展望2020 年重大科學事件

2020年伊始，《自然》網站梳理了2020年科學領域值得期待的大事件。從浩淼的銀河系到微塵般的酵母、從龐大的巨型對撞機到小小的固態電池；從消除登革熱的小心愿到遏制氣候變暖的大愿景……無不凝聚著科學家們的心血。

諾貝爾生理學與醫學獎獲得者、俄羅斯科學家伊萬·彼德羅維奇·巴甫洛夫曾說：“感謝科學，它不僅使生命充溢快樂和歡欣，并且給生活以支柱和自尊心。”這些前沿科技雖然看起來距離遙遠，卻蘊藏著改變人類命運的潛力。

超級航天，與火星的“親密接觸”

火星是離我們最近的行星之一，一顆太陽系中除地球外最有可能出現生命的行星，一顆我們既熟悉又陌生的火紅色星球。“火星沖日”每隔約26個月發生一次，在此期間地球與火星距離5500多萬公里，可用較小花費和較短時間將探測器送往火星，而最近的“火星沖日”將在2020年7月發生。有鑒于此，中美歐爭先恐后于2020年發射航天器與火星來一次“親密接觸”，40多億年來一向“孤寂沙洲冷”的火星也將變得熱鬧非凡。

中國首臺火星探測器“火星一號”將于2020年擇機發射。據了解，我國的火星探測計劃同時攜帶“環繞器”“著陸器”和“巡視器”，在一次火星探測過程中可實現“繞”“落”“巡”三大任務，火星著陸巡視器是環繞火星不久后，就要與環繞器分離并降落，這對于著落后的火星車自主能力提出更高要求。美國國家航空航天局（NASA）也將于夏天發射“火星2020”火星車，在火星上采集并存儲巖石樣本，留待未來的火星探測器帶回地球，與它一同抵達的是一款小型可拆卸無人直升機。假如能夠解決著陸下降傘的問題，歐洲航天局（ESA）的“羅薩琳德·富蘭克林”火星車將搭載俄羅斯火箭升空，它將利用一個能鉆探到地表以下2米深處的鉆頭提取未受強烈輻射的物質，這種物質中或許含有火星上曾存在生命的證據。阿拉伯聯合酋長國也計劃朝火星發射一臺軌跡器，這將是阿拉伯國家的首個火星飛行任務，該任務目標包括通過追蹤氫氣和氧氣的逃逸來理解火星為什么會失去大氣層，以更好地了解火星大氣層。

強大對撞機，有望再一次飛躍

近日，歐洲核子研究中心（CERN）公布了建造新型加速器的大膽設想。作為目前全球最大的對撞機，大型強子對撞機（LHC）全長27公里。CERN希望更上一層樓，制作一臺100公里長的對撞機，長度接近大型強子對撞機的4倍，能量更是其的6倍多，成本可能高達234億美元。這是一次巨大的飛躍，就好像一場跳過火星，直奔天王星的星際旅行。

在2020年1月15日CERN發布的技術報告中給出了計劃藍圖。報告披露了建造未來環形對撞機（FCC）的幾個初步設計方案。按照計劃，未來環形對撞機將成為有史以來最強大的粒子粉碎機。

在大西洋彼岸，美國費米國家實驗室將在2020年發布“繆子g-2”實驗的成果，很多科學家對此翹首以盼。該實驗旨在對繆子（電子更重的“表親”）在磁場中的行為進行高精度丈量。物理學家希望能發現小小的異常現象，揭示出以前未知的基本粒子，從而拉開新物理學的前奏。

能源領域，新秀層出不窮

2020年，能源領域將會取得不少新成果。其中，最值得期待的是鈣鈦礦太陽能電池。與目前大多數電池板使用的硅相比，鈣鈦礦吸光效率更高、成本更低且制造工藝更簡單,因此，鈣鈦礦太陽能電池已成為行業“新寵”，不少公司計劃于2020年開始銷售這種電池。

此外，在2020年7月的東京奧運會上，豐田汽車公司有望發布首款固態電池動力汽車原型，這種電池用固態電解質替代了傳統電池內的液態電解質。在過度充電等異常情況下，液態電解質電池容易發熱，可能會造成自燃甚至爆炸。相比于液態電解質電池，固態電解質電池在提高電池能量密度的同時，還能解決安全問題。

