《自然》2020年科學(xué)大事件展望

編譯 希區(qū)客

今年科學(xué)界的大動作：進擊火星、氣候會議以及人類與動物的雜交等。

NASA的火星2020任務(wù)將配備可拆卸的無人直升機，不過這次行動實際上只是今年人類奔赴紅色星球大計劃的其中一次任務(wù)

進軍火星

2020年注定要見證人類進軍火星，一支來自地球的宇宙飛船軍團（包括3個著陸器）將陸續(xù)奔向紅色星球。美國宇航局（NASA）將發(fā)射他們的火星2020探測器（Mars 2020 rover），該火星探測器將裝載巖石樣本，并送回地球，小型可拆卸的無人直升機也將用于輔助該探測器工作。中國也將派出第一架著陸器——火星1號（配有小型漫游車）。俄羅斯表示，如果可以順利解決降落問題，他們也將把一艘歐洲空間局（ESA）的火星車送上去。阿聯(lián)酋也會送出一個軌道飛行器探索火星。

除了進軍火星，中國正計劃將嫦娥五號探測器送上月球執(zhí)行樣本采集任務(wù)；日本的隼鳥2號探測器將把在“龍宮”（Ryugu）小行星表面采集的樣本返回地球；而NASA的奧西里斯-REx（OSIRIS-REx）探測器將會把小行星貝努（Bennu）上的采樣帶回地球。

浩瀚蒼穹里的轟動

繼2019年在Messier 87星系中心的超大質(zhì)量黑洞照片引起媒體轟動之后，事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope）計劃有望在2020年發(fā)布新結(jié)果——關(guān)于銀河系中心的黑洞。這一次的黑洞樣貌展示可能包括多個圖像，甚至?xí)腥笋R座A*周圍氣體旋繞景象的視頻呈現(xiàn)。

今年晚些時候，ESA的蓋亞（Gaia）任務(wù)將更新其三維銀河系地圖，該地圖可以說刷新了科學(xué)家們對銀河系結(jié)構(gòu)與演化的理解。引力波天文學(xué)家們在2019年觀察到了天體碰撞所產(chǎn)生的引力波及其造成的時空擠壓和拉伸，可謂超級大發(fā)現(xiàn)；而今年，專家們會再接再厲，揭開更多宇宙奧秘——包括黑洞的許多并合現(xiàn)象，以及過去沒被我們觀察到的黑洞和恒星間的碰撞。

大型對撞機的夢想

歐洲核子研究中心（CERN）希望在2020年為未來的大型對撞機研發(fā)爭取資助。CERN位于瑞士日內(nèi)瓦的歐洲粒子物理實驗室，將于今年5月在布達佩斯召開理事會特別會議。在這次會議上，委員會將更新他們的“歐洲粒子物理學(xué)戰(zhàn)略”（European Strategy for Particle Physics）。CERN的提案包括未來對撞機的各種選擇，他們希望建造一臺100公里長的大家伙，其能量能達到目前大型強子對撞機的6倍，而成本預(yù)計會高達210億歐元（約合1 600億人民幣）。

美國伊利諾伊州巴達維亞草原上的費米國家加速器實驗室應(yīng)該會在今年公布人們期待已久的μ介子g-2實驗的結(jié)果。在實驗中，他們對μ介子（更大質(zhì)量電子對）在磁場中的行為進行了一種高精度測量。物理學(xué)家希望通過微弱的異常現(xiàn)象揭示出以前未知的基本粒子。

合成酵母

合成生物學(xué)家的重構(gòu)面包酵母偉業(yè)將于2020年完成。實際上研究人員已經(jīng)能夠人工取代許多簡單生物（例如，絲狀支原體細菌）的遺傳密碼了，但在酵母細胞中這樣做是復(fù)雜而高難度的。這項人工合成酵母基因組計劃（Synthetic Yeast 2.0）的工作由來自四大洲的15個實驗室合作進行。研究團隊已經(jīng)以合成DNA替換了釀酒酵母16條染色體中每一條的DNA；他們還嘗試重組和編輯基因組（或刪除其中的一部分），以了解生物體如何演化以及應(yīng)對突變。科學(xué)家們希望，經(jīng)過基因工程改造的酵母細胞能以更高效和靈活的方式生產(chǎn)服務(wù)人類的產(chǎn)品，例如生物燃料和藥物等。

