小行星撞擊地球？全球饑荒？氣候變暖？別擔(dān)心，2021年科學(xué)家們已經(jīng)安排上了。

作者｜陳天真

2020年是災(zāi)難重重的一年。新冠疫情奪去了無(wú)數(shù)人的生命，世界各地的人們不得不面對(duì)隔離和封鎖，毀滅性的澳大利亞森林大火持續(xù)燃燒，非洲、中東和南亞地區(qū)出現(xiàn)大規(guī)模沙漠蝗蟲(chóng)災(zāi)害……

然而，在疫情陰影下，科學(xué)仍在前進(jìn)，并為我們帶來(lái)希望。就在這焦頭爛額的2020年，科學(xué)家們研發(fā)出了被批準(zhǔn)用于對(duì)抗“新冠”肺炎的疫苗，發(fā)射了三顆火星探測(cè)器，在金星大氣中探測(cè)到了潛在的生命標(biāo)記，第一次在室溫條件下觀(guān)察到超導(dǎo)現(xiàn)象……

2021年即將到來(lái)，新的一年里有哪些值得期待的科學(xué)事件呢？

- 氣候談判的關(guān)鍵時(shí)刻 -
澳大利亞森林大火后，焦土上的新芽。｜圖源：Nathan Rott/NPR

熊熊燃燒的澳大利亞森林大火伴隨我們進(jìn)入2020年，這一年里，無(wú)論是兩極冰川融化，還是野生動(dòng)物數(shù)量銳減，都與全球氣候變暖密切相關(guān)。

2021年或許將是人類(lèi)應(yīng)對(duì)氣候變化的關(guān)鍵一年。第26屆聯(lián)合國(guó)氣候大會(huì)（COP26）將于2021年11月在英國(guó)格拉斯哥舉行。在這個(gè)氣候談判的關(guān)鍵時(shí)刻，世界各國(guó)將做出新一輪溫室氣體減排承諾，這將是自2015年簽署《巴黎協(xié)定》以來(lái)的首次承諾。

歐盟和中國(guó)都已經(jīng)制定了宏偉計(jì)劃，希望到2050-60年實(shí)現(xiàn)碳中和，也就是在生產(chǎn)過(guò)程中將碳排放完全清除，實(shí)現(xiàn)碳足跡為零。

此前美國(guó)總統(tǒng)特朗普決定帶領(lǐng)美國(guó)退出《巴黎協(xié)定》，在2020年大選后的第二天，美國(guó)實(shí)際上就已經(jīng)正式退出。不過(guò)候任總統(tǒng)拜登明確表示，將采取行動(dòng)恢復(fù)美國(guó)在這方面的領(lǐng)導(dǎo)地位，包括重新加入?yún)f(xié)定以應(yīng)對(duì)全球變暖。
- “新冠”病毒起源調(diào)查 -
圖源：Cognition Studio Inc.

2019年，武漢首次發(fā)現(xiàn)了新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）感染病例。為了確定新冠肺炎疫情的起源，世界衛(wèi)生組織（WHO）成立了一個(gè)工作組，將于2021年1月前往武漢開(kāi)展調(diào)查工作，這個(gè)團(tuán)隊(duì)包括流行病學(xué)家、病毒學(xué)家、公共健康及動(dòng)物健康研究人員。
這個(gè)項(xiàng)目將首先調(diào)查武漢華南海鮮市場(chǎng)出售的肉類(lèi)和動(dòng)物，并追蹤它們?cè)谥袊?guó)境內(nèi)和境外的行經(jīng)路線(xiàn)，因?yàn)榈谝慌_認(rèn)感染新冠病毒的人中有許多都去過(guò)這里。發(fā)現(xiàn)病毒的起源可能需要數(shù)年時(shí)間，但專(zhuān)家們認(rèn)為，一些新信息可能會(huì)在2021年底前浮出水面。
- “新冠”疫苗 -

圖源：ROCKSTEIN fotografie

一款疫苗的研制通常需要大約十年時(shí)間，但2020年，第一批被批準(zhǔn)用于對(duì)抗新冠肺炎的疫苗已經(jīng)問(wèn)世。新疫苗是否安全，是否能有效對(duì)抗新冠病毒，這些問(wèn)題將在2021年初變得更加清晰。

