不止新冠 | 塑造2020年的科學大事件

火星任務、破紀錄的野火和室溫超導體都是今年最熱門的非新冠病毒的故事。

儘管今年最受關注的是一個災難性事件——新冠病毒大流行，但從大膽的太空任務到室溫超導體，在科學和研究方面還有許多其他有報導價值的進展。

目的地：火星

美國宇航局的「毅力」號探測器從佛羅裡達州卡納維拉爾角空軍基地搭乘阿特拉斯5號火箭出發前往火星。來源：Joe Skipper/Reuters

這是對太空探索具有裡程碑意義的一年。2020年7月啟動了三次火星探測任務，當時地球和火星之間的位置排列使向這顆紅色星球發射太空飛行器變得更有效率。阿拉伯聯合大公國首次執行星際任務，「希望」號火星探測器將繞火星飛行並研究火星氣候。中國發射了「天問一號」，其中包括一架巡視器，這是中國首次嘗試登陸火星。美國派出了「毅力」號探測器，將在火星赤道以北尚未探索的傑澤羅（Jezero）隕石坑鑽孔並收集巖石樣本。「毅力」號是美國宇航局與歐洲航天局合作計劃的第一階段，該計劃旨在首次將火星巖石帶回地球進行研究。

OSIRIS-REx宇宙飛船接觸小行星貝努（Bennu）的表面。本視頻無聲音。來源: NASA/Goddard/University of Arizona

美國宇航局在返回小行星樣本的首次嘗試中也取得了進展。十月份，該機構的「OSIRIS-REx」（太陽系起源、光譜解析、資源識別、安全保障、小行星風化層探索者）任務從小行星貝努（Bennu）上收集了灰塵和巖石。OSIRIS-REx預計於2023年返回地球，但它不會是第一個從小行星表面收集物質的太空飛行器。12月初，日本的隼鳥2號任務比OSIRIS-REx先手一步，帶著來自小行星龍宮（Ryugu）的少量塵埃安全降落在澳大利亞。

中國在探索月球方面邁出了雄心勃勃的一步，發射了首個旨在將月塵帶回地球的太空飛行器。12月1日，嫦娥五號探測器降落在名為「風暴洋」（Oceanus Procellarum）的火山平原上，裝滿了一容器的月球塵埃。12月3日，一架上升器從月球表面發射升空，並成功與打算將其帶回地球的軌道器對接。

火與冰

在澳大利亞新南威爾斯州，消防員正在與大火搏鬥。來源：Kate Geraghty/The SMH/Fairfax Media/Getty

2020年也是環境極端的一年，從1月份開始，澳大利亞發生了史無前例的森林大火。失控的大火和煙霧導致數百人死亡，數千座房屋被毀，生態系統遭到破壞。儘管以野外調查為基礎的研究受到幹擾，生物學家仍竭力記錄這場大火對生物多樣性的影響，考古學家也調查了數千處古代土著遺址的破壞情況。

類似的毀滅性場景在全球各地出現，創紀錄的野火燒光了西伯利亞苔原、南美洲的熱帶溼地和美國西部。在加州，大火威脅著聖何塞附近漢密爾頓山上有132年歷史的裡克天文臺和帕薩迪納附近的威爾遜山天文臺。

大西洋颶風季節也打破了記錄，有30個被命名的風暴，其中12個在美國登陸。2020年9月，北極海冰縮小到有記錄以來的第二低水平。在南極洲，科學家們繼續探索位於大陸邊緣的巨大且越來越不穩定的特懷特冰川（Thwaites Glacier）。機器人潛艇收集的數據表明，溫暖的海水正在冰下湧出並混合，引發了人們對冰川即將崩塌的擔憂。

由於新冠大流行導致的旅行限制，備受期待的聯合國COP26氣候峰會推遲到明年舉行，國際氣候談判被擱置。然而，一些國家政府加強了對氣候變化的承諾。中國承諾到2060年實現碳中和，日本則設定了到2050年實現溫室氣體淨零排放的目標。同樣以2050年達到碳中和為目標的歐盟，提出了雄心勃勃的新的短期排放目標。拜登贏得美國總統大選，許多人充滿希望：他的勝選或將預示著美國轉向氣候友好型政策。

