今日科技话题：地球大气臭氧分布受太阳活动周期影响、 环形染色体重排研究方面取得突破、中国空间站计划实施13次飞行任务

从中科院合肥物质科学研究院获悉，该院安徽光学精密机械研究所唐超礼博士等人，近期利用卫星观测数据分析臭氧的时空分布特性，发现在距地表95公里左右高度的中间层顶大气中，臭氧分布受太阳活动周期影响。日前美国地球物理协会学术期刊《地球物理学研究—空间物理》发表了该研究成果。

臭氧是地球大气中的一种微量气体，吸收对人体有害的短波紫外线，对地球气候、环境以及生物圈有非常重要的作用。臭氧在不同高度层的时空变化受多方面影响，其中太阳11年周期活动是重要因素。

近期，唐超礼等科研人员利用大气观测卫星从2002年到2017年间4443282次扫描的全球高空大气参数廓线数据，发现在中间层顶大气中，臭氧对太阳11年周期活动的响应是南北半球不对称的，响应值从南极向北极递减。结果表明，中间层顶的臭氧长期变化与太阳辐射、氧原子密度和温度具有强相关性。卫星观测结果还进一步验证，在平流层南北两极地区上空存在臭氧空洞，且南极地区的空洞比北极上空的大。

系统分析结果显示，中间层顶不仅是临近空间大气温度的极小值区域，也是臭氧混合比的极大值区域。而中间层顶是中高层大气中较敏感活跃的区域，在地球大气中最冷，是低层大气和高层大气中物质传输、物理化学反应及能量交换等复杂动态过程的必经区域。同时，太阳11年周期性活动对中间层顶区域大气物理、化学以及传输等有着重要的影响。

该研究将为分析全球气候的长期变化规律，建立和验证全球中高层大气模式等工作提供重要参考。

——新华网

从中国科学院上海天文台获悉：在科技部国家重点研发计划大科学装置前沿研究专项的支持下，平方公里阵列射电望远镜（SKA）前期数据处理系统建设和相关科学预研日前在上海正式启动。

该项目负责人、中国科学院上海天文台洪晓瑜研究员介绍，SKA前期数据处理系统建设和相关科学预研，共分为三个大课题：将以我国低频望远镜阵列21CMA和澳大利亚低频望远镜阵列MWA的实测数据为基础，为SKA的宇宙再电离直接成像观测做准备；将完成低频射电干涉大视场、高动态、多波束的成像处理软件；同时建设中国SKA区域中心数据处理系统的原型机。

作为下一代担当引领作用的射电天文观测设施，SKA不仅承载孕育世界级科研成果的使命，还将产生世界上前所未有的超大数据量。据估计，仅按照全部规模10%来建造的第一阶段，其科学处理器所需要的计算能力，就相当于我国超级计算机“天河二号”的8倍、“神威·太湖之光”的3倍。如此庞大的数据还需要深度分析和加工后才能被科学家使用，这些工作是要由分布于几大洲的区域数据中心合作完成。

在SKA中国首席科学家武向平院士带领下，中国SKA科学团队计划在上海建设中国SKA区域中心，主要包括科学中心和数据中心。

上海天文台安涛研究员说：“中国SKA数据中心将作为国际上几个大型区域数据中心之一，一方面承担一定份额的SKA数据处理和存储的国际义务，另一方面重点为中国乃至亚洲区域科学用户提供必要的计算和数据存储资源以及技术支持。中国SKA科学中心将为数据中心的建设和运行提供科学指导以及研发天文软件，助力科学家利用SKA数据取得重大研究成果。

“现在上海天文台已与澳大利亚的SKA先导望远镜数据中心之间建立了端对端的直连互通，成功研制了符合SKA数据处理特点的原理样机，在“天河二号”等大型超算上完成了SKA核心软件的大规模集成测试。” 安涛表示，中国SKA团队的工作成果为推进国际SKA区域中心建设做出了实质性贡献。

SKA前期数据处理系统硬件建设将在未来两到三年完成，之后再进行软件测试和系统联调。整个系统预计在5年内建成并投入使用。

——《人民日报》

环形V号染色体重排产生基因型和表型多样性

近日，《自然·通讯》（Nature Communications）杂志在线发表了我国科学家的研究论文 “Ring Synthetic Chromosome V SCRaMbLE”，证实了人工合成环形染色体在基因型和表型上的连续进化能力，显示与天然线性染色体相比，人工环形染色体具有更复杂的重排变化规律。该研究是在国家科技计划支持基础上，由天津大学元英进牵头的团队取得最新突破性进展。

染色体结构变异对生物表型多样性具有重要的影响。该研究以含有环形5号染色体的单倍体酿酒酵母菌株为模型，利用合成型酵母染色体特有SCRaMbLE系统研究基因组结构变异和进化，揭示了环形染色体可以连续产生复杂的基因组变异和表型优化。

（PDV）的生物合成途径作为基因组重排的筛选标记，通过诱导环形染色体的基因组重排获得了非整倍体酵母菌株，PDV产量提升约7倍，并且检测到1、3、6、12、13和环形5号染色体的非整倍体加倍。

与线性染色体的结构变异相比，环形染色体发生基因组重排后产生了更多的结构变异，包括DNA片段的重复、插入、易位和反转。该研究检测到29种非天然存在的新型结构变异，其中有11种和PDV的生物合成提升相关联；同时，发现未表征基因YER182W的缺失与PDV的产量提升有关。

本研究基于前期人工构建的酿酒酵母环形染色体，利用SCRaMbLE重排进化系统开展环形染色体结构变异与功能分析研究，证实环形染色体的结构变异可以改变染色体数目、结构和组织形式以推动基因组的进化。他们建立的DNA基因型与生物表型关系的研究新模型，有望用于染色体重排、微生物细胞工厂性能提升、生命快速进化和人类染色体异常疾病等研究。

