月度归档： 2020 年 10 月

我的“脸”我做主——互联网时代，如何守护“脸安全”？

　　新华社南昌10月31日电（记者袁慧晶）手机解锁、账单支付、车站进站……“刷脸”成为当下最广泛最便捷的证明身份的方式之一。近日，一条“面具可代替人脸解锁手机”的报道，让人脸识别技术的安全性问题再次被关注。人脸识别技术真的不安全吗？是什么导致“你的脸你说了不算”？新技术应用推广阶段，如何兼顾效率与安全？

　　不同人脸识别系统可能被不同方式破解

　　日前有媒体报道称，科研人员以使用率较高的人脸识别解锁手机进行测试发现，用面具可代替人脸解锁手机，且面具的制作成本并不高。有网友回复称“公司刷脸打卡上下班，手机照片一扫，照样可以”，还有网友说“在脸上贴了锡纸，只露出眼睛，某政务系统也给判定通过。”

　　人脸识别被破解已非新鲜事。2019年8月，安徽南斗星仿真机器人科技有限公司董事长王峻曾3D打印了自己的头部模型，通过了某APP的人脸识别验证。此后，浙江嘉兴的几名小学生发现，小区里的快递柜用一张打印照片就能解锁。在浙江警方今年破获的两起盗用公民个人信息案中，犯罪嫌疑人利用“AI换脸技术”非法获取公民照片进行预处理，再通过“照片活化”软件生成视频来骗过核验机制。

　　专家指出，不同的人脸识别系统可能被不同的方式破解。中国科学院自动化研究所研究员雷震说，基于二维扫描原理的人脸防假体攻击技术可能被照片破解，基于点头、眨眼等互动的人脸防假体攻击技术可能被活化软件根据照片生成的动态视频欺骗，基于多光谱融合的人脸防假体攻击技术则可能被高仿真度的3D打印面具或头部模型破解。

　　同一对象用不同终端识别的结果也不同。王峻说，他用3D打印模型还进行了手机解锁测试，发现能解锁大多数手机，但拥有3D结构光扫描和红外摄像头的手机则不行。

　　“刷脸”安全单靠技防难保障

　　《人脸识别应用公众调研报告（2020）》显示，在有关人脸识别的安全隐患中，受访者最担心“人脸信息泄露”，随后是“个人行踪被持续记录”和“账户被盗刷，导致财产损失”；超三成受访者表示已经遭遇人脸信息泄露或滥用。人脸信息具有唯一性和不可更改性等特点，一旦泄露就是终身泄露，当其与个人银行账号、个人身份信息进行关联后，可能成为不法分子牟利新手段。

　　记者了解到，人脸识别系统的工作过程大致分为四步：预存人脸信息、人脸信息采集、人脸信息比对、输出比对结果。比对环节通过算法完成，比较的是当前识别的人脸信息与数据库中预存的人脸信息是否匹配。

　　“有的厂商为降低硬件成本，简化了脸部特征提取点，造成了识别精度下降。”360城市安全集团视觉科技首席执行官邱召强说，人脸识别技术又被称为特征码识别，即以瞳孔为基点，对瞳孔到鼻子、眉毛、耳朵、嘴的距离，进行特征点提取。提取点数越多，构成的生理特征越复杂，设备成本投入也随之增加。

　　邱召强说，要确保人脸识别技术安全可靠，就要把照片、手机视频、3D面具、3D头部模型等情况全排除掉；对于手机来说，识别的安全性会更低，因为没有专业识别设备。王峻举例说，市场上许多手机都是二维摄像头，且不带红外探测器，即便算法已排除掉风险，但由于采集端、识别端的硬件缺陷，依然难以保证安全。

　　“单纯依靠技术升级，无法完全避免人脸识别带来的安全隐患。有新的防御手段，就会有新的攻击手段。”雷震认为，在现阶段，可以通过系统性优化人脸识别系统来解决一部分的安全问题，但技术升级终究只是增加了破解的难度和成本，避免安全漏洞被大规模“钻空子”。

　　专家呼吁构建技术应用标准体系

　　专家认为，人脸信息作为个人信息中最为敏感的一类“个人生物识别信息”，需进一步以立法立规、制定标准等方式，对其应用安全加以引导。

　　“虽然网络安全法明确将个人生物识别信息纳入个人信息范围，但对于信息的使用、存储、运输、管理不够细化。”江西师范大学政法学院副院长颜三忠建议，顶层设计应尽快建立从人体生物识别技术层面制定的各个行业应用的标准体系。

　　正在征求意见的《中华人民共和国个人信息保护法（草案）》虽明确了安装设备应当为“维护公共安全所必需”，但哪些情形属于必需也应进一步明确，谁能安装设备、如何审批也需细化。

