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2021年08期

版权&卷首 | 探索自然科学的“终极疆域”

在中国科幻作家刘慈欣代表作《三体2：黑暗森林》中，大部分内容都围绕着一个赋予战略家惊人特权的“面壁计划”展开。由于地球面临着来自半人马座α星的“三体文明”的入侵，人类选出了4位具有战略家思维的“面壁者”，构思反击外星侵略的作战计划。在这个故事里，人的头脑和思维成为保卫地球的最后希望。而在现实生活中，人脑也如同一个充满奥秘的“万花筒”;它发挥种种作用的机制，是生命科学乃至自然科学的“终极疆域”。

特别策划 | 方兴未艾的脑科学

大脑就像是理解人类行为的一把钥匙。从早期的颅相学到如今的脑成像技术;从还是一个胚胎时的渺小，到发展出复杂的脑世界，脑科学可谓是包罗万象。经过千百年的观察和实践，科学家们发现这个由脂肪和蛋白质组成的器官是宇宙中极为复杂精妙的系统之一。医学家和生物学家对复杂的脑结构和神奇的脑功能着迷，对脑科学的探索虽然异常艰辛，却始终兴趣不减。大脑由数百亿个神经元和数以万计的神经连接而成，大脑损伤可以导致瘫痪

特别策划 | “黑白键”中的“灰白质”奥秘

运动皮层左侧视结构图胼胝体是联结左右大脑半球的横行纤维组成的宽厚白质（图片来源/维基百科）丘脑与小脑等区域在钢琴学习中扮演非常重要的角色手在弹琴，脑在演奏大脑皮层的结构极其复杂，各脑区在行为活动中扮演着不同的角色。当我们刚开始学习一项运动技能时，负责运动准备和规划的前运动皮层较为活跃，同时参与的还有前辅助运动区（辅助运动皮层中更靠前的区域）。在随后漫长的练习过程中，随着对曲目和指法

特别策划 | 当我们睡觉时，大脑在做什么

快速眼动睡眠中的人几乎没有任何肌张力，身体完全瘫软。这也就是我们坐着睡着，却不会进入天马行空的梦境的原因神经胶质细胞结构图（摄影/曹克磊）原来大脑“不睡觉” 过去，科学家们普遍认为睡眠是一段恒定不变的时期，只有很少的身体和大脑的活动。直到1952年，研究者记录了睡眠中人的脑电波，才发现睡眠是由不同的阶段组成的。一个晚上，你可以多次进入一个被称为“快速眼动睡眠”的状态，这个阶段你的脑电

特别策划 | 记忆力MAX的“天才大脑”

大脑的记忆密匙人的大脑中存在复杂的神经网络，其基本功能单位是神经元，而记忆的过程就是由这数以百亿计的神经元的活动产生。神经元活动时产生特定的膜电位变化，可以传递刺激信号，而通过这样的活动和传递，信息便在大脑中储存。记忆是对获取的信息进行编码、存储、提取的过程。人的记忆中包含其所知的一切学识、技能以及经历，而遗忘则可以发生在记忆形成的任何过程中。若想要新获得的记忆变得稳定，则需要不断地巩固再

特别策划 | 太空中被“重塑”的大脑

自20世纪50年代以来，大量的研究已经证实，长时间的太空生活会对人体的新陈代谢、热调节、心律、肌张力、骨密度、呼吸系统等产生影响。其中一种叫作视觉障碍颅内压综合征，它是一种会影响视力、使人产生头痛的太空病。也许我们想象不到，太空的失重环境还会影响我们的大脑。这种疾病的根源在于人体的中央处理器（大脑）。虽然视觉障碍颅内压综合征很早就被发现，而且得到了人们的重视，但是其致病机理直到2020年才得到

特别策划 | 大脑神经有“古诗模式”？

150首人工智能绝句认知神经科学家很好奇人们在听到古诗时，大脑是如何感知诗词的韵律的。为此，德国的马克斯·普朗克经验美学研究所、马克斯·普朗克心理语言学研究所、上海纽约大学和华东师范大学研究团队，通过将人工智能和神经生理学相结合，观察人们在听古诗的过程中大脑的反应。如果让人们听耳熟能详的古诗，从而测试大脑呈现出来的反映，难免会令人疑惑：这是人们自己的记忆，还是“听”出来的呢？于是，科学家们

特别策划 | 人类大脑分男女吗?

