由中国科学院、中国工程院学术局、中国工程院办公厅、中国科学报主办，腾讯集团发展研究办公室协办的，由中国科学院、中国工程院院士评选的2020年中国和世界十大科技新闻于2021年1月20日在北京揭晓。
2020年中国十大科技新闻
1.嫦娥五号探测器完成我国首次地外采样返回之旅，科学研究开始
嫦娥五号着陆器与上升器组合体着陆后全景相机拍摄照片。来源：国家航天局
11月24日凌晨4点30分，我国成功发射嫦娥五号月球探测器，并于12月1日晚在预选着陆区成功着陆。在完成月壤采样后，嫦娥五号上升器于12月3日从月面起飞，嫦娥五号返回器于12月17日凌晨1点59分在内蒙古四子王旗指定区域成功着陆，标志着我国首次地外采样返回任务圆满完成。
随后，重达1731克的嫦娥五号样品移交给中国科学院，将在位于国家天文台的“月球样品实验室”进行保存、处理和分析，正式启动月球样品和科学数据的应用与研究。
嫦娥五号任务是我国最复杂、技术水平最高的航天系统工程，对于我国提高航天技术水平、完善月球探测工程体系、开展月球科学研究、组织后续月球和星际探测任务具有重要的里程碑意义。
2.最后一颗北斗三号全球组网卫星成功发射，北斗全球系统星座部署完成
发射现场图片来源：胡旭杰 摄
6月23日上午9时43分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射北斗系统第55颗导航卫星、北斗三号最后一颗全球组网卫星。
此次发射的北斗导航卫星和配套运载火箭分别由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院和中国运载火箭技术研究院研制，中科院微小卫星创新研究院等多家科研院所全程参与研制建设。
这是长征系列运载火箭第336次飞行。在测控、地面运控、星间链路运行管理、应用验证等系统的有力支撑下，此前发射的在轨卫星已全部实现入网。至此物理学家技术难题，北斗三号全球卫星导航系统星座部署提前半年全面完成。
3、深海潜水再获突破：我国无人、载人潜水器取得新突破
“海斗一号”来源：中科院沈阳自动化研究所
6月8日，由中国科学院沈阳自动化研究所研制的“海斗一号”全海深自主遥控潜水器搭载“探索一号”科考船海试归来。本次航行，“海斗一号”在马里亚纳海沟实现近海底自主航行探测和沉底作业，最大下潜深度10907米，填补了我国万米级作业型无人潜水器的空白。
“奋斗者”。图片来源：中船702所
11月28日，由中国船舶工业集团第七0二研究所设计建造、中国科学院深海科学与工程研究所等多家科研机构联合研制的“奋斗者”号载人潜水器随“探索一号”科考船顺利归来。
“奋斗者号”成功着陆马里亚纳海沟，创下中国载人深海潜水10909米的新纪录，标志着我国在深海载人潜水领域已达到世界领先水平。此外，还将有利于科学家认识深海生物、矿藏、海山火山岩的物质组成和来源，以及深海海沟对气候的调节作用。
4.我国首次实现深海甲烷水合物水平井钻探开采
蓝鲸二号平台 来源：中国地质调查局
3月26日，自然资源部召开视频会议通报我国海域天然气水合物第二轮试采成果。会上透露，此轮试采日前获得成功，超额完成目标任务。天然气水合物通常被称为可燃冰。此次在南海神狐海域1225米水深试采，创造了“总产气量86.14万立方米、日均产气量2.87万立方米”两项新的世界纪录。
本次试生产中，科研人员还自主研发了一套实现天然气水合物勘探开采产业化关键技术与装备体系，创建了独特的环境保护监测系统，自主创新了环境风险防控技术体系。
此次试采掌握了深海浅软地层水平井钻井核心技术，实现了由探索性试采到试验性试采的重大跨越，取得了工业化进程的标志性成果，我国也成为世界上第一个利用水平井钻井技术在海域试采天然气水合物的国家。
5. 科学家在小麦中发现了治疗癌症的方法
小麦被镰刀菌侵染 来源：山东农业大学孔令让团队
小麦赤霉病是世界范围内一种毁灭性极强、防治难度较大的真菌病害，被称为小麦的“癌症”。山东农业大学农学院教授、山东省现代农业产业技术体系小麦创新团队首席专家孔令让团队首次从小麦近缘植物长刺麦草中克隆出赤霉病主要抗性基因Fhb7，并成功将其转移到小麦品种中，首次明确和验证了其在小麦抗病育种中不仅对赤霉病具有稳定抗性，还具有广谱的解毒功能。相关研究成果4月10日在杂志在线发表。
目前，已有30多家单位利用抗赤霉病种质材料开展小麦抗赤霉病遗传改良网校头条，并在山东、河南、江苏、安徽等地进行了大面积试验，取得了良好效果。上述成果找到了解开赤霉病世界难题的“金钥匙”。
6. 科学家达到“量子计算霸权”里程碑
光子量子干涉：左下为输入光学部分，右下为锁相光路，上部输出100个光学模式，通过低损耗单模光纤连接到100个超导单光子探测器。图片来源：中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳团队
