小行星撞击地球?全球饥荒?别急,2021年科学家都安排上了

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  作者|陈天真

  2020年是灾难重重的一年。新冠疫情夺去了无数人的生命,世界各地的人们不得不面对隔离和封锁,毁灭性的澳大利亚森林大火持续燃烧,非洲、中东和南亚地区出现大规模沙漠蝗虫灾害……

  然而,在疫情阴影下,科学仍在前进,并为我们带来希望。就在这焦头烂额的2020年,科学家们研发出了被批准用于对抗“新冠”肺炎的疫苗,发射了三颗火星探测器,在金星大气中探测到了潜在的生命标记,第一次在室温条件下观察到超导现象……

  2021年即将到来,新的一年里有哪些值得期待的科学事件呢?

  - 气候谈判的关键时刻 -

  

  澳大利亚森林大火后,焦土上的新芽。|图源:Nathan Rott/NPR

  熊熊燃烧的澳大利亚森林大火伴随我们进入2020年,这一年里,无论是两极冰川融化,还是野生动物数量锐减,都与全球气候变暖密切相关。

  2021年或许将是人类应对气候变化的关键一年。第26届联合国气候大会(COP26)将于2021年11月在英国格拉斯哥举行。在这个气候谈判的关键时刻,世界各国将做出新一轮温室气体减排承诺,这将是自2015年签署《巴黎协定》以来的首次承诺。

  欧盟和中国都已经制定了宏伟计划,希望到2050-60年实现碳中和,也就是在生产过程中将碳排放完全清除,实现碳足迹为零。

  此前美国总统特朗普决定带领美国退出《巴黎协定》,在2020年大选后的第二天,美国实际上就已经正式退出。不过候任总统拜登明确表示,将采取行动恢复美国在这方面的领导地位,包括重新加入协定以应对全球变暖。

  - “新冠”病毒起源调查 -

  

  图源:Cognition Studio Inc.

  2019年,武汉首次发现了新型冠状病毒(SARS-CoV-2)感染病例。为了确定新冠肺炎疫情的起源,世界卫生组织(WHO)成立了一个工作组,将于2021年1月前往武汉开展调查工作,这个团队包括流行病学家、病毒学家、公共健康及动物健康研究人员。

  这个项目将首先调查武汉华南海鲜市场出售的肉类和动物,并追踪它们在中国境内和境外的行经路线,因为第一批确认感染新冠病毒的人中有许多都去过这里。发现病毒的起源可能需要数年时间,但专家们认为,一些新信息可能会在2021年底前浮出水面。

  - “新冠”疫苗 -

  

  图源:ROCKSTEIN fotografie

  一款疫苗的研制通常需要大约十年时间,但2020年,第一批被批准用于对抗新冠肺炎的疫苗已经问世。新疫苗是否安全,是否能有效对抗新冠病毒,这些问题将在2021年初变得更加清晰。

  特别值得关注的是,我们将看到 Novavax 和强生两家医药公司研发的疫苗的 III 期临床试验结果。2020年12月,辉瑞-BioNTech 和 Moderna 公司研发的两款疫苗已经在一些国家获得了紧急使用授权,不过这两种疫苗都是 RNA 疫苗,需要在非常低的温度下保存,为在发展中国家的分发带来极大困难。与之相比,Novavax 和强生研发的疫苗更容易分发。

  除了研发试验,疫苗的生产供应也是巨大的挑战。如果每人注射一次新冠疫苗,那么全世界大约需要生产50亿剂疫苗。目前辉瑞和 Moderna 的疫苗都需要分两次注射,也就意味着要生产100亿剂疫苗。Novavax 公司每年可生产多达20亿剂疫苗,而强生公司正在测试的疫苗只需要注射一次。

  - 一个更可持续的世界粮食系统 -

  

