近日，《自然》雜志網(wǎng)站為我們梳理了2020年科學(xué)領(lǐng)域值得期待的大事件。包括中國的嫦娥五號(hào)奔赴“廣寒宮”執(zhí)行月表采樣返回任務(wù)、中國的“火星一號(hào)”等多款探測器摩拳擦掌奔赴火星、大型對(duì)撞機(jī)夢想升級(jí)等等。

　　值得一提的是，這些重大的科學(xué)事件中，囊括了航天、宇宙探索、高能物理、高溫超導(dǎo)、生物、制藥、新能源等諸多領(lǐng)域，它們無一不與真空的應(yīng)用緊密相關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，真空技術(shù)必將深入更多領(lǐng)域，并且變得不可或缺!

1、火星探測

　　火星距離地球最近點(diǎn)是5500多萬公里，最遠(yuǎn)點(diǎn)超過4億多公里。“火星沖日”每隔約26個(gè)月發(fā)生一次，在此期間地球與火星距離較近，可用較小花費(fèi)和較短時(shí)間將探測器送往火星，而最近的“火星沖日”就在2020年7月。

　　有鑒于此，中美歐爭先恐后于2020年發(fā)射航天器登陸火星，40多億年來一直“寂寞沙洲冷”的火星也將變得熱鬧非凡。

　　美國國家航空航天局(NASA)將于夏天發(fā)射“火星2020”火星車，它將在火星上采集并存儲(chǔ)巖石樣本，留待未來的任務(wù)帶回地球，與它一起到達(dá)的是一款小型可拆卸無人直升機(jī)。

“火星2020”探測器在火星上的藝術(shù)圖

　　中國首臺(tái)火星探測器“火星一號(hào)”也將于2020年擇機(jī)發(fā)射，并計(jì)劃2021年降落火星。

　　如果可以解決著陸降落傘的問題，歐洲航天局(ESA)的“羅薩琳德·富蘭克林”火星車將搭載俄羅斯火箭升空，它將利用一個(gè)能鉆探到地表以下兩米深處的鉆頭提取未受強(qiáng)烈輻射的物質(zhì)，這種物質(zhì)中或許含有火星上曾存在生命的證據(jù)。

　　此外，阿拉伯聯(lián)合酋長國也計(jì)劃朝火星發(fā)射一臺(tái)軌道器，這將是阿拉伯國家的首個(gè)火星飛行任務(wù)。這一探測器將于次年抵達(dá)火星軌道，慶祝阿聯(lián)酋建國50周年。該任務(wù)目標(biāo)包括通過追蹤氫氣和氧氣的逃逸來理解火星為什么會(huì)失去大氣層，以更好地了解火星大氣層。

　　讓我們將目光拉回離家近一點(diǎn)的地方!嫦娥五號(hào)將于2020年執(zhí)行月面采樣返回任務(wù)。此外，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)的“隼鳥2號(hào)”將把從小行星“龍宮”上采集的樣本送回地球;NASA的“源光譜釋義資源安全風(fēng)化層辨認(rèn)探測器”則會(huì)從小行星“貝努”上“咬下”一塊樣本。

2、宇宙探夢

　　2019年，科學(xué)家借助事件視界望遠(yuǎn)鏡成功拍攝到首張黑洞照片，舉世轟動(dòng)。這一超大質(zhì)量黑洞位于星系梅西耶87中央，質(zhì)量為太陽質(zhì)量的65億倍。

科學(xué)家拍攝到的首張黑洞照片

　　但這只是故事的開始!事件視界望遠(yuǎn)鏡合作組今年有望發(fā)布有關(guān)銀河系中央超大質(zhì)量黑洞“人馬座A*”的新結(jié)果：除了發(fā)布多張圖像，可能還會(huì)發(fā)布一部“人馬座A*”周圍旋轉(zhuǎn)氣體的視頻。 ESA的“蓋亞”探測器也將更新銀河系三維圖譜，讓科學(xué)家更好地了解銀河系的結(jié)構(gòu)和演化歷程。

　　引力波天文學(xué)家也不甘示弱，他們將公布2019年觀察到的宇宙撞擊數(shù)據(jù)，包括黑洞間的并和，以及以前未曾觀察到的黑洞與恒星之間的碰撞。

3、巨型對(duì)撞機(jī)建造

　　歐洲核子研究中心(CERN)希望2020年能為未來的巨型對(duì)撞機(jī)籌集到資金。這個(gè)全球最大的粒子物理實(shí)驗(yàn)室將于2020年5月在布達(dá)佩斯召開理事會(huì)特別會(huì)議，討論決定歐洲粒子物理戰(zhàn)略規(guī)劃的更新事宜，巨型對(duì)撞機(jī)是其中一部分。

