2024年是一个充满挑战的一年，但科学家们在天文台、实地研究和实验室中取得了一些重要发现。其中一些发现可能使我们更健康，而另一些则扩展了我们对宇宙的认知边界。
月球远端的岩石样本
月球远端始终背对着地球，其表面与我们熟悉的近端截然不同。飞越任务显示，远端的表面更轻、陨石坑较少且地壳更厚。中国在2019年首次成功着陆月球远端，2024年，中国的嫦娥六号探测器钻入地下并带回了两公斤的岩石和土壤样本。这些样本有助于科学家重建地球的形成过程。中国的进取计划也点燃了与美国的新一轮太空竞赛。NASA的载人登月计划推迟至2027年，而中国计划于2030年实现载人登陆。
预防HIV的药物
经过近40年未能开发出有效的HIV/AIDS疫苗后，科学家们找到了一种每年只需注射两次即可阻断感染的药物。2024年在南非和乌干达进行的一项临床试验显示，在2134名女性和女孩中，该药物的有效率为100%。对照组中的女孩和年轻女性接受了现有的预防药物（PrEP），这种药物需要每天服用一片。虽然PrEP在旧金山几乎消除了新的HIV病例，但在非洲，由于社会偏见，女性很难定期服用该药物。吉利德公司生产的这种新药物lenacapavir被《科学》杂志评为2024年度突破。该药物预计将于2025年中期获得批准，但其价格和可及性仍不确定。
人工智能探索人类心理
人工智能正在颠覆各个科学领域，尤其是社会科学。研究人员利用大型语言模型研究人类思维方式，并探索如何让我们思考得更聪明。一项9月份发表的研究中，心理学家训练了一个AI聊天机器人说服阴谋论者考虑他们可能是错的，结果令人惊讶——人们放下了关于外星人登陆或生物武器控制人口增长等阴谋论的信念。另一项研究表明，医生在AI建议正确诊断后仍然坚持错误诊断。当与ChatGpt-4进行诊断比赛时，AI正确诊断了90%的病例，而医生仅正确诊断了74%。当医生与AI合作时，正确率提高到76%，但仍不如AI单独表现。这表明医生在培训中需要改进如何利用AI，同时AI也需要更好地帮助医生。
探测遥远的海洋世界
10月14日，耗资50亿美元的“欧罗巴快船”号飞船启程前往木星的卫星欧罗巴，这是太阳系中最有可能存在外星生命的地点之一。欧罗巴表面覆盖着厚厚的冰层，温度从未超过-120°C，但之前的飞越任务揭示了其地下可能存在大量液态水，偶尔还会喷发到表面。科学家估计，欧罗巴的水量约为地球所有海洋总和的两倍，由木星巨大的潮汐力产生的摩擦热维持温暖。当飞船于2030年到达时，它将进行多次飞越，使用仪器探测可能作为营养物质的分子，并绘制冰层和海洋的地图。如果结果有希望，后续可能会派遣着陆器。
詹姆斯·韦伯望远镜重新计算宇宙膨胀
今年，詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）揭示了更多遥远宇宙的细节。芝加哥大学天文学家温迪·弗里德曼表示，JWST观测到的遥远星系中，星星“冒出来”的地方，哈勃望远镜只能看到模糊的斑点。这使她能够重新计算宇宙膨胀的速度。这一研究旨在解释宇宙为何膨胀以及我们的未来命运——是戏剧性的坍缩还是逐渐消散。科学家还回顾了宇宙“黎明期”，当时宇宙年龄仅为现在的1%，所有星系和恒星首次从原始气体中形成。他们宣布捕捉到了迄今为止最遥远的星系，它出现在130多亿年前。科学家曾在2001年使用哈勃望远镜确定了膨胀速率，但与大爆炸遗留辐射（即宇宙微波背景）测量结果不符。弗里德曼团队使用JWST的新测量结果与这种辐射行为相符。她因此被《自然》杂志评为年度十大科学家之一。
44岁和60岁的衰老突变