中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等人与中科院上海微系统与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心科研人员合作，建成了76光子量子计算原型机“九章”，实现了具有实用前景的“高斯玻色子采样”任务的快速求解，使我国成功实现了量子计算研究的第一个里程碑——量子计算优越性，为实现可求解具有重大实用价值问题的大规模量子模拟器奠定了技术基础。相关成果12月4日在杂志上在线发表。
7. 科学家重建3亿年来地球生物多样性变化的历史
古生代海洋生物多样性曲线与重要演化事件 图片来源：南京大学
生命起源与进化是世界十大科学谜团之一，地球上曾经生存过的99%以上的生物现已灭绝，通过化石记录重建地球生物多样性变迁历史是了解人类现今居住的地球生物多样性现状及发展趋势的重要途径。
南京大学范俊宣教授、沈树忠院士通过构建大规模数据库、自主研发人工智能算法、利用天河二号超级计算机取得突破物理学家技术难题，获得了世界首张古生代3亿年海洋生物多样性变化高精度曲线，其分辨率比国际同类研究高出400倍。
新曲线准确刻画了地质史上几次重大生物灭绝和辐射事件及其与环境变化的关系。该成果于1月17日以长篇研究论文的形式发表在《科学》杂志上。
8.我国最高参数“人造太阳”建成
中国托卡马克-2M装置 图片来源：中核集团西南核物理研究院
我国新一代受控核聚变研究装置“中国托卡马克实验堆二号M”（HL-2M）12月4日在成都正式建成并出堆，标志着我国正式进入全球受控核聚变研究前列。HL-2M将进一步加快人类探索未来能源的步伐。
该项目由中核集团西南核物理研究院自主设计建造。据悉，该装置是我国目前规模最大、技术最先进的托卡马克装置，是我国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置。它采用更加先进的结构和控制手段，等离子体体积是现有国产装置的两倍以上，等离子体电流容量提高到2.5兆安以上，等离子体离子温度可达1.5亿摄氏度，可实现高密度、高比压、大自举电流运行，是我国核聚变能发展跨越式发展的重要支撑装置，也是我国消化吸收ITER技术不可或缺的平台。
9. 科学家解决了 20 多年未解的几何难题
解说图片来源：中国科学技术大学
中国科学技术大学陈秀雄教授、王兵教授发表的关于高维凯勒-里奇流收敛性的论文，首次破解了哈密顿—田猜想和偏零阶估计猜想——这两个是几何分析领域20多年来一直未能解决的核心猜想。
相关成果于11月初发表在《微分几何》杂志上。据了解，该论文长达120多页，从投稿到正式发表历时6年。论文引入了许多新的思想和方法，对几何分析，特别是Ricci流的研究产生了深远影响。
据悉，该论文是几何分析领域的重大突破，可能推动许多相关工作。
10.机器学习模拟亿万原子：中美团队获高性能计算应用领域最高奖项2020年戈登贝尔奖
机器学习+物理模拟+高性能计算=新科学范式 图片来源：贾维乐
11月19日下午，由中国科学院计算技术研究所贾伟乐副研究员、中国科学院欧伟南院士、北京大数据研究所张林峰研究员及其合作者共同完成的申请成果，荣获国际高性能计算应用领域的最高奖项——戈登贝尔奖。
该项工作在国际上首次采用智能超算与物理模型相结合的方式，使科学计算由传统计算模型走向智能超算。
据悉，第一性原理分子动力学以高精度和算法复杂度著称，长期以来其计算的空间和时间尺度受到算法和算力的限制，即便使用目前世界上最快的超级计算机，也只能计算数千个原子尺度的系统。
该成果通过高性能计算和机器学习，将分子动力学的极限提高了几个数量级，达到了数亿个原子的系统规模，同时仍保证了“从头算（ab）”的高精度，模拟时间尺度比传统方法提高至少1000倍。
据了解，基于深度学习的分子动力学模拟通过高性能计算与机器学习的有机结合，将精准的物理建模带入更大规模的材料模拟中，有望在未来在解决力学、化学、材料、生物乃至工程等领域的实际问题中发挥更大的作用。
2020年全球十大科技新闻
1. 迄今为止最全面的癌症基因组分析
人类乳腺癌细胞 图片来源：CECIL H. FOX
2月5日，英国威康基金会桑格研究所宣布，一个国际团队完成了迄今为止最广泛的癌症全基因组分析，这将有助于研究人员深化对癌症的了解，为研发更有效的治疗方案铺平道路。
该项目名为“泛癌计划”，由来自37个国家的1300多名科学家合作开展，旨在研究导致癌症的突变基因，并绘制出这些基因的完整图谱。该团队分析了38种不同类型肿瘤的2658个全基因组，获得了丰富的癌症研究基因数据。
相关成果当天以20余篇系列报告的形式在《自然》杂志及其子期刊上发表。
2. 人工叶绿体研制成功
在这些 90 微米的液滴内部，叶绿体中的类囊体利用阳光将二氧化碳转化为有机化合物。
图片来源：T.
