特稿:2022年，那些令人矚目的科學突破

在科技領域，2022年是發現與突破、機遇和挑戰并存的一年。太空探索邁向更深更遠，不斷叩問宇宙奧秘；生物醫藥創造奇跡，向無盡的科學前沿挺進；人工智能彰顯造化神奇，助力拓展人類創意邊界……

探秘宇宙的“深空巨眼”

從7月發布第一張全彩宇宙深空圖像，到發現遙遠星系和太陽系外行星大氣層，人類望向宇宙的“深空巨眼”——詹姆斯·韋布空間望遠鏡在2022年屢次登上天文學報道頭條。

韋布空間望遠鏡由美國航天局與歐洲航天局、加拿大航天局聯合研發，被認為是哈勃空間望遠鏡的“繼任者”。該望遠鏡于2021年12月發射升空，今年1月順利進入運行軌道。

首次拍攝到太陽系外行星的直接圖像、首次在太陽系外行星大氣中發現二氧化碳存在的明確證據、拍攝到迄今最遙遠和最清晰的宇宙紅外圖像、捕捉到古老星系的身影……這個歷時20年建造的“巨眼”正幫助天文學界探察更加深邃的宇宙空間。

這些發現使韋布空間望遠鏡位居美國《科學》雜志2022年科學突破榜首，并入選英國《自然》雜志2022年十大科學新聞。該空間望遠鏡雖多次受到微流星體撞擊，持續經受極強紫外線和宇宙射線的考驗，但依然在繼續執行任務。

首次行星防御測試成功

具有科幻色彩的行星防御試驗在2022年邁出成功步伐，并入選《科學》雜志年度科研成果盤點排行榜。

美國東部時間9月26日，美國航天局“雙小行星重定向測試”航天器撞擊了一個近地雙小行星系統中較小的一顆，以期改變它的運行軌道。美國航天科學家表示，這是首次旨在保護地球免受小行星撞擊威脅的測試任務。

在距離地球1100萬公里的地方，這個航天器以每小時約22530公里的速度撞擊直徑約160米的“雙形態”小行星。不過，這顆小行星對地球并無威脅，撞擊只是一次測試。

地球周圍潛藏危機，特別是那些運行軌道距地球軌道750萬公里以內且直徑大于140米的“近地天體”。多數小行星體積較小，會在可能和地球“親密接觸”時在大氣層中燃燒殆盡，但不排除有些較大天體會威脅地球安全。DART任務的成功為科學家改進行星防御計劃提供了更多數據。

月球探索方興未艾

2022年，月球繼續成為星際探索目的地。12月17日，韓國首個月球軌道探測器“賞月”號成功進入繞月飛行軌道，準備在月球上空100公里高的軌道執行為期1年多的探測任務。

日本方面今年也在月球探索領域不斷嘗試。日本首個登月探測器“好客”于11月16日發射升空后未能與地面建立通信，放棄實施登月探測任務。日本民間企業“i太空公司”的月球表面探測項目“白兔-R”1號任務的著陸器，于12月11日被成功發射并與地面建立通信聯系。預計在2023年4月底踏上月球的該著陸器，載有阿聯酋航天機構的月面探測車“拉希德”和日本宇宙航空研究開發機構的可變形月面機器人等。

曾數次因故障推遲發射的美國航天局新一代登月火箭“太空發射系統”，于11月運載“獵戶座”飛船發射升空，執行“阿耳忒彌斯1號”無人繞月飛行測試任務。

在歷時25天半的旅程中，“獵戶座”飛船兩次近距離飛越月球，最近時距月表127公里。12月11日，該飛船順利返回地球。這是美國計劃的系列探月任務的第一步，可為后續載人探月任務打下基礎。

越來越有創造力的AI

2022年，人工智能在創意之路上闊步遠行，無論是藝術表達，還是科學發現，AI正全面進軍甚至超越原本只有人類才能駕馭的疆域。《科學》和《自然》的年度科研成果盤點都關注了AI最新研發進展。

機器學習也在科學、數學和編程方面展現創造力。英國“深層思維”公司今年7月宣布，其開發的人工智能程序“阿爾法折疊”已預測出約100萬個物種的超過2億種蛋白質的結構，涵蓋科學界已編錄的幾乎每種蛋白質。“深層思維”的研究人員還研發出可解決矩陣乘法問題的有效算法，可用于計算機圖形學、物理模擬等。該公司開發的另一款AI系統可完成簡單編程任務。

當然，這些AI創新也帶來一些爭議，比如AI會否傳播錯誤信息甚至終結一些職業，但AI無疑將幫助擴展人類的創造力邊界。

人體接受豬心臟移植

全球器官供需缺口巨大，如何借助動物器官挽救患者生命一直是科學家研究的重點領域。2022年全球首例豬心臟移植手術成為這一探索中的里程碑事件，入選《自然》雜志2022年十大科學新聞。

今年1月，美國馬里蘭大學醫學中心為一名男性心臟病人成功手術，將豬的心臟移植入其體內，屬全球首例。提供這顆心臟的豬已經過基因改造，其中包括“敲除”會引起人類排異反應的基因，以及一個特定的基因以預防植入人體的豬心臟組織過度生長。

在術后幾周，移植心臟運轉良好，沒有排異反應跡象。盡管這位病人在3月份病情惡化后去世，但科學家認為，這一手術仍為研究人員提供了很有價值的信息，有望幫助醫生更好地開展移植手術，協助挽救未來接受手術的患者。

今年還有兩個美國研究團隊實現了將豬腎臟移植給已經腦死亡的病人，移植后的腎臟沒有出現排異反應，并開始生成尿液。

預測新冠變異株

新冠變異毒株奧密克戎在全球造成一波又一波感染潮。北京大學生物醫學前沿創新中心副研究員曹云龍幫助追蹤新冠病毒演化，并預測了導致新變異株產生的部分突變，入選《自然》年度十大人物榜單。

新冠病毒不斷變異給疫情防控帶來極大挑戰，曹云龍團隊通過研究感染奧密克戎變異株BA.5、BA.2以及早前變異株后康復人群的抗體，成功預測了當前傳播的許多變異株的關鍵突變。這也讓團隊可在這些變異株被發現后，第一時間評估它們的免疫逃逸能力。目前，科研團隊正據此設計新的抗體療法，篩選對病毒更有效的藥物。

面對抵御新冠病毒的漫長戰役，全球科學家在不懈尋求下一代疫苗、抗病毒藥物等“新武器”。今年11月，美國輝瑞制藥有限公司和德國生物新技術公司開展一款新冠和流感混合疫苗的I期臨床試驗，有望針對兩種奧密克戎變異株和4種流感毒株發揮作用。包括中國科學家在內的國際研究團隊還在繼續開發鼻噴、吸入式疫苗等更有效激活黏膜免疫的疫苗。人類正在持續構筑抵御新冠病毒的堅盾。

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