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

作者｜陳天真

2020年是災難重重的一年。新冠疫情奪去了無數(shù)人的生命，世界各地的人們不得不面對隔離和封鎖，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)模沙漠蝗蟲災害……

然而，在疫情陰影下，科學仍在前進，并為我們帶來希望。就在這焦頭爛額的2020年，科學家們研發(fā)出了被批準用于對抗“新冠”肺炎的疫苗，發(fā)射了三顆火星探測器，在金星大氣中探測到了潛在的生命標記，第一次在室溫條件下觀察到超導現(xiàn)象……

2021年即將到來，新的一年里有哪些值得期待的科學事件呢？

- 氣候談判的關鍵時刻 -
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入2020年，這一年里，無論是兩極冰川融化，還是野生動物數(shù)量銳減，都與全球氣候變暖密切相關。

2021年或許將是人類應對氣候變化的關鍵一年。第26屆聯(lián)合國氣候大會（COP26）將于2021年11月在英國格拉斯哥舉行。在這個氣候談判的關鍵時刻，世界各國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》以來的首次承諾。

歐盟和中國都已經(jīng)制定了宏偉計劃，希望到2050-60年實現(xiàn)碳中和，也就是在生產(chǎn)過程中將碳排放完全清除，實現(xiàn)碳足跡為零。

此前美國總統(tǒng)特朗普決定帶領美國退出《巴黎協(xié)定》，在2020年大選后的第二天，美國實際上就已經(jīng)正式退出。不過候任總統(tǒng)拜登明確表示，將采取行動恢復美國在這方面的領導地位，包括重新加入?yún)f(xié)定以應對全球變暖。
- “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）成立了一個工作組，將于2021年1月前往武漢開展調(diào)查工作，這個團隊包括流行病學家、病毒學家、公共健康及動物健康研究人員。
這個項目將首先調(diào)查武漢華南海鮮市場出售的肉類和動物，并追蹤它們在中國境內(nèi)和境外的行經(jīng)路線，因為第一批確認感染新冠病毒的人中有許多都去過這里。發(fā)現(xiàn)病毒的起源可能需要數(shù)年時間，但專家們認為，一些新信息可能會在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間，但2020年，第一批被批準用于對抗新冠肺炎的疫苗已經(jīng)問世。新疫苗是否安全，是否能有效對抗新冠病毒，這些問題將在2021年初變得更加清晰。

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

除了研發(fā)試驗，疫苗的生產(chǎn)供應也是巨大的挑戰(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20億劑疫苗，而強生公司正在測試的疫苗只需要注射一次。

- 一個更可持續(xù)的世界糧食系統(tǒng) -
圖源：un.org

2021年聯(lián)合國糧食系統(tǒng)峰會將啟動大膽的新行動，改變世界生產(chǎn)和消費糧食的方式，促進實現(xiàn)一系列可持續(xù)發(fā)展目標。

全世界每年浪費的糧食超過10億噸，與此同時，饑餓卻在繼續(xù)蔓延。這樣的現(xiàn)實讓人感到痛心。人類作為一個大家庭，實現(xiàn)零饑餓的世界是我們的當務之急。

2020年新冠疫情大流行，全球各地數(shù)以百萬計的人口親身體驗到了糧食系統(tǒng)的岌岌可危。糧食系統(tǒng)一旦失靈，隨之而來的紊亂會威脅我們的教育、衛(wèi)生和經(jīng)濟，以及人權、和平與安全。

這次峰會試圖讓世界省悟到，我們每一個人都需要采取行動，改變糧食的生產(chǎn)、消費和思維方式，重建一個更健康、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)稱可以延緩阿爾茨海默癥進展的藥物是否可以獲得批準？美國監(jiān)管機構需要對此作出決定。
阿爾茲海默癥是一種隨著時間不斷惡化的神經(jīng)退化性疾病。隨著病情不斷發(fā)展，一個人先是喪失短期記憶，然后逐漸出現(xiàn)語言障礙、容易迷路等癥狀，直至最終喪失身體機能，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)批準的阿爾茨海默癥藥物只能治療記憶喪失之類的認知癥狀，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)科學家認為，淀粉樣蛋白可能是引發(fā)阿爾茲海默癥的主要原因。
不過關于藥物有效性的證據(jù)有好有壞。兩項 III 期臨床試驗的結(jié)果相互矛盾，于是美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）召集的獨立咨詢小組評估了藥物的有效性，并認為已有數(shù)據(jù)不支持使用該藥物。
- 熱鬧的火星 -
圖源：NASA