　　网络安全法中规定的“告知—同意”规则也可能因为信息不对称失去意义。“很多民众对于人脸识别的认知不够，技术提供方有义务充分告知风险，且不得以个人不同意采集信息为由拒绝提供产品或者服务。”颜三忠认为，应当遵循合法、正当、必要原则，让被采用者享有应有的知情权，且有权撤回。

　　通过预防性制度来确保科技创新与应用的安全边界是当务之急。受访人士认为，人脸识别技术应用也可作为初筛环节，综合其他信息进行比对来降低误判风险。

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白细胞如何找到伤口？研究揭示细胞是走迷宫高手

　　众所周知，当身体受伤时，免疫系统会迅速“派遣”白细胞来消灭任何可能通过伤口进入体内的细菌。那么，白细胞是通过什么方式找到伤口的呢？

　　原来，细胞擅长“走迷宫”，而且还是个“高手”。

　　早期研究表明，细胞具有一定的趋化性，能通过某种化学物质向着浓度高的地方移动。但这一特性仅在短距离内有效。而人体系统复杂多样，在免疫、发育、癌症转移等生理状况中，细胞犹如身处迷宫，无法在不同组织、器官中仅利用浓度差就实现正确的长距离迁移。

　　近日，英国一支研究团队通过让胰腺癌细胞和细菌在不同条件下“走迷宫”实验，找到了细胞长距离迁移的答案。

　　研究人员发现，细胞可通过自身分解趋化因子来创造浓度差，即便是某种环境中趋化因子浓度基本一致，细胞也可通过分解趋化因子来制造浓度差。同时，在运动过程中，细胞经过之处浓度会变低，这样它们就会继续往高浓度的地方前进并继续分解。由于正确的方向可源源不断提供趋化因子，因此细胞能顺利找到“迷宫”出口。这种通过降解趋化因子来寻找道路的方法，可让细胞从被动依靠环境浓度梯度前进转为主动前进，间接证明了细胞是如何实现长距离迁移的。

　　据研究人员介绍，该实验为深入了解哺乳动物胚胎发育的早期过程以及癌细胞的转移，提供了新的研究窗口。

　　上图为细胞“走迷宫”示意图。

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30日“火星伴月”：星似一盏灯，月如白玉盘

　　新华社天津10月29日电（记者周润健）天文专家介绍，10月30日晚，苍穹将上演“火星伴月”的美丽天象。届时，如果天气晴好，我国感兴趣的公众用肉眼将可见到红色的火星与皎洁的月亮近距离相互辉映、齐放光芒的景象，加之附近的天空没有太明亮的星体，这一天象清晰度非常高。

　　最近，每到傍晚日落以后，从天空的东南方会升起一颗通红的星星，光焰似火，烁烁放光，这就是火星，它好似一盏红灯高挂天空，异常醒目。

　　天文教育专家、天津市天文学会理事赵之珩介绍，30日日落后不久，一轮明月将在东南方天空冉冉升起。由于这天是农历九月十四，月亮接近满月，就像一面洁白的玉盘，温温润润的。而在明月右上方不远处，火星荧荧似火，熠熠生辉，如红宝石般，美艳无比。

　　“红色的火星与皎洁的月亮，就像是一对情侣，在苍穹中深情相望，互诉衷肠，上演‘秋日私语’。”赵之珩形象地说。

　　赵之珩提醒，在欣赏这幕“星月童话”之际，借助于天文望远镜，感兴趣的公众还可以试着找寻火星的“极冠”。火星两极存在着白色覆盖物区域，这就是“极冠”。而眼下一直到今年年底，前半夜都是欣赏火星的好时机。

　　天文专家表示，通过对火星越来越多的了解，从科学发展的历史角度来讲，火星是太阳系中唯一的将来地球上的人类有可能前往移民的大行星。截至目前，人类已向火星发射了数十个探测器，其中就包括我国在今年发射的“天问一号”。

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天问一号完成第三次轨道中途修正

　　科技日报北京10月28日电 （杨璐 记者付毅飞）记者从国家航天局获悉，2020年10月28日22时，在我国首次火星探测任务飞行控制团队控制下，天问一号探测器8台25牛发动机同时点火工作，顺利完成第三次轨道中途修正，并在轨标定了25牛发动机的实际性能。

　　实施第三次轨道中途修正，是为了在深空机动后，对转移轨道再次进行微量调整，使火星探测器按照预定时间与火星交会。

　　截至目前，天问一号已在轨飞行97天，距离地球约 4400万千米，飞行路程约2.56亿千米，探测器各系统状态良好，地面测控通信各中心和台站跟踪正常。

　　图为天问一号轨道图。（国家航天局供图）

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PHP多维数组指定列转换成一维数组

PHP中对多维数组特定列的提取，是个很常用的功能，正因为如此，PHP在5.5.0版本之后，添加了一个专用的函数array_column()。当然，如果你的PHP版本低于5.5.0，就得用别的方法处理了。

