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由中國科學(xué)院、中國工程院主辦，中國科學(xué)院學(xué)部工作局、中國工程院辦公廳、中國科學(xué)報社承辦，騰訊集團(tuán)發(fā)展研究辦公室協(xié)辦的中國科學(xué)院院士和中國工程院院士投票評選的2020年中國十大科技進(jìn)展新聞、世界十大科技進(jìn)展新聞，2021年1月20日在京揭曉。核工業(yè)西南物理研究院中國環(huán)流器二號M裝置項(xiàng)目負(fù)責(zé)人劉永受邀出席新聞發(fā)布會，以《“人造太陽”點(diǎn)亮能源夢想》為題作科普報告，并回答記者提問。

此項(xiàng)年度評選活動至今已舉辦了27次。評選結(jié)果經(jīng)新聞媒體廣泛報道后，在社會上產(chǎn)生了強(qiáng)烈反響，使公眾進(jìn)一步了解國內(nèi)外科技發(fā)展的動態(tài)，對普及科學(xué)技術(shù)起到了積極作用。

嫦娥五號著陸器和上升器組合體著陸后全景相機(jī)環(huán)拍成像。國家航天局供圖

11月24日4時30分，我國成功發(fā)射探月工程嫦娥五號探測器，12月1日晚間成功著陸在預(yù)選著陸區(qū)。完成月壤取樣后，嫦娥五號上升器于12月3日從月面起飛，嫦娥五號返回器于12月17日1時59分在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域成功著陸，標(biāo)志著我國首次地外天體采樣返回任務(wù)圓滿完成。

隨后，重達(dá)1731克的嫦娥五號樣品移交中國科學(xué)院，將在位于國家天文臺的“月球樣品實(shí)驗(yàn)室”中存儲、處理和分析，正式開啟月球樣品與科學(xué)數(shù)據(jù)的應(yīng)用和研究。

嫦娥五號任務(wù)作為我國復(fù)雜度最高、技術(shù)跨度最大的航天系統(tǒng)工程，對于我國提升航天技術(shù)水平、完善探月工程體系、開展月球科學(xué)研究、組織后續(xù)月球及星際探測任務(wù)，具有承前啟后、里程碑式的重要意義。

發(fā)射現(xiàn)場。胡煦劼攝

6月23日9時43分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運(yùn)載火箭，成功發(fā)射北斗系統(tǒng)第五十五顆導(dǎo)航衛(wèi)星暨北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星。

此次發(fā)射的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星和配套運(yùn)載火箭分別由中國航天科技集團(tuán)有限公司所屬的中國空間技術(shù)研究院和中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院抓總研制，中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院等多家科研院所全方位參與了研制建設(shè)。

這是長征系列運(yùn)載火箭的第336次飛行。在測控、地面運(yùn)控、星間鏈路運(yùn)管、應(yīng)用驗(yàn)證等系統(tǒng)的強(qiáng)有力支撐下，此前發(fā)射的所有在軌衛(wèi)星都已入網(wǎng)。至此，北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署比原計(jì)劃提前半年全面完成。

“海斗一號”。中科院沈陽自動化研究所供圖

6月8日，由中國科學(xué)院沈陽自動化研究所主持研制的“海斗一號”全海深自主遙控潛水器搭乘"探索一號"科考船海試歸來。在此航次中，“海斗一號”在馬里亞納海溝實(shí)現(xiàn)近海底自主航行探測和坐底作業(yè)，最大下潛深度10907米，填補(bǔ)了我國萬米級作業(yè)型無人潛水器的空白。

“奮斗者”號。中船702所供圖

11月28日，由中國船舶集團(tuán)有限公司第七〇二研究所牽頭總體設(shè)計(jì)和集成建造、中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所等多家科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合研發(fā)的“奮斗者”號全海深載人潛水器隨“探索一號”科考船返航。

此次“奮斗者”號在馬里亞納海溝成功坐底，創(chuàng)造了10909米的中國載人深潛新紀(jì)錄，標(biāo)志著我國在大深度載人深潛領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先水平。此外，還有助于科學(xué)家了解深淵海底生物、礦藏、海山火山巖的物質(zhì)組成和成因，以及深海海溝在調(diào)節(jié)氣候方面的作用。

藍(lán)鯨II號平臺。中國地質(zhì)調(diào)查局供圖

3月26日，自然資源部召開了我國海域天然氣水合物第二輪試采成果匯報視頻會，會議透露，此輪試采日前取得成功，并超額完成目標(biāo)任務(wù)。天然氣水合物通常稱為可燃冰。在水深1225米的南海神狐海域的試采創(chuàng)造了“產(chǎn)氣總量86.14萬立方米、日均產(chǎn)氣量2.87萬立方米”兩項(xiàng)新世界紀(jì)錄。