特別值得關(guān)注的是，我們將看到 Novavax 和強(qiáng)生兩家醫(yī)藥公司研發(fā)的疫苗的 III 期臨床試驗(yàn)結(jié)果。2020年12月，輝瑞-BioNTech 和 Moderna 公司研發(fā)的兩款疫苗已經(jīng)在一些國(guó)家獲得了緊急使用授權(quán)，不過(guò)這兩種疫苗都是 RNA 疫苗，需要在非常低的溫度下保存，為在發(fā)展中國(guó)家的分發(fā)帶來(lái)極大困難。與之相比，Novavax 和強(qiáng)生研發(fā)的疫苗更容易分發(fā)。

除了研發(fā)試驗(yàn)，疫苗的生產(chǎn)供應(yīng)也是巨大的挑戰(zhàn)。如果每人注射一次新冠疫苗，那么全世界大約需要生產(chǎn)50億劑疫苗。目前輝瑞和 Moderna 的疫苗都需要分兩次注射，也就意味著要生產(chǎn)100億劑疫苗。Novavax 公司每年可生產(chǎn)多達(dá)20億劑疫苗，而強(qiáng)生公司正在測(cè)試的疫苗只需要注射一次。

- 一個(gè)更可持續(xù)的世界糧食系統(tǒng) -
圖源：un.org

2021年聯(lián)合國(guó)糧食系統(tǒng)峰會(huì)將啟動(dòng)大膽的新行動(dòng)，改變世界生產(chǎn)和消費(fèi)糧食的方式，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)一系列可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

全世界每年浪費(fèi)的糧食超過(guò)10億噸，與此同時(shí)，饑餓卻在繼續(xù)蔓延。這樣的現(xiàn)實(shí)讓人感到痛心。人類(lèi)作為一個(gè)大家庭，實(shí)現(xiàn)零饑餓的世界是我們的當(dāng)務(wù)之急。

2020年新冠疫情大流行，全球各地?cái)?shù)以百萬(wàn)計(jì)的人口親身體驗(yàn)到了糧食系統(tǒng)的岌岌可危。糧食系統(tǒng)一旦失靈，隨之而來(lái)的紊亂會(huì)威脅我們的教育、衛(wèi)生和經(jīng)濟(jì)，以及人權(quán)、和平與安全。

這次峰會(huì)試圖讓世界省悟到，我們每一個(gè)人都需要采取行動(dòng)，改變糧食的生產(chǎn)、消費(fèi)和思維方式，重建一個(gè)更健康、更可持續(xù)和更公平的糧食系統(tǒng)。

- 延緩阿爾茲海默癥的藥物 -
阿爾茨海默癥破壞了圖中右側(cè)大腦的神經(jīng)元。｜圖源：Jessica Wilson/Science Photo Library

第一種據(jù)稱(chēng)可以延緩阿爾茨海默癥進(jìn)展的藥物是否可以獲得批準(zhǔn)？美國(guó)監(jiān)管機(jī)構(gòu)需要對(duì)此作出決定。
阿爾茲海默癥是一種隨著時(shí)間不斷惡化的神經(jīng)退化性疾病。隨著病情不斷發(fā)展，一個(gè)人先是喪失短期記憶，然后逐漸出現(xiàn)語(yǔ)言障礙、容易迷路等癥狀，直至最終喪失身體機(jī)能，走向死亡。在65歲以上人口中，阿爾茲海默癥的發(fā)病率大約為6%。

然而，目前已經(jīng)批準(zhǔn)的阿爾茨海默癥藥物只能治療記憶喪失之類(lèi)的認(rèn)知癥狀，并不能減緩疾病的惡化。因此，新藥物的出現(xiàn)備受期待。由制藥公司 Biogen 生產(chǎn)的這種藥物名為 aducanumab，它是一種抗體，能夠與大腦中黏性的淀粉樣蛋白結(jié)合。大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為，淀粉樣蛋白可能是引發(fā)阿爾茲海默癥的主要原因。
不過(guò)關(guān)于藥物有效性的證據(jù)有好有壞。兩項(xiàng) III 期臨床試驗(yàn)的結(jié)果相互矛盾，于是美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）召集的獨(dú)立咨詢(xún)小組評(píng)估了藥物的有效性，并認(rèn)為已有數(shù)據(jù)不支持使用該藥物。
- 熱鬧的火星 -
圖源：NASA

