展望2020 年重大科学事件

2020年伊始，《自然》网站梳理了2020年科学领域值得期待的大事件。从浩淼的银河系到微尘般的酵母、从庞大的巨型对撞机到小小的固态电池；从消除登革热的小心愿到遏制气候变暖的大愿景……无不凝聚着科学家们的心血。

诺贝尔生理学与医学奖获得者、俄罗斯科学家伊万·彼德罗维奇·巴甫洛夫曾说：“感谢科学，它不仅使生命充溢快乐和欢欣，并且给生活以支柱和自尊心。”这些前沿科技虽然看起来距离遥远，却蕴藏着改变人类命运的潜力。

超级航天，与火星的“亲密接触”

火星是离我们最近的行星之一，一颗太阳系中除地球外最有可能出现生命的行星，一颗我们既熟悉又陌生的火红色星球。“火星冲日”每隔约26个月发生一次，在此期间地球与火星距离5500多万公里，可用较小花费和较短时间将探测器送往火星，而最近的“火星冲日”将在2020年7月发生。有鉴于此，中美欧争先恐后于2020年发射航天器与火星来一次“亲密接触”，40多亿年来一向“孤寂沙洲冷”的火星也将变得热闹非凡。

中国首台火星探测器“火星一号”将于2020年择机发射。据了解，我国的火星探测计划同时携带“环绕器”“着陆器”和“巡视器”，在一次火星探测过程中可实现“绕”“落”“巡”三大任务，火星着陆巡视器是环绕火星不久后，就要与环绕器分离并降落，这对于着落后的火星车自主能力提出更高要求。美国国家航空航天局（NASA）也将于夏天发射“火星2020”火星车，在火星上采集并存储岩石样本，留待未来的火星探测器带回地球，与它一同抵达的是一款小型可拆卸无人直升机。假如能够解决着陆下降伞的问题，欧洲航天局（ESA）的“罗萨琳德·富兰克林”火星车将搭载俄罗斯火箭升空，它将利用一个能钻探到地表以下2米深处的钻头提取未受强烈辐射的物质，这种物质中或许含有火星上曾存在生命的证据。阿拉伯联合酋长国也计划朝火星发射一台轨迹器，这将是阿拉伯国家的首个火星飞行任务，该任务目标包括通过追踪氢气和氧气的逃逸来理解火星为什么会失去大气层，以更好地了解火星大气层。

强大对撞机，有望再一次飞跃

近日，欧洲核子研究中心（CERN）公布了建造新型加速器的大胆设想。作为目前全球最大的对撞机，大型强子对撞机（LHC）全长27公里。CERN希望更上一层楼，制作一台100公里长的对撞机，长度接近大型强子对撞机的4倍，能量更是其的6倍多，成本可能高达234亿美元。这是一次巨大的飞跃，就好像一场跳过火星，直奔天王星的星际旅行。

在2020年1月15日CERN发布的技术报告中给出了计划蓝图。报告披露了建造未来环形对撞机（FCC）的几个初步设计方案。按照计划，未来环形对撞机将成为有史以来最强大的粒子粉碎机。

在大西洋彼岸，美国费米国家实验室将在2020年发布“缪子g-2”实验的成果，很多科学家对此翘首以盼。该实验旨在对缪子（电子更重的“表亲”）在磁场中的行为进行高精度丈量。物理学家希望能发现小小的异常现象，揭示出以前未知的基本粒子，从而拉开新物理学的前奏。

能源领域，新秀层出不穷

2020年，能源领域将会取得不少新成果。其中，最值得期待的是钙钛矿太阳能电池。与目前大多数电池板使用的硅相比，钙钛矿吸光效率更高、成本更低且制造工艺更简单,因此，钙钛矿太阳能电池已成为行业“新宠”，不少公司计划于2020年开始销售这种电池。

此外，在2020年7月的东京奥运会上，丰田汽车公司有望发布首款固态电池动力汽车原型，这种电池用固态电解质替代了传统电池内的液态电解质。在过度充电等异常情况下，液态电解质电池容易发热，可能会造成自燃甚至爆炸。相比于液态电解质电池，固态电解质电池在提高电池能量密度的同时，还能解决安全问题。

