以科技之光照亮未來之路
——盤點2020年國際國內十大科技新聞

2020年，突如其來的新冠肺炎疫情，讓所有人的心都為之牽動；急劇變化的外部環(huán)境，讓全球發(fā)展晦暗不明；受到嚴重沖擊的國內經濟，讓每個人都感受到巨大壓力……2020年注定是不平凡的一年。

面對各種不利環(huán)境，我們卻驚喜地發(fā)現，2020年科技之樹依然碩果累累：從“激活”隱藏的HIV病毒到最大規(guī)模人類遺傳變異體目錄公布，科技成果不斷造福人類健康；從破解蛋白折疊難題到第一張人類細胞圖譜，人類也在重新認識生命的本質；從第一次室溫超導到證明困擾數學界20多年的核心猜想，我們?yōu)槲磥順嬛鸶嗫赡?；從嫦娥五號登上月球到“奮斗者”號載人深潛，人類的上天入海之旅又寫下新篇章……一項項前沿科技成果凝聚全球關注的目光，讓人感受到愈發(fā)強勁的澎湃活力。

科技不是冰冷的符號，也不是呆板的公式，而是我們心中的希望之光，未來之路。2021年，我們期待更多科技成果落地開花、惠澤全世界人民。

國際十大科技新聞：新冠疫情下依然精彩

在新冠病毒的陰影下，科學雖會遭遇波折，但前進的步伐從未停滯：新型催化劑將二氧化碳變?yōu)榧淄?、“激活并殺死”潛伏在細胞中的HIV病毒、快速射電暴在銀河系內起源首次確定……盡管這其中的具體原理有些高深莫測、晦澀難懂，但這些發(fā)現也正在或終將切切實實地影響我們的生活。

新型催化劑將二氧化碳變?yōu)榧淄?/h3>

一種新的催化劑增加了利用可再生能源產生甲烷的希望（圖/騰訊網）

研究人員一直試圖模仿光合作用，利用太陽的能量制造化學燃料。現在，美國科學家開發(fā)出一種新型銅-鐵基催化劑，可借助光將二氧化碳轉化為天然氣主要成分甲烷，這一方法是迄今最接近人造光合作用的方法。研究人員稱，新催化劑如獲進一步改良，將降低人類對化石燃料的依賴。2020年1月出版的美國《國家科學院院刊》報道了這種新型催化劑，作為將二氧化碳轉化為甲烷的光驅動催化劑，其效率和產量是有史以來最高的。

“激活并殺死”潛伏在細胞中的HIV病毒

艾滋病由人體免疫缺陷病毒（HIV）引起，而HIV是一種逆轉錄病毒，其無法治愈的原因在于目前的抗逆轉錄病毒治療不能徹底清除HIV感染，這種病毒會在細胞中潛伏，以此方式“躲避”免疫系統(tǒng)。因此，在長期病毒抑制治療后清除病毒感染一直是研究的焦點。盡管科學家設計出了“激活并殺死”的方法，但方法一直不算成功或有效。

2020年2月，美國的科學家通過兩種方法來逆轉HIV的潛伏，而當逆轉潛伏法與適當藥物相結合，顯著提高了清除該病毒的概率。這種“激活”隱藏病毒的手段，是迄今最強大的潛伏逆轉方法。當然，兩種“激活”法要結合后續(xù)的“殺死”步驟才能完成清除功能，但其無疑為醫(yī)學界進一步理解病毒維持機制打開了一扇新的大門，讓艾滋病治療研究向前邁出了“令人震驚的一步”。

腦機接口技術助癱瘓男子重獲觸覺

伊恩·伯克哈特的運動皮層被植入了微型芯片，從而能夠再次抓住和感覺物體（圖/《中國科學報》）

2020年4月23日，美國巴泰爾科研中心和俄亥俄州立大學韋克斯納醫(yī)學中心的研究團隊在《細胞》上發(fā)文，他們成功利用腦機接口（BCI）系統(tǒng)幫一位癱瘓患者恢復了手部觸覺。這項技術能捕捉到人所無法感知的微弱神經信號，并通過發(fā)回受試者大腦的人工感覺反饋來增強這些信號，從而極大地優(yōu)化受試者的運動功能。BCI系統(tǒng)在改進后成為首個同時恢復運動與觸覺功能的系統(tǒng)，不僅能讓受試者僅靠觸覺就能感知到物體，還能夠讓受試者感知握持或撿拾物體時所需的壓力。

