以科技之光照亮未来之路

在刚刚过去的2020年里，国内外科学领域发生了哪些大事？本刊根据各大机构的盘点，综合梳理出这些值得被记住的科学事件。

2020年，突如其来的新冠肺炎疫情，让所有人的心都为之牵动;急剧变化的外部环境，让全球发展晦暗不明;受到严重冲击的国内经济，让每个人都感受到巨大压力……2020年注定是不平凡的一年。

面对各种不利环境，我们却惊喜地发现，2020年科技之树依然硕果累累：从“激活”隐藏的HIV病毒到最大规模人类遗传变异体目录公布，科技成果不断造福人类健康;从破解蛋白折叠难题到第一张人类细胞图谱，人类也在重新认识生命的本质;从第一次室温超导到证明困扰数学界20多年的核心猜想，我们为未来构筑起更多可能;从嫦娥五号登上月球到“奋斗者”号载人深潜，人类的上天入海之旅又写下新篇章……一项项前沿科技成果凝聚全球关注的目光，让人感受到愈发强劲的澎湃活力。

科技不是冰冷的符号，也不是呆板的公式，而是我们心中的希望之光，未来之路。2021年，我们期待更多科技成果落地开花、惠泽全世界人民。

国际十大科技新闻：新冠疫情下依然精彩

在新冠病毒的阴影下，科学虽会遭遇波折，但前进的步伐从未停滞：新型催化剂将二氧化碳变为甲烷、“激活并杀死”潜伏在细胞中的HIV病毒、快速射电暴在银河系内起源首次确定……尽管这其中的具体原理有些高深莫测、晦涩难懂，但这些发现也正在或终将切切实实地影响我们的生活。

研究人员一直试图模仿光合作用，利用太阳的能量制造化学燃料。现在，美国科学家开发出一种新型铜-铁基催化剂，可借助光将二氧化碳转化为天然气主要成分甲烷，这一方法是迄今最接近人造光合作用的方法。研究人员称，新催化剂如获进一步改良，将降低人类对化石燃料的依赖。2020年1月出版的美国《国家科学院院刊》报道了这种新型催化剂，作为将二氧化碳转化为甲烷的光驱动催化剂，其效率和产量是有史以来最高的。

艾滋病由人体免疫缺陷病毒（HIV）引起，而HIV是一种逆转录病毒，其无法治愈的原因在于目前的抗逆转录病毒治疗不能彻底清除HIV感染，这种病毒会在细胞中潜伏，以此方式“躲避”免疫系统。因此，在长期病毒抑制治疗后清除病毒感染一直是研究的焦点。尽管科学家设计出了“激活并杀死”的方法，但方法一直不算成功或有效。

2020年2月，美国的科学家通过两种方法来逆转HIV的潜伏，而当逆转潜伏法与适当药物相结合，显著提高了清除该病毒的概率。这种“激活”隐藏病毒的手段，是迄今最强大的潜伏逆转方法。当然，两种“激活”法要结合后续的“杀死”步骤才能完成清除功能，但其无疑为医学界进一步理解病毒维持机制打开了一扇新的大门，让艾滋病治疗研究向前迈出了“令人震惊的一步”。

2020年4月23日，美国巴泰尔科研中心和俄亥俄州立大学韦克斯纳医学中心的研究团队在《细胞》上发文，他们成功利用脑机接口（BCI）系统帮一位瘫痪患者恢复了手部触觉。这项技术能捕捉到人所无法感知的微弱神经信号，并通过发回受试者大脑的人工感觉反馈来增强这些信号，从而极大地优化受试者的运动功能。BCI系统在改进后成为首个同时恢复运动与触觉功能的系统，不仅能让受试者仅靠触觉就能感知到物体，还能够让受试者感知握持或捡拾物体时所需的压力。