  图源:un.org

  2021年联合国粮食系统峰会将启动大胆的新行动,改变世界生产和消费粮食的方式,促进实现一系列可持续发展目标。

  全世界每年浪费的粮食超过10亿吨,与此同时,饥饿却在继续蔓延。这样的现实让人感到痛心。人类作为一个大家庭,实现零饥饿的世界是我们的当务之急。

  2020年新冠疫情大流行,全球各地数以百万计的人口亲身体验到了粮食系统的岌岌可危。粮食系统一旦失灵,随之而来的紊乱会威胁我们的教育、卫生和经济,以及人权、和平与安全。

  这次峰会试图让世界省悟到,我们每一个人都需要采取行动,改变粮食的生产、消费和思维方式,重建一个更健康、更可持续和更公平的粮食系统。

  - 延缓阿尔兹海默症的药物 -

  

  阿尔茨海默症破坏了图中右侧大脑的神经元。|图源:Jessica Wilson/Science Photo Library

  第一种据称可以延缓阿尔茨海默症进展的药物是否可以获得批准?美国监管机构需要对此作出决定。

  阿尔兹海默症是一种随着时间不断恶化的神经退化性疾病。随着病情不断发展,一个人先是丧失短期记忆,然后逐渐出现语言障碍、容易迷路等症状,直至最终丧失身体机能,走向死亡。在65岁以上人口中,阿尔兹海默症的发病率大约为6%。

  然而,目前已经批准的阿尔茨海默症药物只能治疗记忆丧失之类的认知症状,并不能减缓疾病的恶化。因此,新药物的出现备受期待。由制药公司 Biogen 生产的这种药物名为 aducanumab,它是一种抗体,能够与大脑中黏性的淀粉样蛋白结合。大多数科学家认为,淀粉样蛋白可能是引发阿尔兹海默症的主要原因。

  不过关于药物有效性的证据有好有坏。两项 III 期临床试验的结果相互矛盾,于是美国食品药品监督管理局(FDA)召集的独立咨询小组评估了药物的有效性,并认为已有数据不支持使用该药物。

  - 热闹的火星 -

  

  图源:NASA

  2018年12月,中国发射“嫦娥四号”,次年初第一次实现在月球背面软着陆。

  2020年7月,“天问一号”火星探测器升空,开始对火星这颗红色星球的首次探索。

  2020年底,“嫦娥五号”登陆月球,并采集月球样品成功返回地球。

  2021年,中国雄心勃勃的太空科学计划还将继续。

  离开地球后已经飞行了近半年的“天问一号”将于2021年2月抵达火星。它将使用包括相机、雷达和粒子分析仪在内的13种仪器,在火星上寻找水和生命的迹象。

  2020年7月,阿联酋“希望号”、中国“天问一号”、美国“毅力号”先后发射升空。“天问一号”之外,其他两个火星探测器也将在大约同一时间到达火星。其中“希望号”是一台环绕探测器,将环绕火星运行,对火星大气进行探测研究。“毅力号”是一个巡视器(火星车),主要将探索火星表面。“天问一号”则同时携带了轨道飞行器和巡视器,可以同时探索火星的天与地。

  - 詹姆斯·韦伯太空望远镜发射 -

  

  詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)。|图源:NASA

  2020年,哈勃太空望远镜已经在太空中辛勤工作了30年。它彻底改变了我们看到的宇宙,也彻底改变了天文学。哈勃望远镜更加精准地测量了宇宙膨胀的速度,使得我们可以将宇宙的年龄确定为138亿年。

  2021年10月,哈勃太空望远镜的继任者,美国宇航局(NASA)建造的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)将发射升空。这是人类迄今为止建造的最强大、最复杂的太空望远镜。

  JWST 的4个主要任务是:搜寻宇宙大爆炸后第一批恒星和星系发出的微光,研究星系的形成和演化,理解恒星和行星系统的形成,探索行星系统和生命的起源。与此相关的天文现象更容易在红外波段观测到,而不是在可见光波段,因此,与哈勃望远镜主要进行可见光波段的观测不同,JWST 具有更强大的红外波段的观测能力。

  耗资88亿美元的 JWST 将试图复制哈勃望远镜的成功。它可以在-230摄氏度的冰冷环境下工作,覆盖的波长范围更为宽广,这意味着我们将看到更深远、更清晰的宇宙图景。