此次試采中，研究人員還自主研發(fā)了一套實(shí)現(xiàn)天然氣水合物勘查開采產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)裝備體系，創(chuàng)建了獨(dú)具特色的環(huán)境保護(hù)和監(jiān)測體系，自主創(chuàng)新形成了環(huán)境風(fēng)險防控技術(shù)體系。

此次試采攻克了深海淺軟地層水平井鉆采核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從探索性試采向試驗(yàn)性試采的重大跨越，在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中取得標(biāo)志性成果。我國也成為全球首個采用水平井鉆采技術(shù)試采海域天然氣水合物的國家。

受赤霉病侵染的小麥。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)孔令讓團(tuán)隊(duì)供圖

小麥赤霉病，是世界范圍內(nèi)極具毀滅性且防治困難的真菌病害，有小麥“癌癥”之稱。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院教授、山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系小麥創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首席專家孔令讓及其團(tuán)隊(duì)從小麥近緣植物長穗偃麥草中首次克隆出抗赤霉病主效基因Fhb7，且成功將其轉(zhuǎn)移至小麥品種中，首次明確并驗(yàn)證了其在小麥抗病育種中不僅具有穩(wěn)定的赤霉病抗性，而且具有廣譜的解毒功能。相關(guān)研究成果4月10日在線發(fā)表于《科學(xué)》。

目前，已有30多家單位利用抗赤霉病的種質(zhì)材料進(jìn)行小麥抗赤霉病遺傳改良，并在山東、河南、江蘇、安徽等地進(jìn)行廣泛試驗(yàn)，結(jié)果表現(xiàn)良好。上述成果為解鎖赤霉病這一世界性難題找到了“金鑰匙”。

光量子干涉實(shí)物圖：左下方為輸入光學(xué)部分，右下方為鎖相光路，上方共輸出100個光學(xué)模式，分別通過低損耗單模光纖與100超導(dǎo)單光子探測器連接。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽團(tuán)隊(duì)供圖

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽等與中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心的研究人員合作，構(gòu)建了76個光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，實(shí)現(xiàn)了具有實(shí)用前景的“高斯玻色取樣”任務(wù)的快速求解，使得我國成功達(dá)到量子計(jì)算研究的首個里程碑——量子計(jì)算優(yōu)越性，為實(shí)現(xiàn)可解決具有重大實(shí)用價值問題的規(guī)?；孔幽M機(jī)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。相關(guān)成果12月4日在線發(fā)表于《科學(xué)》。

古生代海洋生物多樣性曲線與重要演化事件。南京大學(xué)供圖

生命起源與演化是世界十大科學(xué)之謎之一。地球上曾經(jīng)生活過的生物99%以上已經(jīng)滅絕，通過化石記錄重建地球生物多樣性變化歷史是認(rèn)識當(dāng)今人類居住地球生物多樣性現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢的重要途徑。

南京大學(xué)樊雋軒教授、沈樹忠院士等自建大型數(shù)據(jù)庫，自主研發(fā)人工智能算法，利用“天河二號”超算取得突破，獲得了全球第一條高精度的古生代3億多年的海洋生物多樣性變化曲線，其分辨率較國際同類研究提高400倍。

新曲線精確刻畫出地質(zhì)歷史中多次重大生物滅絕和輻射事件及其與環(huán)境變化的關(guān)系。成果于1月17日以研究長文形式發(fā)表于《科學(xué)》。

中國環(huán)流器二號M裝置。中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院供圖

我國新一代可控核聚變研究裝置“中國環(huán)流器二號M”（HL-2M）12月4日在成都正式建成放電，標(biāo)志我國正式跨入全球可控核聚變研究前列，HL-2M將進(jìn)一步加快人類探索未來能源的步伐。

該項(xiàng)目由中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院自主設(shè)計(jì)建造。據(jù)悉，該裝置是我國目前規(guī)模最大、參數(shù)最高的先進(jìn)托卡馬克裝置，是我國新一代先進(jìn)磁約束核聚變實(shí)驗(yàn)研究裝置，采用更先進(jìn)的結(jié)構(gòu)與控制方式，等離子體體積達(dá)到國內(nèi)現(xiàn)有裝置2倍以上，等離子體電流能力提高到2.5兆安培以上，等離子體離子溫度可達(dá)到1.5億攝氏度，能實(shí)現(xiàn)高密度、高比壓、高自舉電流運(yùn)行，是實(shí)現(xiàn)我國核聚變能開發(fā)事業(yè)跨越式發(fā)展的重要依托裝置，也是我國消化吸收ITER技術(shù)不可或缺的重要平臺。