发表在《自然》杂志上的三篇论文中，科学家首次确定了一个快速射电暴在银河系内的起源。有趣的是，快速射电暴还伴随着一连串的X射线。这一发现是通过将多台天基和陆基望远镜的观测拼凑在一起而获得和理解的。“快速射电暴”这个名字很好地描述了它们的含义：持续时间大致在毫秒级的明亮无线电波爆发。快速射电暴首次发现于2007年，它们的短命特性使得探测它们和确定它们在天空中的位置变得具有挑战性。这是第一个探测到无线电波以外的辐射的快速射电暴，且是第一个在银河系中被发现的，同时也是第一个与被称为磁星的恒星残留物有关的快速射电暴，这证明了磁星可以是快速射电暴的起源。

德国马克斯·普朗克陆地微生物研究所和法国波尔多大学的研究人员2020年5月8日在《科学》上发文，他们通过将菠菜的“捕光器”与9种不同生物体的酶结合，制造了人造叶绿体。这种叶绿体可在细胞外工作、收集阳光，并利用由此产生的能量将二氧化碳转化成富含能量的分子。研究人员希望他们制造的加强版光合作用系统，最终能将二氧化碳直接转化成有用的化学物质，或者使转基因植物吸收大气中二氧化碳的量达到普通植物的10倍。这种新的光合作用将为转基因作物打开新大门，创造出比现有品种生长速度更快的新品种。在世界人口激增的背景下，这对农业发展是一个福音。

2020年5月30日，美国时隔9年重新在本土利用航天器将宇航员送入地球轨道。这一次帮助美国重拾航天梦的是美国太空探索技术公司（SpaceX），这也是历史上的首次商业载人航天任务。此次任务属于Demo-2演示任务的最后一环，載人龙飞船携带了2名宇航员前往国际空间站。龙飞船在整个任务期间完成了发射、国际空间站对接、脱离轨道和溅落的近乎全自动化流程，并确保了宇航员的安全。2020年11月，载人龙飞船在首次经批准的正式载人航天任务中，运送3名美国国家航空航天局（NASA）宇航员和1名日本宇航员发射升空，4名宇航员将开展约半年的太空站任务。至此，商业载人航天的序幕也正式开启。

深入研究人类基因组成为解锁诸多重大疾病病因的关键。2020年6月，《自然》《自然·通讯》《自然·医学》杂志同时发表一系列报告，集中描述了对一个汇集了逾14万人样本的数据库——基因组聚集数据库的应用，其涵盖从125 748个全外显子组和15 708个全基因组测序数据集中，鉴定出的443 769个预测的功能丧失型变异体。这是人们迄今拥有的最大规模人类遗传变异体公开目录。

尽管科学家距离鉴定出人类全部的预测功能丧失型变异体还很遥远，但这一研究依然是我们现阶段深入认识人类基因功能、发现新疾病相关基因的宝贵资源。

据物理学家组织网2020年7月20日报道，在对400多万个星系和蕴含巨大能量的超亮类星体进行分析后，国际斯隆数字巡天调查项目团队发布了迄今最大的宇宙三维结构图。绘出该图的是多国科研人员组成的“扩展重子振荡光谱巡天（eBOSS）”项目团队，该项目是世界最大星系巡天项目“斯隆数字巡天”的一部分。最新成果建立在世界各地数十家机构的数百名科研人员超过20年合作的基础上，由eBOSS项目团队耗费数年完成。通过理论分析和天文观测，科研人员此前对宇宙的远古历史和最近的膨胀史都有相当了解，但中间却存在一个约110亿年的认知缺口。有关研究人员表示，新成果填补了这一空白，是宇宙学领域的重大进展。

自1911年超导首次发现以来，寻找能在室温条件下达到的超导体一直是众多科学家竞相追求的目标。

此前研究表明，富氢材料在高压下可以将超导温度提高至零下2摄氏度左右。2020年10月，《自然》杂志刊登的研究成果显示人类将可以实现零电阻的温度提高到了15摄氏度，但这是在2670亿帕斯卡压力下的一个光化学合成三元含碳硫化氢系统中实现的。这一发现促进了室温超导体的研究工作——这类材料可以带来重大技术变革并节约大量能源。

