過去十年最重要的20個科學發現:探測首個引力波

1、探測首個引力波

1916年，科學家阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）提出，當物體具備充足的質量加速時，有時可以產生穿越時空結構的波，就像池塘泛起的漣漪。儘管之後愛因斯坦又置疑引力波的存在，但是這些被稱為引力波的時空褶皺卻是廣義相對論的一個關鍵預測。幾十年以來，對引力波的探索深深吸引著研究人員，雖然在20世紀70年代才首次出現了令人信服的引力波跡象，但直到2015年美國LIGO天文臺才探測到兩個黑洞之間遙遠碰撞的餘波，並在2016年宣布，開啟人類「聆聽」宇宙的新途徑。

2017年，LIGO天文臺和歐洲Virgo天文臺探測到另一組震動，這一次是由兩顆中子星的超密度天體發生碰撞產生的，世界各地的望遠鏡都觀測到此次爆炸，這是首次在光波和引力波中觀測到的天文事件。這些具有裡程碑意義的數據幫助科學家了解引力波是如何運行的，以及金、銀等元素是如何形成。

2、改變人類「家譜」

在過去十年裡，科學家在理解人類複雜起源方面取得了許多進展，其中包括：勘測已知化石具體時期、發現完整的頭骨化石，以及發現多個人類祖先分支。2010年，美國《國家地理雜誌》地理探險家李·伯傑（Lee Berger）發現一種名為南方古猿源泉種（Australopithecus sediba）的人類遠古祖先，5年之後，他宣布南非一處人類搖籃洞穴中發現一支遠古人類新物種——納勒迪人（Homo naledi），這支古人類與現代人類和更遠古時期的人類近親十分相似。一項後續研究表明，納勒迪人非常年輕，生活在23.6萬-33.5萬年前。

科學家在亞洲陸續獲得其他重大發現，2010年，一支研究小組宣稱，從遠古西伯利亞人小指骨提取的DNA不同於任何現代人，這是首個關於丹尼索瓦人血統的模糊證據。2018年，中國一處遺址挖掘發現210萬年前的石器，證實工具製造在亞洲的出現比人們之前認為的要早幾十萬年，2019年，菲律賓研究人員公布了Homo luzonensis化石，這是類似弗洛瑞斯人的一支新發現遠古人類，在蘇拉威西島最新發現的石質工具比現代人類登陸的時間更早，從而表明現今東南亞地區曾生存著第三種身份不明的島嶼古人類。

3、對遠古DNA的革命性研究

隨著DNA測序技術以指數級飛速發展，在過去十年裡，人類理解遠古基因如何塑造現代人類方面取得了巨大進步，2010年，研究人員公布了首個接近完整的古代智人基因組，從而開啟了我們祖先DNA研究的革命性十年。從那以後超過3000個古代基因組被測序，其中包括Naia的DNA，這位遠古女孩死於1.3萬年前，屍骨挖掘地點在墨西哥，她的遺體是美洲境內發現最古老、最完整的人類骨骼之一。同年，研究人員公布了第一個尼安德特人基因組藍圖，提供了第一個可靠基因證據，證明所有現代非洲人的DNA中有1-4%源自這些遠古近親。

在另一項驚人的發現中，2018年研究遠古人類DNA的科學家發現一根9萬年前的骨骼屬於一位少女，令人驚奇的是，她的母親是尼安德特人，父親卻是丹尼索瓦人，意味著她是迄今發現第一位混血古人類。科學家之後研究發現將丹尼索瓦人的DNA與化石蛋白質進行對比，證實丹尼索瓦人曾生活在現今西藏地區，從而擴大了該神秘群體的生活範圍。隨著科學家對古代人類DNA領域認知的不斷成熟，還發現了一些遠古人類處理的一些倫理問題，例如：參與群體活動、將同伴遺骸送回部落。

4、發現數千顆系外行星

2010年前後，人類對環繞遙遠恆星運行行星的認知產生了巨大飛躍，這將歸功於美國宇航局克卜勒太空望遠鏡，從2009-2018年，克卜勒望遠鏡發現了超過2700多顆已證實的系外行星，超過目前總數的一半。克卜勒望遠鏡最著名的一項發現是證實首顆巖石系外行星，它的繼任者TESS望遠鏡於2018年發射升空，目前已對星空進行了勘測，共發現34顆系外行星。