2018年12月，中國(guó)發(fā)射“嫦娥四號(hào)”，次年初第一次實(shí)現(xiàn)在月球背面軟著陸。
2020年7月，“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器升空，開(kāi)始對(duì)火星這顆紅色星球的首次探索。
2020年底，“嫦娥五號(hào)”登陸月球，并采集月球樣品成功返回地球。
2021年，中國(guó)雄心勃勃的太空科學(xué)計(jì)劃還將繼續(xù)。

離開(kāi)地球后已經(jīng)飛行了近半年的“天問(wèn)一號(hào)”將于2021年2月抵達(dá)火星。它將使用包括相機(jī)、雷達(dá)和粒子分析儀在內(nèi)的13種儀器，在火星上尋找水和生命的跡象。
2020年7月，阿聯(lián)酋“希望號(hào)”、中國(guó)“天問(wèn)一號(hào)”、美國(guó)“毅力號(hào)”先后發(fā)射升空?！疤靻?wèn)一號(hào)”之外，其他兩個(gè)火星探測(cè)器也將在大約同一時(shí)間到達(dá)火星。其中“希望號(hào)”是一臺(tái)環(huán)繞探測(cè)器，將環(huán)繞火星運(yùn)行，對(duì)火星大氣進(jìn)行探測(cè)研究?！耙懔μ?hào)”是一個(gè)巡視器（火星車(chē)），主要將探索火星表面?！疤靻?wèn)一號(hào)”則同時(shí)攜帶了軌道飛行器和巡視器，可以同時(shí)探索火星的天與地。

- 詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)射 -
詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）。｜圖源：NASA
2020年，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)在太空中辛勤工作了30年。它徹底改變了我們看到的宇宙，也徹底改變了天文學(xué)。哈勃望遠(yuǎn)鏡更加精準(zhǔn)地測(cè)量了宇宙膨脹的速度，使得我們可以將宇宙的年齡確定為138億年。
2021年10月，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的繼任者，美國(guó)宇航局（NASA）建造的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）將發(fā)射升空。這是人類(lèi)迄今為止建造的最強(qiáng)大、最復(fù)雜的太空望遠(yuǎn)鏡。
JWST 的4個(gè)主要任務(wù)是：搜尋宇宙大爆炸后第一批恒星和星系發(fā)出的微光，研究星系的形成和演化，理解恒星和行星系統(tǒng)的形成，探索行星系統(tǒng)和生命的起源。與此相關(guān)的天文現(xiàn)象更容易在紅外波段觀(guān)測(cè)到，而不是在可見(jiàn)光波段，因此，與哈勃望遠(yuǎn)鏡主要進(jìn)行可見(jiàn)光波段的觀(guān)測(cè)不同，JWST 具有更強(qiáng)大的紅外波段的觀(guān)測(cè)能力。
耗資88億美元的 JWST 將試圖復(fù)制哈勃望遠(yuǎn)鏡的成功。它可以在-230攝氏度的冰冷環(huán)境下工作，覆蓋的波長(zhǎng)范圍更為寬廣，這意味著我們將看到更深遠(yuǎn)、更清晰的宇宙圖景。
- 引力波探測(cè)的新方法 -
圖源：LIGO/T. Pyle
在新的一年里，天文學(xué)家可能會(huì)展示一種探測(cè)引力波的新方法：通過(guò)精確地測(cè)量脈沖星發(fā)出的信號(hào)，來(lái)探測(cè)兩個(gè)遙遠(yuǎn)星系中心的超大質(zhì)量黑洞相互繞轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的長(zhǎng)波漣漪。