——科技部网站

图表：2018年9月26日，中国空间站完成主要系统关键技术攻关 计划实施13次飞行任务。新华社发 边纪红 制图

中国载人航天工程办公室副主任林西强9月26日透露，我国正在建设的空间站舱内、舱外均可支持开展空间应用，而且应用载荷可在轨更换。仅从首次入轨携带规模看，相比天宫二号空间实验室提升10倍以上。

林西强表示，为此我国在原空间应用系统基础上，又增设航天医学实验、航天技术试验等多个应用领域，调动国内外一切力量并行展开研究工作。工程总体还成立了载人空间站工程任务规划专家委员会，全面负责相关空间应用项目的遴选把关。

林西强介绍了我国空间站阶段开展空间应用的目标：在基础研究方面，取得一批具有国际重要影响的科研成果；在航天技术和航天医学研究方面，产出一批占领航天科技制高点的理论成果，使中国人在太空飞得更远、飞得更久；在科普文化教育方面，持续激发青少年探索未知世界的热情，积极服务创新型国家建设；在服务国计民生方面，更大规模地支持与空间相关的产业经济发展，支撑国家重大战略与发展规划；在国际合作方面，以积极开放的姿态与世界各国开展交流与合作，服务“一带一路”倡议，积极构建人类命运共同体。

据悉，我国空间站计划于2022年前后完成建设。目前，空间站任务主要系统关键技术攻关已完成，空间站核心舱初样阶段研制接近尾声，计划年底前完成转正样阶段评审工作；实验舱I和实验舱II正在进行初样阶段结构热控舱总装工作；航天员系统乘员产品、舱外航天服正在开展初样研制工作，航天员出舱活动水下验证等地面试验正按计划进行。

根据飞行任务规划，空间站工程分为关键技术验证、建造和运营3个阶段实施。林西强说：“关键技术验证阶段安排了长征五号B运载火箭首飞、试验核心舱发射等6次飞行任务；空间站建造阶段安排了实验舱I和实验舱II发射等7次飞行任务。”

——《科技日报》

一个国际科研团队发表的一项最新研究称，从暗物质和暗能量的角度分析，宇宙的寿命还有1400亿年。

综合共同社、时事社等日本媒体报道，日本国立天文台、东京大学和美国普林斯顿大学等机构研究人员组成的一个科研团队，日前在美国阿奇夫论文预印本网站（arXiv）上发布了这一新成果。

这项研究认为，宇宙中不存在足以引发再度收缩的暗物质和暗能量，会持续膨胀下去，并在1400亿年后达到无限大，走向终结。

目前公认的理论认为，宇宙起源于138亿年前的大爆炸，随后开始膨胀演化。不过，关于宇宙将如何走向终结存在多种假说，包括再度缩成一点的“大坍缩”和膨胀至无限大的“大撕裂”等。

研究团队利用架设在美国夏威夷的昴宿星团天文望远镜观测分析了约1000万个星系的引力透镜效应，对宇宙中暗物质和暗能量的分布进行了迄今最全面的解析，绘制了暗物质的立体空间地图。他们通过一系列计算评估得出结论认为，宇宙的寿命大概还会持续1400亿年。

引力透镜效应是指光线在通过大质量天体附近时会发生弯曲的现象，就好像一个“宇宙放大镜”，可以帮助研究宇宙中最早和最遥远的星系。而暗物质和暗能量对星系的形成和宇宙膨胀起到了关键作用，是预测宇宙未来的重要依据。

——新华社

▲在德国北极科考营地集装箱暖房里，研究员帕尔·扎伯手捧自己种植的大头菜。
德国航空航天中心供图

在德国北极科考营地，研究人员试种西红柿、黄瓜、大头菜等多种蔬菜获得成功。目前营地已收获了183公斤新鲜蔬菜，包括29公斤西红柿、1.6公斤黄瓜。这项试验不仅可以部分解决漫长冬天营地工作人员对新鲜蔬菜的需求，也给在非洲沙漠中种植蔬菜，或未来人类在火星上生存带来启发。

极地的冬天有一段漫长的“隔离阶段”，海面冰层太厚，没有补给船可以到达营地。过去营地常驻人员只能依靠储存的蔬菜和食物，想吃新鲜蔬菜是不可能的。

今年2月初，德国航空航天中心北极科考营地人员用探险船送来的植物容器、基质和营养液，在集装箱暖房里试种西红柿。外面零下42℃，但在10厘米壁厚集装箱内放置的植物容器里，西红柿在顽强生长。由于几乎没有阳光，研究人员采用LED灯照明。

项目经理舒伯特称，在植物容器里生长的西红柿虽然个头不大，但维生素含量超过了冷藏蔬菜，毕竟是新鲜蔬菜，对于爱吃沙拉的人来说已经是享受了。而且，极地种植蔬菜还不需要农药。

舒伯特认为，对于未来农业而言，该项目也可能是一个榜样。全球越来越多的蔬菜生产将转变为垂直农场，可以优化城市的生态足迹，例如用废水处理厂的废水给蔬菜施肥，或者将含有二氧化碳的废气送到温室蔬菜大棚。

德国航空航天中心正在与摩洛哥和埃及合作，试验在沙漠中种植蔬菜。他们将一些集装箱放置在偏远村庄，利用太阳能给集装箱内植物容器中的蔬菜喷灌最低需求的水。这一项目已经得到德国联邦教研部的支持。

与此项目关联的是探索人类在火星上的生存，未来人类飞往火星，不管是在路途中，还是到达火星后停留，在此期间他们必须自己种植水果和蔬菜。

——《科技日报》