例如，对于以下这个数组：

$user = array(
    '0' => array('id' => 100, 'username' => 'a1'),
    '1' => array('id' => 101, 'username' => 'a2'),
    '2' => array('id' => 102, 'username' => 'a3'),
    '3' => array('id' => 103, 'username' => 'a4'),
    '4' => array('id' => 104, 'username' => 'a5'),
);

我们要提取其中的 usename 列，变成：

$username = array('a1', 'a2', 'a3', 'a4', 'a5');

方法有以下几种。

1 array_column函数法

用PHP内置的 array_column() 函数是最简单的方法，限制是PHP版本必须是5.5.0及以上版本，方法：

$username = array_column($user, 'username');

2 array_walk函数法

array_walk()函数使用用户自定义函数对数组中的每个元素做回调处理，实现当前功能的方法：

$username = array();
array_walk($user, function($value, $key) use (&$username){
    $username[] = $value['username'];
});

3 array_map函数法

array_map()函数和array_walk() 作用类似，将回调函数作用到给定数组的单元上。

$username = array();
array_map(function($value) use (&$username){
    $username[] = $value['username'];
}, $user);

实际使用时，我们可以用array_map()写出和PHP内置array_column()一样功能的函数：

/**
 * 获取二维数组指定的一列，并以一维数组格式返回
 * 作用和PHP5.5.0中的array_column()函数一样
 * @param $input array 需要取出数组列的多维数组（或结果集）
 * @param $column_key string 需要返回值的列，它可以是索引数组的列索引，或者是关联数组的列的键。 也可以是NULL，此时将返回整个数组
 * @param $index_key string 作为返回数组的索引/键的列，它可以是该列的整数索引，或者字符串键值。
 * @return array|null
 */
function array_column($input, $column_key, $index_key = null) {
    $arr = array_map(function($d) use ($column_key, $index_key) {
        if (!isset($d[$column_key])) {
            return null;
        }
        if ($index_key !== null) {
            return array($d[$index_key] => $d[$column_key]);
        }
        return $d[$column_key];
    }, $input);

    if ($index_key !== null) {
        $tmp = array();
        foreach ($arr as $ar) {
            $tmp[key($ar)] = current($ar);
        }
        $arr = $tmp;
    }
    return $arr;
}

4 foreach循环法

foreach循环相对上面的方法效率稍微低一些，但简单容易理解。

$username = array();
foreach ($user as $value) {
    $username[] = $value['username'];
}

5 array_map变种

方法如下，意为把$user数组的每一项值的开头值移出，并获取移除的值作为新数组。注意此时新数组$username的键仍是原数组$user的键，如下。

$username = array_map('array_shift', $user);

注意：该功能会获取$user中的 id 列，而不是 username 列。

另外，如果需要获取二维数组每一项的开头列或结尾列，也可以这样做：

$username = array_map('reset', $user);
$username = array_map('end', $user);

这三个变种方法作用比较局限，仅在获取第一列或最后一列的时候有用，在复杂的数组中就难以发挥作用了。

原文：https://www.awaimai.com/885.html

新版《国家科学技术奖励条例》：更透明、强监督、去功利

　　新华社北京10月28日电 题：更透明、强监督、去功利——解读新版《国家科学技术奖励条例》三大看点

　　新华社记者董瑞丰、温竞华

　　《国家科学技术奖励条例》经过第三次修订，日前已正式公布，将于2020年12月1日起施行。

　　作为科技奖励制度一系列改革中的重要一环，新版条例力图通过调整“指挥棒”，以更加透明、严谨的制度设计，进一步激励自主创新、激发人才活力、营造良好创新环境，同时避免过度的功利导向，引导科技工作者回归科研初心。

　　看点一：“推荐”变“提名”，程序透明成刚性要求

　　新版条例的一个亮点，是落实了科技奖励由“推荐制”调整为“提名制”的改革要求。后者也是国际通行做法。

　　较长时间以来，我国科技奖励采取的方式是：行政部门下达推荐数量指标，各单位组织科技人员申请报奖，单位经过筛选再向国家科技奖励办公室推荐。科技界对此一直有不同声音，认为行政“越位”导致了部分推荐奖项“含金量”不足。

　　自中央全面深化改革领导小组2017年审议通过《关于深化科技奖励制度改革的方案》，次年，国家科技奖励即变“主动自荐”为“被动他荐”。此次条例修订，将这一改革举措上升到法规层面。