50年来，科学家们一直致力于解决生物学领域最大的挑战之一：预测一系列氨基酸在“变身”为工作蛋白质时会折叠成何种精确三维形状。2020年，他们实现了这个目标。

2020年12月1日，谷歌旗下的“深度思维”公司宣布，其新一代AlphaFold人工智能系统在国际蛋白质结构预测竞赛上击败了其余参会选手，精确预测了蛋白质的三维结构，准确性可与冷冻电子显微镜、X射线晶体学等实验技术相媲美。

研究人员指出，鉴于蛋白质的精确形状决定了它的生化功能，这一新进展可以帮助研究人员发现疾病的发病原理，开发新药，甚至创造出耐旱植物和更便宜的生物燃料。

国内十大科技新闻：中国科技华光璀璨

2020年，中国巨轮无惧风雨、砥砺前行。尽管经受了新冠肺炎疫情的严峻冲击，但科技领域还是捷报频传：中国北斗正式登上世界舞台、三峡工程完成整体竣工验收、嫦娥五号登上月球、“奋斗者”号载人深潜……科技工作者上天下海演绎敢为人先的创新精神。

天然气水合物通常称为可燃冰。2020年3月26日，自然资源部召开视频会议透露，在水深1225米的南海神狐海域的试采创造了“产气总量86.14万立方米、日均产气量2.87万立方米”两项世界纪录。此次试采中，研究人员还自主研发了一套实现天然气水合物勘查开采产业化的关键技术装备体系，创建了独具特色的环境保护和监测体系，自主创新形成了环境风险防控技术体系。此次试采攻克了深海浅软地层水平井钻采核心技术，实现了从探索性试采向试验性试采的重大跨越，在产业化进程中取得标志性成果。我国也成为全球首个采用水平井钻采技术试采海域天然气水合物的国家。

小麦赤霉病是一种世界范围内极具毁灭性且防治困难的真菌病害，有小麦“癌症”之称。山东农业大学农学院教授、山东省现代农业产业技术体系小麦创新团队首席专家孔令让及其团队从小麦近缘植物长穗偃麦草中首次克隆出抗赤霉病主效基因Fhb7，且成功将其转移至小麦品种中，首次明确并验证了其在小麦抗病育种中不仅具有稳定的赤霉病抗性，而且具有广谱的解毒功能。相关研究成果于2020年4月10日在线发表于《科学》。目前，已有30多家单位利用抗赤霉病的种质材料进行小麦抗赤霉病遗传改良，并在山东、河南、江苏、安徽等地进行广泛试验，结果表现良好。上述成果为解锁赤霉病这一世界性难题找到了“金钥匙”。

2020年6月，由中车四方股份公司承担研制的时速600公里高速磁浮试验样车在上海同济大学磁浮试验线上成功试跑。此次试验样车成功试跑，实现了从静态到动态运行的突破，获取了大量关键数据，高速磁浮系统及核心部件的关键性能得到了初步验证，为后续高速磁浮工程样车的研制优化提供了重要的技术支持。

时速600公里高速磁悬浮交通研发项目是国家“十三五”重点研发计划现代轨道交通专项，此次研制重大突破表明，人类向贴地飞行的新交通革命大大迈进了一步。

此时此刻，来自地球的使者天问一号正在穿越茫茫的星际旅程，向火星疾驰。从2020年7月23日12时41分踏上“奔火”征途以来，天问一号距离火星的距离越来越近。据悉2月10日将是天问一号接近火星制动捕获的关键时间节点，届时它将成为全球关注的焦点。

天问一号成功发射标志着中国迈出了独立火星探测和行星际探测的第一步，开启了中国航天新纪元。对国际航天界来说，重约5吨的天问一号不仅是人类有史以来第一次向火星发射的最大规模探测器，而且将实现对火星“环绕、着陆、巡视探测”，将以高效率的“三合一”探测成为人类“探火”的佼佼者。

“三合一”探测的效果还需要耐心等待，但是“天问一号”到目前一直保持良好的状态，成功拍摄并发回地球与月球的合影，完成了深空“自拍”并回傳地球。飞行控制团队对其实施了数次轨道修正，其飞行姿态稳定，能源平衡，各系统工作正常。地面测控通信各中心和台站对其跟踪正常。