由于性染色体的原因，个体有着性别之分。不同性别的个体有着不小的外表和体型差异。那么在生理基础上，人类在脑功能上是否存在性别差异呢？让我们从几个常见的问题入手，看一看男女大脑的异同之处。女生更容易迷路？有些人会说：“在日常生活中，女生似乎更容易迷路？”其实，在个别认知能力上，男女差异确实存在，空间能力就是其中一种。在空间认知研究领域，最经典的研究当属心理旋转实验。不同性别的实验参与者会看

特别策划 | 从舌尖到大脑味觉的奖赏机制

进食过程的“守门员”和“教练员” 生活经验告诉我们，只要不是故意控制，我们对好吃的食物总是“欲罢不能”。事实上，哪一类食物“好吃”，早已被刻在了我们的基因里。有一种源自进化论的假设认为，对食物好吃与否的敏感性，正是人类进化过程中的优势特征。味觉是人体接触食物的第一个环节，甜味使人愉悦、酸味使人皱眉、苦味使人抗拒。可以说，味觉扮演了一个相当可靠的“守门员”角色，是它最先反馈给人们某种食物是

特别策划 | 遨游贝类大世界

上海国际贝展上展出的形态各异的贝类贝展，源自欧洲的“上流生活方式” 近现代的贝壳收藏起源于15～17世纪的欧洲，思想的解放使人们开始对自然科学产生浓厚的兴趣，广开的海路与探险不仅带来了香料、矿石和茶叶，还带来了产自异域的奇特生物。贝壳因其种类繁多、色彩绚丽、坚固耐存且充满神秘感而逐渐受到社会名流的青睐，各种新奇的藏品一时间成为拍卖会上的宠儿，许多贵族甚至王室成员还拥有自己的贝壳陈列室。这种展

特别策划 | 东海，真正的贝类伊甸园

东海贝类多样性的秘密为什么东海却有着可以媲美南海的贝类物种数量呢？按理说，更靠近赤道的南海，生物多样性应该更丰富。其实，这是因为流经中国的洋流——黑潮，会把贝类的浮游幼虫从热带输送到东海，造成了种群扩散和基因交流。这也解释了很多人长期以来存在的误区：“只要菲律宾海域有的物种，南海就一定有”，其实恰恰相反，菲律宾海域有的物种，东海可能有，南海却不一定有！贝类是怎么实现“长途旅行”的

特别策划 | 海蜗牛——漂浮的旅行家

长海蜗牛标本漂浮装备——泡泡浮囊海蜗牛，又名紫螺。为了适应终生的海面漂浮生活，海蜗牛有一件一劳永逸的装备——由数百个小气囊构成的泡泡浮囊。长海蜗牛和它的浮囊以及紫色卵囊群海蜗牛的腹足是一台神奇的泡泡制造机。生活状态下，它们的壳口朝向海面，腹足的前端露出水面，不断伸缩运动兜取空气，腹足上的腺体随即分泌黏液，将兜取的空气包裹成小气囊，而黏液遇到海水即硬化，制造一个小气囊的时间不足一

特别策划 | 挑战太空的百日菊

实验室里的植物小白鼠 2016年1月，美国宇航员成功地在空间站培育出第一株百日菊，这让全世界的科学家都欣喜不已。为什么一朵花的绽放让科学家如此兴奋？科学家为什么选择百日菊来做实验材料呢？让我们一起了解挑战太空的鲜花——百日菊。探索发现在探索太空的活动中，了解植物的活动和行为，一直是非常重要的研究方向。因为植物对于我们人类来说，实在是太重要了。不说别的，我们所需要的氧气和食物都需要植物

特别策划 | 猪笼草：食虫植物“大反击”

猪笼草结构奇特的器官甜蜜的陷阱猪笼草主要生长在地表水丰富、相对湿度高、向阳、有机质含量不高的酸性土壤中，为多年生藤本植物，茎木质或半木质，攀缘于树木或沿地面而生，高0.5～2米。猪笼草吸取营养的独特器官捕虫笼是由变态叶形成的管道或囊状结构。笼盖是负责吸引昆虫的，不仅可以掩盖陷阱，也可以防止雨水进入其中使消化液稀释;笼口为唇状结构，是具引导性的蜡质区域;笼底有消化腺体，是分泌消化酶

