環(huán)科

2020年，我們經(jīng)歷了一個(gè)特殊的年份。在新冠病毒的陰影下，科學(xué)雖會(huì)遭遇波折，但前進(jìn)的步伐從未停滯。從第一次室溫超導(dǎo)到實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性，我們?yōu)槲磥順?gòu)筑起更多可能；從第一張人類細(xì)胞圖譜到破解蛋白折疊難題，人類也在重新認(rèn)識(shí)生命的本質(zhì)。

《環(huán)球科學(xué)》雜志近日在專家顧問團(tuán)隊(duì)和優(yōu)秀學(xué)術(shù)媒體的大力支持下評選出了2020年十大科學(xué)新聞，讓我們一起來回顧今年那些影響深遠(yuǎn)的科學(xué)瞬間。

1 新冠疫情改變世界面貌

因?yàn)檫@場疫情，2020年將注定成為一個(gè)被長久銘記的特殊年份。疫情從2019年末開始，隨后迅速席卷全球，深刻影響著這個(gè)星球上的所有個(gè)體。在新冠疫情中，各國科學(xué)家團(tuán)結(jié)一致，展現(xiàn)了現(xiàn)代科學(xué)的強(qiáng)大力量：疫情初期，我國科學(xué)家迅速測序并共享新冠病毒RNA序列；多國團(tuán)隊(duì)將疫苗研發(fā)時(shí)間縮短到一年以內(nèi)。但與此同時(shí)，我們也認(rèn)識(shí)到人類在面對全新病原體威脅時(shí)的不足：世界衛(wèi)生組織發(fā)起的“團(tuán)結(jié)試驗(yàn)”宣告失敗，我們至今沒有找到對抗新冠肺炎的特效藥；在一些國家，科學(xué)的聲音不斷被忽視，不到位的防控使得疫情持續(xù)加速蔓延。在全球超過7000萬人感染、160萬人死亡的今天，我們?nèi)匀浑y以預(yù)測這場疫情的最終走向。但可以肯定的是，唯有科學(xué)界與公眾共同努力，才能最終遏制疫情。

2 時(shí)隔44年 人類通過“嫦娥五號(hào)”再次帶回月球樣本

2020年12月17日，攜帶著月球樣本的“嫦娥五號(hào)”返回器在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域成功著陸，標(biāo)志著“嫦娥五號(hào)”任務(wù)圓滿完成，同時(shí)也奏響了我國探月繞、落、回三部曲的最后一個(gè)音符。這枚于11月24日發(fā)射升空的探測器在抵達(dá)月球軌道后，向位于月海的呂姆克山脈成功釋放著陸器。后者結(jié)合使用鉆探取樣和表面抓取兩種方式，取回了1731克月球巖石及土壤樣本。這也是時(shí)隔44年后，人類再次將月球樣本帶回地球。這些樣本有望填補(bǔ)此前月球樣本的空白時(shí)間段，構(gòu)建更加完整的月球演化歷史。

3 人類首次實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)

在距離首次發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象100多年后，人類首次見證了室溫超導(dǎo)的誕生。2020年10月15日，《自然》以封面文章的形式發(fā)表了美國羅切斯特大學(xué)、內(nèi)華達(dá)大學(xué)等多個(gè)研究單位合作完成的室溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。研究通過光化學(xué)合成，在超導(dǎo)材料硫化氫體系中摻雜碳元素，實(shí)現(xiàn)了在287.7K（約15℃）下的超導(dǎo)。這代表人類向長久以來的目標(biāo)——?jiǎng)?chuàng)造沒有電阻的高效電力系統(tǒng)邁出了重要一步。這次的實(shí)驗(yàn)條件仍然苛刻，必須給超導(dǎo)體施加267Gpa的高壓（相當(dāng)于200多萬倍標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）才能實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)。盡管其距離實(shí)際應(yīng)用還有遙遠(yuǎn)的距離，但已經(jīng)帶來了革命性的突破，物理學(xué)家追尋了一個(gè)世紀(jì)的能源效率“圣杯”曙光初現(xiàn)。

4 新一輪火星探測季開啟 “天問一號(hào)”發(fā)射升空

今年夏季，兩年一度的“火星探測窗口”再度開啟。7月20日，阿聯(lián)酋的“希望”號(hào)發(fā)射升空，拉開新一輪火星探測熱潮的帷幕。3天后，中國首個(gè)火星探測器“天問一號(hào)”在海南文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射，邁出了中國航天走向深空的第一步。作為中國的首次火星任務(wù)，“天問一號(hào)”計(jì)劃一次性完成繞、落、巡三大任務(wù)，繪制火星的地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖，幫助人類了解火星的水冰和磁場分布。而在7月30日發(fā)射升空的美國“毅力”號(hào)火星車，除了試圖搜尋火星生命的證據(jù)，還將首次在火星上釋放直升機(jī)。這3臺(tái)火星探測器均計(jì)劃于2021年上半年抵達(dá)目標(biāo)工作地點(diǎn)，為我們揭開關(guān)于這個(gè)地球近鄰的更多秘密。

5 AlphaFold解決蛋白折疊難題

1972年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主克里斯蒂安·安芬森（Christian Anfinsen）在頒獎(jiǎng)典禮上提出猜想：我們應(yīng)該能從一個(gè)蛋白的氨基酸序列，推測出該蛋白的三維結(jié)構(gòu)。這就是困擾生物學(xué)家近半個(gè)世紀(jì)的蛋白折疊問題。2020年11月30日，曾發(fā)布AlphaGo的DeepMind公司宣布其算法AlphaFold解決了該問題。兩年一度的蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測關(guān)鍵評估比賽，需要參賽者利用已知的氨基酸序列預(yù)測蛋白的三維結(jié)構(gòu)。在2020年的比賽中，Alpha-Fold一舉奪得90分的高分，達(dá)到“解決蛋白折疊問題”的標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到蛋白在生命中無處不在，Alpha-Fold的出現(xiàn)將極大地推動(dòng)各個(gè)領(lǐng)域的生物學(xué)研究。

