《自然》杂志展望2020年重大科学事件,都与真空技术密切相关

2019-12-26 admin 科技日报

  近日,《自然》杂志网站为我们梳理了2020年科学领域值得期待的大事件。包括中国的嫦娥五号奔赴“广寒宫”执行月表采样返回任务、中国的“火星一号”等多款探测器摩拳擦掌奔赴火星、大型对撞机梦想升级等等。

  值得一提的是,这些重大的科学事件中,囊括了航天、宇宙探索、高能物理、高温超导、生物、制药、新能源等诸多领域,它们无一不与真空的应用紧密相关。随着科学技术的发展,真空技术必将深入更多领域,并且变得不可或缺!

1、火星探测

  火星距离地球最近点是5500多万公里,最远点超过4亿多公里。“火星冲日”每隔约26个月发生一次,在此期间地球与火星距离较近,可用较小花费和较短时间将探测器送往火星,而最近的“火星冲日”就在2020年7月。

  有鉴于此,中美欧争先恐后于2020年发射航天器登陆火星,40多亿年来一直“寂寞沙洲冷”的火星也将变得热闹非凡。

  美国国家航空航天局(NASA)将于夏天发射“火星2020”火星车,它将在火星上采集并存储岩石样本,留待未来的任务带回地球,与它一起到达的是一款小型可拆卸无人直升机。

火星探测

“火星2020”探测器在火星上的艺术图

  中国首台火星探测器“火星一号”也将于2020年择机发射,并计划2021年降落火星。

  如果可以解决着陆降落伞的问题,欧洲航天局(ESA)的“罗萨琳德·富兰克林”火星车将搭载俄罗斯火箭升空,它将利用一个能钻探到地表以下两米深处的钻头提取未受强烈辐射的物质,这种物质中或许含有火星上曾存在生命的证据。

  此外,阿拉伯联合酋长国也计划朝火星发射一台轨道器,这将是阿拉伯国家的首个火星飞行任务。这一探测器将于次年抵达火星轨道,庆祝阿联酋建国50周年。该任务目标包括通过追踪氢气和氧气的逃逸来理解火星为什么会失去大气层,以更好地了解火星大气层。

  让我们将目光拉回离家近一点的地方!嫦娥五号将于2020年执行月面采样返回任务。此外,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的“隼鸟2号”将把从小行星“龙宫”上采集的样本送回地球;NASA的“源光谱释义资源安全风化层辨认探测器”则会从小行星“贝努”上“咬下”一块样本。

2、宇宙探梦

  2019年,科学家借助事件视界望远镜成功拍摄到首张黑洞照片,举世轰动。这一超大质量黑洞位于星系梅西耶87中央,质量为太阳质量的65亿倍。

科学家拍摄到的首张黑洞照片

科学家拍摄到的首张黑洞照片

  但这只是故事的开始!事件视界望远镜合作组今年有望发布有关银河系中央超大质量黑洞“人马座A*”的新结果:除了发布多张图像,可能还会发布一部“人马座A*”周围旋转气体的视频。 ESA的“盖亚”探测器也将更新银河系三维图谱,让科学家更好地了解银河系的结构和演化历程。

  引力波天文学家也不甘示弱,他们将公布2019年观察到的宇宙撞击数据,包括黑洞间的并和,以及以前未曾观察到的黑洞与恒星之间的碰撞。

3、巨型对撞机建造

  欧洲核子研究中心(CERN)希望2020年能为未来的巨型对撞机筹集到资金。这个全球最大的粒子物理实验室将于2020年5月在布达佩斯召开理事会特别会议,讨论决定欧洲粒子物理战略规划的更新事宜,巨型对撞机是其中一部分。

  CERN的大型强子对撞机(LHC)是目前世界上最强大的对撞机,全长27公里。CERN希望更上一层楼,建造一台100公里长的对撞机,长度接近LHC的4倍,能量更是LHC的6倍多,成本可能高达234亿美元。

CERN未来的巨型对撞机的艺术图

CERN未来的巨型对撞机的艺术图

  无独有偶,美国费米国家实验室将在2020年公布“缪子 g-2”实验的结果,无数科学家对此翘首以盼。该实验旨在对缪子(电子更重的“表亲”)在磁场中的行为进行高精度测量。物理学家希望能发现小小的异常现象,揭示出以前未知的基本粒子,从而拉开新物理学的序幕。

4、合成酵母横空出世

  合成生物学家旨在从头构建面包酵母的“合成酵母2.0”(Synthetic Yeast 2.0)项目将于2020年完成,这一雄心勃勃的计划由全球的15个实验室联袂实施。

  此前,研究人员已将更简单有机物(如丝状支原体)的遗传密码全部用人造版本替换,但酵母细胞更复杂,对其改造也更具挑战性。目前,研究小组已用合成DNA替换面包酵母16条染色体中的所有DNA,也重组并编辑了其基因组,以了解其如何进化和发生突变。

  他们希望,经过遗传改造的酵母细胞可让科学家更灵活高效地制造出多种产品,从生物燃料到药物,不一而足。

科学家正在制备的合成酵母

科学家正在制备的合成酵母

5、阻止气候变暖

  2020年8月,联合国环境规划署(UNEP)将发布一份针对地球工程科学和技术的重要报告。地球工程方法旨在应对气候变化,相关措施包括减少大气中的二氧化碳,通过阻挡阳光来阻止全球变暖等。