2017年，研究人員宣布發現TRAPPIST-1行星系統，它僅距離地球39光年，存在7顆類地行星，這是迄今發現太陽系之外最多行星的行星系統。2016年，「紅點計劃」宣布發現比鄰星b，這是一顆與地球大小相近的行星，其環繞距離太陽最近的恆星比鄰星運行，比鄰星距離地球僅4.25光年。

5、人類進入Crispr基因編輯時代

過去十年裡，科學家在精準編輯DNA方面取得巨大進步，這在很大程度上要歸功於Crispr-Cas9系統，可以讓自己存儲病毒的DNA片段識別任何即將匹配的病毒，然後將病毒的DNA切成條狀結構。2012年，研究人員指出，Crispr-Cas9可以作業一種強大的基因編輯工具，因為科學家能夠輕鬆精確切割DNA，幾個月之後，其他研究小組證實這項技術對人類DNA有效。此後世界各地的實驗都開始識別此類系統，修改Crispr-Cas9系統使其更加精準，並在農業和醫學領域試驗應用。

儘管Crispr-Cas9對人類帶來的益處是巨大的，但是其產生的倫理困境也是令人驚愕的，2018年研究人員使用Crispr技術編輯了兩個女嬰的基因組，這是人類歷史上首次誕生可遺傳編輯DNA的嬰兒。

6、以前所未有的方式分析宇宙

過去十年科學家獲得了幾項重要的太空觀測結果，徹底改變了我們對宇宙的研究觀點，2013年，歐洲航天局發射了「蓋亞」飛船，它能遠距離勘測銀河系內10億多顆恆星，以及1.5億多顆恆星的速度數據，該數據能幫助科學家製作一部銀河系3D電影，讓人們以前所未有的角度觀看銀河系是如何隨著時間逐漸形成和發生變化。

2018年，科學家公布了普朗克衛星對宇宙早期微弱餘輝的最終測量結果，其中包括了宇宙成分、結構、膨脹速度的重要線索，令人不解的是，普朗克衛星觀測到的宇宙早期膨脹率與現今不同，這是一種潛在的「宇宙學危機」，可能需要物理學理論進行解釋。同年，大規模暗能量測量發布了首批數據報告，有助於探索宇宙結構中的隱藏模式，2019年4月，科學家們通過視界望遠鏡首次發現了黑洞輪廓圖像，這主要是基於對M87星系中心觀測的結果。

7、揭曉古老人類藝術

來自世界各地的發現進一步證明，藝術——或者至少是塗鴉，是一種更古老、更全球化的現象，與之前人們所認知的有一定的差異，2014年，研究人員在蘇拉威西島馬洛斯洞穴遺址中發現手繪壁畫和一幅「豬-鹿」壁畫，其歷史可追溯至3.9萬年前，與歐洲最古老的洞穴壁畫藝術處於同一時期。之後2018年，研究人員在婆羅洲發現距今4萬-5.2萬年的洞穴藝術，進一步證實其具有具象繪畫起源，2018年，科學家在南非發現另一個古人類藝術作品，在布隆伯斯洞穴中發現一塊石頭薄片，上面刻著6條平行垂直線和3條彎曲水平線，其歷史可追溯至7.3萬年前。

其他富有爭議的發現是對尼安德特人藝術技能的爭議，2018年，研究人員在西班牙境內發現11.5萬年前的顏料和穿孔海螺殼，當時只有尼安德特人生活在歐洲。同年，另一項研究顯示，西班牙一些洞穴壁畫擁有6.5萬年的歷史，許多洞穴藝術專家對該發現提出了質疑，但如果該發現有確鑿的證據，將證明這是尼安德特人第一個洞穴繪畫。2016年，研究人員宣稱，法國洞穴裡有大約17.6萬年前形成的奇怪石筍狀圓圈，如果洞熊不是以某種方式製造，那麼這些圓圈的年齡表明尼安德特人製作的手工藝術品更多。

