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宇宙探索與物理的突破,生態環境與政治的角力—— 2020 年《NATURE》年度回顧(其他科學篇)

A編
・2021/01/02 ・2663字 ・閱讀時間約 5 分鐘

2020 年,《Nature》的年度科學大事回顧分為「新冠病毒與 2020」與「其他科學大事」兩個部分,在「其他科學大事」中,《Nature》不只回顧科學重大研究,也回顧了對學術界或科學家產生重大影響的政治事件。

火星任務:三座探測器陸續出發

2020 年七月,三座探測器突破大氣層,朝火星出發,他們分別是阿聯的希望號、中國的天文一號,以及美國的毅力號。希望號將繞行火星研究火星天氣,天文一號是中國首次嘗試登陸火星,而毅力號則計畫帶回火星岩石。

毅力號發射現場。圖/Nature

此外,NASA的小行星探測器冥王號 (OSIRIS-REx),在十月接觸名為Bennu的小行星,並成功收集灰塵與樣本,預計 2023 年返回地球。不過冥王號並不是第一個取回小行星樣本的探測器,在十二月初,日本的隼鳥 2 號 (Hayabusa2) 已經帶著小星行 Ryugu 的灰塵樣本,平安降落在澳洲。

另外,中國的嫦娥五號也成功登陸月球正面的風暴洋,並收集到該地區的年輕火成岩樣本,這些樣本將幫助科學家理解十億到二十億年前的月球火山活動。

天災頻傳,大火與融冰

從一月開始,澳洲發生了史無前例的大火,火勢與濃煙殺死了數百人,並摧毀了生態系統。許多野外研究的場域遭到破壞,生物學家記錄下大火對生物多樣性的影響,而考古學家則開始調查數千個被大火破壞的古代遺址。

除了澳洲大火,加州、西伯利亞苔原、南美與美西的熱帶濕地,皆傳出大火,而加州大火更是威脅到李克天文台與威爾遜天文台。

今年有 30 個北大西洋颶風形成,其中有 12 個登陸美國本土。熱浪來襲也造成北極冰山急速溶化,出現有史以來第二低的紀錄。南極洲的思韋茨冰川(Thwaites Glacier)經由水下探測的數據得知,溫暖的水正不斷湧出破壞冰川結構,科學家擔心思韋茨冰川可能會崩潰,而冰川崩潰後,將會讓海平面上升超過 50 公分。

南極洲思韋茨冰川。圖:Wikipedia

拜登當選、英國正式退出歐盟

你沒看錯,Nature 將拜登當選放入年度回顧中。由於川普任內提出許多破壞科學與公共衛生的政策,尤其是在氣候變化與環境議題上,拜登當選有機會推翻這些政策。而拜登也承諾會改善川普對 COVID-19 的應對措施與解除封鎖令,讓國外科學家與工程師可以駐留在美國。

至於英國正式退出歐盟,則是影響歐盟對科學研究的資助計畫,除了研究資金的空缺外,還會造成科學家駐留英國時,必須多負擔高額的移民簽證費用;法規落差引起的試驗標準不一致;以及關稅造成的實驗設備與耗材成本激增。

科學家譴責種族歧視

今年五月,美國明尼蘇達州的警察殺死非裔的喬治.佛洛伊德(George Floyd)後,全球各地的科學家們皆一同譴責警察蠻橫的種族歧視行為,並呼籲大眾要採取行動,解決系統性不平等的現象。六月十日,成千上萬的研究人員及其所屬的機構(包含 Nature 自己)全都停止工作,一同在線上討論「如何反轉與對抗科學界中歧視黑人」的問題。

因為這場討論,許多大學開始針對課程或建築物進行審查,也有研究人員開始探索打擊種族歧視與限制警察武力的措施。

反種族歧視抗議者聚集在華盛頓特區。圖/Nature

1951 年,醫生未經拉克斯同意,擅自使用非裔婦女利埃塔.拉克斯(Henrietta Lacks)的癌細胞進行研究,並發現了「海拉細胞系」(Hela Cells line),由於海拉細胞系具有接近「永生」(避開海佛列克極限)以及快速增值的特性,使體外培養人類細胞得以實現。

海拉細胞系促成二十世紀許多重大醫療突破,包括小兒麻痺疫苗、化學療法、基因複製、基因圖譜及體外人工授精等,並支撐著數十億美元的生物科技產業。但拉克斯與他的親人並沒有從中獲得任何好處,也沒有任何研究人員詢問過家屬是否同意海拉細胞的使用。今年十月,霍華德.休斯研究所以捐贈的名義,主動向拉克斯的家屬提供六位數美金的款項,這是對有色人種進行不道德實驗做出賠償的先例。

物理學上的重大突破

今年,超導體的工作溫度第一次達到攝氏零度(攝氏十五度)以上,不過需要在 270 GPa 的壓力(約為平地大氣壓力的三百萬倍)下才能運作。

過去在量子力學理論中出現的「任意子」(anyon,指在二維系統中能同時符合費米子與玻色子統計分佈的粒子)獲得初步實驗驗證,這項發現可能會影響量子電腦的構築方法。

今年六月在國際太空站的物理實驗室中,成功讓玻色-愛因斯坦凝態(一種超流體,其中所有粒子都處在最低能量的量子態,是宏觀研究量子力學的素材)持續存在一秒鐘,這相當於地球上的最好紀錄。研究團隊預測,未來實驗中的玻色-愛因斯坦凝態,將有機會存在長達五秒鐘。

此外,望月新一的 abc 猜想論文今年發表了,不過數學界仍為此爭執不休。

低溫電子顯微鏡所看到的儲鐵蛋白 (apoferritin)。圖/Nature

另外兩個重大發現是關於蛋白質結構分析的突破。首先是低溫電子顯微鏡技術達到單原子的分辨率,接近 X 光晶體繞射的精準度。其次,是人工智慧 AlphaFold,成功從蛋白質一級結構推測出三級摺疊結構,這對未來藥物研發將有巨大的影響。

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