　　科技部有关负责人介绍，改革报奖方式，实行由专家、学者、组织机构、相关部门等提名的制度，在坚持政府主导的基础上充分发挥专家、学者作用，强化奖励的学术性。

　　同时，强化提名责任，提名者应当严格按照提名办法提名，提供提名材料，对材料的真实性和准确性负责，并按照规定承担相应责任。

　　作为程序保障，新版条例还对评审过程透明做出刚性要求。明确评审活动坚持公开、公平、公正的原则，评审办法、奖励总数、奖励结果等信息应当向社会公布。

　　看点二：建“诚信档案”，加大监督惩戒力度

　　个别科研人员、机构有违反伦理道德或者科研不端等行为，隔几年避过风头后，又出现在科技奖励参评名单中——这样的情形曾被舆论质疑。

　　新版条例注重科技奖励诚信体系建设，要求国家科学技术奖在提名阶段即对上述个人或组织“一票否决”，并建立对提名专家、学者、组织机构和评审委员、评审专家、候选者的科研诚信严重失信行为数据库。

　　条例同时加大对科技奖励的监督惩戒力度。一方面，监督委员会根据相关办法对提名、评审和异议处理工作全程进行监督，并向国家科技奖励委员会报告监督情况。

　　另一方面，对奖励活动各主体规定了相应的法律责任。违反条例规定，有科研诚信严重失信行为的个人、组织，将被记入科研诚信严重失信行为数据库，并按国家有关规定实施联合惩戒。

　　长期从事科技奖励制度研究的教育部科技发展中心原主任李志民说，对科研不端“一票否决”、对跑奖要奖“零容忍”、对违规人员持续追责，这样的监督惩戒力度将让国家科技奖励更公正、更权威，也进一步为科研人员营造风清气正的学术环境，引导他们专注研究、发挥潜能。

　　看点三：强化荣誉性，回归奖励“初心”

　　一段时间里，国家科技奖励与学科评估、人才评价、学位点设置甚至院士评选挂钩，导致一些科研人员对奖项趋之若鹜。

　　“这是科技界议论颇多的奖励溢出效应。把荣誉变成了功利，偏离了科技奖励的本来目的。”李志民说，国家科技奖励制度改革正在进一步深化，将更好地解决科研领域效率与公平的平衡问题。

　　新版条例明确规定，禁止使用国家科学技术奖名义牟取不正当利益。

　　科技部有关负责人表示，强化科技奖励的荣誉性，将国家科学技术奖授予追求真理、潜心研究、学有所长、研有所专、敢于超越、勇攀高峰的科技工作者。

　　中国科协组织人事部副部长谭华霖说，中国科协作为学术共同体组织，长期以来深度参与国家科技奖励的提名举荐和评审评价工作。未来，将根据新版条例的要求，履行好学术共同体作用，促进科技奖项回归荣誉本身。

　　据悉，新版《国家科学技术奖励条例》之后，实施细则等一系列配套文件也将陆续出台，下一步还将规范各类科技评奖，减少奖励数量，提高奖励质量。

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“天问一号”完成第三次轨道中途修正 已飞行97天

　　记者从国家航天局获悉，2020年10月28日22时，在我国首次火星探测任务飞行控制团队控制下，天问一号探测器8台25N发动机同时点火工作，顺利完成第三次轨道中途修正，并在轨标定了25N发动机的实际性能。

　　△图片来源：国家航天局

　　实施第三次轨道中途修正，是为了在深空机动后，对转移轨道再次进行微量调整，使火星探测器按照预定时间与火星交会。

　　△图片来源：国家航天局

　　截至目前，天问一号已在轨飞行97天，距离地球约4400万千米，飞行路程约2.56亿千米，探测器各系统状态良好，地面测控通信各中心和台站跟踪正常。（总台央视记者 王世玉 杨璐）

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自动驾驶真正上路 还有10%的技术难题待解

市民在北京市海淀区稻香湖路的百度自动驾驶出租车指定上车点乘车。新华社记者 任超摄

　　自动驾驶在技术上已经解决了90%的问题，但剩下10%的问题如很多边界化难题，却可能要花费比过去更多的精力去解决。

　　10月21日，全国首个常态化运营的5G无人公交在苏州落地。这个在苏州高铁新城亮相的无人公交是在开放的城市道路上运行，且速度可达20—50千米/时。这辆无人公交车除了具备避让行人车辆、自动变道、自动转向、红绿灯识别等基本功能，还能应对各类城市复杂交通场景，例如穿行人车混杂的路口、应对后车加塞、“鬼探头”等。

　　此前，10月12日，北京也开放了无人驾驶出租车试乘，可试乘区域包括海淀、亦庄等，12日当天北京地区的呼单量就突破了2600单。而早在今年4月，长沙已经全面开放了无人驾驶出租车服务。

　　自动驾驶服务陆续落地，是否意味着其商业化临近？

　　商业化正迎来最佳时机

　　目前自动驾驶的落地情况如何？其发展到了一个什么程度？

　　“2019年12月，国内首次提出了新基建的概念，掀起了一股新浪潮。新基建包括5G、物联网、工业互联网、卫星互联网、人工智能、云计算、区块链七大板块，其中有三大板块是自动驾驶软件的核心技术——5G、AI、大数据中心（云计算）。”轻舟智航联合创始人、CEO于骞在接受科技日报记者采访时表示。