8、開啟「星際之門」

未來的歷史學家可能會將過去十年視為人類星際探索的黃金十年，開啟了「星際之門」，人類宇宙飛船首次穿越了太陽和星際空間之間的「遮蔽區」，同時，人類首次拜訪了遙遠恆星周圍形成的天體。

2012年8月，美國宇航局「旅行者1號」探測器穿越了日光層最外層區域，即我們太陽釋放出的帶電粒子氣泡。2018年11月，「旅行者2號」探測器進入星際空間。但是星際之路是「雙向道路」，2017年10月，天文學家探測到神秘的「Oumuamua」天體，這是迄今發現首個在其他恆星系統形成並途經太陽系的天體。2018年8月，天文愛好者根納季·鮑裡索夫（Gennady Borisov）發現第二顆類似的星際闖入者，這是一顆非常活躍的彗星，因此以發現者的名字命名——「鮑裡索夫」彗星。

9、打開古代文明大門

考古學家在過去十年獲得了許多重大發現，2013年，英國考古人員一處停車場地下發現了理察三世屍骸；2014年，研究人員宣稱，秘魯Castillo de Huarmey神殿仍有一處未遭受破壞的王室墓穴；2016年，考古學家宣布發現第一個非利士人（古代巴勒斯坦南部非閃族人）墓室，這將科學家揭曉《希伯來聖經》中最神秘人群的生活提供重要線索；2017年，研究人員稱，耶路撒冷的聖墓教堂可追溯至1700多年前，是羅馬第一位基督教君主建造的，這似乎證實聖墓教堂是在羅馬帝國選定的基督埋葬地建造的；2018年，秘魯一支考古團隊宣布發現迄今最大的兒童祭祀遺址，與此同時，考古學家在瓜地馬拉採用機載雷射探測到6萬多座古瑪雅建築。

此外，科學家還在水下獲得了重大考古發現，2014年，加拿大一支考古團隊找到了「埃裡伯斯號」沉船，這艘北極科考船於1846年沉於海底，2016年，另一支探險隊在海底找到了「埃裡伯斯號」的姊妹船「恐怖號」殘骸；2017年，微軟聯合創始人保羅·艾倫找到了神秘消失的美國「印第安納波利斯號」軍艦，這艘軍艦於1945年沉沒，是美國海軍史上最悲慘的災難事件之一；黑海海上考古隊在黑海海底發現60多艘沉船，其中包括：2018年發現的一艘2400年前的古老船隻；2019年發現失蹤已久的「克洛蒂爾達號」，這是最後一艘非洲奴隸運送船。

10、在太陽系開闢新視野

2015年7月，美國宇航局「新視野號」探測器成功完成對矮行星冥王星的探索，首次向地面發送令人震驚的高清表面圖像；2019年1月1日，該探測器進行有史以來最遠的一次太空飛越，首次拍攝了冰冷天體Arrokoth，它是太陽系嬰兒期的原始遺蹟。

2011年，在更靠近地球的太空區域，美國宇航局「黎明號」宇宙飛船拜訪了灶神星，這是小行星帶第二大天體，在繪製這顆小行星地圖之後，「黎明號」進入矮行星穀神星軌道，它是小行星帶最大的天體，在過去的十年裡，美國宇航局OSIRIS-Rex探測器和日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）分別勘測了貝努小行星和龍宮小行星，目的是採集小行星返回地球。

11、預防致命疾病

為了應對2014-2016年西非爆發的伊波拉疫情，公共衛生官員和默克製藥公司對伊波拉試驗性疫苗rVSV-ZEBOV進行了快速跟蹤，在2015年一次非常成功的實地試驗之後，歐洲官員於2019年批准了該疫苗，這是抗擊這種致使疾病的重大裡程碑事件。

在過去十年裡，幾項具有裡程碑意義的研究也為預防愛滋病毒的傳播開闢了新途徑，2011年一項試驗表明，預防性服用抗逆轉錄病毒藥物能夠大幅降低兩性之間的愛滋病毒傳播，這項發現在後續進行的同性伴侶測試中也得到了證實。

12、突破生育限制

2016年，臨床學家宣布「三親嬰兒」誕生，這個嬰兒是由父親的精子、母親的細胞核，以及第三個捐獻者提供的卵子（卵子中的細胞核被摘除）發育而成，但是這種療法在倫理上仍存有爭議。2018年，科學家在一項研究中使用基因再編輯的皮膚和血細胞製造出人類精子和卵子前體，同時，另一項研究表明，基因編輯可使同性老鼠受孕。