人類首次探測到銀河系內快速射電暴

發(fā)表在《自然》雜志上的三篇論文中，科學家首次確定了一個快速射電暴在銀河系內的起源。有趣的是，快速射電暴還伴隨著一連串的X射線。這一發(fā)現是通過將多臺天基和陸基望遠鏡的觀測拼湊在一起而獲得和理解的?！翱焖偕潆姳边@個名字很好地描述了它們的含義：持續(xù)時間大致在毫秒級的明亮無線電波爆發(fā)?？焖偕潆姳┦状伟l(fā)現于2007年，它們的短命特性使得探測它們和確定它們在天空中的位置變得具有挑戰(zhàn)性。這是第一個探測到無線電波以外的輻射的快速射電暴，且是第一個在銀河系中被發(fā)現的，同時也是第一個與被稱為磁星的恒星殘留物有關的快速射電暴，這證明了磁星可以是快速射電暴的起源。

人造葉綠體研制成功

在這些90微米的液滴中，葉綠體的類囊體利用陽光將二氧化碳轉化為有機化合物（圖/騰訊網）

德國馬克斯·普朗克陸地微生物研究所和法國波爾多大學的研究人員2020年5月8日在《科學》上發(fā)文，他們通過將菠菜的“捕光器”與9種不同生物體的酶結合，制造了人造葉綠體。這種葉綠體可在細胞外工作、收集陽光，并利用由此產生的能量將二氧化碳轉化成富含能量的分子。研究人員希望他們制造的加強版光合作用系統(tǒng)，最終能將二氧化碳直接轉化成有用的化學物質，或者使轉基因植物吸收大氣中二氧化碳的量達到普通植物的10倍。這種新的光合作用將為轉基因作物打開新大門，創(chuàng)造出比現有品種生長速度更快的新品種。在世界人口激增的背景下，這對農業(yè)發(fā)展是一個福音。

2020年11月，載人龍飛船在首次經批準的正式載人航天任務中，運送3名NASA宇航員和1名日本宇航員發(fā)射升空（圖/環(huán)球網）

SpaceX實現首次商業(yè)載人航天飛行

2020年5月30日，美國時隔9年重新在本土利用航天器將宇航員送入地球軌道。這一次幫助美國重拾航天夢的是美國太空探索技術公司（SpaceX），這也是歷史上的首次商業(yè)載人航天任務。此次任務屬于Demo-2演示任務的最后一環(huán)，載人龍飛船攜帶了2名宇航員前往國際空間站。龍飛船在整個任務期間完成了發(fā)射、國際空間站對接、脫離軌道和濺落的近乎全自動化流程，并確保了宇航員的安全。2020年11月，載人龍飛船在首次經批準的正式載人航天任務中，運送3名美國國家航空航天局（NASA）宇航員和1名日本宇航員發(fā)射升空，4名宇航員將開展約半年的太空站任務。至此，商業(yè)載人航天的序幕也正式開啟。

迄今最大規(guī)模人類遺傳變異體目錄公布

深入研究人類基因組成為解鎖諸多重大疾病病因的關鍵。2020年6月，《自然》《自然·通訊》《自然·醫(yī)學》雜志同時發(fā)表一系列報告，集中描述了對一個匯集了逾14萬人樣本的數據庫——基因組聚集數據庫的應用，其涵蓋從125 748個全外顯子組和15 708個全基因組測序數據集中，鑒定出的443 769個預測的功能喪失型變異體。這是人們迄今擁有的最大規(guī)模人類遺傳變異體公開目錄。