超导专家也将在2020年迎来重大突破。他们一直希望研制出能在室温下工作的超导体，这种超导体一旦问世，将彻底改变电力的传输方式，并节省大量能源。2018年，一个国际团队发现，在极高压力下，超氢化镧可在零下23摄氏度表现出超导性，朝室温超导体迈进了一大步。研究人员计划在2020年再接再厉，合成出超氢化钇，这一材料有望在53摄氏度实现超导。

阻止气候变暖，迎来关键时刻

2020年8月，联合国环境规划署（UNEP）将发布一份针对地球工程科学和技术的重要报告。地球工程办法旨在应对气候变化，相关办法包含削减大气中的二氧化碳，阻挡阳光等。世界海底管理局也将于2020年发布相关法规，使海底开采成为可能，但科学家忧虑这种做法会损坏海洋生态系统，甚至对已饱受重创的环境带来灾难性影响。

第26届联合国气候变化大会（COP26）将于2020年11月在英国格拉斯哥拉开帷幕，这次会议将是自2015年《巴黎协议》签署以来最重要的气候变化会议。届时，各国有必要提出减少本国温室气体排放的新目标，以完成《巴黎协议》设定的目标,即到2100年将全球升温控制在工业化前水平2摄氏度内。

合成酵母，带来工业应用新前景

酵母菌广泛应用于人类生活，比如制作面包、酿造啤酒、合成青蒿素等。一群合成生物学家打算从头构建面包酵母的“合成酵母2.0”项目，从而打造更符合人类需求的产品，该项目预计2020年完成，这一雄心勃勃的计划由全球的15个实验室联袂实施。

此前，研究人员已将更简单有机物（如丝状支原体）的遗传密码全部用人造版本替换，但酵母细胞更复杂，对其改造也更具挑战性。目前，研究小组已用合成DNA替换面包酵母16条染色体中的所有DNA，也重组并编辑了其基因组，以了解其如何进化和发生突变。

这种合成基因组技术可以设计新型微生物用于生产燃料、食物和化学药品等，或者用于吞噬降解有毒化学物质。如果将实验室制造的生物投放应用——比如在工厂里利用藻类制造汽油，或者在严重污染区吞噬污染物——它们必须与野生种群之间存在生殖隔离。导入的染色体数目对此具有决定性的影响：除非生物体含有的染色体数目相同，否则它们无法产生可以存活的后代。因此，仅有1条或2条染色体的酵母无法与野生酵母进行有性繁殖。

除了有必要的“生殖隔离”之外，人工组装的酵母比天然酵母的环境适应性要差，使得产生“超级菌株”入侵的可能性也很小。

神奇细菌，向蚊子和苍蝇宣战

在新一年里，科学家除了关注星辰大海，对身边的小小敌人也不会忽视。

在印度尼西亚日惹市，针对一项可阻止登革热传播的技术开展的重大测试将得出结论。研究人员已将感染了沃尔巴克氏菌（会抑制引起登革热和寨卡病毒等的蚊媒病毒的复制）的埃及伊蚊释放到野外，使这种细菌在蚊群中传播。

1926年发现的沃巴赫氏菌，在南美和中美超过16%的蚊子身上发现过，科学家认为，世界上60%的蚊子都有可能感染这种细菌。沃巴赫氏菌能够积极影响宿主的生命，包括性别和生殖功能，从而抑制引起登革热和寨卡病毒等的蚊媒病毒的复制。肯塔基大学昆虫学系制定一个用专门研制的WB1沃巴赫氏菌菌株感染雄性埃及伊蚊的计划，这不会影响蚊子的生命，但这种蚊子与雌蚊交配后，产的卵会在早期发育阶段死亡。科学家此前在印度尼西亚、越南和巴西进行的小规模测试显示，这一技术极具前景。

一种治疗疟疾的疫苗也将给人们带来好消息，该疫苗将在赤道几内亚的比科岛进行试验。世界卫生组织也希望到2020年消除昏睡病。这是一种由采采蝇传播的疾病，不仅能导致严重的睡眠紊乱，还会让人产生攻击性、精神错乱，最终导致死亡。