去火星、巨型對撞機:2020年科學界可以期待哪些精彩
2020年01月01日11:15

  文章來源: Nature自然科研

  未來一年的科學世界一定將精彩紛呈。

美國國家航空航天局(NASA)的2020火星探測器將配備可拆卸的無人直升機;來年,這顆紅色星球的探索任務可不止這一項。圖片來源:NASA/JPL-Caltech
美國國家航空航天局(NASA)的2020火星探測器將配備可拆卸的無人直升機;來年,這顆紅色星球的探索任務可不止這一項。圖片來源:NASA/JPL-Caltech

  進軍火星

  2020年,人類就確要進軍火星啦,包括三架著陸器在內的幾艘航天器即將駛向那顆紅色星球。美國宇航局將發射2020火星探測器,該探測器將收集火星岩石樣本,以備在未來的任務中將其送回地球。此外,該探測器還將配備一架小型可拆卸的無人直升機。中國將發射第一架著陸器“火星一號”,“火星一號”將配備一部小型漫遊車。如果能夠順利解決著陸傘問題,俄羅斯的航天器將把歐洲航天局(ESA)的火星車送上火星。阿拉伯聯合酋長國則計劃發射一枚軌道飛行器,這是阿拉伯國家開展的首次火星任務。

  除了火星,有關近地天體的探索活動也將繼續進行。中國計劃啟動“嫦娥5號”月球樣本返回任務;日本“隼鳥2號”計劃將龍宮小行星的樣本送回地球;而NASA的OSIRIS-REx(源光譜釋義資源安全風化層辨認探測器)將在小行星貝努(Bennu)上完成樣本採集。

  大星空,大數據

  繼2019年成功拍攝到 M87 星系中心的超大質量黑洞而引起媒體轟動之後,事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope)協作項目計劃發佈新結果——關於銀河系中心的黑洞。這次或許不止一張圖片,甚至可能還有一段視頻,主要拍攝人馬座A *周圍漩渦狀的氣體。

  2020年晚些時候,歐洲航天局的蓋亞(Gaia)項目將更新其銀河系3D地圖,該地圖顯著改變了科學家對銀河系結構和演化的理解。引力波天文學家在2019年觀察到了宇宙碰撞造成的時空漣漪,2020年他們將進一步揭開宇宙碰撞的寶藏,不僅包括許多黑洞併合,還包括以前看不到的黑洞和恒星的碰撞。

  粒子物理學的巨型對撞機之夢

  歐洲核子研究中心(CERN)希望今年能夠為未來建造大型對撞機籌集到資金。瑞士日內瓦附近的歐洲粒子物理實驗室將於5月在布達佩斯召開理事會特別會議,屆時將決定實驗室“歐洲粒子物理學戰略”的新計劃。CERN的提案包括未來對撞機的各種選擇。實驗室希望建造一台100公里的機器,其功率可達大型強子對撞機(LHC)的6倍,建設成本高達210億歐元(234億美元)。

  美國芝加哥附近的費米國家加速器實驗室將公佈人們期待已久的Muon g-2實驗結果,該實驗旨在精確測定μ子(一種比電子重的粒子)在磁場中的行為。物理學家希望通過極其微小的異常現象找到以前未知的基本粒子。

  合成酵母

  合成生物學家重建釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的大型項目將於2020年完成。研究人員過去已成功地在許多簡單的生物中完成遺傳密碼替代,如絲狀支原體,但是要在酵母細胞中完成這項工作具有更大的挑戰性,因為它們十分複雜。“合成酵母2.0”(Synthetic Yeast 2.0)項目由4大洲的15個實驗室合作展開。研究小組已經利用合成版本,替換了釀酒酵母16條染色體上的DNA。他們還試著對基因組進行重組和編輯——或刪除某些片段——以瞭解釀酒酵母如何演化以及如何應對突變。研究人員希望經過基因工程改造的酵母細胞能夠帶來更高效靈活的方式,來製造更多產品,比如生物燃料和藥物等。