  国际海底管理局也将于2020年发布人们期待已久的法规,使海底开采成为可能,但科学家担心这种做法会破坏海洋生态系统,甚至对已饱受重创的环境带来灾难性影响。

  全球应对气候变化将迎来关键时刻!第26届联合国气候变化大会(COP26)将于2020年11月在英国格拉斯哥拉开帷幕,这次会议将是自2015年《巴黎协定》签署以来最重要的气候变化会议。届时,各国必须提出减少本国温室气体排放的新目标,以实现《巴黎协定》设定的目标—即到2100年将全球升温控制在工业化前水平2摄氏度内。

  目前,大多数国家在兑现承诺方面的表现差强人意,《巴黎协议》自身也悬而未决:美国已于今年11月4日启动退出《巴黎协定》的程序,退出过程需要一年。这意味着美国将于2020年11月4日起正式退出,美国这一举措带来的影响目前还是个未知数。

6、美国大选影响科学

  新一轮美国总统选举将于2020年11月举行,众议院全部435个席位及参议院100个议席中的35个席位也会改选以产生美国第114届国会。谁将入主白宫?谁将掌控国会?结果可能会对科学尤其是气候科学产生重大影响。

  如果唐纳德·特朗普连任,他将继续推翻其前任的气候政策,并确保美国在大选后第二天正式退出《巴黎协定》。当然,如果民主党赢得白宫或在国会中取得多数席位,则可能阻挠特朗普的这一举措。

7、 “人鼠”正在到来

  今年7月,日本政府批准了首个申请利用动物培育人类器官的项目——利用诱导多能干细胞(iPS细胞)在实验鼠体内培育人类胰脏,这一项目旨在确认利用相关技术能否在动物体内正常生长出人类器官,以便将来用于移植。

  这一研究由东京大学生物学家中内启光领导,他们将首先修改实验鼠的受精卵,使其无法正常生成胰脏,然后向受精卵中植入人类iPS细胞,之后再将含有人类细胞的动物胚胎移植回实验鼠子宫。

  日本此前一直明确禁止含有人类细胞的动物胚胎生长超过14天,也禁止将此类胚胎移植到代孕子宫内。但文部科学省今年3月修改了相关规定,允许在动物体内培育人类器官。日本研究人员还计划在猪的受精卵中植入人类iPS细胞。

  尽管这一研究已获批,但仍引起广泛争议。有研究人员认为,异种移植仍需克服来自道德伦理和技术上的巨大障碍,在实验室中培育的“类器官”可能更安全、更有效。

同时包含有大鼠和小鼠细胞的胚胎

同时包含有大鼠和小鼠细胞的胚胎

08、向蚊子宣战

正版免费资料大全挂牌网   在新一年里,科学家除了关注星辰大海,对身边的小小敌人也不会忽视。在印度尼西亚日惹市,针对一项可阻止登革热传播的技术开展的重大测试将得出结论。研究人员已将感染了沃尔巴克氏菌(会抑制引起登革热和寨卡病毒等的蚊媒病毒的复制)的埃及伊蚊释放到野外,使这种细菌在蚊群中传播。科学家此前在印度尼西亚、越南和巴西进行的小规模测试显示,这一技术极具前景。

  一种治疗疟疾的疫苗也将给人们带来好消息,该疫苗将在赤道几内亚的比科岛进行试验。世界卫生组织也希望到2020年消除昏睡病。这是一种由采采蝇传播的疾病,不仅能导致严重的睡眠紊乱,还会让人产生攻击性、精神错乱,最终导致死亡。

9、高温超导更进一步

  2020年或许也是超导专家们的丰收之年。超导体在特定温度下电阻为零。目前,超导体一般在较低温度下才能工作,这极大地限制了其用途,物理学家一直希望能研制出在室温下工作的超导体。他们相信,这种超导体一旦问世,将彻底改变电力的传输方式,并节省大量能源。

具备超导功能的镧化合物

科学家在2018年制备出一种在接近室温的条件下具备超导功能的镧化合物

10、固体能源新秀辈出

  2020年,太阳能电池领域也将迎来不少“小鲜肉”:其中最值得期待的是钙钛矿太阳能电池,不少公司计划于2020年开始销售这种电池。

波兰科技公司Saule Tech用喷墨打印机制造出的太阳能电池板

波兰科技公司Saule Tech用喷墨打印机制造出的太阳能电池板

  迄今大多数太阳能电池板由硅制成,但硅制造成本高;而钙钛矿吸光效率更高、成本更低且制造工艺更简单。因此,钙钛矿太阳能电池已成为电池行业“新宠”。随着技术不断进步,这种电池有望成为光伏行业新的“搅局者”。

  此外,在2020年7月的东京奥运会上,能源行业可能见证一个奇迹诞生的时刻:届时丰田汽车公司有望发布首款固态电池动力汽车原型,这种电池用固态电解质替代传统电池内的液态电解质。

  在过度充电等异常情况下,液态电解质电池容易发热,造成自燃甚至爆炸在过度充电等异常情况下,液态电解质电池容易发热,造成自燃甚至爆炸;由于化学性质的限制,这种电池的能量密度也很难提高。而固态电解质在提高电池能量密度的同时,还能解决安全性问题。