不止新冠,这些科学大事件改变了2020年

尽管今年最受关注的是一个灾难性事件——新冠病毒大流行,但从大胆的太空任务到室温超导体,在科学和研究方面还有许多其他有报导价值的进展。

目的地:火星

美国宇航局的“毅力”号探测器从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地搭乘阿特拉斯5号火箭出发前往火星。来源:Joe Skipper/Reuters

这是对太空探索具有里程碑意义的一年。2020年7月启动了三次火星探测任务,当时地球和火星之间的位置排列使向这颗红色星球发射航天器变得更有效率。阿拉伯联合酋长国首次执行星际任务,“希望”号火星探测器将绕火星飞行并研究火星气候。中国发射了“天问一号”,其中包括一架巡视器,这是中国首次尝试登陆火星。美国派出了“毅力”号探测器,将在火星赤道以北尚未探索的杰泽罗(Jezero)陨石坑钻孔并收集岩石样本。“毅力”号是美国宇航局与欧洲航天局合作计划的第一阶段,该计划旨在首次将火星岩石带回地球进行研究。

OSIRIS-REx宇宙飞船接触小行星贝努(Bennu)的表面。本视频无声音。来源: NASA/Goddard/University of Arizona

美国宇航局在返回小行星样本的首次尝试中也取得了进展。十月份,该机构的“OSIRIS-REx”(太阳系起源、光谱解析、资源识别、安全保障、小行星风化层探索者)任务从小行星贝努(Bennu)上收集了灰尘和岩石。OSIRIS-REx预计于2023年返回地球,但它不会是第一个从小行星表面收集物质的航天器。12月初,日本的隼鸟2号任务比OSIRIS-REx先手一步,带着来自小行星龙宫(Ryugu)的少量尘埃安全降落在澳大利亚。

中国在探索月球方面迈出了雄心勃勃的一步,发射了首个旨在将月尘带回地球的航天器。12月1日,嫦娥五号探测器降落在名为“风暴洋”(Oceanus Procellarum)的火山平原上,装满了一容器的月球尘埃。12月3日,一架上升器从月球表面发射升空,并成功与打算将其带回地球的轨道器对接。

火与冰

澳大利亚发生了史无前例的森林大火。 来源:Wikipedia

2020年也是环境极端的一年,从1月份开始,澳大利亚发生了史无前例的森林大火。失控的大火和烟雾导致数百人死亡,数千座房屋被毁,生态系统遭到破坏。尽管以野外调查为基础的研究受到干扰,生物学家仍竭力记录这场大火对生物多样性的影响,考古学家也调查了数千处古代土著遗址的破坏情况。

类似的毁灭性场景在全球各地出现,创纪录的野火烧光了西伯利亚苔原、南美洲的热带湿地和美国西部。在加州,大火威胁着圣何塞附近汉密尔顿山上有132年历史的里克天文台和帕萨迪纳附近的威尔逊山天文台。

大西洋飓风季节也打破了记录,有30个被命名的风暴,其中12个在美国登陆。2020年9月,北极海冰缩小到有记录以来的第二低水平。在南极洲,科学家们继续探索位于大陆边缘的巨大且越来越不稳定的特怀特冰川(Thwaites Glacier)。机器人潜艇收集的数据表明,温暖的海水正在冰下涌出并混合,引发了人们对冰川即将崩塌的担忧。

由于新冠大流行导致的旅行限制,备受期待的联合国COP26气候峰会推迟到明年举行,国际气候谈判被搁置。然而,一些国家政府加强了对气候变化的承诺。中国承诺到2060年实现碳中和,日本则设定了到2050年实现温室气体净零排放的目标。同样以2050年达到碳中和为目标的欧盟,提出了雄心勃勃的新的短期排放目标。拜登赢得美国总统大选,许多人充满希望:他的胜选或将预示着美国转向气候友好型政策。