  - 引力波探测的新方法 -

  

  图源:LIGO/T. Pyle

  在新的一年里,天文学家可能会展示一种探测引力波的新方法:通过精确地测量脉冲星发出的信号,来探测两个遥远星系中心的超大质量黑洞相互绕转时产生的长波涟漪。

  石头投掷到池塘中,会在水中激起涟漪;与此类似,黑洞这样的大质量天体碰撞时,会剧烈地扭曲周围时空,产生时空的涟漪——引力波。2015年,人类第一次探测到了两颗黑洞碰撞融合时产生的引力波;2017年,第一次探测到了两颗中子星碰撞并合产生的引力波。不过,超大质量黑洞并合时产生的引力波仍然没有被探测到。

  天文学家猜测,在每一个星系的中心都寄居着一颗超大质量黑洞,我们的银河系也不例外。当两个星系缓慢融合时(例如我们的银河系与临近的仙女座星系将在大约40亿年后发生碰撞),中心的超大质量黑洞会彼此绕转舞动,释放出引力波。正如狮子的吼叫比小老鼠的吱吱叫更深沉一样,超大质量黑洞产生的引力波也比较小黑洞的频率更低,波长更长。地面上的引力波探测器(比如LIGO)对这样的长波涟漪束手无策,我们只能寄希望于宇宙中的脉冲星。

  脉冲星是高速旋转的中子星,以稳定的周期持续发送射电信号,就像是茫茫宇宙中的灯塔。即使是微弱的引力波扰动,也会改变脉冲星和地球之间的相对位置。通过测量数十个脉冲星的信号,就可以确认是否有引力波经过。

  - 改变小行星轨道的探测器 -

  

  图源:NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben

  2020年12月23日清晨,疑似一颗火流星坠入青海玉树,瞬间照亮夜空,发出轰隆隆如打雷般的声响。这次撞击地球的很可能只是一颗小小的陨石,但人类对小行星撞击地球的担忧一直存在:我们会不会重蹈恐龙灭绝的命运?

  太阳系中有大约25000颗较大的小行星,我们目前只探测到了其中大约8000个。为了应对小行星撞击的威胁,科学家们一直努力对太阳系内的小行星进行监测,如果它们的运行轨道可能与地球冲撞,就要尽早筹谋应对之策,或者完全炸毁小行星,或者利用人工撞击改变它们的轨迹。

  2021年,一颗名为双小行星重定向测试(DART)的太空探测器将要发射,它的主要目标就是测试太空飞行器的撞击,是否能成功让小行星偏离原本撞向地球的轨道。

  除了以上这些,还有更多科学事件值得我们期待:

  美国宇航局的太空探测器“露西”(Lucy)预定于2021年发射。它将飞越木星轨道上的5颗小行星。这项任务以南方古猿“露西”的名字命名,因为它将帮助揭示行星形成的化石——在太阳系早期聚集在一起形成行星和其他天体的物质。

  世界上最大的粒子加速器大型强子对撞机(LHC)将于2021年重新开始运作。LHC 从2009年开始运行,做出了一系列重大发现,包括于2013年探测到“上帝粒子”希格斯玻色子。它从2018年起开始进行升级改造,新的一年将精神抖擞地重新投入工作。

  一些特殊的天象也将让2021年变得独特。我们将看到自2019年1月以来的第一次月全食(5月26日),看到21世纪唯一一次经过北极点的日食(6月10日),还将看到在南极西部从东向西移动的日全食(12月4日),要知道,大多数日食都是从西向东移动,只有在极地才会出现这种现象。

  参考链接:

  [1]https://www.nature.com/articles/d41586-020-03651-0

  [2]https://www.gatesnotes.com/About-Bill-Gates/Year-in-Review-2020

  [3]https://www.un.org/zh/food-systems-summit/about

  [4]https://www.nasa.gov/feature/jpl/listening-for-gravitational-waves-using-pulsars

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