　　在于骞看来，自动驾驶处于这几大领域的交汇点，是新基建的典型落地应用。加上近年来不断完善的智慧城市、智慧交通相关政策，可以说，自动驾驶在国内的商业化落地正迎来最佳的时机。

　　“在整体落地方面，仅从近几年无人驾驶行业的创业公司情况来看，以2018年为分界点，无人驾驶领域确实是出现了两个创业的黄金窗口。”于骞说。

　　第一个黄金窗口出现在2015年至2017年之间，在这段时间里，出现了一批自动驾驶公司，在这个阶段的融资主要是靠估算的产品规模以及团队背景，当时市场对L4级别自动驾驶（全自动驾驶）产品落地的期望值很高，定下了不少比较乐观的近期目标。

　　“在近期目标没有实现时，市场感到了失望，并重新对落地时间树立起了新的认知，这时又遇上了资本寒冬，所以自动驾驶创业公司的声音少了许多。”于骞表示。

　　在2019年之后，人们对L4级别自动驾驶的预期开始回归理性，随着技术的进一步成熟，市场的需求也呼唤无人驾驶产品落地。同时国家的各类政策先后推出，以及相应的法律法规逐渐完善，随着硬件成本的显著下降，L4级别自动驾驶的短期落地场景逐渐明确了。

　　于骞表示，目前，业内预计公共道路中低速载人场景的落地运营时间大概在1—3年，公共道路中低速载货场景的落地运营时间则是在3—5年。虽然前几年已经有各种物流车、摆渡车试运营，但这些试运营都只局限在园区里头，这里的落地，指的是在公开道路中的落地。

　　无人小巴更具落地可能性

　　部分应用落地是否意味着自动驾驶将很快投入商业化运行？自动驾驶的商业化道路还有多远？

　　在于骞看来，自动驾驶能否商业化取决于不同自动驾驶级别和不同场景，例如L2级别自动驾驶（部分自动驾驶）的方案已经在许多量产车上落地。

　　“无人驾驶出租车作为目前市场规模最大的、最有挑战的部分，是城市复杂交通环境无人驾驶的终极目标，但无人驾驶出租车的落地周期比较长、速度快、非固定路线，落地难度会比较大。”于骞说。

　　目前业内更看好无人小巴在公开道路的商业化落地应用，无人小巴正在国内多个城市启动常态化运营，可满足城市中的地铁接驳及微循环接驳需求。

　　如苏州在2020年7月发布了全球首条城市微循环无人小巴市民体验线路，并随后落地了全国首个常态化运营的城市公开道路无人小巴项目，部署多条无人小巴城市微循环线路。苏州的无人公交项目将设置多条路线，覆盖高铁新城周边9.8平方公里区域，解决居民出行“最后三公里”难题。这是目前国内覆盖范围最大的无人公交项目，也是唯一常态化运营的城市公开道路无人公交项目。

　　于骞表示，无人小巴这一应用场景具有三大优势。第一，中低速场景，乘客对车速的预期可控，速度保持在20—50千米/时之间。第二，固定路线，车在同一条线路上反复磨练，更能确保行驶安全，并可实现红绿灯优先和预警。第三，满足多人出行，具有社会效益，在公共道路上享受优先路权。

　　“无人小巴这一应用场景结合了固定路线中低速、多人出行路权优先、可部署基于5G的车路协同等优势，或将成为L4级别自动驾驶的最快实际落地场景。”于骞说。

　　已经解决90%的技术问题

　　有专家指出，目前困扰自动驾驶的主要难点在于其决策规划和感知，并认为目前并没有看到这两个难题的解决措施，此观点获得不少人的认同，现实情况是否如此？

　　于骞认为，决策规划和感知的问题都可以归结为自动驾驶的长尾问题。自动驾驶在技术上已经解决了90%的问题，但剩下的10%却可能要花费同样多甚至更多的精力去解决，这10%包括很多边界化难题（Corner case），如在车辆遇上野鸭子之前，工程师甚至不知道会有野鸭子的问题。所以边界化难题是需要去发现并解决的。

　　那么边界化难题怎样去发现并解决呢？

　　“除了收集大量的数据，更重要的是建立自动化生产工厂，将源源不断收集来的有效数据，通过自动化的工具，加工成可用的模型。以更快的速度、更高效的方式应对边界化难题。”于骞表示。

　　于骞以上面野鸭子的场景为例，如果需要专门针对这些场景去开发特殊的模型，那会有无穷无尽的场景需要处理。但借助自动化的办法，只要数据标注好了，下次系统更新时便可以更好处理这种情况，省下大量工程师的时间。

　　“以感知举例是比较容易理解的，但其实规划技术也一样。要想让车做出准确的规划，最原始的方法是工程师写规则——大量的工程师写出大量的规则，但这种方式不易维护性还不能满足最新需求；再进一步便是设计奖励函数——设计奖励函数比写规则要简单得多；再往后则是系统利用数据自动学习奖励函数。这个过程便是往自动化方向发展的过程。”于骞说。