政治变化

乔·拜登(Joe Biden)将于2021年1月20日成为美国第46任总统。来源: Wikipedia

11月庆祝拜登获胜的不只是气候科学家。一旦拜登于2021年1月20日就职,他将有机会扭转特朗普政府推出的许多对科学和公共卫生有害的政策。除了在气候变化和环境问题上采取更积极的政策外,拜登还承诺以更科学的方式应对新冠大流行,并承诺取消旅行禁令,让外国科学家和工程师更容易永久留在美国。

在欧洲,研究人员仍然在担心英国退欧可能对科研资助和国际合作造成影响。英国于1月31日脱离欧盟,但另一个重要的脱欧里程碑将于12月31日到来,届时英国为期11个月的“过渡期”结束。尽管最后期限迫在眉睫,但许多影响科学家的问题,包括欧盟研究项目的准入,仍未得到解决。

关注不平等

反种族主义抗议者聚集在华盛顿特区。来源:unsplash

2020年,世界各地聚集了数百万名抗议者,谴责种族歧视和警察的暴行,科学家们就是抗议者中的一部分。起因是在5月的时候,乔治·弗洛伊德(George Floyd)在明尼苏达州明尼阿波利斯市被警察杀害。研究人员分享了他们在科学领域遭遇的种族歧视,并呼吁采取更有力的行动来解决系统性不平等。许多主要科学组织都发布了公开消息,支持新近充满活力的“黑人的命也是命”(Black Lives Matter)运动。6月10日,数千名研究人员与科学团体、大学和组织(包括《自然》)一起停止工作,反思并计划如何反抗科学界的反黑人种族歧视——追随的是在网上发起的一场运动,带话题#科学、技术、工程和数学教育停工(#ShutDownSTEM)、#学术界停工(#ShutDownAcademia)、#为了黑人平等而罢工(#StrikeForBlackLives)。

一些大学现在已经采取行动,计划更改校园建筑、活动项目和旨在纪念具有种族主义或歧视信仰的历史人物的纪念馆的名称。研究人员正在探索可以帮助打击种族歧视和控制警察工作中使用武力的干预措施。10月,马里兰州霍华德·休斯医学研究所(Howard Hughes Medical Institute)成为首个承诺为继续使用黑人女性海莉耶塔·拉克斯(Henrietta Lacks)的细胞提供资金补偿的大型生物医学研究机构。1951年,医生在未经拉克斯同意的情况下,从其体内取出癌细胞,后来创造了海拉细胞系,如今该细胞系支撑着价值数十亿美元的生物技术产业。

物理学上的众多第一次

去铁铁蛋白的冷冻电镜图。来源:Paul Emsley/MRC Laboratory of Molecular Biology

2020年是凝聚态物理学收获许多“第一次”的一年。研究人员展示了一种室温超导体——这种材料可以导电而不产生任何余热,并且可以在0°C以上正常工作。这一期待已久的突破还有一个重要的注脚:到目前为止,这种物质只能在接近地球中心的压力下存在,这限制了它的应用。

另一个研究小组发现了被称为任意子(anyon)的“编织”电子态的第一个确凿证据,向构建量子计算机的新方法迈进了一步。国际空间站上的一个物理实验室产生了第一个零重力下的玻色–爱因斯坦凝聚——一种表现为单个原子的气体。这项技术可以达到绝对零度以上20万亿分之一度的创纪录低温,使得在这种冷凝物上进行的实验比在地球上可能进行的时间更长、更精细。

与此同时,望月新一发表的令人困惑的论文震惊了纯数学界,尽管他8年前宣称破解了数论中的一个重大问题——ABC猜想——至今仍有争议。

两项重大突破将使我们更容易理解蛋白质的结构。首先,冷冻电镜(cryo-EM)技术达到了单原子的分辨率,接近已经成熟但更麻烦的X射线晶体学的精度。第二,机器学习第一次被成功地用于从遗传密码推断蛋白质的结构,效果与实验技术所能达到的接近。结构生物学家表示,伦敦人工智能巨头DeepMind(谷歌的姐妹公司)开发的AlphaFold系统可能会改变药物研发的游戏规则。

发布于 15次阅读

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注