2020年，我們經歷了一個特殊的年份。在新冠病毒的陰影下，科學雖會遭遇波折，但前進的步伐從未停滯。從第一次室溫超導到實現量子優越性，我們為未來構築起更多可能性；從第一張人類細胞圖譜到破解蛋白摺疊難題，人類也在重新認識生命的本質。現在，讓我們來共同回顧那些影響深遠的科學瞬間。
新冠疫情改變世界面貌
圖片來源：中國微生物組數據中心
因為這場疫情，2020將註定成為一個被長久銘記的特殊年份。疫情從2019年末開始，隨後迅速席捲全球，深刻影響著這個星球上的所有個體。在新冠疫情中，各國科學家團結一致，展現了現代科學的強大力量：疫情初期，我國科學家迅速測序並共享新冠病毒RNA序列；多國團隊將疫苗研發時間縮短到一年以內。但與此同時，我們也認識到人類在面對全新病原體威脅時的不足：世界衛生組織發起的「團結試驗」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，科學的聲音不斷被忽視，不到位的防控使得疫情持續加速蔓延。在全球超過7000萬人感染、160萬人死亡的今天，我們仍然難以預測這場疫情的最終走向。但可以肯定的是，唯有科學界與公眾共同努力，才能最終遏制疫情。
「嫦娥五號」時隔44年
再次帶回月球樣本
圖片來源：國家航天局
2020年12月17日，攜帶著月球樣本的「嫦娥五號」返回器在內蒙古四子王旗預定區域成功著陸，標誌著「嫦娥五號」任務圓滿完成，同時也奏響了我國探月繞、落、回三部曲的最後一個音符。這枚於11月24日發射升空的探測器在抵達月球軌道後，向位於月海的呂姆克山脈成功釋放著陸器。後者結合使用鑽探取樣和表面抓取兩種方式，取回了超過2千克月球巖石及土壤樣本。這也是時隔44年後，人類再次將月球樣本帶回地球。這些樣本有望填補此前月球樣本的空白時間段，構建更加完整的月球演化歷史。
人類首次實現室溫超導
圖片來源：羅切斯特大學
在距離首次發現超導現象100多年後，人類首次見證了室溫超導的誕生。2020年10月15日，《自然》以封面文章的形式發表了美國羅切斯特大學、內華達大學等多個研究單位合作完成的室溫超導實驗結果。研究通過光化學合成，在超導材料硫化氫體系中摻雜碳元素，實現了在287.7K（約15℃）下的超導。這代表人類向長久以來的目標——創造沒有電阻的高效電力系統——邁出了重要一步。這次的實驗條件仍然苛刻，必須給超導體施加267 Gpa的高壓（相當於200多萬倍標準大氣壓）才能實現室溫超導。儘管其距離實際應用還有遙遠的距離，但已經帶來了革命性的突破，物理學家追尋了一個世紀的能源效率「聖杯」曙光初現。
新一輪火星探測季開啟，
「天問一號」發射升空
圖片來源：中國航天科技集團
今年夏季，兩年一度的「火星探測窗口」再度開啟。7月20日，阿聯的「希望」號發射升空，拉開新一輪火星探測熱潮的帷幕。3天後，中國首個火星探測器「天問一號」在海南文昌航天發射場成功發射，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，「天問一號」計劃一次性完成繞、落、巡三大任務，繪製火星的地質結構圖，幫助人類了解火星的水冰和磁場分布。而在7月30日發射升空的美國「毅力」號火星車，除了試圖搜尋火星生命的證據，還將首次在火星上釋放直升機。這3臺火星探測器均計劃於2021年上半年抵達目標工作地點，為我們揭開關於這顆地球近鄰的更多秘密。
AlphaFold解決蛋白摺疊難題
圖片來源：CASP14
1972年諾貝爾生理學或醫學獎得主克裡斯蒂安·安芬森（Christian Anfinsen）在頒獎典禮上提出猜想：我們應該能從一個蛋白的胺基酸序列，推測出該蛋白的三維結構。這就是困擾生物學家近半個世紀的蛋白摺疊問題。2020年11月30日，曾發布AlphaGo的DeepMind公司宣布其算法AlphaFold解決了該問題。兩年一度的蛋白結構預測關鍵評估比賽，需要參賽者利用已知的胺基酸序列預測蛋白的三維結構。在2020年的比賽中，AlphaFold一舉奪得90分的高分，達到「解決蛋白摺疊問題」的標準。考慮到蛋白在生命中無處不在，AlphaFold的出現將極大地推動各個領域的生物學研究。
量子計算原型機「九章」
實現量子優越性