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为何要去小行星挖土？专家：这是意义重大的“太阳系考古”

　　在贝努小行星上采样的冥王号 NASA

　　北京时间10月21日清晨，已经在太空飞行4年的OSIRIS-REx（冥王号）探测器，成功从目前距地球3.34亿公里的贝努小行星上，收集了一些尘埃和碎石。耗费7年时间，耗资约65亿元人民币，只为从小行星上抓回“一把土”，值得吗？当然！在中国航天科工集团二院研究员杨宇光看来，这是一次意义重大的“太阳系考古”。

　　中国科学院国家天文台研究员郑永春对这次任务后续的科学研究充满期待。“冥王号可以采集60克样品，这个量已经很多了，样品类型也会比较丰富，可以开展很多非常系统的研究。估计至少可以研究几十年。”

　　小行星上藏有太阳系古老遗迹

　　对于地球来说，近地小行星是一种危险的存在。它们在太空中风驰电掣，不时与地球擦肩而过，让人心惊肉跳。不过这些鲁莽的家伙并非一无是处，它们身上也藏有科学家们梦寐以求的东西，比如太阳系最古老的遗迹。

　　郑永春介绍说，太阳系形成之后，尘埃碰撞凝聚形成了行星、矮行星等天体，还有些粉末碎屑，成为了小行星。相比之下，行星中含有很多放射性元素，会产生热量，从而导致演化、熔融，慢慢将太阳系初期的历史湮没。而能量小、热量少的小行星，基本上没有发生过演化，仍保留着太阳系形成之初的状态。对它们开展研究，有助于探寻太阳系最早期的面貌。

　　此外，随着航天技术发展，人类也产生了对小行星资源开发利用的想法。

　　出于上述目的，人们开始在茫茫太空中寻找探测目标。杨宇光表示，选择目标时，需要考虑几个因素。

　　从工程角度，首先要考虑可行性。例如项目预算能买多大推力的火箭，能把探测器送到多远的地方，以此划定一个选择范围。如果要登陆采样，那么小行星的自转速度就不能太快，以免增加任务难度和风险。

　　同时还要从探测价值方面考虑。太阳系里有近地小行星、主带小行星等多种类型，其轨道分布、成份等都有差异。在能力有限的情况下，一定是尽量选择此前没有探测过，本身具有一定特点，在科学上或对未来开发有足够高价值的小行星，作为探测目标。

　　综合考虑各种因素，一颗发现于1999年，编号为1999 RQ36的近地小行星——贝努成为了冥王号的探测目标。

　　全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩介绍说，贝努是一颗富碳小行星，直径将近500米。它距离地球最近时约有750万公里。

　　中国科学院国家天文台研究员刘玉娟在一篇文章中介绍，贝努的年龄超过45亿岁，并未经历过剧烈的变化，意味着它表面和内部的物质都是太阳系诞生时产生的，其组成成分很可能包含生命最初在地球上形成时的物质。研究这样的小行星，有助于科学家认识早期的太阳系，包括地球的形成方式，以及生命起源的问题。

　　全新“接触即离”方式几秒钟完成采样

　　冥王号是美国首个小行星采样返回探测器，于2016年9月9日发射升空，2018年12月飞到贝努小行星附近。

　　庞之浩介绍，冥王号此行有几个科学目标，包括从贝努表面采回足够量的风化层物质，绘制原始碳质小行星的全球特性、化学特性、矿物学分布情况图，在采样地点记录风化层的质地、形态、星体化学和光谱特性等。

　　郑永春表示，采样区的选择，主要有两方面要求，一是希望样品有特点、信息丰富，具备更高的科学价值；二是必须有一块面积较大、地势平坦的区域，才能保证安全。经过综合考虑，冥王号选择了名为“夜莺”的采样区。

　　庞之浩介绍，此次采样采用了“接触即离”方式，采样过程只用几秒钟。其间，冥王号并没有着陆，而是在接近目标时伸出采样机械臂，用机械臂末端的采样器完成采样，然后迅速飞离。这种方式省去了采样前着陆、固定，以及起飞前的解锁过程；探测器在惯性下落时，也提供了采样所需的力。

　　冥王号的采样器采用了一项全新技术。庞之浩说，当采样器接触到小行星地表时，会喷射出纯氮气体，把贝努表面的部分表土层物质吹入样品返回舱。采样器在接触地表时，也可以取得一部分样品。冥王号携带了3罐氮气，能满足3次采样尝试。地面模拟试验表明，它能够采得超过60克样品。

　　庞之浩说，采样完成后，冥王号计划于2021年3月踏上归途，在2023年9月将重达46千克的采样返回舱送回地球。不过它不会再入地球大气层，而是在进入大气前4小时释放采样返回舱，随即进行碰撞规避机动，让采样返回舱独自回到地面。冥王号自己则进入环绕太阳的轨道继续飞行。