德国马克斯·普朗克陆地微生物研究所和法国波尔多大学的研究人员于5月8日在《科学》杂志上发表了一篇文章，他们将菠菜的“采光装置”与来自九种不同生物的酶结合起来，制造出人造叶绿体。这种叶绿体可以在细胞外工作，收集阳光，并利用产生的能量将二氧化碳转化为富含能量的分子。
研究人员希望，他们增强的光合作用系统最终能够将二氧化碳直接转化为有用的化学物质，或者使转基因植物从大气中吸收的二氧化碳量是普通植物的10倍。
这种新的光合作用方法可能为转基因作物打开大门，创造出比现有作物生长更快的新品种，这对世界人口激增的农业来说是一种福音。
3.人工智能首次成功解析蛋白质结构
蓝色代表计算机预测的蛋白质结构，绿色代表实验验证结果，两者十分相似。
生物学面临的最大挑战之一——确定蛋白质的三维结构——现在可能得到解决，这要归功于谷歌旗下一家人工智能公司开发的深度学习程序，该程序可以准确预测蛋白质的三维形状。
长期以来，人们需要通过实验来确定完整的蛋白质结构，而这些方法往往需要数月甚至数年的时间。而现在，人工智能也能够在几天甚至半小时内给出准确的预测。
11月30日，该项目在蛋白质预测结构挑战赛CASP中从100多个团队中脱颖而出。该项目将深度学习与张力控制算法相结合，并将其应用于结构和遗传数据。深度学习网络使用17万种已解析的已知蛋白质进行训练。
研发团队表示，他们将继续进行训练，以更好地分析更复杂的蛋白质结构。
4. 新型催化剂将二氧化碳转化为甲烷
一种新型催化剂为利用可再生能源生产甲烷带来了希望。
图片来源：
研究人员一直在尝试模仿光合作用，利用太阳能制造化学燃料。现在，美国科学家开发出一种新型铜铁基催化剂，可以利用光将二氧化碳转化为天然气的主要成分甲烷。这种方法是迄今为止最接近人工光合作用的方法。
研究人员表示，如果新催化剂得到进一步改进，将减少人类对化石燃料的依赖。这种新催化剂于今年1月在美国《国家科学院院刊》上报道。作为一种将二氧化碳转化为甲烷的光驱动催化剂，其效率和产量是有史以来最高的。
5.脑机接口技术帮助瘫痪男子恢复触觉
2010 年，伊恩·伯克哈特 (Ian ) 遭受严重的脊髓损伤后，他的运动皮层中植入了一块微芯片，该芯片将脑电信号传送到计算机来控制他的手臂，使他能够再次抓握和感受物体。
4月23日，美国巴特尔研究中心和俄亥俄州立大学韦克斯纳医学中心的研究团队在《细胞》杂志发表文章称，成功利用脑机接口（BCI）系统帮助一名瘫痪患者恢复手部触觉。
该技术可以捕捉人类无法察觉的微弱神经信号，并通过人工感觉反馈增强这些信号送回受试者的大脑，从而大大优化受试者的运动功能。
改进后的 BCI 系统成为第一个能够恢复运动和触觉功能的系统，使受试者不仅能够通过触觉感知物体，还能感知握住或拿起物体所需的压力。
6. 研究人员绘制了迄今为止最大的宇宙三维地图
右图中的二维星系在测量距离后被放置到三维星图中（左）
图片：斯隆天空
据国际物理学家组织网站7月20日报道，国际斯隆数字巡天（SDSS）项目在分析了400多万个蕴含巨大能量的星系和超亮类星体后，发布了迄今为止最大的宇宙三维（3D）结构图。
该图谱由多国科研人员绘制，是全球最大星系巡天项目斯隆数字巡天（SDSS）——扩展重子振荡光谱巡天（eBOSS）的一部分，最新成果基于全球数十家机构数百名科研人员二十余年的通力合作，耗时数年才完成。