超導專家也將在2020年迎來重大突破。他們一直希望研制出能在室溫下工作的超導體，這種超導體一旦問世，將徹底改變電力的傳輸方式，并節省大量能源。2018年，一個國際團隊發現，在極高壓力下，超氫化鑭可在零下23攝氏度表現出超導性，朝室溫超導體邁進了一大步。研究人員計劃在2020年再接再厲，合成出超氫化釔，這一材料有望在53攝氏度實現超導。

阻止氣候變暖，迎來關鍵時刻

2020年8月，聯合國環境規劃署（UNEP）將發布一份針對地球工程科學和技術的重要報告。地球工程辦法旨在應對氣候變化，相關辦法包含削減大氣中的二氧化碳，阻擋陽光等。世界海底管理局也將于2020年發布相關法規，使海底開采成為可能，但科學家憂慮這種做法會損壞海洋生態系統，甚至對已飽受重創的環境帶來災難性影響。

第26屆聯合國氣候變化大會（COP26）將于2020年11月在英國格拉斯哥拉開帷幕，這次會議將是自2015年《巴黎協議》簽署以來最重要的氣候變化會議。屆時，各國有必要提出減少本國溫室氣體排放的新目標，以完成《巴黎協議》設定的目標,即到2100年將全球升溫控制在工業化前水平2攝氏度內。

合成酵母，帶來工業應用新前景

酵母菌廣泛應用于人類生活，比如制作面包、釀造啤酒、合成青蒿素等。一群合成生物學家打算從頭構建面包酵母的“合成酵母2.0”項目，從而打造更符合人類需求的產品，該項目預計2020年完成，這一雄心勃勃的計劃由全球的15個實驗室聯袂實施。

此前，研究人員已將更簡單有機物（如絲狀支原體）的遺傳密碼全部用人造版本替換，但酵母細胞更復雜，對其改造也更具挑戰性。目前，研究小組已用合成DNA替換面包酵母16條染色體中的所有DNA，也重組并編輯了其基因組，以了解其如何進化和發生突變。

這種合成基因組技術可以設計新型微生物用于生產燃料、食物和化學藥品等，或者用于吞噬降解有毒化學物質。如果將實驗室制造的生物投放應用——比如在工廠里利用藻類制造汽油，或者在嚴重污染區吞噬污染物——它們必須與野生種群之間存在生殖隔離。導入的染色體數目對此具有決定性的影響：除非生物體含有的染色體數目相同，否則它們無法產生可以存活的后代。因此，僅有1條或2條染色體的酵母無法與野生酵母進行有性繁殖。

除了有必要的“生殖隔離”之外，人工組裝的酵母比天然酵母的環境適應性要差，使得產生“超級菌株”入侵的可能性也很小。

神奇細菌，向蚊子和蒼蠅宣戰

在新一年里，科學家除了關注星辰大海，對身邊的小小敵人也不會忽視。

在印度尼西亞日惹市，針對一項可阻止登革熱傳播的技術開展的重大測試將得出結論。研究人員已將感染了沃爾巴克氏菌（會抑制引起登革熱和寨卡病毒等的蚊媒病毒的復制）的埃及伊蚊釋放到野外，使這種細菌在蚊群中傳播。

1926年發現的沃巴赫氏菌，在南美和中美超過16%的蚊子身上發現過，科學家認為，世界上60%的蚊子都有可能感染這種細菌。沃巴赫氏菌能夠積極影響宿主的生命，包括性別和生殖功能，從而抑制引起登革熱和寨卡病毒等的蚊媒病毒的復制。肯塔基大學昆蟲學系制定一個用專門研制的WB1沃巴赫氏菌菌株感染雄性埃及伊蚊的計劃，這不會影響蚊子的生命，但這種蚊子與雌蚊交配后，產的卵會在早期發育階段死亡。科學家此前在印度尼西亞、越南和巴西進行的小規模測試顯示，這一技術極具前景。

一種治療瘧疾的疫苗也將給人們帶來好消息，該疫苗將在赤道幾內亞的比科島進行試驗。世界衛生組織也希望到2020年消除昏睡病。這是一種由采采蠅傳播的疾病，不僅能導致嚴重的睡眠紊亂，還會讓人產生攻擊性、精神錯亂，最終導致死亡。