　　月球与小行星采样各有难点

　　冥王号并不是人类第一个在小行星采样的探测器。

　　2003年5月，日本发射隼鸟号探测器，几经波折，从糸川小行星上采集到约100毫克尘埃，于2010年6月返回地球。

　　2014年12月，日本又发射隼鸟2号探测器。它于2019年2月在龙宫小行星着陆采集表面样本，并发现了水合矿物质。同年4月，它向龙宫发射了一枚金属弹，随后收集了被激起的物质。目前，隼鸟2号正在返回途中，计划于今年底将小行星样品送回地球。

　　相比日本这两次小行星采样计划，冥王号项目除了科学目标不同，在采样、降落导航等方面也采用了全新的技术，同时在伴飞距离上大幅缩短。此外，60克的样品采集量，堪称阿波罗计划之后人类太空采样之最。

　　近年来，各国纷纷启动行星探测计划。我国就计划在今年11月下旬发射嫦娥五号探测器，实施月球采样返回任务。那么月球与小行星在登陆采样方面有何不同？

　　杨宇光表示，行星或矮行星的个头大、引力大，着陆及采样方式与小行星任务并不相同，因而在整个工程设计上都不一样。“从飞行器设计角度来说，冥王号和普通轨道飞行器没有太大差异，主要是增加了一些在微重力条件下采样的设备。”杨宇光说，而行星的巨大引力会导致探测器环绕、降落的速度非常快，这给工程带来了很大难度。

　　尽管如此，小行星采样也有许多技术挑战。郑永春介绍，小行星在行星学中被称作“非合作天体”，由于其几乎没有引力，跟探测器之间没有相互作用，因此要实现对小行星的伴飞、环绕以及着陆，完全要依靠探测器自身的动力，这对探测器的姿态调整及控制精度提出了很高要求。

　　此外，小行星距离地球较远，近地点往往也要数百万公里，远大于月球与地球之间的距离，加上其目标小、速度快，这都给探测任务的轨道设计增加了难度。

　　据媒体报道，我国也在开展小行星探测关键技术攻关。根据目前的计划，我国将发射一个探测器，先环绕近地小行星2016HO3飞行，再择机登陆采样，将样品返回舱送到地球附近释放。随后探测器继续飞行，借助地球和火星引力到达小行星带，对名为133P的主带彗星进行探测。

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X射线不光能拍胸片还能找星星

　　NASA

　　图为首次发现银河系外行星的RX J1131-1231星系的引力透镜图像。中间的红色圆点是前景星系，这个星系中估计包含有万亿以上的行星。白点圆点代表了遥远背景天体经过前景星系时的成像。

　　图片来源：美国俄克拉荷马大学官网

　　9月25日，在预印本网站arXiv.org上刊载的一篇论文引发关注，美国哈佛大学史密森尼天体物理中心的天文学家罗珊娜·迪斯蒂法诺及其研究团队利用钱德拉X射线天文望远镜获得的数据，通过X射线掩食法在距离地球2800万光年外的涡状星系（Whirlpool Galaxy）中发现了一颗候选行星，这有望成为一颗新发现的银河系外行星。据计算，这颗被命名为M51-ULS-1b的候选行星半径略小于土星。

　　从太阳系内到太阳系外，从银河系内再到银河系外，人类探索遥远行星的脚步从未停止过。瑞典天体物理学家米歇尔·马约尔和天文学家迪迪埃·奎洛兹，就是凭借1995年首次在太阳系外发现一颗围绕主序星运行的行星，共同分享了2019年诺贝尔物理学奖。这一次，研究人员如何发现这颗银河系外的候选行星？发现这颗候选行星有什么意义？

　　光学望远镜难以直接观测遥远天体

　　天体距离地球越遥远，就越难用望远镜直接观测。此前，科学家寻找银河系外行星的主要方法是利用微引力透镜现象。

　　南京大学天文与空间科学学院教授周礼勇解释道，遥远处背景天体发出的光线会受处于前景的天体引力所影响，发生光线弯曲、光度增强等现象。在我们看来，遥远处的天体就像被“增亮”了，这种现象被称为微引力透镜现象。

　　2018年2月，一项发表在《天体物理学快报》上的研究宣称，科学家首次发现银河系外的一群行星，利用的就是微引力透镜现象。

　　利用微引力透镜现象一度被认为是有效探测距地球遥远天体的唯一方法。周礼勇表示，通过观察微引力透镜现象，不仅可以确定银河系外行星的存在，还能根据信号的特征频率推算出其质量。“不过，行星引起的微引力透镜现象转瞬即逝，且无法重复，所以利用微引力透镜现象观察到的银河系外候选行星，很难得到后续观测的进一步证实。”周礼勇说。