科學家正在嚐試合成釀酒酵母。圖片來源:Eye of Science/Science Photo Library
科學家正在嚐試合成釀酒酵母。圖片來源:Eye of Science/Science Photo Library

  氣候保衛戰成效初檢

  2020年8月,聯合國環境規劃署(UNEP)將發佈地球工程科學技術方面的重要報告,討論如何應對氣候變化。具體措施包括將二氧化碳從大氣中抽出以及阻擋陽光。同樣在2020年,國際海底管理局(International Seabed Authority)將公佈眾盼已久的法規,允許海底開採。科學家對此感到憂心忡忡——我們並不清楚這種做法會對海洋生態系統造成怎樣的危害,因而可能進一步給目前已經堪憂的自然環境帶來災難性的傷害。

  2020年11月,我們將迎來真正的氣候大事件,屆時COP26氣候會議(《巴黎協定》的關鍵時刻)將在英國格拉斯哥拉開帷幕。根據2015年的《巴黎協定》,各國必須提出減少溫室氣體排放的新目標,以幫助使全球氣溫上升幅度不超過2°C,但是大多數國家在兌現承諾方面都有所遲滯。《巴黎協定》自身的未來也仍懸而未決:預計美國將在會議上正式退出《巴黎協定》。

  美國大選終將塵埃落定

  美國大選結果將在2020年11月公佈,選舉結果可能會對科學,尤其是氣候科學產生重大影響。一旦連任,特朗普或將繼續推翻其前任的氣候政策,並且確保美國在大選後的第二天正式退出《巴黎協定》。民主黨如果想要阻撓這些舉措,必須成功競選總統或在國會兩院中取得多數席位。眾議院的所有435個席位和參議院100個席位中的35個都在激烈競爭中。

  蚊子反擊戰

  在印尼日惹市,一項意義深遠的實驗即將迎來終點,實驗測試的是一項有望阻止登革熱傳播的新技術。研究人員將攜帶沃爾巴克氏菌(Wolbachia bacteria)的蚊子放入自然界,讓沃爾巴克氏菌在野生蚊子種群中傳播,這種細菌能夠抑製可能引起登革熱的蚊媒病毒——基孔肯雅病毒和寨卡病毒——複製。在印尼、越南和巴西進行的小規模測試都表現出良好的前景。

  同樣前景可觀的還有一種瘧疾疫苗,疫苗試驗將在赤道幾內亞的比科島進行。世界衛生組織希望在2020年消除昏睡病,又稱非洲錐蟲病,它是一個公共衛生問題。這種臭名昭著的疾病是通過采采蠅(Glossina spp。)傳播的。

科研人員正在用沃爾巴克氏菌感染蚊子,以阻止其傳播疾病。圖片來源:Apu Gomes/AFP/Getty
科研人員正在用沃爾巴克氏菌感染蚊子,以阻止其傳播疾病。圖片來源:Apu Gomes/AFP/Getty

  克服壓力,向室溫超導邁進

  物理學家希望能夠創造出一種在室溫下無電阻的導電材料——這種超導材料目前只能在數百萬千帕的壓力環境下工作。2018年的“超氫化鑭”打破了此前超導性的所有溫度記錄,研究人員希望再接再厲,合成能在53°C實現超導的超氫化釔。

  電池新紀元

  很多公司都計劃開始銷售鈣鈦礦基太陽能電池。鈣鈦礦相比傳統太陽能電池板中使用的矽晶體更便宜,也更容易生產,因此極富前景。當與“串聯”電池中的矽聯合使用時,鈣鈦礦有望產出市場上最高效的太陽能電池板。

  能源行業可能在7月東京奧運會期間取得另一個裡程碑,預計豐田汽車屆時將推出首款由“固態”鋰離子電池驅動的原型車。這種電池使用固態材料代替了傳統用以將電池內部電極分開的液體,從而增加電池的儲能。固態電解質電池雖然更持久,但充電速度往往較慢。

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