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燃燒，非洲、中東和南亞地區出現大規模沙漠蝗蟲災害……然而，在疫情陰影下，科學仍在前進，併為我們帶來希望。就在這焦頭爛額的2020年，科學家們研發出了被批准用於對抗“新冠”肺炎的疫苗，發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象……2021年即將到來，新的一年裡有哪些值得期待的科學事件呢？- 氣候談判的關鍵時刻 -
澳大利亞森林大火後，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，這一年裡，無論是兩極冰川融化，還是野生動物數量銳減，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屆聯合國氣候大會（COP26）將於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《巴黎協定》以來的首次承諾。歐盟和中國都已經制定了宏偉計劃，希望到2050-60年實現碳中和，也就是在生產過程中將碳排放完全清除，實現碳足跡為零。此前美國總統特朗普決定帶領美國退出《巴黎協定》，在2020年大選後的第二天，美國實際上就已經正式退出。不過候任總統拜登明確表示，將採取行動恢復美國在這方面的領導地位，包括重新加入協定以應對全球變暖。- “新冠”病毒起源調查 -
圖源：Cognition Studio Inc.2019年，武漢首次發現了新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）感染病例。為了確定新冠肺炎疫情的起源，世界衛生組織（WHO）成立了一個工作組，將於2021年1月前往武漢開展調查工作，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。這個專案將首先調查武漢華南海鮮市場出售的肉類和動物，並追蹤它們在中國境內和境外的行經路線，因為第一批確認感染新冠病毒的人中有許多都去過這裡。發現病毒的起源可能需要數年時間，但專家們認為，一些新資訊可能會在2021年底前浮出水面。- “新冠”疫苗 -
圖源：ROCKSTEIN fotografie一款疫苗的研製通常需要大約十年時間，但2020年，第一批被批准用於對抗新冠肺炎的疫苗已經問世。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 和強生兩家醫藥公司研發的疫苗的 III 期臨床試驗結果。2020年12月，輝瑞-BioNTech 和 Moderna 公司研發的兩款疫苗已經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儲存，為在發展中國家的分發帶來極大困難。與之相比，Novavax 和強生研發的疫苗更容易分發。除了研發試驗，疫苗的生產供應也是巨大的挑戰。如果每人注射一次新冠疫苗，那麼全世界大約需要生產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100億劑疫苗。Novavax 公司每年可生產多達20億劑疫苗，而強生公司正在測試的疫苗只需要注射一次。- 一個更可持續的世界糧食系統 -
圖源：un.org2021年聯合國糧食系統峰會將啟動大膽的新行動，改變世界生產和消費糧食的方式，促進實現一系列可持續發展目標。全世界每年浪費的糧食超過10億噸，與此同時，飢餓卻在繼續蔓延。這樣的現實讓人感到痛心。人類作為一個大家庭，實現零飢餓的世界是我們的當務之急。2020年新冠疫情大流行，全球各地數以百萬計的人口親身體驗到了糧食系統的岌岌可危。糧食系統一旦失靈，隨之而來的紊亂會威脅我們的教育、衛生和經濟，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採取行動，改變糧食的生產、消費和思維方式，重建一個更健康、更可持續和更公平的糧食系統。- 延緩阿爾茲海默症的藥物 -
阿爾茨海默症破壞了圖中右側大腦的神經元。｜圖源：Jessica Wilson/Science Photo Library第一種據稱可以延緩阿爾茨海默症進展的藥物是否可以獲得批准？美國監管機構需要對此作出決定。阿爾茲海默症是一種隨著時間不斷惡化的神經退化性疾病。隨著病情不斷髮展，一個人先是喪失短期記憶，然後逐漸出現語言障礙、容易迷路等症狀，直至最終喪失身體機能，走向死亡。在65歲以上人口中，阿爾茲海默症的發病率大約為6%。然而，目前已經批准的阿爾茨海默症藥物只能治療記憶喪失之類的認知症狀，並不能減緩疾病的惡化。因此，新藥物的出現備受期待。由製藥公司 Biogen 生產的這種藥物名為 aducanumab，它是一種抗體，能夠與大腦中黏性的澱粉樣蛋白結合。大多數科學家認為，澱粉樣蛋白可能是引發阿爾茲海默症的主要原因。不過關於藥物有效性的證據有好有壞。兩項 III 期臨床試驗的結果相互矛盾，於是美國食品藥品監督管理局（FDA）召集的獨立諮詢小組評估了藥物的有效性，並認為已有資料不支援使用該藥物。- 熱鬧的火星 -
圖源：NASA2009年，中國發射“嫦娥四號”，第一次實現在月球背面軟著陸。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，並採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。離開地球后已經飛行了近半年的“天問一號”將於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的13種儀器，在火星上尋找水和生命的跡象。2020年7月，阿聯酋“希望號”、中國“天問一號”、美國“希望號”先後發射升空。“天問一號”之外，其他兩個火星探測器也將在大約同一時間到達火星。其中“希望號”是一臺環繞探測器，將環繞火星執行，對火星大氣進行探測研究。“毅力號”是一個巡視器（火星車），主要將探索火星表面。“天問一號”則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·韋伯太空望遠鏡發射 -
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）。｜圖源：NASA2020年，哈勃太空望遠鏡已經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）將發射升空。這是人類迄今為止建造的最強大、最複雜的太空望遠鏡。JWST 的4個主要任務是：搜尋宇宙大爆炸後第一批恆星和星系發出的微光，研究星系的形成和演化，理解恆星和行星系統的形成，探索行星系統和生命的起源。與此相關的天文現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 將試圖複製哈勃望遠鏡的成功。它可以在-230攝氏度的冰冷環境下工作，覆蓋的波長範圍更為寬廣，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在新的一年裡，天文學家可能會展示一種探測引力波的新方法：透過精確地測量脈衝星發出的訊號，來探測兩個遙遠星系中心的超大質量黑洞相互繞轉時產生的長波漣漪。石頭投擲到池塘中，會在水中激起漣漪；與此類似，黑洞這樣的大質量天體碰撞時，會劇烈地扭曲周圍時空，產生時空的漣漪——引力波。2015年，人類第一次探測到了兩顆黑洞碰撞融合時產生的引力波；2017年，第一次探測到了兩顆中子星碰撞併合產生的引力波。不過，超大質量黑洞併合時產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40億年後發生碰撞），中心的超大質量黑洞會彼此繞轉舞動，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，超大質量黑洞產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，我們只能寄希望於宇宙中的脈衝星。脈衝星是高速旋轉的中子星，以穩定的週期持續傳送射電訊號，就像是茫茫宇宙中的燈塔。即使是微弱的引力波擾動，也會改變脈衝星和地球之間的相對位置。透過測量數十個脈衝星的訊號，就可以確認是否有引力波經過。- 改變小行星軌道的探測器 -
圖源：NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben2020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的小行星進行監測，如果它們的執行軌道可能與地球衝撞，就要儘早籌謀應對之策，或者完全炸燬小行星，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射，它的主要目標就是測試太空飛行器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）預定於2021年發射。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。世界上最大的粒子加速器大型強子對撞機（LHC）將於2021年重新開始運作。LHC 從2009年開始執行，做出了一系列重大發現，包括於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，大多數日食都是從西向東移動，只有在極地才會出現這種現象。