　　而对于“不那么遥远”的太阳系外行星，最常用的探测方法包括凌星法和径向速度法。

　　凌星法的本质是研究行星凌星所造成的恒星亮度变化。但造成恒星亮度变化的因素不只有行星的遮挡（凌星），还有可能来自恒星本身的活动。就像太阳黑子、爆发等，这些都有可能形成被测量恒星的光变曲线。

　　周礼勇也表示，系外行星距离地球比较远，所以当它们掠过宿主恒星表面时，如果行星半径相对于恒星而言很小，我们很难在恒星的光变曲线中识别出凌星的信号。“这就像寻找1000公里外路灯下的一只萤火虫一样难。”他说。

　　相较于银河系内行星，银河系外行星距离地球更加遥远。“距离我们几千万光年的银河系外，单个恒星本身已经难以分辨，其行星的凌星就几乎不可能观测到了。”周礼勇说。

　　突破口是忽强忽弱的X射线

　　寻找银河系外行星，凌星法真的无能为力吗？

　　实际上，迪斯蒂法诺研究团队所使用的X射线掩食法跟凌星法基本一致。“原理上都是一样的，都能够给出遮挡与被遮挡天体相对大小的信息。”中国科学院紫金山天文台副研究员陈果说。

　　所谓掩食法，即通过观测恒星的光线变化情况来寻找行星。当行星运行到观测者与恒星之间时，恒星亮度会因行星的遮掩发生变化。如果这一变化存在周期性，那么我们就有可能利用掩食法追踪到这颗行星的踪迹。

　　银河系内的凌星观测大多在光学和红外波段进行。“因为一般恒星辐射的X射线较弱、辐射的可见光较强，而且X射线会被地球大气吸收，用X射线掩食法进行观测就比较难。”周礼勇解释道。

　　与可见光相比，X射线波长短、能量高，更易穿透宇宙尘埃和气体云团。因此，迪斯蒂法诺研究团队关注的就是X射线。

　　在银河系之外，X射线主要源自X射线双星系统。这类系统由一颗普通恒星和一个大质量恒星的遗骸（黑洞或中子星）构成。后者巨大的引力能吸积伴星的物质，在这个过程中，吸积盘会释放出X射线。“在这类系统的凌星现象中，X射线波段的亮度变化非常明显，因为X射线的发射区域集中在狭小的空间，行星经过时，甚至能将X射线发生区域完全遮住。”周礼勇告诉记者。

　　2012年，钱德拉X射线天文望远镜捕捉到了一个事件——在距离地球超过2800万光年的涡状星系中，X射线源逐渐变弱直至为零，然后重新出现。对这一信号进行分析和计算后，迪斯蒂法诺团队判定这是一颗行星导致的凌星现象。

　　实际上，X射线源变弱又变强，原因可能有多种，比如存在另一颗小恒星（如白矮星）使X射线源黯然失色。但研究团队认为，M51-ULS-1b不是白矮星或其他类型的恒星，因为这片区域的双星系统太年轻，此类物体无法在附近演化。研究人员排除了另一颗恒星阻挡X射线源的可能，认为这是银河系外的一颗候选行星。

　　为搜索系外行星提供新思路

　　从候选行星到被确认为银河系外行星，还有多远的距离？

　　陈果坦言，“候选行星”只是众多可能性中的一种，“探测到的光变又是孤立事件，远远达不到能够确认的程度”。

　　“实际上，首先要确认的是这种光变特征是否能被重复观测；若能重复，它是否存在周期性。另外，用掩食法测出的是天体的相对大小。因此，被遮挡天体的尺寸估量是否准确将会严重影响前方遮挡天体的尺寸确定。所以，这个天体是不是真的略小于土星的尺寸，也要打个问号。”陈果分析道，最好能通过其他技术手段限定这颗天体的质量，才能对该天体是否是行星做出评估。

　　需要强调的是，这项研究还只是刊发在预印本网站arXiv.org上，未经过进一步研究确认。从候选行星到被确认为银河系外行星，尚需时日。

　　不过，研究团队提供了一种搜索行星的新思路。“主要是搜索方法上的启发，也许X射线掩食法也可以用于银河系内行星的搜索。”周礼勇说。

　　工欲善其事，必先利其器。迪斯蒂法诺团队能取得此次研究进展，钱德拉X射线天文望远镜功不可没。

　　1999年，美国发射钱德拉X射线天文望远镜，欧洲发射XMM—牛顿卫星，成为世界X射线天文学时代开启的标志性事件。作为我国自主设计研制的首颗大型X射线天文卫星，“慧眼”在2017年6月15日成功发射。“慧眼”集全天球扫描、目标定点凝视、小天区深度扫描、γ暴探测等多种探测模式于一身，不仅填补了我国空间X射线天文卫星探测的空白，还能为我国科学家提供遥远宇宙中的天体的高灵敏度图像。

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