特别策划 | 蓝天上的交通管理

守护空域安全的无形屏障中国的空域共分为10个飞行情报区，每个飞行情报区内的空域又按从高到低的顺序进一步划分为高空管制空域、中低空管制空域、进近管制空域和塔台管制空域，覆盖了从地面到巡航高度上限的所有空间。通常情况下，一个航班从准备起飞到飞行结束，要经过数个管制席位的指挥，分别是：塔台管制员与飞行员进行通话 1.放行席位 2.地面席位3.塔台席位4.进近（指飞机下降时对准跑道飞行的

特别策划 | “祝融”探“火”

历经惊险火星我来了！ 2020年7月23日12时41分，中国在海南文昌航天发射场发射了天问一号探测器，经过5次轨道修正，于2021年2月10日抵达火星，被火星的引力捕获，成为火星的人造卫星。开始对火星表面进行遥感探测。天问一号包括环绕器（也叫轨道器）与着陆巡视组合体（简称着巡组合体）两部分。其中，着巡组合体中的巡视器——火星车，又是整个火星探测计划的焦点，航天人以中国古代神话中掌管火种的神仙

科学微距 | 巴西果登“顶”之谜

将大小不同的坚果放进一个大的透明容器中，然后不停地摇晃，我们会发现，个头大的坚果会浮到容器的上面，个头中等的坚果会在中间，而小粒的坚果会沉到底部。为什么大小不一的坚果不能均匀分布？这是因为“巴西果效应”。那么它是怎么发生的呢？英国曼彻斯特大学的科学家将混装巴西果和花生的盒子放进电子计算机断层扫描仪，扫描它的运动轨迹，将其制作成三维的录像片后发现，晃动盒子时，坚果会相互碰撞，巴西果渐渐地竖立

科学微距 | 声音

“海洋负排放”是海洋对大气二氧化碳的吸收和封存，与“增汇”相比，“负排放”这个词更强调人为主动过程。海洋负排放是实现碳中和的重要途径，应进行全面进行科学规划布局。 ——中国科学院院士焦念志近日，中国科学院院士焦念志发表了名为《海洋负排放》的演讲。他表示气候关乎人类的命运，碳中和是其中一个应对气候变化的有效措施，而要实现碳中和，不仅要减少碳排放，还要主动增汇，即负排放。海洋储存了地球上

科学微距 | 数字

3.6万千米 2021年6月18日，中国首个空间太阳能电站实验基地在重庆璧山开建，其功能是把太阳能转化为电能，并用微波方式把电能送到地面。太阳能电站建立在地球轨道上，是以收集太阳能并以无线能量传输方式、持续向地面供电的发电系统。空间太阳能电站距离地面高度将达到3.6万千米，完美避开了大气层衰减影响，时刻都能发电，还能大规模收集、转化太阳能。此外，电站未来还可以为测探月球供电。空间太阳能电

科学微距 | 趣闻

恒星是如何诞生的？近日，美国马里兰大学研究人员使用波音74了飞机上经过改装的索菲亚（SOFIA）望远镜搜集的数据，成功创建了第一张韦斯特伦德2号星团周围不断膨胀的恒星风气泡3D视图。这张高分辨率图像清晰展示了银河系“托儿所”——恒星诞生地的情景：由热等离子体和电离气体组成的气泡在膨胀沸腾。恒星比太阳喷射出更多的质子、电子和重金属原子，这些粒子流被称为恒星风，极端的恒星风能够在周围冷而稠密的

科学有料 | 大脑的“活力秘籍”

脑神经大咖探究大脑之谜温迪教授最初研究方向是大脑可塑性，从行为方面研究大脑记忆到解剖学的角度观察病变的影响，在TED演讲中她介绍了大脑中和记忆相关的2个关键部分。美国脑神经科学家温迪·铃木（Dr.Wendy A.Suzuki）教授关于运动和脑神经的演讲一度成为TED年度热点第一部分是前额叶，它处于大脑的前部、额头后面的那个部分，对做决定、专注力、注意力及性格等至关重要，被称为“人格

学海新知 | 我们能复活猛犸象吗?