2020年7月31日，中国向全世界郑重宣告，中国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统全面建成，开启了高质量服务全球、造福人类的崭新篇章。

与其他全球卫星导航系统采取单一轨道星座构型相比，中国北斗系统独树一帜，坚定选择了混合星座的特色发展之路。

北斗一号在国际上首次实现了地球静止轨道卫星提供导航定位服务。在此基础上，北斗二号系统在国际上首创以地球静止轨道和倾斜地球同步轨道卫星为骨干，兼有中圆轨道卫星的混合星座。北斗三号系统进一步将混合星座构型发扬光大，建成由24颗中圆轨道卫星、3颗地球静止轨道卫星、3颗倾斜地球同步轨道卫星组成的全球系统，为建设全球卫星导航系统提供了全新范式。

中国北斗除了应有的扎实“基本功”，还拥有自己的“独门绝技”。例如其短报文通信功能，开创了通信导航一体化的独特服务模式。

2020年8月13日，中国电子发布银河麒麟操作系统V10。该系统被认为是中国电子40年来在操作系统自主创新征程中的阶段性、代表性成果。麒麟软件有限公司执行总裁孔金珠表示，新发布的版本具有国内最高安全等级，快速实现了国产操作系统的跨越式发展，拥有内生安全、融入移动、性能领先、生态丰富、体验提升、云端赋能6大亮点，集合了中国电子多年技术研发、产品打造和工程实践积累的最新成果。

简而言之，银河麒麟V10解决了困扰国产操作系统已久的几個大问题：安全、生态、市场。

中国科学技术大学教授陈秀雄、王兵发表的关于高维凯勒·里奇流收敛性的论文，率先攻克了哈密尔顿-田猜想和偏零阶估计猜想——这些均为几何分析领域20余年来悬而未决的核心猜想。相关成果于2020年11月初发表在《微分几何学杂志》上。据了解，论文篇幅超过120页，从投稿到正式发表耗时6年。该论文引进了众多新思想和新方法，对几何分析，尤其是里奇流的研究产生了深远的影响。据悉，该文是几何分析领域内的重大进展，或将推进诸多相关工作。

2020年11月24日，中国探月工程嫦娥五号探测器在文昌航天发射场顺利升空，开启中国首次地外天体采样返回之旅。这是探月工程的第六次任务，也是我国航天领域迄今为止最复杂、难度最大的任务之一。

整个任务嫦娥五号经历了11个阶段、23天的在轨工作，采集了约1731克月球样品返回地球。这一任务开启了在月球自动采样并将样品带回地球的新篇章，对增加人类对月球历史的了解具有革命性意义。

2020年11月28日，创造了10 909米中国载人深潜新纪录的“奋斗者”号，完成第二阶段海试，胜利返航。1个多月时间，累计完成13次下潜，其中8次突破万米。10 909米的纪录让人类在大深度载人深潜领域有了新坐标。

“奋斗者”号是我国自主设计、集成的万米载人潜水器。其成功研制显著提升了我国载人深潜技术装备能力和自主创新水平，为我国探索深海科学奥秘、保护和合理利用海洋资源提供了又一利器。

“奋斗者”号的成功海试，充分验证了潜水器各项功能、性能以及我国在深海装备和深海技术上的突破，标志着我国进入深海科考第一梯队，将为我国后续深渊深海科学研究提供强有力的技术支撑。

我国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”（HL-2M）2020年12月4日建成放电，标志着我国跨入全球可控核聚变研究前列。该项目由中核集团核工业西南物理研究院自主设计建造。据悉，该装置是我国目前规模最大、参数最高的先进托卡马克装置，是我国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置，采用更先进的结构与控制方式，等离子体体积达到国内现有装置2倍以上，电流能力提高到2.5兆安培以上，离子温度可达到1.5亿摄氏度，能实现高密度、高比压、高自举电流运行，是实现我国核聚变能开发事业跨越式发展的重要依托，也是我国消化吸收ITER（国际热核实验堆）技术的重要平台。