2018年12月，中國發(fā)射“嫦娥四號”，次年初第一次實現(xiàn)在月球背面軟著陸。
2020年7月，“天問一號”火星探測器升空，開始對火星這顆紅色星球的首次探索。
2020年底，“嫦娥五號”登陸月球，并采集月球樣品成功返回地球。
2021年，中國雄心勃勃的太空科學計劃還將繼續(xù)。

離開地球后已經(jīng)飛行了近半年的“天問一號”將于2021年2月抵達火星。它將使用包括相機、雷達和粒子分析儀在內(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”、中國“天問一號”、美國“毅力號”先后發(fā)射升空?！疤靻栆惶枴敝猓渌麅蓚€火星探測器也將在大約同一時間到達火星。其中“希望號”是一臺環(huán)繞探測器，將環(huán)繞火星運行，對火星大氣進行探測研究?！耙懔μ枴笔且粋€巡視器（火星車），主要將探索火星表面?！疤靻栆惶枴眲t同時攜帶了軌道飛行器和巡視器，可以同時探索火星的天與地。

- 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發(fā)射 -
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）。｜圖源：NASA
2020年，哈勃太空望遠鏡已經(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。哈勃望遠鏡更加精準地測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，哈勃太空望遠鏡的繼任者，美國宇航局（NASA）建造的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）將發(fā)射升空。這是人類迄今為止建造的最強大、最復雜的太空望遠鏡。
JWST 的4個主要任務是：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。與此相關的天文現(xiàn)象更容易在紅外波段觀測到，而不是在可見光波段，因此，與哈勃望遠鏡主要進行可見光波段的觀測不同，JWST 具有更強大的紅外波段的觀測能力。
耗資88億美元的 JWST 將試圖復制哈勃望遠鏡的成功。它可以在-230攝氏度的冰冷環(huán)境下工作，覆蓋的波長范圍更為寬廣，這意味著我們將看到更深遠、更清晰的宇宙圖景。
- 引力波探測的新方法 -
圖源：LIGO/T. Pyle
在新的一年里，天文學家可能會展示一種探測引力波的新方法：通過精確地測量脈沖星發(fā)出的信號，來探測兩個遙遠星系中心的超大質(zhì)量黑洞相互繞轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的長波漣漪。

石頭投擲到池塘中，會在水中激起漣漪；與此類似，黑洞這樣的大質(zhì)量天體碰撞時，會劇烈地扭曲周圍時空，產(chǎn)生時空的漣漪——引力波。2015年，人類第一次探測到了兩顆黑洞碰撞融合時產(chǎn)生的引力波；2017年，第一次探測到了兩顆中子星碰撞并合產(chǎn)生的引力波。不過，超大質(zhì)量黑洞并合時產(chǎn)生的引力波仍然沒有被探測到。
天文學家猜測，在每一個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。當兩個星系緩慢融合時（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)量黑洞會彼此繞轉(zhuǎn)舞動，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，波長更長。地面上的引力波探測器（比如LIGO）對這樣的長波漣漪束手無策，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，就像是茫茫宇宙中的燈塔。即使是微弱的引力波擾動，也會改變脈沖星和地球之間的相對位置。通過測量數(shù)十個脈沖星的信號，就可以確認是否有引力波經(jīng)過。

- 改變小行星軌道的探測器 -
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，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，但人類對小行星撞擊地球的擔憂一直存在：我們會不會重蹈恐龍滅絕的命運？

太陽系中有大約25000顆較大的小行星，我們目前只探測到了其中大約8000個。為了應對小行星撞擊的威脅，科學家們一直努力對太陽系內(nèi)的小行星進行監(jiān)測，如果它們的運行軌道可能與地球沖撞，就要盡早籌謀應對之策，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試（DART）的太空探測器將要發(fā)射，它的主要目標就是測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，還有更多科學事件值得我們期待：
美國宇航局的太空探測器“露西”（Lucy）預定于2021年發(fā)射。它將飛越木星軌道上的5顆小行星。這項任務以南方古猿“露西”的名字命名，因為它將幫助揭示行星形成的化石——在太陽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子對撞機（LHC）將于2021年重新開始運作。LHC 從2009年開始運行，做出了一系列重大發(fā)現(xiàn)，包括于2013年探測到“上帝粒子”希格斯玻色子。它從2018年起開始進行升級改造，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年變得獨特。我們將看到自2019年1月以來的第一次月全食（5月26日），看到21世紀唯一一次經(jīng)過北極點的日食（6月10日），還將看到在南極西部從東向西移動的日全食（12月4日），要知道，大多數(shù)日食都是從西向東移動，只有在極地才會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。
（責編 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“十點科學”（ID：Science_10）公眾號發(fā)布，轉(zhuǎn)載請注明出處。


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