　　CERN的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)是目前世界上最強(qiáng)大的對(duì)撞機(jī)，全長27公里。CERN希望更上一層樓，建造一臺(tái)100公里長的對(duì)撞機(jī)，長度接近LHC的4倍，能量更是LHC的6倍多，成本可能高達(dá)234億美元。

CERN未來的巨型對(duì)撞機(jī)的藝術(shù)圖

　　無獨(dú)有偶，美國費(fèi)米國家實(shí)驗(yàn)室將在2020年公布“繆子 g-2”實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，無數(shù)科學(xué)家對(duì)此翹首以盼。該實(shí)驗(yàn)旨在對(duì)繆子(電子更重的“表親”)在磁場中的行為進(jìn)行高精度測量。物理學(xué)家希望能發(fā)現(xiàn)小小的異常現(xiàn)象，揭示出以前未知的基本粒子，從而拉開新物理學(xué)的序幕。

4、合成酵母橫空出世

　　合成生物學(xué)家旨在從頭構(gòu)建面包酵母的“合成酵母2.0”(Synthetic Yeast 2.0)項(xiàng)目將于2020年完成，這一雄心勃勃的計(jì)劃由全球的15個(gè)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)袂實(shí)施。

　　此前，研究人員已將更簡單有機(jī)物(如絲狀支原體)的遺傳密碼全部用人造版本替換，但酵母細(xì)胞更復(fù)雜，對(duì)其改造也更具挑戰(zhàn)性。目前，研究小組已用合成DNA替換面包酵母16條染色體中的所有DNA，也重組并編輯了其基因組，以了解其如何進(jìn)化和發(fā)生突變。

　　他們希望，經(jīng)過遺傳改造的酵母細(xì)胞可讓科學(xué)家更靈活高效地制造出多種產(chǎn)品，從生物燃料到藥物，不一而足。

科學(xué)家正在制備的合成酵母

5、阻止氣候變暖

　　2020年8月，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)將發(fā)布一份針對(duì)地球工程科學(xué)和技術(shù)的重要報(bào)告。地球工程方法旨在應(yīng)對(duì)氣候變化，相關(guān)措施包括減少大氣中的二氧化碳，通過阻擋陽光來阻止全球變暖等。

　　國際海底管理局也將于2020年發(fā)布人們期待已久的法規(guī)，使海底開采成為可能，但科學(xué)家擔(dān)心這種做法會(huì)破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)，甚至對(duì)已飽受重創(chuàng)的環(huán)境帶來災(zāi)難性影響。

　　全球應(yīng)對(duì)氣候變化將迎來關(guān)鍵時(shí)刻!第26屆聯(lián)合國氣候變化大會(huì)(COP26)將于2020年11月在英國格拉斯哥拉開帷幕，這次會(huì)議將是自2015年《巴黎協(xié)定》簽署以來最重要的氣候變化會(huì)議。屆時(shí)，各國必須提出減少本國溫室氣體排放的新目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》設(shè)定的目標(biāo)—即到2100年將全球升溫控制在工業(yè)化前水平2攝氏度內(nèi)。

　　目前，大多數(shù)國家在兌現(xiàn)承諾方面的表現(xiàn)差強(qiáng)人意，《巴黎協(xié)議》自身也懸而未決：美國已于今年11月4日啟動(dòng)退出《巴黎協(xié)定》的程序，退出過程需要一年。這意味著美國將于2020年11月4日起正式退出，美國這一舉措帶來的影響目前還是個(gè)未知數(shù)。

6、美國大選影響科學(xué)

　　新一輪美國總統(tǒng)選舉將于2020年11月舉行，眾議院全部435個(gè)席位及參議院100個(gè)議席中的35個(gè)席位也會(huì)改選以產(chǎn)生美國第114屆國會(huì)。誰將入主白宮?誰將掌控國會(huì)?結(jié)果可能會(huì)對(duì)科學(xué)尤其是氣候科學(xué)產(chǎn)生重大影響。

　　如果唐納德·特朗普連任，他將繼續(xù)推翻其前任的氣候政策，并確保美國在大選后第二天正式退出《巴黎協(xié)定》。當(dāng)然，如果民主黨贏得白宮或在國會(huì)中取得多數(shù)席位，則可能阻撓特朗普的這一舉措。

7、 “人鼠”正在到來

　　今年7月，日本政府批準(zhǔn)了首個(gè)申請利用動(dòng)物培育人類器官的項(xiàng)目——利用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPS細(xì)胞)在實(shí)驗(yàn)鼠體內(nèi)培育人類胰臟，這一項(xiàng)目旨在確認(rèn)利用相關(guān)技術(shù)能否在動(dòng)物體內(nèi)正常生長出人類器官，以便將來用于移植。