闡釋圖片。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)供圖

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陳秀雄、王兵發(fā)表的關(guān)于高維凱勒里奇流收斂性的論文，率先攻克了哈密爾頓—田猜想和偏零階估計(jì)猜想——這些均為幾何分析領(lǐng)域20余年來懸而未決的核心猜想。

相關(guān)成果于11月初發(fā)表在《微分幾何學(xué)雜志》上。據(jù)了解，論文篇幅超過120頁，從投稿到正式發(fā)表耗時6年。該論文引進(jìn)了眾多新思想和新方法，對幾何分析，尤其是里奇流的研究產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

據(jù)悉，該文是幾何分析領(lǐng)域內(nèi)的重大進(jìn)展，或?qū)⑼七M(jìn)諸多相關(guān)工作。

機(jī)器學(xué)習(xí)+物理模擬+高性能計(jì)算=新的科學(xué)范式。賈偉樂供圖

11月19日下午，由中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所賈偉樂副研究員、中國科學(xué)院院士鄂維南、北京大數(shù)據(jù)研究院張林峰研究員及其合作者共同完成的應(yīng)用成果獲得國際高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域最高獎——戈登貝爾獎。

該項(xiàng)工作在國際上首次采用智能超算與物理模型的結(jié)合，引領(lǐng)了科學(xué)計(jì)算從傳統(tǒng)的計(jì)算模式朝著智能超算的方向前進(jìn)。

據(jù)悉，第一性原理分子動力學(xué)以其高精度和算法復(fù)雜著稱，長期以來，其計(jì)算的空間尺度和時間尺度受算法和算力限制，即使利用世界上最快的超級計(jì)算機(jī)，也只能計(jì)算數(shù)千原子體系規(guī)模。

該成果通過高性能計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)將分子動力學(xué)極限提升了數(shù)個量級，達(dá)到了上億原子的體系規(guī)模，同時仍保證了「從頭算（ab initio）」的高精度，且模擬時間尺度較傳統(tǒng)方法至少提高1000倍。

據(jù)了解，基于深度學(xué)習(xí)的分子動力學(xué)模擬通過高性能計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)的有機(jī)結(jié)合，將精確的物理建模帶入了更大尺度的材料模擬中，有望在將來為力學(xué)、化學(xué)、材料、生物乃至工程領(lǐng)域解決實(shí)際問題發(fā)揮更大作用。

人乳腺癌細(xì)胞。圖源/CECIL H. FOX

2月5日，英國韋爾科姆基金會桑格研究所宣布，一個國際團(tuán)隊(duì)完成了迄今覆蓋面最廣泛的癌癥全基因組分析，這有助于加深研究人員對癌癥的認(rèn)識，為開發(fā)出更高效的治療方案鋪平道路。

這個被稱為“泛癌癥計(jì)劃”的項(xiàng)目由來自37個國家的1300多名科學(xué)家合作開展，旨在研究可導(dǎo)致癌癥的變異基因，繪制出這些基因的全圖譜，團(tuán)隊(duì)分析了38種不同類型腫瘤的2658個全基因組，為癌癥研究獲取了豐富的基因數(shù)據(jù)。

相關(guān)成果在當(dāng)天以20多篇系列報告的形式發(fā)表在《自然》雜志及子刊上。

在這些90微米的液滴中，葉綠體中的類囊體利用陽光將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)化合物。圖源/T. MILLER

德國馬克斯·普朗克陸地微生物研究所和法國波爾多大學(xué)的研究人員5月8日在《科學(xué)》上發(fā)文，他們通過將菠菜的“捕光器”與9種不同生物體的酶結(jié)合起來，制造了人造葉綠體。這種葉綠體可在細(xì)胞外工作、收集陽光，并利用由此產(chǎn)生的能量將二氧化碳轉(zhuǎn)化成富含能量的分子。

研究人員希望他們制造的加強(qiáng)版光合作用系統(tǒng)，最終能將二氧化碳直接轉(zhuǎn)化成有用的化學(xué)物質(zhì)，或者使轉(zhuǎn)基因植物吸收大氣中二氧化碳的量達(dá)到普通植物的10倍。

