《科学》公布2019年度十大突破，首张黑洞照片摘下桂冠！_风闻

近日，《科学》杂志公布2019年度十大突破，由事件视界望远镜（EHT）拍摄的第一张黑洞照片被评为最重要的年度突破。

让我们“看到”黑暗

本图模拟了在Messier87中心黑洞周围旋转的物质，它们正以不同波长散发辐射。围绕黑洞阴影的明亮光环在阴霾中闪耀，从它的极点发出一股强大的绿色喷射流

巨大的黑洞无处不在，有些甚至像我们的太阳系一样大，我们却未曾看见。但它们的引力对周围物体的影响，以及它们碰撞时发出的引力波，都揭示了它们的存在。四月，一个国际无线电天文学家小组发布了一个黑洞“影子”的特写图像，它的样子像黑暗的心，周围是光子所形成的光环。荷兰尼梅根拉德布德大学的海诺•法尔克（Heino Falcke）是制作这张照片的团队成员，他说，照片第一眼的感觉就像“看着地狱之门”。

对天文学家来说，这张图片是数十年来围绕这个“看不见的神秘天体”的理论工作的验证。斯坦福大学的天体物理学家罗杰•布兰福德（Roger

Blandford）说：“我仍然有点震惊。我不认为在此之前会有人想象出这个标志性的形象。”事实上，很少有天文学家认为这样的图像甚至是可能的。根据定义，黑洞不会发光。当它们就像星系中心一样有了巨大的质量时，气体、尘埃和恒星就会被它们的极端引力搅动，形成一道额外的屏障。

但20年前，少数天文学家开始怀疑，接近巨型黑洞边缘的热旋是否会使其可见。边缘会以很多波长发光，其中毫米波可以穿透围绕星系中心的气体和尘埃。随着技术的发展，一种称为超长基线干涉测量（VLBI）的技术与射电天线的数据结合，模拟出一个巨型望远镜，更详细地揭示了遥远的物体。接收器、天线设计和数字技术的改进使无线电天文学家能够捕获毫米波。通过观察这些波长，科学家们在尝试找出黑洞的细节。

银河系中心有一个具有400万倍太阳质量的黑洞，称为射手座A+，是已知距离地球最近（26000光年）的黑洞。

大约十几年前，美国科学家就曾使用望远镜观察到Sgr

A+附近过热气体的细节。望远镜还瞥见了第二个潜在的目标：附近星系Messier87中心的一个超大质量黑洞。虽然Messier87距离地球的距离是Sgr

A+的2000倍，但其质量却是后者的1000多倍，因此两个黑洞在天空中看起来大小大致相同。随着观测开始有了成果，资助机构开始介入，事件视界望远镜（EHT）诞生了。

事件视界不仅仅是望远镜，而是一个包含了200多名来自世界各地的科学家的机构。EHT的成员必须在自己的设备上安装高数据速率的数字处理器和原子钟，以使仪器能够使用VLBI技术。真正的转折点出现在当EHT引入阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列

（ALMA）时。迄今为止最大的毫米波观测台在智利北部沙漠山脉中，有66个望远镜组成。该观测台允许EHT团队进入并花了几年时间改进设计，引入ALMA使EHT的灵敏度提高了10倍。

Messier87星系中心黑洞的图像

2017年4月开始，团队进行了10晚的大型观测。ALMA与美国、墨西哥、智利、西班牙和南极的另外七个天文台一起，对Sgr A+和Messier87+进行了连续的夜间曝光。

不同的团队在德国和美国的数据中心并行工作，使用几种不同的方法校准和处理数据，其他团队则独立检查结果，以避免对结果产生偏见。团队开始并行处理Sgr

A+和Messier87+。随后，该团队展示了Messier87+的图像。这张著名的黑洞轮廓迅速成为全球头版新闻报道，也成为美国国家科学基金会网站历史上下载量最多的图片。