盡管科學家距離鑒定出人類全部的預測功能喪失型變異體還很遙遠，但這一研究依然是我們現階段深入認識人類基因功能、發(fā)現新疾病相關基因的寶貴資源。

最大三維宇宙結構圖出爐

據物理學家組織網2020年7月20日報道，在對400多萬個星系和蘊含巨大能量的超亮類星體進行分析后，國際斯隆數字巡天調查項目團隊發(fā)布了迄今最大的宇宙三維結構圖。繪出該圖的是多國科研人員組成的“擴展重子振蕩光譜巡天（eBOSS）”項目團隊，該項目是世界最大星系巡天項目“斯隆數字巡天”的一部分。最新成果建立在世界各地數十家機構的數百名科研人員超過20年合作的基礎上，由eBOSS項目團隊耗費數年完成。通過理論分析和天文觀測，科研人員此前對宇宙的遠古歷史和最近的膨脹史都有相當了解，但中間卻存在一個約110億年的認知缺口。有關研究人員表示，新成果填補了這一空白，是宇宙學領域的重大進展。

人類首次實現室溫超導

自1911年超導首次發(fā)現以來，尋找能在室溫條件下達到的超導體一直是眾多科學家競相追求的目標。

一種氫、硫和碳的化合物被壓在兩顆鉆石之間，在室溫下實現超導（圖/《中國科學報》)

此前研究表明，富氫材料在高壓下可以將超導溫度提高至零下2攝氏度左右。2020年10月，《自然》雜志刊登的研究成果顯示人類將可以實現零電阻的溫度提高到了15攝氏度，但這是在2670億帕斯卡壓力下的一個光化學合成三元含碳硫化氫系統(tǒng)中實現的。這一發(fā)現促進了室溫超導體的研究工作——這類材料可以帶來重大技術變革并節(jié)約大量能源。

“阿爾法折疊”精準預測蛋白質三維結構

50年來，科學家們一直致力于解決生物學領域最大的挑戰(zhàn)之一：預測一系列氨基酸在“變身”為工作蛋白質時會折疊成何種精確三維形狀。2020年，他們實現了這個目標。

2020年12月1日，谷歌旗下的“深度思維”公司宣布，其新一代AlphaFold人工智能系統(tǒng)在國際蛋白質結構預測競賽上擊敗了其余參會選手，精確預測了蛋白質的三維結構，準確性可與冷凍電子顯微鏡、X射線晶體學等實驗技術相媲美。

研究人員指出，鑒于蛋白質的精確形狀決定了它的生化功能，這一新進展可以幫助研究人員發(fā)現疾病的發(fā)病原理，開發(fā)新藥，甚至創(chuàng)造出耐旱植物和更便宜的生物燃料。

國內十大科技新聞：中國科技華光璀璨

2020年，中國巨輪無懼風雨、砥礪前行。盡管經受了新冠肺炎疫情的嚴峻沖擊，但科技領域還是捷報頻傳：中國北斗正式登上世界舞臺、三峽工程完成整體竣工驗收、嫦娥五號登上月球、“奮斗者”號載人深潛……科技工作者上天下海演繹敢為人先的創(chuàng)新精神。

我國率先實現水平井鉆采深?？扇急?/h3>

天然氣水合物通常稱為可燃冰。2020年3月26日，自然資源部召開視頻會議透露，在水深1225米的南海神狐海域的試采創(chuàng)造了“產氣總量86.14萬立方米、日均產氣量2.87萬立方米”兩項世界紀錄。此次試采中，研究人員還自主研發(fā)了一套實現天然氣水合物勘查開采產業(yè)化的關鍵技術裝備體系，創(chuàng)建了獨具特色的環(huán)境保護和監(jiān)測體系，自主創(chuàng)新形成了環(huán)境風險防控技術體系。此次試采攻克了深海淺軟地層水平井鉆采核心技術，實現了從探索性試采向試驗性試采的重大跨越，在產業(yè)化進程中取得標志性成果。我國也成為全球首個采用水平井鉆采技術試采海域天然氣水合物的國家。