石頭投擲到池塘中，會(huì)在水中激起漣漪；與此類(lèi)似，黑洞這樣的大質(zhì)量天體碰撞時(shí)，會(huì)劇烈地扭曲周?chē)鷷r(shí)空，產(chǎn)生時(shí)空的漣漪——引力波。2015年，人類(lèi)第一次探測(cè)到了兩顆黑洞碰撞融合時(shí)產(chǎn)生的引力波；2017年，第一次探測(cè)到了兩顆中子星碰撞并合產(chǎn)生的引力波。不過(guò)，超大質(zhì)量黑洞并合時(shí)產(chǎn)生的引力波仍然沒(méi)有被探測(cè)到。
天文學(xué)家猜測(cè)，在每一個(gè)星系的中心都寄居著一顆超大質(zhì)量黑洞，我們的銀河系也不例外。當(dāng)兩個(gè)星系緩慢融合時(shí)（例如我們的銀河系與臨近的仙女座星系將在大約40億年后發(fā)生碰撞），中心的超大質(zhì)量黑洞會(huì)彼此繞轉(zhuǎn)舞動(dòng)，釋放出引力波。正如獅子的吼叫比小老鼠的吱吱叫更深沉一樣，超大質(zhì)量黑洞產(chǎn)生的引力波也比較小黑洞的頻率更低，波長(zhǎng)更長(zhǎng)。地面上的引力波探測(cè)器（比如LIGO）對(duì)這樣的長(zhǎng)波漣漪束手無(wú)策，我們只能寄希望于宇宙中的脈沖星。

脈沖星是高速旋轉(zhuǎn)的中子星，以穩(wěn)定的周期持續(xù)發(fā)送射電信號(hào)，就像是茫茫宇宙中的燈塔。即使是微弱的引力波擾動(dòng)，也會(huì)改變脈沖星和地球之間的相對(duì)位置。通過(guò)測(cè)量數(shù)十個(gè)脈沖星的信號(hào)，就可以確認(rèn)是否有引力波經(jīng)過(guò)。

- 改變小行星軌道的探測(cè)器 -
圖源：NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben

2020年12月23日清晨，疑似一顆火流星墜入青海玉樹(shù)，瞬間照亮夜空，發(fā)出轟隆隆如打雷般的聲響。這次撞擊地球的很可能只是一顆小小的隕石，但人類(lèi)對(duì)小行星撞擊地球的擔(dān)憂(yōu)一直存在：我們會(huì)不會(huì)重蹈恐龍滅絕的命運(yùn)？

太陽(yáng)系中有大約25000顆較大的小行星，我們目前只探測(cè)到了其中大約8000個(gè)。為了應(yīng)對(duì)小行星撞擊的威脅，科學(xué)家們一直努力對(duì)太陽(yáng)系內(nèi)的小行星進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果它們的運(yùn)行軌道可能與地球沖撞，就要盡早籌謀應(yīng)對(duì)之策，或者完全炸毀小行星，或者利用人工撞擊改變它們的軌跡。

2021年，一顆名為雙小行星重定向測(cè)試（DART）的太空探測(cè)器將要發(fā)射，它的主要目標(biāo)就是測(cè)試太空飛行器的撞擊，是否能成功讓小行星偏離原本撞向地球的軌道。

除了以上這些，還有更多科學(xué)事件值得我們期待：
美國(guó)宇航局的太空探測(cè)器“露西”（Lucy）預(yù)定于2021年發(fā)射。它將飛越木星軌道上的5顆小行星。這項(xiàng)任務(wù)以南方古猿“露西”的名字命名，因?yàn)樗鼘椭沂拘行切纬傻幕谔?yáng)系早期聚集在一起形成行星和其他天體的物質(zhì)。

世界上最大的粒子加速器大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）將于2021年重新開(kāi)始運(yùn)作。LHC 從2009年開(kāi)始運(yùn)行，做出了一系列重大發(fā)現(xiàn)，包括于2013年探測(cè)到“上帝粒子”希格斯玻色子。它從2018年起開(kāi)始進(jìn)行升級(jí)改造，新的一年將精神抖擻地重新投入工作。

一些特殊的天象也將讓2021年變得獨(dú)特。我們將看到自2019年1月以來(lái)的第一次月全食（5月26日），看到21世紀(jì)唯一一次經(jīng)過(guò)北極點(diǎn)的日食（6月10日），還將看到在南極西部從東向西移動(dòng)的日全食（12月4日），要知道，大多數(shù)日食都是從西向東移動(dòng)，只有在極地才會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。
（責(zé)編 高佩雯）

參考鏈接：[1]https://www.nature.com/articles/d41586-020-03651-0[2]https://www.gatesnotes.com/About-Bill-Gates/Year-in-Review-2020[3]https://www.un.org/zh/food-systems-summit/about[4]https://www.nasa.gov/feature/jpl/listening-for-gravitational-waves-using-pulsars

文章由“十點(diǎn)科學(xué)”（ID：Science_10）公眾號(hào)發(fā)布，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。


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