冻土层的“时间胶囊” 在气温极低的环境下，染色体降解的速度会变慢，这让史前动物身上古老的DNA有了“可乘之机”。天寒地冻的西伯利亚地区，无疑是最适合保存古DNA的天然冰柜。早在20世纪70年代，俄罗斯科学家安德烈·舍尔（Andrei Sher）就在俄罗斯东北部发现了不少猛犸象化石，在瑞典进化遗传学家洛夫·达伦（Lore Dalen）的帮助下，舍尔提取出这些猛犸象的遗传信息。很快，

学海新知 | 探寻宇宙线的起源

无形的宇宙使者：宇宙线渺渺星空、浩瀚宇宙，蕴藏无限奥秘，始终激发人类探索未知、发现新奇的热情和勇气。各式各样从空间深处投向地球的射线，给人类带来了探索宇宙奥秘的钥匙，为人类打开了探索未知的大门。它们与天体传来的可见光线不同，是一种人眼看不见的射线。但是，正是这些无形的使者，给人类带来了了解宇宙的更多可能，它们就是宇宙线。什么是宇宙线？宇宙线是在大气层中诱发的一堵以接近真空中的光速传播的

学海新知 | 自制书桌上的永动球

实验材料 4根长木条、8根短木条、细线、白乳胶、5个玻璃珠、水彩颜料、剪刀实验步骤 1拿出2根长木条，用铅笔在每个木条上做出等距的5个标记点。这些标记点，就是之后固定细线的位置。在制作标记点的时候要注意，这些点一定都集中在小木条的中心位置区域，点与点之间的距离为玻璃珠的直径。 2将2根长木条和2根短木条首尾相接，用白乳胶固定，制作成一个正方形。重复操作，做成2个正方形。再用4根短

艺术中的科学 | 让死去的动物“活”过来

非遗中的科学从渺小的蚂蚁到巨大的鲸，想留住动物世界的千姿百态，就需要标本制作师通过不同类型的标本，尽量留住每一种动物生前的样貌。可以说，每一类动物标本的制作，都是工艺与科学的完美结合。中国标本制作传统技艺素有“南唐北刘”之誉，为了探寻标本制背后的科学内涵，知力记者走进清黎阁北刘动物标本制作处，和非遗传承人聊聊标本制作技艺的故事。北刘动物标本制作技艺创始人刘树芳为清代宫廷所做的动物标

艺术中的科学 | 用脑波“创造”音乐

脑电图是通过精密的电子仪器，从头皮上将脑部的自发性生物电位加以放大记录而获得的图形 1975年，美国音乐家大卫·罗森伯姆（David Rosenboom）创作的脑波音乐专辑脑波音乐的萌芽 19世纪下半叶，生理学家艾蒂安-朱尔·马雷开创了图形法记录各种生理信号的先河，开启了成像技术时代。成像技术迅速发展为医学领域中最重要的诊断技术，脑电图基于此被发明。1929年，德国精神病学家汉斯·伯格

艺术中的科学 | 银幕中的动物演技之谜

从CG技术中萌生的生物特效生物特效电影的代表作《少年派的奇幻漂流》计算机图形处理技术（简称为CG技术）的飞速发展赋予了作品更强的艺术张力和生命力。20世纪90年代以后，随着高科技大片不断地产出，CG技术成为电影界最耀眼的明星。随着技术的不断发展，生物制作特效开始崭露头角，因其自然和真实的表现，占据了电影行业中不可代替的位置。为增强人们的观赏体验和代入感，数字艺术家们一直在努力解决数字虚

兵器与谋略 | 一寸山河一寸血

“保卫大武汉！” 193了年7月7日，日本侵华战争全面爆发。自从华北和华东的众多大城市沦陷后，武汉已经成为中国为数不多的尚未沦陷的大型城市。随着国民政府首都南京的沦陷，国民政府不得不迁都重庆，但政府的军政机关却并没有立即西迁，而是先转移到武汉。武汉地区实际成为当时中国临时的军事、政治、经济中心。武汉地处江汉平原，是当时中国第二大城市，人口超过200万，武汉被长江及汉水分成三部分：武昌、汉

行知天下 | 暗藏在植物园里的“小心机”