对于黑洞理论家来说，图像模糊是意料之中的，但这已经代表了对于黑洞理论的肯定。根据爱因斯坦广义相对论对重力的描述，预测黑洞的阴影应该是圆的，Messier87的图像基本上证实了这一预测。这使得科学家们排除了一些试图取代相对论的替代引力理论。

而对广义相对论的最佳验证可能来自Sgr A+的图像，该团队希望在2020年完成它的拍摄。与Messier87+相比，研究人员对Sgr A+的质量、大小和距离拥有更精确的数据。

进一步的观测结果将使用更短的波长：0.86毫米，而目前使用的是1.3毫米。

布兰福德说，“今年的胜利仅仅是这个研究项目的开始，而不是高潮。”

其余9项年度突破

将丹尼索瓦人复活在我们面前

艺术家对一位来自西伯利亚的丹尼索瓦女孩的画像，基于一种从DNA推断身体特征的新方法

将近40年前，一位佛教僧侣在青藏高原边缘的石窟发现了一块奇怪的人下颌骨。他把它给另一个和尚，最终这块骨头被捐赠给了学者。今年五月，科学家们使用一种分析古代蛋白质的新方法，鉴定出这个奇怪的下颚属于丹尼索瓦人。这个神秘的人类祖先分支生活在大约5万年前的亚洲，大约与尼安德特人的时间相同。

这项工作的进展，预示着一场潜在的“蛋白质革命”，让我们更好地了解我们祖先的生活。

量子霸权

谷歌量子处理器的芯片

今年十月，谷歌的物理学家声称量子时代来临。他们使用量子计算机来计算普通计算机无法计算的东西，达到了一个被称为量子霸权的里程碑。但是距离制造出一台能够解决实际问题的量子计算机可能还要几十年。

传统计算机操作以位对信息进行编码，位可以被设置为0或1。量子计算机则使用可同时设置为0、1或同时为0和1的量子位，使得量子计算机可以比传统计算机更快地计算大量数据。这将使量子计算机有能力破解当前的互联网安全协议。

谷歌的研究人员说，他们朝着量子计算机的运行迈出了关键的一步。研究小组说，比较显示，量子计算机在200秒内能够计算出超级计算机需要1万年的时间才能算出的结果。

量子计算的时代也许已经来临，但我们可能仅处在等待早餐的阶段。

使用微生物治疗营养不良

改善肠道微生物的补充剂对孟加拉国婴儿来说可能是救命良方

每年有数百万严重营养不良的儿童未能完全康复，即使在吃饱后仍然发育迟缓，经常生病。一项研究指出了根本原因：肠道微生物不健全。今年，一个国际团队在这项研究的基础上，提出了一种低成本、易于获得的补充剂，可以优先刺激有益肠道细菌的生长。

补充剂在试验中表现良好，更大规模的临床试验目前正在进行中。

小行星撞击地球的痕迹

墨西哥尤卡坦半岛的撞击坑形成的模拟示意图

在6600万年前一颗巨大的小行星撞击地球之后，世界上包括恐龙在内的76%的物种都消失了。但是，他们究竟是如何和何时死亡的，以及生态系统恢复的速度如何，目前还不清楚。现在，根据从墨西哥尤卡坦半岛撞击现场提取的沉积岩芯，以及美国发现的一些丰富的化石，正将灾难发生的现场还原。

最遥远的特写

太阳系早期残骸Arrokoth

去年，它只是一个黑色空间里小小的灰点，现在它的名字是Arrokoth。今年的第一天，美国宇航局“新地平线”号宇宙飞船在距地球约66亿公里的位于海王星以外的MU69区域穿过，天文学家们由此发现了数千个潜伏在区域中的物质，他们认为这些天体自从太阳系早期以来几乎没有改变过。