圖片來源：中國科學技術大學；攝影：馬瀟漢，梁競，鄧宇皓
2020年12月3日，在《科學》雜誌的一篇論文中，中國科學技術大學潘建偉團隊領銜研發的量子計算原型機「九章」，在運行高斯玻色採樣時，最多成功測量76個光子，實現了量子優越性——即量子計算速度超過經典計算機。對於這個「九章」用200秒解決的問題，經典計算機中的佼佼者「神威·太湖之光」需要25億年才能完成。2019年，谷歌的「懸鈴木」首次實現量子優越性；如今，「九章」首次使用光子量子比特實現這一目標。和其他量子計算原型機相比，「九章」不需要昂貴的冷卻系統，在室溫下即可運行。這是對量子計算潛力的又一次有力驗證。
確定銀河系內快速射電暴的來源
圖片來源：ESO/L. Calçada
快速射電暴（fast radio burst）是一種持續時間只有幾毫秒的神秘高能天體物理現象，在2007年首次發現這類信號之後，對於快速射電暴的來源始終沒有定論。一種候選理論認為，快速射電暴的來源是磁陀星——一種具有極強磁場的年輕中子星。2020年4月28日，一支加拿大科研團隊檢測到了來自銀河系內磁陀星SGR 1935+2154持續時間只有毫秒級的射電暴，其強度是此前磁陀星射電輻射的3000倍。進一步的研究確認，這是人類首次探測到銀河系內的快速射電暴，並表明磁陀星至少是部分快速射電暴的來源。相關研究成果發表在《自然》雜誌的三篇論文中，包括一篇由中國團隊利用500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）取得的成果。
首張人類細胞圖譜公布
圖片來源：浙江大學
2020年3月26日，《自然》雜誌發表了由浙江大學郭國驥團隊繪製的全球首張人類細胞圖譜。他們通過高通量單細胞測序技術，測序並分析來自中國漢族嬰兒和成人共60種人體組織樣品的70多萬個細胞，首次從單細胞水平全面分析了跨越不同年齡段的人體細胞種類，並揭示了一個普適性的哺乳動物細胞命運決定機制：細胞分化經歷了一個從混亂到有序的發展過程。這項成果是人類細胞圖譜計劃的一項重要階段性成果，構建出完整的人類細胞圖譜的基本框架。人類細胞圖譜計劃將通過細胞數位化，極大地推動精準醫療和再生醫學的發展，對於鑑別異常的細胞狀態和起源，修復疾病導致的人體細胞、組織受損都具有重大意義。
澳大利亞遭遇嚴重山火
圖片來源：Copernicus EMS; Sentinel 2/ESA
一輪持續時間、波及範圍歷史罕見的嚴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半年的大火結束。根據世界自然基金會和雪梨大學聯合發布的報告，這場大火的起火點有15 000多個，燒毀的土地面積超過11萬平方千米，近30億隻動物在大火中喪生，其中爬行動物的死亡數佔據了三分之二，另有上億隻哺乳動物和鳥類死亡。除了慘痛的生態損失，這場大火對氣候變化還可能造成更長遠的影響。根據英國氣象局預測，澳洲大火向大氣釋放4億~7億噸CO2，導致今年全球CO2的排放量將比預期高出2%。在澳大利亞大面積成熟森林被燒毀後，我們可能需要超過100年的時間，才能等到森林復甦並重新吸收掉被釋放的碳。
SpaceX實現首次商業載人航天飛行
2020年5月30日，美國時隔9年重新在本土利用太空飛行器將太空人送入地球軌道。這一次幫助美國重拾航天夢的是美國太空探索技術公司（SpaceX），這也是歷史上的首次商業載人航天任務。此次任務屬於Demo-2演示任務的最後一環，載人龍飛船攜帶了兩名太空人前往國際空間站。龍飛船在整個任務期間完成了發射、國際空間站對接、脫離軌道和濺落的近乎全自動化流程，並確保了太空人的安全。11月，載人龍飛船在首次經批准的正式載人航天任務中，運送3名NASA太空人和1名日本太空人發射升空，4名太空人將開展約半年的太空站任務。至此，商業載人航天的序幕也正式開啟。
在評選本年度「十大科學新聞」的過程中，我們得到了專家顧問團隊和以下優秀學術媒體的大力支持，他們是（按拼音順序排列）：BioArt、MedSci梅斯、量子位、納米人、奇點網、神經現實、微軟研究院AI頭條、學術經緯、研之成理、原理、中科院地質地球所、中科院高能所、中科院物理所，在此向他們表示感謝。