扶荔宫温室群外观（摄影/宣宇）热带雨林区“生存战” 热带雨林区是扶荔宫主温室最大的馆区。一眼望去可以看到高大挺拔的独木成林、神奇的绞杀、壮观的板根等热带雨林特有生态景观。其中“大板根”最吸引人们的目光。板根亦称“板状根”，是热带雨林乔木最突出的一个特征，也是被早期欧洲探险家们描绘得最为神秘玄妙的部分。由于热带雨林处在多雨、潮湿的气候条件，土壤中的水分在很长的雨季总是处于饱和或近于饱和的状

行知天下 | 寻找藏在九宫山的远古地貌

九宫山保护区内的珍稀植物鹅掌楸花叶结构图和伯乐树花叶结构图（制图/脚爬客）左九宫山位置示意图（制图/脚爬客）右幕阜山脉阻隔暖气流示意图（制图/脚爬客） 14摄氏度的天然氧吧九宫山坐落在横亘三省、绵延千里的幕阜山脉中段，处于典型的亚热带季风气候区，与其东边的江西庐山、西边的湖南衡山一同构成幕阜山脉的三大姊妹名山。夏季，呈东北——西南走向的幕阜山脉将来自海洋的暖湿气流阻隔，为其

行知天下 | 象游记之何以为家

亚洲象小档案身高：250～320厘米体重：3～5吨食谱：桑科、禾本科、豆科、芭蕉科等上百种植物.例如构村、小果野蕉、粽叶芦、斑茅等偏好的栖息地：海拔1000米以下、坡度小于10度的热带雨林、热带季雨林、常绿阔叶林.以及林间沟谷、山坡、稀树草原、竹林及宽阔地带一群“离家出走”的亚洲象——“断鼻家族”成为2021年度的新晋网红，走入我们的日常生活。除了它们一路北上的动向和令人忍

行知天下 | 藕田里的夏日时光

藕田里的观鸟笔记夏季，有野鸭、鸻鹬、秧鸡、鹭鸟等几十种水鸟在藕田生境里生活。有些水鸟是利用藕田作为迁徙驿站的过客，它们在这里缓解长途迁徙带来的疲乏、觅食补充能量，到了繁殖期就迁徙离开。还有许多水鸟选择留下以藕田为家，在藕田繁殖幼鸟、抚育后代。黑水鸡、小鸊鷉是藕田最常见的繁殖水鸟，它们的繁殖生态十分有趣。由于武汉周边地区的藕田夏季气候适宜，食物充足，有些水鸟一年不止繁殖一窝小鸟。近年来的连续观察

科学起航 | 时代楷模：“胆道之父”

无悔选择，爱党报国黄志强从小就求知若渴，取得了优异的成绩。1937年10月21日，日军侵占广州城，这极大地激发了黄志强的爱国情怀，他在悲愤中下定决心，将来要用知识拯救中国。 1938年，刚满16岁的黄志强被位于昆明的国立中正医学院（第三军医大学的主要前身之一）录取，为了求学，他克服重重封锁抵达学校。在医学院，他废寝忘食地学习生理学、病理学等科目，再加上注重实践、缜密思考、亲身验证的临床习

生活解码 | 土壤“精灵”遇到“电杀手”

不可或缺的土壤守护者蚯蚓生活在地下，具有疏松土壤的作用，身体被切断后还能再生，是做鱼饵的好原料……这些，只是大家对蚯蚓的普遍了解。除此之外还有什么呢？其实，蚯蚓在土壤中不停歇地穿梭爬行，它们爬过的通道让空气和水更容易抵达土壤内部，也让过多的水分不容易在土壤中积压，更容易被排走，这对植物而言是莫大的好处，避免它们因水涝而难以成长。蚯蚓每天能吞吃相当于自身重量的食物，它们的肠道中含有丰富的

青春密语 | 新环境的“指南针”

案例一思琪（化名）是直接被保送到重点中学的，在进入新的环境之后，她开始“找不到北”。在高手如云的班级里，她变得越来越焦虑，越来越不自信，有时候一些很简单的题目，也需要花很长的时间才能完成。她说，有时候自己的思路常常卡在那里，完全找不到原先做题时的畅快感。同时，她还很担心老师不喜欢自己、担心父母对自己失望。有时候，看着其他同学认真做作业，她就会想：为什么他们都这么厉害，可以对答如流。当和