這種新的光合作用將為轉(zhuǎn)基因作物打開新大門，創(chuàng)造出比現(xiàn)有品種生長速度更快的新品種。在世界人口激增的背景下，這對農(nóng)業(yè)發(fā)展是一個福音。

藍(lán)色為計(jì)算機(jī)預(yù)測的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，綠色為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果，二者相似度非常高。

生物學(xué)界最大的挑戰(zhàn)之一——蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)解析如今有望被破解。谷歌旗下人工智能公司DeepMind開發(fā)的深度學(xué)習(xí)程序AlphaFold能夠精確預(yù)測其三維形狀。

長久以來，人們需要借助實(shí)驗(yàn)確定完整的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，這些方法往往需要數(shù)月甚至數(shù)年時間。而現(xiàn)在，人工智能也有能力給出精確預(yù)測的計(jì)算方法，可能只要幾天甚至半個小時。

11月30日，在蛋白質(zhì)預(yù)測結(jié)構(gòu)挑戰(zhàn)賽CASP上，AlphaFold程序在百余支隊(duì)伍中脫穎而出。將深度學(xué)習(xí)與張力控制算法結(jié)合，并應(yīng)用于結(jié)構(gòu)和遺傳數(shù)據(jù)，該深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)利用目前已知的17萬種解析完畢的蛋白質(zhì)進(jìn)行了訓(xùn)練。

DeepMind有關(guān)研發(fā)團(tuán)隊(duì)表示，還將繼續(xù)對AlphaFold展開訓(xùn)練，以便更好地解析更復(fù)雜的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。

一種新的催化劑增加了利用可再生能源產(chǎn)生甲烷的希望。圖源/MEHMETCAN

研究人員一直試圖模仿光合作用，利用太陽的能量制造化學(xué)燃料?，F(xiàn)在，美國科學(xué)家開發(fā)出一種新型銅-鐵基催化劑，可借助光將二氧化碳轉(zhuǎn)化為天然氣主要成分甲烷，這一方法是迄今最接近人造光合作用的方法。

研究人員稱，新催化劑如獲進(jìn)一步改良，將降低人類對化石燃料的依賴。1月出版的美國《國家科學(xué)院院刊》報道了這種新型催化劑，作為將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的光驅(qū)動催化劑，其效率和產(chǎn)量是有史以來最高的。

在2010年遭受嚴(yán)重脊髓損傷后，伊恩·伯克哈特在他的運(yùn)動皮層植入了微型芯片，將大腦電信號轉(zhuǎn)到電腦上控制手臂，使其能夠再次抓住和感覺物體。圖源/Battelle Memorial Institute

4月23日，美國巴泰爾科研中心和俄亥俄州立大學(xué)韋克斯納醫(yī)學(xué)中心的研究團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞》上發(fā)文，他們成功利用腦—機(jī)接口（BCI）系統(tǒng)幫一位癱瘓患者恢復(fù)了手部觸覺。

這項(xiàng)技術(shù)能捕捉到人所無法感知的微弱神經(jīng)信號，并通過發(fā)回受試者大腦的人工感覺反饋來增強(qiáng)這些信號，從而極大地優(yōu)化受試者的運(yùn)動功能。

BCI系統(tǒng)在改進(jìn)后成為首個同時恢復(fù)運(yùn)動與觸覺功能的系統(tǒng)，不僅能讓受試者僅靠觸覺就能感知到物體，還能夠感知握持或撿拾物體時所需的壓力。

右圖中2D星系經(jīng)過距離測量確定后，放置入3D星圖中（左）圖源/Image: Sloan Digital Sky Survey

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)7月20日報道，在對400多萬個星系和蘊(yùn)含巨大能量的超亮類星體進(jìn)行分析后，國際斯隆數(shù)字巡天調(diào)查（SDSS）項(xiàng)目發(fā)布了迄今最大的宇宙三維（3D）結(jié)構(gòu)圖。

繪出該圖的是多國科研人員組成的“擴(kuò)展重子振蕩光譜巡天（eBOSS）”項(xiàng)目，它是世界最大星系巡天項(xiàng)目“斯隆數(shù)字巡天（SDSS）”的一部分。最新成果建立在世界各地數(shù)十家機(jī)構(gòu)的數(shù)百名科研人員超過20年合作的基礎(chǔ)上，由eBOSS項(xiàng)目耗費(fèi)數(shù)年完成。