科學家找到小麥“癌癥”克星

受赤霉病侵染的小麥（圖 /騰訊網）

小麥赤霉病是一種世界范圍內極具毀滅性且防治困難的真菌病害，有小麥“癌癥”之稱。山東農業(yè)大學農學院教授、山東省現代農業(yè)產業(yè)技術體系小麥創(chuàng)新團隊首席專家孔令讓及其團隊從小麥近緣植物長穗偃麥草中首次克隆出抗赤霉病主效基因Fhb7，且成功將其轉移至小麥品種中，首次明確并驗證了其在小麥抗病育種中不僅具有穩(wěn)定的赤霉病抗性，而且具有廣譜的解毒功能。相關研究成果于2020年4月10日在線發(fā)表于《科學》。目前，已有30多家單位利用抗赤霉病的種質材料進行小麥抗赤霉病遺傳改良，并在山東、河南、江蘇、安徽等地進行廣泛試驗，結果表現良好。上述成果為解鎖赤霉病這一世界性難題找到了“金鑰匙”。

高速磁浮試驗樣車成功試跑

時速600公里高速磁浮試驗樣車在磁浮試驗線上試跑（無人機照片）（ 圖/新華社）

2020年6月，由中車四方股份公司承擔研制的時速600公里高速磁浮試驗樣車在上海同濟大學磁浮試驗線上成功試跑。此次試驗樣車成功試跑，實現了從靜態(tài)到動態(tài)運行的突破，獲取了大量關鍵數據，高速磁浮系統(tǒng)及核心部件的關鍵性能得到了初步驗證，為后續(xù)高速磁浮工程樣車的研制優(yōu)化提供了重要的技術支持。

時速600公里高速磁懸浮交通研發(fā)項目是國家“十三五”重點研發(fā)計劃現代軌道交通專項，此次研制重大突破表明，人類向貼地飛行的新交通革命大大邁進了一步。

天問一號開啟火星探測新征程

此時此刻，來自地球的使者天問一號正在穿越茫茫的星際旅程，向火星疾馳。從2020年7月23日12時41分踏上“奔火”征途以來，天問一號距離火星的距離越來越近。據悉2月10日將是天問一號接近火星制動捕獲的關鍵時間節(jié)點，屆時它將成為全球關注的焦點。

天問一號成功發(fā)射標志著中國邁出了獨立火星探測和行星際探測的第一步，開啟了中國航天新紀元。對國際航天界來說，重約5噸的天問一號不僅是人類有史以來第一次向火星發(fā)射的最大規(guī)模探測器，而且將實現對火星“環(huán)繞、著陸、巡視探測”，將以高效率的“三合一”探測成為人類“探火”的佼佼者。

“三合一”探測的效果還需要耐心等待，但是“天問一號”到目前一直保持良好的狀態(tài)，成功拍攝并發(fā)回地球與月球的合影，完成了深空“自拍”并回傳地球。飛行控制團隊對其實施了數次軌道修正，其飛行姿態(tài)穩(wěn)定，能源平衡，各系統(tǒng)工作正常。地面測控通信各中心和臺站對其跟蹤正常。

中國北斗正式登上世界舞臺

2020年7月31日，中國向全世界鄭重宣告，中國自主建設、獨立運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)全面建成，開啟了高質量服務全球、造福人類的嶄新篇章。

與其他全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)采取單一軌道星座構型相比，中國北斗系統(tǒng)獨樹一幟，堅定選擇了混合星座的特色發(fā)展之路。

北斗一號在國際上首次實現了地球靜止軌道衛(wèi)星提供導航定位服務。在此基礎上，北斗二號系統(tǒng)在國際上首創(chuàng)以地球靜止軌道和傾斜地球同步軌道衛(wèi)星為骨干，兼有中圓軌道衛(wèi)星的混合星座。北斗三號系統(tǒng)進一步將混合星座構型發(fā)揚光大，建成由24顆中圓軌道衛(wèi)星、3顆地球靜止軌道衛(wèi)星、3顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星組成的全球系統(tǒng)，為建設全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供了全新范式。

