能天体物理先驱Arthur Compton命名的，那么这个BeppoSAX是在指什么？小小考证一番，SAX是意大利语Satellite per Astronomia a raggi X的缩写，也就是X射线天文卫星之意；而Beppo则取自意大利物理学家Giuseppe Beppo Occhialini，他曾经在1947年参与了介子衰变的发现，同时也是伽玛射线天文学的元老之一。　 HETE-2：长暴尘埃落定说起HETE-2（High Energy Transient Explorer 2，高能暂现源探测器2号），那真是可以用命途多舛来形容。没办法，谁让前身HETE-1在1996年发射的时候那么不走运，直接来了个星箭分离失败呢？否则率先发现余辉的荣耀可能就要归于它了，毕竟它在当年承载着最大的希望。所幸HETE计划并没有因这次失利而终结，零件备份转而用于后续卫星的建造。最终HETE-2于2000年10月发射。出于发射成本和卫星本体重量（273磅）的考虑，HETE-2并非象康普顿那样由航天飞机运送，也没有采用德尔他火箭或是BeppoSAX所用过的Atlas，而是选择了机载发射的飞马XL。实际上飞马（Pegasus）火箭的这种改型早年也是故障率颇高的，其首飞就是失利，而HETE-1也是毁于其中。好在HETE-2的发射还算顺利，虽说已是错过了开创新纪元的黄金时期。已完成星箭对接的HETE-2（图片提供：Massachusetts Institute of Technology）/p HETE-2的历史可以追溯到1983年。与BeppoSAX近乎混乱的设计过程不同，HETE一开始的定位就是探测伽玛暴，配备有宽视场的伽玛射线探测器以及X射线成象设备。由于在BeppoSAX工作的最初几年内并未探测到太多有较强光学/紫外辐射的爆发，HETE-2在建造过程中把原先安置的紫外照相机替换成了软X射线照相机（SXC）以及光学CCD，后者主要充任导星仪器。 HETE-2卫星（图片提供：Massachusetts Institute of Technology）为避免太阳的干扰，同时充分利用太阳能为帆板供电，HETE-2的2立体角视场中心始终指向太阳对侧。由于控制人员很清楚地知道卫星的指向，就为安排后续观测带来了极大的便利。但这样一来，巡天视场却是有所限制：只能沿黄道观测全天的60%。 HETE-2最大的亮点是确认了超新星与伽玛暴长暴的成协性，也就是GRB 030329与SN 2003dh的成协。大质量坍缩星作为长暴中心能源的地位此时被正式确立，跟随GRB 980425而来的超超新星（Hypernova）模型也由此得到了发扬。当然，此时已不是纯粹回归于60年代Colgate的假说，而是有了更深入的探讨。这颗卫星另一大功绩是解决了BeppoSAX时代的光学暗暴之谜。这其实是BeppoSAX反应速度过慢，无法及时安排地面后续观测所致。由于HETE-2的SXC可以在爆发后几分钟内完成暴源的角分级定位，大多数（80%）的伽玛暴都有光学/红外余辉观测到。对能谱较软的X射线闪（X-ray Flash）也在此时期被大量发现。这些与确认同超新星的成协性一道让伽玛暴相关话题又一次列入了当年的十大科技进展之一。无论如何，HETE-2很好地发挥了桥梁的作用，至少是将BeppoSAX退役后Swift发射前的空白填补了。现在仍旧在轨的HETE-2尽管在观测效率上无法与后起之秀比肩，却仍旧在发挥着余热。　 Swift：更快更宽更强提到Swift（雨燕），不由得联想到的却是雨燕飞行表演队宣传册上的一段话：自孩提时代，我们就倾慕于那些敏捷的鸟儿它们那绝妙的斤斗令人屏息于是，雨燕的图案就骄傲地出现在了表演队的座机上，在苍穹之中翱翔翻飞。右图：Swift卫星的徽章（图片提供：NASA E/PO, Sonoma State University, Aurore Simonnet）其实伽玛暴的研究者何尝不是羡慕雨燕。如果探测器能拥有此般敏捷的反应，那么精准的定位与及时的后续观测也就不是问题了，大量的谜团，尤其是持续时标短于2秒的短暴相关也都会迎刃而解。于是以反应速度标榜的Swift并没有遵循NASA以知名人物命名航天器的一贯传统，而是将最灵活的鸟类作为自己的名称与标识。正因为如此，《天空和望远镜》杂志曾将这颗卫星形容为名字轻狂，而它也应该算是迄今反应最为迅速的卫星了： Swift搭载的3台科研仪器覆盖了从软伽玛射线到光学的空前宽波段，其中能覆盖全天1/7面积的爆发预警望远镜（BAT）可以在触发12秒内完成爆发的初步探测与定位；X射线望远镜（XRT）可以在100秒内转向并为爆发进行角秒级精确定位；紫外/光学望远镜（UVOT）可以在30秒内作出反应，同时在300秒内请求地基台站的协助观测。这样的性能与配置实在是让前辈相形见绌。由此，Swift注定要树立新的里程碑。 Swift的紫外/光学望远镜眼中的旋涡星系M33，这是迄今像质最好的紫外照片之一，由此可以一瞥星载仪器的质量（图片提供：NASA/Swift/Stefan Immler） 2004年11月20日，Swift搭乘德尔他火箭升空。同年12月17日，尚处调试期的BAT就探测到了第一次爆发。次年5月，GRB 050509B成了第一个有余辉探测到的短暴，并成了当年十大科技进展之中子星相关的主角。Swift也就此完成了一大设计目标。其实GRB 050509B只是让Swift小试牛刀，证明它达到了要求。与短暴相关的一系列研究也随之兴起，如宿主星系的证认、相关参数的统计，以及理论模型计算。