13、追蹤希格斯玻色子

物質如何獲得質量？上世紀60-70年代，包括彼特·希格斯（Peter Higgs）、弗朗索瓦·恩格勒（Franois Englert）在內的物理學家提出一種解決方案，認為希格斯玻色子是瀰漫整個宇宙的一種奇特能量場，目前將其稱為希格斯粒子場。該理論場也包括其基本粒子，也就是現在所說的希格斯玻色子。

2012年7月，歐洲核子研究中心（CERN）大型強子對撞機的兩支研究團隊宣布發現了希格斯玻色子，從此結束了長達數十年的研究探索，該發現填補了標準模型中缺少的最後環節，即描述了物理學中四種基本力中的三種，以及所有已知的基本粒子。

14、改寫古生物教科書

伴隨著科學家採用新型分析工具，發現了一些令人震驚的動物化石，過去十年是人類對史前生命理解的大爆發時期，2010年，美國國家地理學會研究人員基於對恐龍色素化石的發現，發表了首份恐龍全身色素重塑報告。近年來，科學家進一步加大對恐龍色素的研究，古生物學家發現具有偽裝效果的恐龍羽毛，其顏色各異，包括：黑色、藍色、彩虹色等，同時在一具保存完整的有甲恐龍化石中發現其生前具有微紅色皮膚，在該項研究中，他們分析了保存下來的脂肪分子。2018年，考古學家證實狄更遜水母（Dickinsonia），是生活在5.4億年前的一種原始生物。

2014年，古生物學家還發現掠食性棘龍的新化石，證實它是一種半水棲掠食性恐龍，這是迄今發現的第一種半水棲恐龍物種。2015年，中國考古學家發現一具令人震驚的奇翼龍化石，它是一種怪異的長羽毛恐龍物種，其翅膀長著類似蝙蝠的翼膜。在過去十年裡，考古學家對緬甸境內發現的9000多萬年前的琥珀頗感興趣，陸續發現困在琥珀中的恐龍羽毛、剛出生不久的原始鳥、以及各種無脊椎動物。

15、在其他星球上尋找生命元素

在過去十年裡，太空任務使我們對其他星球的碳基有機分子有了更深入的了解認知，這些有機分子是我們所知的生命必要成分，歐洲航天局「羅塞塔」太空任務環繞並降落在67P彗星。2014-2016年之間採集的勘測數據讓我們對遠古天體碰撞可能對地球帶來生命元素有了更深入分析，在2017年美國宇航局「卡西尼號」探測器自殺式墜毀之前，證實了土衛二表面噴射羽流中包含著有機分子，這是證明該衛星適合生命存在的重要線索。2018年，美國宇航局宣稱，「好奇號」火星車在火星表面發現有機化合物，以及火星大氣中的甲烷含量出現奇怪的季節性循環。

16、氣候日益惡劣的警鐘敲響

在過去十年裡，地球大氣二氧化碳含量已達到近代歷史最高水平，氣溫也達到歷史最高值，2013年5月9日，全球二氧化碳濃度在人類歷史上首次達到400ppm，截至2016年，該濃度一直穩定保持在這一臨界值之上。結果導致近年來全球氣溫升高，2015、2016、2017、2018和2019年，是自上世紀80年代以來記錄的最高氣溫。2014年，海洋變暖引起了全球珊瑚白化事件，世界各地的珊瑚相繼死亡，其中包括大堡礁部分海域。2019年，澳大利亞宣布島嶼上生活的珊瑚裸尾鼠因海平面升高而滅絕，這是現代氣候變化中滅絕的第一種已知哺乳動物。

在一系列重要報告中，世界各地的科學家強烈呼籲人們密切關注地球氣候的變化，以及氣候變化帶來的風險和應對氣候變化的必要性，2014年，政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發布了關於氣候變化現實和影響的第五次報告，2015年，世界各國開始協商巴黎協議，主要目標是將本世紀全球平均氣溫上升幅度控制在2攝氏度以內。2018年10月，IPCC發布了另一份報告，指出即使到2100年全球平均氣溫上升幅度控制在1.5攝氏度，也要付出巨大代價，這可能是地球面臨的最低限度，面對如此巨大的挑戰，破紀錄的氣候抗議活動席捲全球，其中許多參與者是青年人。