Arrokoth_MU69的官方名称源于“天空”一词，该天体由两个原始的类似于块状煎饼的行星组成。到2020年底，飞船也许能够完成对Arrokoth的全部观测。

填补生命进化“缺失环节”的微生物被发现

花了12年时间培养出的触角状深海微生物

今年，微生物学家在解决真核生物起源的研究方面迈出了重要一步。真核生物群包括人类在内的所有植物和动物。经过12年的努力，日本的一个研究小组成功地从深海沉积物中培养了一种神秘的微生物，并对它的基因组进行了测序。这个微生物或许能让我们找到所有人的最终的祖先。

治疗囊性纤维化的基因药物的研发

在细胞表面产生囊性纤维化的有缺陷的CFTR蛋白模型

10月，科学家取得了基因药物的一个里程碑：对囊性纤维化（CF）的治疗获批。这种治疗可以让约90%的CF患者从一种渐进性疾病转变为一种更易于治疗的慢性疾病。

埃博拉患者的希望终于到来

在刚果持续的埃博拉疫情期间，一名卫生工作者正穿上防护装备

1976年，一种新的病毒出现在了刚果民主共和国的雨林中。自那时以来，这种病毒的名称一直是致命、不治之症感染的代名词：埃博拉。今年，这种情况开始改变。

科学家们最终确定了两种药物，可大幅降低该病的死亡率。两种抗体中，一种是从1996年埃博拉疫情的幸存者身上分离的，另一种是具有人体化免疫系统的小鼠产生的三种抗体的组合。在一项随机试验中，将四种不同的药物相互比较，接受上述两种抗体药物的患者中约有70%存活下来，而服用其他两种药物的患者中这一比例为50% 左右。

在埃博拉出现40多年后，世界终于为应对该病毒做好了更充分的准备。

扑克也被人工智能攻陷

AI “赌神”

今年，人工智能程序击败了一些世界上最优秀的多人扑克玩家。这一具有里程碑意义的结果标志着人工智能首次在多人比赛中获胜。

AI一直以惊人的速度在游戏中击败人类。2007年，计算机科学家开发了一个程序，攻克了跳棋。2016年，AlphaGo震惊世界。

而扑克是一个更大的挑战，因为玩家看不到对手的牌，因此获得的信息是有限的。卡内基梅隆大学的计算机科学家在8月份宣布，通过1万亿次的对局，他们的AI程序Pluribus在多人游戏中已经超过世界级的玩家。

与此同时，《科学》还总结了年度“四项倒退”事件。

亚马逊森林大火

8月27日亚马逊森林火灾

今年，大火吞噬了数千平方公里的亚马逊森林，许多人指责巴西新总统约尔•博尔索纳罗的政策是煽动这场大火的原因。自今年1月就任总统以来，博尔索纳罗一直在推动亚马逊地区的农业发展，并削减了环境保护预算。火灾发生后，博尔索纳罗指责非政府组织制造了火灾，并称毁林数字是“谎言”。

麻疹死灰复燃

萨摩亚的儿童正等待接种麻疹疫苗

麻疹今年卷土重来，在世界各地频繁出现。贫困、流离失所、冲突、无效疫苗都是让病毒死灰复燃的因素，该病毒在2018年造成约14万人死亡，但讽刺的是——它明明有一种非常有效的疫苗。

鸟类数量锐减

一些我们熟悉的物种正在减少

研究表明，自1970年以来北美鸟类的数量下降了近30%，麻雀等常见鸟类数量也发生了下降。这使人们担心，许多曾经非常常见的物种可能会面临灭绝。

气候变化危机加剧

格蕾塔•桑伯格在纽约市的一次集会上发表讲话，要求对气候变化采取行动

许多民意调查显示，越来越多的人认为气候变化是在真实发生的，政府应该采取措施来解决它。但是，这种公众舆论的转变并没有导致国家层面的行动——特朗普政府今年取消了几项关键的气候变化法规。澳大利亚和北美发生了大型火灾，太平洋的珊瑚白化，以及欧洲的致命热浪，使得气候变暖的代价变得不容置疑。各国政府未能遏制全球温室气体排放，引发了世界范围的抗议。