为了对抗衰老的影响，遗传学家迈克尔·斯奈德及其同事从108名志愿者身上采集了血液和其他生物样本，监测了135,239个微生物和分子的不可见变化。结果显示，当人们44岁和60岁时，会出现突然的分子级变化。这些变化表明肌肉质量减少、心脏健康恶化以及代谢脂肪、酒精和咖啡因的能力下降。60岁左右的变化还表明免疫系统退化。最初，研究人员认为44岁的变化与女性围绝经期有关，但数据显示男性也经历了相同的变化，这意味着这种衰老突变独立于女性围绝经期或男性也有类似现象。斯奈德表示，这些变化可以成为干预措施的目标，帮助人们更长时间保持健康，并最终延长人类寿命。
深时气候重建
一项新的地球气候重建研究表明，地球气候在过去数亿年间剧烈波动。科学家在1990年代震惊世界的千年气温图显示，20世纪气温急剧上升。此次重建追溯到4.85亿年前，那时还没有恐龙、森林和鱼类。数据显示，过去4.85亿年间，气候在“温室期”（全球温度比现在高约30°F）和不稳定的“冰室期”之间波动，后者包括冰河期和较温和的阶段。有时，生物适应了最热的时期，如河马和热带棕榈迁移到北极。当气候变化迅速时，化石记录显示80%至90%的物种灭绝，但生命从未完全消失。研究人员表示，这项研究为验证气候模型提供了有用测试，结果与基于测量的近似值相符。因此，未来还将出现更陡峭的变暖趋势。
年度健康警报：大脑中的塑料
我已经努力减少使用塑料，但新的一年可能会给我更多动力。我不喜欢塑料，但我喜欢用塑料包装的食品和饮料带来的便利。塑料无处不在，渗入自来水、肉类、家禽和海鲜中。今年几项令人不安的研究显示，塑料颗粒正在我们体内器官中积累。在小鼠实验中，微塑料损害雄性生育能力、学习和记忆。我们不知道这些颗粒对人体的具体影响，但肯定不是好事。一项研究发现，动脉斑块中含有塑料，且塑料含量越高，中风或心脏病发作的风险越高。一篇综述文章将塑料与氧化应激联系起来，后者与衰老有关。真正让我感到恐惧的是去年夏天发布的一项预印本研究，显示微塑料可能在我们的大脑中积累。研究人员在91名死者的尸检中发现，他们的大脑中储存的微塑料量是其他器官的20倍。患有阿尔茨海默病的人大脑中含有的塑料比意外死亡或暴力死亡的健康人大得多。
对抗死亡和痴呆的最佳职业
今年发布的两项研究提供了一些关于谁最有可能推迟认知衰退和战胜死神的线索。一项发表在《英国医学杂志》圣诞特刊上的研究使用CDC统计数据表明，救护车司机和出租车司机患阿尔茨海默病的风险低于其他职业。另一项夏季发布的研究比较了男性职业运动员，发现撑杆跳和体操运动员寿命最长，排球运动员则出乎意料地短命。体育研究的主要作者告诉我，撑杆跳和体操运动员的训练方式可能有益，许多寿命较短的运动员从事容易受伤的运动，特别是头部受伤。出租车研究让科学家兴奋不已，因为它让人想起2000年的一项有趣发现：伦敦出租车司机的大📐海马区比普通人发达，这与记忆和导航技能有关。当然，那时他们还不使用GPS。
量子计算的重大进展
直到今年，量子计算一直是遥不可及的梦想技术。然而，进展比预期更快。几个研究团队解决了主要障碍之一——错误问题。量子比特（qubit）是信息存储单元，它们易出错，导致串联后错误率增加。如果最新的乐观预测成真，量子计算机将能处理现实世界的复杂性，做出以往无法实现的预测，例如实验药物在人体中的效果或新材料的应力承受能力。普通计算机使用比特（bit）存储信息，值为0或1，而量子比特可以取任何中间值。量子比特可以由超冷物质或激光限制的原子组成。去年夏天，微软、加州初创公司Quantinuum和谷歌宣布取得进展，能够串联量子比特以降低而非增加错误率。谷歌进一步扩展了纠错功能，连接了105个量子比特的芯片“Willow”，本月在《自然》杂志上宣布。销售亮点是Willow可以在五分钟内解决一个超级计算机需10的七次方年才能完成的测试问题。尽管该测试问题并无实际用途，专家表示，真实世界的问题更为复杂。但如果一切顺利，量子计算可能在未来十年内实现，或许到2030年。
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