6 量子計(jì)算原型機(jī)“九章”實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性

2020年12月3日，在《科學(xué)》雜志的一篇論文中，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜研發(fā)的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，在運(yùn)行高斯玻色采樣時(shí)，最多成功測量76個(gè)光子，實(shí)現(xiàn)了量子優(yōu)越性——即量子計(jì)算速度超過經(jīng)典計(jì)算機(jī)。根據(jù)目前最優(yōu)的經(jīng)典算法，“九章”對于處理高斯玻色采樣的速度比目前世界排名第一的超級計(jì)算機(jī)“富岳”快一百萬億倍，等效地比谷歌去年發(fā)布的53比特量子計(jì)算原型機(jī)“懸鈴木”快一百億倍。和其他量子計(jì)算原型機(jī)相比，“九章”不需要昂貴的冷卻系統(tǒng)，在室溫下即可運(yùn)行。這是對量子計(jì)算潛力的又一次有力驗(yàn)證。

7 人類首次探測到銀河系內(nèi)快速射電暴

快速射電暴（fast radio burst）是一種持續(xù)時(shí)間只有幾毫秒的神秘高能天體物理現(xiàn)象，在2007年首次發(fā)現(xiàn)這類信號(hào)之后，對于快速射電暴的來源始終沒有定論。一種候選理論認(rèn)為，快速射電暴的來源是磁陀星——一種具有極強(qiáng)磁場的年輕中子星。2020年4月28日，一支加拿大科研團(tuán)隊(duì)檢測到了來自銀河系內(nèi)磁陀星SGR 1935+2154持續(xù)時(shí)間只有毫秒級的射電暴，其強(qiáng)度是此前磁陀星射電輻射的3000倍。進(jìn)一步的研究確認(rèn)，這是人類首次探測到銀河系內(nèi)的快速射電暴，并表明磁陀星至少是部分快速射電暴的來源。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然》雜志的三篇論文中，包括一篇由中國團(tuán)隊(duì)利用500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）取得的成果。

8 首張人類細(xì)胞圖譜公布

2020年3月26日，《自然》雜志發(fā)表了由浙江大學(xué)郭國驥團(tuán)隊(duì)繪制的全球首張人類細(xì)胞圖譜。他們通過高通量單細(xì)胞測序技術(shù)，測序并分析來自中國漢族嬰兒和成人共60種人體組織樣品的70多萬個(gè)細(xì)胞，首次從單細(xì)胞水平全面分析了跨越不同年齡段的人體細(xì)胞種類，并揭示了一個(gè)普適性的哺乳動(dòng)物細(xì)胞命運(yùn)決定機(jī)制：細(xì)胞分化經(jīng)歷了一個(gè)從混亂到有序的發(fā)展過程。這項(xiàng)成果是人類細(xì)胞圖譜計(jì)劃的一項(xiàng)重要階段性成果，構(gòu)建出完整的人類細(xì)胞圖譜的基本框架。人類細(xì)胞圖譜計(jì)劃將通過細(xì)胞數(shù)字化，極大地推動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)療和再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展，對于鑒別異常的細(xì)胞狀態(tài)和起源，修復(fù)疾病導(dǎo)致的人體細(xì)胞、組織受損都具有重大意義。

9 澳大利亞嚴(yán)重山火造成慘痛生態(tài)損失

一輪持續(xù)時(shí)間、波及范圍歷史罕見的嚴(yán)重山火襲擊了澳大利亞，直到2020年3月31日，澳大利亞官方才宣布這場持續(xù)半年的大火結(jié)束。根據(jù)世界自然基金會(huì)和悉尼大學(xué)聯(lián)合發(fā)布的報(bào)告，這場大火的起火點(diǎn)有15000多個(gè)，燒毀的土地面積超過11萬平方千米，近30億只動(dòng)物在大火中喪生，其中爬行動(dòng)物的死亡數(shù)占據(jù)了

三分之二，另有上億只哺乳動(dòng)物和鳥類死亡。除了慘痛的生態(tài)損失，這場大火對氣候變化還可能造成更長遠(yuǎn)的影響。根據(jù)英國氣象局預(yù)測，澳洲大火將向大氣釋放4億至7億噸CO2，導(dǎo)致今年全球CO2的排放量比預(yù)期高出2%。在澳大利亞大面積成熟森林被燒毀后，我們可能需要超過100年的時(shí)間，才能等到森林復(fù)蘇并重新吸收掉被釋放的碳。

10 SpaceX實(shí)現(xiàn)首次商業(yè)載人航天飛行

2020年5月30日，美國時(shí)隔9年重新在本土利用航天器將宇航員送入地球軌道。這一次幫助美國重拾航天夢的是美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX），這也是歷史上的首次商業(yè)載人航天任務(wù)。此次任務(wù)屬于Demo-2演示任務(wù)的最后一環(huán)，載人龍飛船攜帶了兩名宇航員前往國際空間站。龍飛船在整個(gè)任務(wù)期間完成了發(fā)射、國際空間站對接、脫離軌道和濺落的近乎全自動(dòng)化流程，并確保了宇航員的安全。11月，載人龍飛船在首次經(jīng)批準(zhǔn)的正式載人航天任務(wù)中，運(yùn)送3名NASA宇航員和1名日本宇航員發(fā)射升空，4名宇航員將開展約半年的太空站任務(wù)。至此，商業(yè)載人航天的序幕也正式開啟。