17、發現大量新物種

現代生物學家正在以驚人的速度發現新物種，平均每年命名發現1.8萬個新物種，在過去十年裡，科學家首次描述了幾種奇特哺乳動物，例如：緬甸仰鼻猴、萬古努巨鼠、小尖吻浣熊（這是上世紀70年代末以來西半球首次發現的食肉動物）。隨著科學家陸續發現一些奇特新物種，其他新物種動物隊伍也在逐漸壯大，例如：發現一種長著「手」的魚、比一角硬幣更小的青蛙、佛羅裡達州巨型蠑螈等，此外，越南的武廣牛和中國的伊犁鼠兔被宣布失蹤多年之後再次進入人類視線。

但是伴隨著這些物種發現，科學家們計算出現代物種以指數級快速滅絕，2019年，科學家警告稱，全球四分之一的植物和動物群體正在面臨滅絕威脅，這意味著多達100萬個物種——既有已知的、也有未知的，正在面臨滅絕的風險，部分物種可能在未來幾十年內滅絕消失。

18、開啟一個嶄新的航天時代

過去十年是人類航天飛行的關鍵過渡時期，因為近地軌道和更遠的太空環境變成了一個更加全球化和商業化的區域，2011年，中國將第一個空間實驗室「天宮一號」送入軌道，2014年，印度火星軌道飛行器抵達火星軌道，開啟了印度火星探索時代，2019年，以色列非贏利組織SpaceIL公司嘗試首次私人資助的月球登陸，中國「嫦娥四號」任務在月球進行了首次軟著陸。全球太空人隊伍也變得更加多元化：蒂姆·皮克（Tim Peake）成為首位職業英國太空人，艾迪恩·艾姆貝託夫（Aidyn Aimbetov）成為首位後蘇聯時代的哈薩克斯坦太空人，阿聯和丹麥將他們國家的第一批太空人送入太空，此外，美國太空人傑西卡·梅爾（Jessica Meir）和克裡斯蒂娜·科赫（Christina Koch）進行了首次全女性太空行走。

2011年美國完成最後一次太空梭發射任務之後，私營企業開始填補這一空白，2012年，SpaceX公司向國際空間站發射第一個商業補給任務，2015年，藍色起源和SpaceX公司首次成功將可重複使用的火箭發射升空，然後垂直降落至地面，這是近地軌道發射成本更低的裡程碑事件。

19、看到動物意想不到的一面

過去十年裡，動物王國中出現了許多不同尋常的特徵和行為，2015年，美國國家地理雜誌探險家大衛·格魯伯（David Gruber）發現玳瑁海龜會發出綠色和紅色螢光，這是首次記錄發現爬行動物能夠發出生物螢光。2016年，研究人員吃驚地發現格陵蘭鯊魚壽命至少達到272年，是迄今已知最長壽的脊椎動物。

人類對動物使用工具的理解也有所提高，2019年一項研究表明，比薩亞疣豬會使用工具，同時多項研究證實，巴西捲尾猴使用工具至少有3000年，這是在非洲以外發現最古老的非人類使用工具記錄。2018年，肯亞生物學家發現一隻非洲黑豹，這是自1909年以來首次發現非洲黑豹。

20、重新定義科學單位

為了更好地理解自然世界，科學家必須進行測量，但是我們如何定義我們的測量單位呢？幾十年以來，科學家逐漸依據宇宙常數重新定義了普適常數，例如：使用光速來幫助定義1米的長度，但是科學上的質量單位，即千克，仍然與國際標準公斤實體「Le Grand K」相一致，Le Grand K是全球衡器校準的一個絕對權威指標，由鉑銥合金打造而成。

如果這枚金屬塊因任何原因發生變化，科學家將不得不重新校準他們的儀器，2019年，科學家同意採用一種最新千克定義，該定義基於物理學中一個基本因素——普朗克常數，以及對電流、溫度和給定物質中粒子數量的改進定義。