科學(xué)家們正在釀造合成酵母

氣候問題今年可決？

今年8月，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）將發(fā)布氣候工程的重要報告，旨在通過科學(xué)和技術(shù)找到應(yīng)對氣候變化的具體方法。報告提出的措施包括抽出大氣中的二氧化碳以及阻擋陽光。國際海底管理局（ISA）也會在今年發(fā)布關(guān)于海底采礦的規(guī)則，這標(biāo)志著人們期待已久的海底采礦事業(yè)將被推入更穩(wěn)健科學(xué)的軌道。一直以來，科學(xué)家們都在擔(dān)心海底采礦可能會破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)，對已經(jīng)很緊張的環(huán)境造成潛在的災(zāi)難性影響，但具體細節(jié)，人們知之甚少。

第二十六屆聯(lián)合國氣候大會（COP26）將在11月舉行，這場在英國格拉斯哥召開的重量級大會將是《巴黎協(xié)定》的關(guān)鍵時刻。根據(jù)2015年的協(xié)議，各國必須提出減少溫室氣體排放的最新目標(biāo)，以幫助把全球變暖的漲幅控制在2 ℃以內(nèi)，但大多數(shù)國家在兌現(xiàn)承諾時行動遲緩。這個條約的未來也是懸而未決的：預(yù)計美國將在開會的那個月正式退出協(xié)定。

美國大選的高潮

白宮和美國國會將在11月展開總統(tǒng)爭奪戰(zhàn)，其結(jié)果可能會對科學(xué)（尤其是氣候研究）產(chǎn)生重大影響。如果特朗普連任，他就能接著實行與奧巴馬政府的選擇背道而馳的氣候政策，并確保美國在大選后的第2天正式退出《巴黎協(xié)定》。而民主黨如果能戰(zhàn)勝特朗普，就可以重新把氣候政策扳回他們這邊，當(dāng)然，也就不會退出《巴黎協(xié)定》。

人鼠情緣

隨著研究人員在充滿倫理爭議的技術(shù)上取得長足進步，我們距離在其他動物身上培養(yǎng)人類器官的夢想可能越來越近了。東京大學(xué)的干細胞科學(xué)家中內(nèi)啟光計劃在小鼠和大鼠的胚胎中生長由人類細胞構(gòu)成的組織。這之后，他會把這些混合胚胎移植到代孕動物體內(nèi)。在2019年3月日本頒布一項新法律之前，這種研究是不被允許的。

中內(nèi)啟光及其合作者還申請使用豬胚胎進行類似實驗。此類研究的終極目標(biāo)是培養(yǎng)能長出人體器官（可直接用于移植）的動物。但一些研究人員認為，在實驗室中培育“類器官”更安全和有效。

人類反擊蚊子

在印度尼西亞的日惹（Yogyakarta），有研究者測試了一項有望阻止登革熱傳播的技術(shù)，而這一重大測試將在今年得出結(jié)論。研究人員釋放出了攜帶沃爾巴克氏菌（Wolbachia）的蚊子并使之在野外傳播。沃爾巴克氏菌能抑制引發(fā)登革熱、奇昆古尼亞熱以及寨卡病毒病的蚊媒病毒的繁殖。在印度尼西亞、越南和巴西所進行的較小規(guī)模測試中已顯示出了光明前景。

沃爾巴克氏菌正在感染蚊子

同樣有希望的是另一種瘧疾疫苗，該疫苗將在赤道幾內(nèi)亞的比奧科島（Bioko）進行試驗。到2020年，世界衛(wèi)生組織希望消除昏睡病（由一種叫作錐蟲的寄生蟲引發(fā)，亦稱“錐蟲病”）這一公共衛(wèi)生問題，錐蟲會被舌蠅攜帶。

高壓下的室溫超導(dǎo)

物理學(xué)家希望能創(chuàng)造一種在室溫下無電阻的導(dǎo)電材料。目前，此種類型的超導(dǎo)材料只有在數(shù)百萬千帕的壓強下才可發(fā)揮功效。此前成功研制出的超氫化鑭（lanthanum superhydrides）在2018年打破了所有超導(dǎo)溫度記錄，而研究人員希望合成出能在53 ℃下實現(xiàn)超導(dǎo)的超氫化釔（yttrium superhydrides）。

固體能源

大小企業(yè)都計劃開始銷售鈣鈦礦太陽能電池，鈣鈦礦有望比傳統(tǒng)太陽能電池板中使用的硅晶體更便宜，更容易生產(chǎn)。如果將它與硅配對構(gòu)建出疊層電池，就可得到目前市場上最高效的太陽能電池板。

能源行業(yè)可能會在7月的東京奧運會期間迎來另一個里程碑，屆時豐田汽車有望推出首款采用固態(tài)鋰離子電池驅(qū)動的原型樣車。用固態(tài)材料代替電池內(nèi)部用于分離電極的液體，提高了電池可存儲的能量，而且采用固態(tài)電解質(zhì)的電池，可以延長使用壽命，不過充電速度往往更慢。