目前理論認(rèn)為宇宙產(chǎn)生于約138億年前的大爆炸。通過理論分析和天文觀測，科研人員此前對宇宙的遠(yuǎn)古歷史和最近的膨脹史都有相當(dāng)了解，但中間卻存在一個約110億年的認(rèn)知缺口。有關(guān)研究人員表示，新成果終于填補(bǔ)了這一空白，是宇宙學(xué)領(lǐng)域的重大進(jìn)展。

一種氫、硫和碳的化合物被壓在兩顆鉆石之間，在室溫下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。圖源/ADAM FENSTER

10月16日，美國的一個科研團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志發(fā)表研究成果。該團(tuán)隊(duì)在超高壓下的一種氫化物材料中觀察到室溫超導(dǎo)現(xiàn)象，這一新突破讓研究人員朝著創(chuàng)造出具有極優(yōu)效率的電力系統(tǒng)邁進(jìn)了一步。近年來超導(dǎo)研究的進(jìn)展已表明，富氫材料在高壓下可將超導(dǎo)溫度提高至零下23攝氏度左右。

美國羅切斯特大學(xué)科研人員在實(shí)驗(yàn)室中將可實(shí)現(xiàn)零電阻的溫度提高到了15攝氏度，這個效果在2670億帕斯卡壓力下的一個光化學(xué)合成三元含碳硫化氫系統(tǒng)中被觀察到，這個壓力約是典型胎壓的100萬倍，并且達(dá)到了實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)的最高壓力值。

人類視網(wǎng)膜。CRISPR療法首次被直接用于人體，以治療一名遺傳性失明患者。

一名遺傳失明癥患者成為接受CRISPR-Cas9基因療法直接人體試驗(yàn)的第一人。據(jù)3月初英國《自然》網(wǎng)站報道，科學(xué)家首次開展臨床試驗(yàn)，將CRISPR-Cas9基因療法直接用于人體，治療遺傳性眼病——萊伯氏先天性黑蒙癥（LCA10）。

LCA10是導(dǎo)致兒童失明的主要原因，目前尚無治療方法。CRISPR-Cas9有“基因魔剪”之稱，在最新試驗(yàn)中，這種基因編輯系統(tǒng)的組件將被編碼于病毒基因組中，然后直接注入患者眼睛的近光感受器細(xì)胞內(nèi)。

這項(xiàng)最新實(shí)驗(yàn)名為“光明”（BRILLIANCE），由美國俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)遺傳性視網(wǎng)膜疾病專家馬克·彭勒斯與美國Editas Medicine公司等攜手開展，他們表示，此試驗(yàn)旨在測試該基因編輯技術(shù)移除導(dǎo)致LCA10的基因突變的能力，具有里程碑意義。

黑洞碰撞概念圖。圖源/Science Photo Library

引力波探測器探測到了天文學(xué)家未曾想到的驚人發(fā)現(xiàn)——迄今為止我們所知的最大規(guī)模的黑洞合并事件。9月2日，《物理評論快報》和《天體物理學(xué)期刊快報》分別上線文章，介紹了這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)。

此次黑洞合并最早被發(fā)現(xiàn)于2019年5月21日，合并產(chǎn)生的引力波被美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）和意大利室女座干涉儀（Virgo）探測到，合并事件被命名為GW190521。

這是上述引力波探測器今年第二次探測到非常規(guī)的黑洞合并事件。此次合并事件中，兩個黑洞的質(zhì)量分別是太陽的85倍和66倍，合并后形成的新黑洞質(zhì)量接近150個太陽。

冷凍電鏡揭示了去鐵鐵蛋白的原子細(xì)節(jié)。圖源/PAUL EMSLEY

如果想繪制出蛋白質(zhì)最微小的部分，科學(xué)家通常需要使數(shù)百萬個單個蛋白質(zhì)分子排列成晶體，然后用X射線晶體學(xué)分析它們；或者快速冷凍蛋白質(zhì)的副本，然后用電子轟擊它們，這是一種低分辨率的方法，叫做冷凍電鏡技術(shù)。

在電子束技術(shù)、探測器和軟件進(jìn)一步的幫助下，來自英國和德國的兩組研究人員將分辨率縮小到1.25埃或更小，這已經(jīng)足以計(jì)算出單個原子的位置。

增強(qiáng)的分辨率或使更多的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家選擇使用冷凍電鏡技術(shù)。目前，這項(xiàng)技術(shù)只適用于異常堅(jiān)硬的蛋白質(zhì)。下一步，研究人員將努力在剛性較小、較大的蛋白質(zhì)復(fù)合物（如剪接體）中達(dá)到類似清晰程度的分辨率。相關(guān)論文于10月21日發(fā)表在《自然》。