中國北斗除了應有的扎實“基本功”，還擁有自己的“獨門絕技”。例如其短報文通信功能，開創(chuàng)了通信導航一體化的獨特服務模式。

銀河麒麟V10操作系統(tǒng)發(fā)布

2020年8月13日，中國電子發(fā)布銀河麒麟操作系統(tǒng)V10。該系統(tǒng)被認為是中國電子40年來在操作系統(tǒng)自主創(chuàng)新征程中的階段性、代表性成果。麒麟軟件有限公司執(zhí)行總裁孔金珠表示，新發(fā)布的版本具有國內最高安全等級，快速實現了國產操作系統(tǒng)的跨越式發(fā)展，擁有內生安全、融入移動、性能領先、生態(tài)豐富、體驗提升、云端賦能6大亮點，集合了中國電子多年技術研發(fā)、產品打造和工程實踐積累的最新成果。

天問一號由長征五號運載火箭在文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射（圖/新華視點官方微博）

簡而言之，銀河麒麟V10解決了困擾國產操作系統(tǒng)已久的幾個大問題：安全、生態(tài)、市場。

科學家攻克20余年懸而未決的幾何難題

中國科學技術大學教授陳秀雄、王兵發(fā)表的關于高維凱勒·里奇流收斂性的論文，率先攻克了哈密爾頓-田猜想和偏零階估計猜想——這些均為幾何分析領域20余年來懸而未決的核心猜想。相關成果于2020年11月初發(fā)表在《微分幾何學雜志》上。據了解，論文篇幅超過120頁，從投稿到正式發(fā)表耗時6年。該論文引進了眾多新思想和新方法，對幾何分析，尤其是里奇流的研究產生了深遠的影響。據悉，該文是幾何分析領域內的重大進展，或將推進諸多相關工作。

嫦娥五號月球采樣歸來

2020年11月24日，中國探月工程嫦娥五號探測器在文昌航天發(fā)射場順利升空，開啟中國首次地外天體采樣返回之旅。這是探月工程的第六次任務，也是我國航天領域迄今為止最復雜、難度最大的任務之一。

整個任務嫦娥五號經歷了11個階段、23天的在軌工作，采集了約1731克月球樣品返回地球。這一任務開啟了在月球自動采樣并將樣品帶回地球的新篇章，對增加人類對月球歷史的了解具有革命性意義。

“奮斗者”號創(chuàng)造中國載人深潛新紀錄

2020年11月28日，創(chuàng)造了10 909米中國載人深潛新紀錄的“奮斗者”號，完成第二階段海試，勝利返航。1個多月時間，累計完成13次下潛，其中8次突破萬米。10 909米的紀錄讓人類在大深度載人深潛領域有了新坐標。

“奮斗者”號是我國自主設計、集成的萬米載人潛水器。其成功研制顯著提升了我國載人深潛技術裝備能力和自主創(chuàng)新水平，為我國探索深?？茖W奧秘、保護和合理利用海洋資源提供了又一利器。

“奮斗者”號的成功海試，充分驗證了潛水器各項功能、性能以及我國在深海裝備和深海技術上的突破，標志著我國進入深?？瓶嫉谝惶蓐?，將為我國后續(xù)深淵深海科學研究提供強有力的技術支撐。

2020年11月28日，“奮斗者”號完成萬米深潛海試任務并順利返航（圖/中新網）

我國最高參數“人造太陽”建成

“中國環(huán)流器二號M”裝置（圖/《中國科學報》）

我國新一代可控核聚變研究裝置“中國環(huán)流器二號M”（HL-2M）2020年12月4日建成放電，標志著我國跨入全球可控核聚變研究前列。該項目由中核集團核工業(yè)西南物理研究院自主設計建造。據悉，該裝置是我國目前規(guī)模最大、參數最高的先進托卡馬克裝置，是我國新一代先進磁約束核聚變實驗研究裝置，采用更先進的結構與控制方式，等離子體體積達到國內現有裝置2倍以上，電流能力提高到2.5兆安培以上，離子溫度可達到1.5億攝氏度，能實現高密度、高比壓、高自舉電流運行，是實現我國核聚變能開發(fā)事業(yè)跨越式發(fā)展的重要依托，也是我國消化吸收ITER（國際熱核實驗堆）技術的重要平臺。