目前的理论认为宇宙诞生于约138亿年前的大爆炸。通过理论分析和天文观测，研究人员此前对宇宙的古老历史和近期的膨胀历史有了很好的了解，但这两者之间有约110亿年的空白。研究人员表示，新成果终于填补了这一空白，是宇宙学领域的重大突破。
7.美国研究人员实现超高压下室温超导
氢、硫和碳的化合物被压在两颗钻石之间，在室温下就会变成超导体。
图片来源：ADAM
10月16日，美国研究团队在《自然》杂志上发表了研究成果，在超高压下观察到氢化物材料中的室温超导性。这一新突破让研究人员向打造极其高效的电力系统迈出了一步。近年来超导研究的进展表明，富氢材料在高压下可以将超导温度提高到-23摄氏度左右。
美国罗切斯特大学的研究人员在实验室中将实现零电阻的温度提高到15摄氏度，并在光化学合成的三元含碳硫化氢体系中观察到了这一效果，压力为2670亿帕斯卡，约为典型轮胎压力的100万倍，达到了实验中达到的最高压力值。
8. 首次使用“基因剪刀”进行直接人体实验
人类视网膜疗法首次直接用于人类，治疗患有遗传性失明的患者
一名患有遗传性失明的患者成为首位接受α-Cas9基因疗法直接人体试验的人。据英国《自然》网站3月初报道，科学家进行了首次将α-Cas9基因疗法直接用于人体的临床试验，以治疗遗传性眼病莱伯氏先天性黑蒙（LCA10）。
LCA10是导致儿童失明的主要原因，目前尚无治疗方法。Cas9被称为“基因的魔法剪刀”。在最新的试验中，这种基因编辑系统的组件将被编码到病毒的基因组中，然后直接注射到患者眼睛的近感光细胞中。
这项最新实验名为“Light”，由美国俄勒冈健康与科学大学遗传性视网膜疾病专家马克·佩纳斯和美国公司联合进行。他们表示，这次实验是测试基因编辑技术去除导致LCA10基因突变的能力的里程碑。
9. 引力波探测器发现迄今为止最强大的黑洞合并
黑洞碰撞概念图 图片来源：Photo
引力波探测器探测到天文学家从未预料到的惊人现象：迄今为止已知的最大黑洞合并事件。9 月 2 日，《物理评论快报》和《天体物理学杂志快报》刊登文章介绍这一发现。
此次黑洞合并事件于2019年5月21日首次被发现，合并产生的引力波被美国激光干涉引力波天文台（LIGO）和意大利室女座干涉仪（Virgo）探测到，并命名此次合并事件。
这是引力波探测器今年第二次探测到非常规黑洞合并事件，此次合并中两个黑洞的质量分别为太阳的85倍和66倍，而合并后形成的新黑洞质量接近150个太阳。
10. 低温电子显微镜突破原子分辨率障碍
低温电子显微镜揭示了脱铁铁蛋白的原子细节图片来源：PAUL
为了绘制蛋白质最微小部分的图像，科学家通常需要将数百万个单个蛋白质分子排列成晶体，然后使用X射线晶体学对其进行分析；或者快速冷冻蛋白质的副本，然后用电子轰击它们，这是一种称为低温电子显微镜的低分辨率方法。
在电子束技术、探测器和软件的进一步帮助下，英国和德国的两支研究团队将分辨率缩小到 1.25 埃或更低，足以计算出单个原子的位置。
分辨率的提高可能会让更多的结构生物学家使用低温电子显微镜。目前，该技术只适用于异常刚性的蛋白质。接下来，研究人员将努力在刚性较小的较大蛋白质复合物（如剪接体）中实现类似的清晰分辨率。该论文于 10 月 21 日发表在《自然》杂志上。