　　這一研究由東京大學(xué)生物學(xué)家中內(nèi)啟光領(lǐng)導(dǎo)，他們將首先修改實(shí)驗(yàn)鼠的受精卵，使其無法正常生成胰臟，然后向受精卵中植入人類iPS細(xì)胞，之后再將含有人類細(xì)胞的動(dòng)物胚胎移植回實(shí)驗(yàn)鼠子宮。

　　日本此前一直明確禁止含有人類細(xì)胞的動(dòng)物胚胎生長超過14天，也禁止將此類胚胎移植到代孕子宮內(nèi)。但文部科學(xué)省今年3月修改了相關(guān)規(guī)定，允許在動(dòng)物體內(nèi)培育人類器官。日本研究人員還計(jì)劃在豬的受精卵中植入人類iPS細(xì)胞。

　　盡管這一研究已獲批，但仍引起廣泛爭議。有研究人員認(rèn)為，異種移植仍需克服來自道德倫理和技術(shù)上的巨大障礙，在實(shí)驗(yàn)室中培育的“類器官”可能更安全、更有效。

同時(shí)包含有大鼠和小鼠細(xì)胞的胚胎

08、向蚊子宣戰(zhàn)

　　在新一年里，科學(xué)家除了關(guān)注星辰大海，對(duì)身邊的小小敵人也不會(huì)忽視。在印度尼西亞日惹市，針對(duì)一項(xiàng)可阻止登革熱傳播的技術(shù)開展的重大測試將得出結(jié)論。研究人員已將感染了沃爾巴克氏菌(會(huì)抑制引起登革熱和寨卡病毒等的蚊媒病毒的復(fù)制)的埃及伊蚊釋放到野外，使這種細(xì)菌在蚊群中傳播。科學(xué)家此前在印度尼西亞、越南和巴西進(jìn)行的小規(guī)模測試顯示，這一技術(shù)極具前景。

　　一種治療瘧疾的疫苗也將給人們帶來好消息，該疫苗將在赤道幾內(nèi)亞的比科島進(jìn)行試驗(yàn)。世界衛(wèi)生組織也希望到2020年消除昏睡病。這是一種由采采蠅傳播的疾病，不僅能導(dǎo)致嚴(yán)重的睡眠紊亂，還會(huì)讓人產(chǎn)生攻擊性、精神錯(cuò)亂，最終導(dǎo)致死亡。

9、高溫超導(dǎo)更進(jìn)一步

　　2020年或許也是超導(dǎo)專家們的豐收之年。超導(dǎo)體在特定溫度下電阻為零。目前，超導(dǎo)體一般在較低溫度下才能工作，這極大地限制了其用途，物理學(xué)家一直希望能研制出在室溫下工作的超導(dǎo)體。他們相信，這種超導(dǎo)體一旦問世，將徹底改變電力的傳輸方式，并節(jié)省大量能源。

科學(xué)家在2018年制備出一種在接近室溫的條件下具備超導(dǎo)功能的鑭化合物

10、固體能源新秀輩出

　　2020年，太陽能電池領(lǐng)域也將迎來不少“小鮮肉”：其中最值得期待的是鈣鈦礦太陽能電池，不少公司計(jì)劃于2020年開始銷售這種電池。

波蘭科技公司Saule Tech用噴墨打印機(jī)制造出的太陽能電池板

　　迄今大多數(shù)太陽能電池板由硅制成，但硅制造成本高;而鈣鈦礦吸光效率更高、成本更低且制造工藝更簡單。因此，鈣鈦礦太陽能電池已成為電池行業(yè)“新寵”。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，這種電池有望成為光伏行業(yè)新的“攪局者”。

　　此外，在2020年7月的東京奧運(yùn)會(huì)上，能源行業(yè)可能見證一個(gè)奇跡誕生的時(shí)刻：屆時(shí)豐田汽車公司有望發(fā)布首款固態(tài)電池動(dòng)力汽車原型，這種電池用固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)電池內(nèi)的液態(tài)電解質(zhì)。

　　在過度充電等異常情況下，液態(tài)電解質(zhì)電池容易發(fā)熱，造成自燃甚至爆炸在過度充電等異常情況下，液態(tài)電解質(zhì)電池容易發(fā)熱，造成自燃甚至爆炸;由于化學(xué)性質(zhì)的限制，這種電池的能量密度也很難提高。而固態(tài)電解質(zhì)在提高電池能量密度的同時(shí)，還能解決安全性問題。