漫画科学 | 旋转的建筑环保的永动机

生态浮动酒店的设计目标是充分自给自足，最大限度地减少能源损失，所以它会综合使用太阳能、风能和潮汐能，甚至旋转产生的能量来满足岛上的需求。它的旋转系统利用计算机控制系统进行动态定位，可以自动保持位置。酒店的中央有一个面积达700平方米的大堂，凹下去的屋顶具有透明的表面，可以让自然光线进入。酒店配备有55个垂直轴风力涡轮机和太阳伞，这些设备可以同时运行，既能遮阳又可以发电。这样的一个设

漫画科学 | 专属的无人机快递配送员

无人机快递员在理想状态下速度是20～30千米/时，最大飞行速度可达149千米/时，非常适合中程或最后1千米包裹运送。续航问题不用担心，我们可是有无线充电呢，无人机停机坪看起来像一张桌子，其实是一块超大型充电板，磁共振无线充电技术可让多台设备飞到指定位置自动充电，全程无须人工干预。无人机通过网络和无线电通信遥感技术与调度中心、自助快递柜等进行数据传输，实时发送自己的地理坐标和状态信息，接

科幻空间站 | 镜面农夫

默默无闻的太空蜘蛛人西昌基地，地平线号航天飞机从它的发动机喷出的大团白雾中探出头来，轰鸣着升上蓝天。机舱里坐着水娃和其他14名镜面清洁工，经过3个月的地面培训，首批进入太空进行实际操作。对水娃来说，超重远不像传说中那么可怕，他甚至有一种熟悉的舒适感，这是孩子被母亲紧紧抱在怀中的感觉。在他右上方的舷窗外，天空的蓝色在渐渐变深。舱外隐约传来爆破螺栓的啪啪声，助推器分离，发动机声由震耳的轰鸣变为

科幻空间站 | 拾荒者

3035年，全球资源濒临枯竭，人类为了生存进入量子时代，各国为了争夺最前沿的科技争战不休，新一轮的资源争夺造成了更为严重的环境污染。各国政府被迫联合起来，明令禁止量子技术进入军事领域，只允许保留部分常规自卫装置，全球战火停息，人类进入了某种意义上的“和平时代”。拾荒者的父亲是位老科学家，量子时代的“上等人”。在量子时代，人体的分子构成也发生了巨大变化，人体各器官组织的结合形式及附着方式全部是量

科幻空间站 | 向太空的边疆前进!

2021年6月17日，搭载3名中国航天员的神舟十二号载人飞船发射升空。几个小时后，神舟十二号顺利与正在轨道上运行的天和核心舱完成对接。这既是中国人迈向星辰大海的重要一步，也是中国人代表全人类再次叩响了通往宇宙空间的大门。早在19世纪中叶，就有人提出了空间站的最初构想——当时，有人撰写了一则名为《用砖搭建的月球》的文章。以今天的眼光来看，作者事实上是构想了一种有人居住的人造地球卫星。不过，以

编读互动 | “见字如面·对话未来”书信征集活动优秀征文

未来是未知的，有着无穷的梦想和无尽的遐思。未来是神秘的，有着无限空间的好奇与梦幻。写一封信，让我们在未来中自由地翱翔，畅所欲言，让全世界聆听年轻的声音。由中国科技馆、北京市委教育工委、北京市教委主办，中国科学技术馆展览教育中心、中国数字科技馆、《知识就是力量》杂志社、北京教育新闻中心、北京市教育融媒体中心承办的“见字如面·对话未来”主题活动带着小记者们走近科学，与科学家们一起体验了科技的力量。

百问百答 | 百问百答

Q为什么要发展氢能？ A 1.氢的热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，是汽油热值的3倍; 2.可储存性。相对于电能难以储存、远程运输损耗大，氢能更易储存、输送成本（单位热能）比电力更低; 3.安全环保。氢燃烧产物是水，可循环使用，不污染环境，无碳排放产生; 4.来源广泛。氢构成了宇宙质量的75%，在地球上主要以化合物的形态贮存于水中，可通过煤、天然气、生物质、太阳能等自然能