政治變化

喬·拜登（Joe Biden）將於2021年1月20日成為美國第46任總統。來源: Angela Weiss/AFP/Getty

11月慶祝拜登獲勝的不只是氣候科學家。一旦拜登於2021年1月20日就職，他將有機會扭轉川普政府推出的許多對科學和公共衛生有害的政策。除了在氣候變化和環境問題上採取更積極的政策外，拜登還承諾以更科學的方式應對新冠大流行，並承諾取消旅行禁令，讓外國科學家和工程師更容易永久留在美國。

在歐洲，研究人員仍然在擔心英國退歐可能對科研資助和國際合作造成影響。英國於1月31日脫離歐盟，但另一個重要的脫歐裡程碑將於12月31日到來，屆時英國為期11個月的「過渡期」結束。儘管最後期限迫在眉睫，但許多影響科學家的問題，包括歐盟研究項目的準入，仍未得到解決。

關注不平等

反種族主義抗議者聚集在華盛頓特區。來源：Eric Baradat/AFP/Getty

2020年，世界各地聚集了數百萬名抗議者，譴責種族歧視和警察的暴行，科學家們就是抗議者中的一部分。起因是在5月的時候，喬治·弗洛伊德(George Floyd)在明尼蘇達州明尼阿波利斯市被警察殺害。研究人員分享了他們在科學領域遭遇的種族歧視，並呼籲採取更有力的行動來解決系統性不平等。許多主要科學組織都發布了公開消息，支持新近充滿活力的「黑人的命也是命」（Black Lives Matter）運動。6月10日，數千名研究人員與科學團體、大學和組織(包括《自然》)一起停止工作，反思並計劃如何反抗科學界的反黑人種族歧視——追隨的是在網上發起的一場運動，帶話題#科學、技術、工程和數學教育停工（#ShutDownSTEM）、#學術界停工（#ShutDownAcademia）、#為了黑人平等而罷工（#StrikeForBlackLives）。

一些大學現在已經採取行動，計劃更改校園建築、活動項目和旨在紀念具有種族主義或歧視信仰的歷史人物的紀念館的名稱。研究人員正在探索可以幫助打擊種族歧視和控制警察工作中使用武力的幹預措施。10月，馬裡蘭州霍華德·休斯醫學研究所（Howard Hughes Medical Institute）成為首個承諾為繼續使用黑人女性海莉耶塔·拉克斯（Henrietta Lacks）的細胞提供資金補償的大型生物醫學研究機構。1951年，醫生在未經拉克斯同意的情況下，從其體內取出癌細胞，後來創造了海拉細胞系，如今該細胞系支撐著價值數十億美元的生物技術產業。

物理學上的眾多第一次

去鐵鐵蛋白的冷凍電鏡圖。來源：Paul Emsley/MRC Laboratory of Molecular Biology

2020年是凝聚態物理學收穫許多「第一次」的一年。研究人員展示了一種室溫超導體——這種材料可以導電而不產生任何餘熱，並且可以在0°C以上正常工作。這一期待已久的突破還有一個重要的註腳：到目前為止，這種物質只能在接近地球中心的壓力下存在，這限制了它的應用。

另一個研究小組發現了被稱為任意子（anyon）的「編織」電子態的第一個確鑿證據，向構建量子計算機的新方法邁進了一步。國際空間站上的一個物理實驗室產生了第一個零重力下的玻色–愛因斯坦凝聚——一種表現為單個原子的氣體。這項技術可以達到絕對零度以上20萬億分之一度的創紀錄低溫，使得在這種冷凝物上進行的實驗比在地球上可能進行的時間更長、更精細。

與此同時，望月新一發表的令人困惑的論文震驚了純數學界，儘管他8年前宣稱破解了數論中的一個重大問題——ABC猜想——至今仍有爭議。

兩項重大突破將使我們更容易理解蛋白質的結構。首先，冷凍電鏡（cryo-EM）技術達到了單原子的解析度，接近已經成熟但更麻煩的X射線晶體學的精度。第二，機器學習第一次被成功地用於從遺傳密碼推斷蛋白質的結構，效果與實驗技術所能達到的接近。結構生物學家表示，倫敦人工智慧巨頭DeepMind（谷歌的姐妹公司）開發的AlphaFold系統可能會改變藥物研發的遊戲規則。

原文以2020 beyond COVID: the other science events that shaped the year為標題發表在《自然》上

來源：Nature自然科研