长暴研究自然是不甘落后，不过Swift的快速反应可以用于早期余辉的探测，所见的光变曲线却与标准模型不那么相符，着实给理论家提出了严峻的挑战。短暴GRB 050509B的宿主星系，为红移0.225的椭圆星系，支持致密星并合的理论（图片来源：Gehrels et al. 2005）不妨来看看NASA给Swift安排的预定目标究竟完成得如何： - 确定伽玛暴的起源：长暴已经不是问题，短暴起源模型基本上是倾向于双致密星并合模型； - 为伽玛暴分类，并寻找新的类别：发现了兼有长短暴性质的GRB 060614等，并促使人们从前身天体的物理本质而非单纯的时间角度考虑爆发的分类； - 确定激波的演化及其与周围介质的作用：得出了余辉的正统光变曲线模型，根据Swift的观测对余辉演化的一系列理论工作； - 利用伽玛暴探测早期宇宙：用伽玛暴限制宇宙学参数并一窥早期宇宙中的恒星形成，红移达6.29的GRB 050904 总的来看，任务完成得不错。此外Swift还对活动星系核、软伽玛射线再现源以及X射线巡天也作了不少贡献。Swift的设计寿命虽然只有两年，却有望工作到2010年之后。凭借空前的反应速度、较宽的工作波段（从BAT成象模式下的150 KeV上限到UVOT的6000埃下限）以及每年100次爆发的探测率，它很有希望在未来与GLAST一道作出更多的发现。说来虽然Swift的工作波段很宽，其不足之处也是与此相关的：BAT的150 keV上限在实际使用中往往显得过低。作为比较，康普顿的BATSE能量上限达1000 keV，更携有负责GeV天空的EGRET；HETE-2是400 keV；早年的Vela和银河分别达到了750 keV与500 keV；就连以X射线为主的BeppoSAX也有着300 keV的最高探测能量。个人猜测，这一缺点与仪器的设计相关，因为所有这些探测器中，只有BAT是采用了编码板成象原理制造，一味提高其能量上限的代价就是探测器本体的过重过厚，直接给设计和发射造成困难。不论如何，这150 keV还是带来了不小的麻烦，如已有文献讨论过由此引起的爆发峰值时刻相关参数的不可靠。而高能敏感的GLAST倒有希望补充这一点，期待　群星榜：For Those Unsung Heroes 以下这些卫星或星际探测器，虽说没有在研究伽玛暴的过程中作出过里程碑式的贡献，但也不容忽略，于是在文末一一列举：上排左起：哈勃太空望远镜、尤利西斯、ASCA、GGS-Wind；中排左起：RXTE、钱德拉X射线天文台、XMM-牛顿、NEAR-苏梅克；下排左起：INTEGRAL、斯必泽太空望远镜、朱雀X射线卫星、AGILE 哈勃太空望远镜：大名鼎鼎，无须过多介绍。它进行了大量的光学后续观测以及对伽玛暴宿主星系的研究。尤利西斯：1990年由航天飞机发射，曾多次飞越太阳极区，其上携带有可以监测伽玛暴的设备。 ASCA ：日本的第4颗X射线卫星，1993年发射，进行了多次伽玛暴余辉的观测。 GGS-Wind ：1994年发射的NASA太阳风探测器，位于日地之间，载有俄罗斯制造的伽玛暴探测器Konus。 RXTE ：1995年发射的X射线时变探测器，为GCN数据源的组成部分。钱德拉X射线天文台：NASA的X射线望远镜，延续了BeppoSAX对余辉的观测工作。 XMM-牛顿：欧洲空间局的X射线望远镜，1999年发射，主要贡献同钱德拉。 NEAR-苏梅克：主要身份是飞往433号小行星爱神星的探测器，其上搭载的X射线/伽玛射线光谱仪于2001年1月至2月间探测到了10余次伽玛暴。 INTEGRAL ：欧空局的伽玛射线卫星，2002年发射，能谱分辨率较高，不过空间分辨率稍逊，亦是GCN数据源的组成部分。值得一提的是，它探测到了与SN 2003lw成协的低能暴GRB 031203。斯必泽太空望远镜：NASA大天文台计划的最后一台设备，2003年发射，进行过伽玛暴的红外波段后续观测。朱雀X射线卫星：日美合作的X射线卫星，进行过伽玛暴的X射线后续观测。 AGILE ：意大利牵头的项目，2007年4月由印度的PSLV-C8火箭发射，可以观测几十GeV的伽玛光子，目前已探测到多次爆发。另外值得一提的还有行星际观测网（IPN），成立于1976年，由携带有伽玛暴探测仪器的多架航天器组成，能够依照各航天器信号到达的时间差来为暴源进行定位，由加州大学伯克利分校的Kevin Hurley整体负责。IPN的早期成员包括美国的先驱者金星、前苏联的金星11号和12号、宇宙卫星、德国的太阳神2号等。上面提到的部分卫星亦属于IPN，此外尚有RHESSI、火星观察者、2001火星奥德赛等计划加盟。　 GLAST的使命也许过于沉重，不知道有多少研究论文在末尾的展望部分会将未决的问题交付于它。虽然说GLAST的任务其实是补充多于代替，因为它并不能完成高分辨率的低能成象与成谱工作，但却可以延续康普顿天文台的EGRET所进行过的MeV至GeV的爆发监测，开拓这片人们所知甚少的能段沃土，同时衔接太空软伽玛射线与地基TeV伽玛射线的数据，借以回答一系列的根本问题。 So nothing to say but good luck, GLAST! We have been expecting you for so long 标签：伽玛暴 , 卫星 , 天文 , 钩沉索隐; 个人分类: 天文|1911 次阅读|0 个评论

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