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在这个创纪录的高温年份，我们看到了令人惊叹的极光、一张大脑地图、一场登革热疫情、第一次看到月球背面的岩石、一场人工智能能源争夺战等等。
今年，全球近一半的人口将前往投票站投票，政治消息占据了许多新闻头条。但科学家和自然界也设法吸引了公众的注意力。在这里，我们将介绍2024年一些最引人注目的研究相关事件和发现，以及我们期待在未来一年看到的一些研究和政策举措。
天空展示
今年的天文事件促使许多人仰望天空，太阳占据了中心位置。
4月，数百万人停下来观看“北美大日食”。日全食每一两年发生一次，但这次日全食是十多年来在陆地上可以看到的最长的日全食，它的阴影投射在北美上空。这场展览主要是作为一场公共奇观而引起人们的兴趣，但公民科学项目也有助于收集数据，例如，有助于完善太阳活动模型。
天文观测者今年也被极光惊呆了，这要归功于11年一次的太阳磁极翻转周期所导致的太阳活动的自然高峰。格拉斯哥大学的太阳物理学家林赛·弗莱彻说，虽然从太阳黑子的数量来看，这次太阳活动的高峰期看起来并不特别强烈，但“与上一个周期相比，大耀斑的数量比我们预期的要多得多。这很令人兴奋。”5月份的大耀斑造成了20多年来到达地球的最大太阳风暴，10月份更多的大耀斑给天空带来了明亮的光线。
极光的上一个戏剧性年份是两个周期前的2003年。当时，我们还没有能够轻松捕捉极光颜色的普及手机摄像头，也没有像脸书这样的社交媒体网站来传播新闻。但该节目将继续：预测显示，太阳活动高峰期将持续到2025年初。
除了这些太阳烟花，太阳物理学家还有一些新的数据值得期待：今年圣诞节前夕，美国宇航局的帕克太阳探测器将比以往任何时候都更接近太阳，距离太阳表面380万英里。这些研究有助于天文学家更好地了解太阳活动，这些活动会导致极光和太空天气，从而损坏电气设备。
大脑的全图
10月，科学家们发表了第一份复杂（虽然很小）大脑的完整图谱：果蝇黑腹果蝇的大脑，这是生物研究中研究最多的动物之一。新的“连接组”绘制了14万个神经元之间的连接图，为大脑不同区域的作用提供了新的见解。
人脑是一个更大的挑战，它有超过800亿个神经元。但科学家们已经开始了研究。今年5月，谷歌的研究人员公布了半粒米大小的一小块人脑的3D图像，其中包含大约16000个神经元。这为去年欧盟人脑项目创建的高分辨率大脑结构图谱增加了新的内容。
人工智能（AI）算法正在帮助处理这些数据繁重的任务。在寻求更好地理解大脑工作原理的同时，这些项目旨在解决人类精神疾病的奥秘，或绘制出脑损伤后更好的康复路径 —— 在此过程中，也可能有助于改进人工智能。
热地球
毫无疑问，2024年将再次打破高温记录，全球平均气温首次超过工业化前平均水平1.5摄氏度。夏季高温带来了地球上第四次也是最广泛的全球珊瑚白化事件，影响了全球约75%的珊瑚。
地球变暖会带来极端天气：墨西哥湾异常的高温助长了超强飓风，西班牙瓦伦西亚在10月份的8小时内降雨量超过了一年的降雨量，引发了致命的洪水。劳伦斯伯克利国家实验室研究气候政策的能源经济学家安德鲁•萨奇韦尔（Andrew Satchwell）表示：“紧迫性是显而易见的。”
全球二氧化碳排放量似乎在2023年开始趋于平稳，但2024年排放量再次上升。世界尚未走上实现《巴黎协定》旨在限制气候变暖的目标的轨道。相反，目前的政策和行动似乎注定会让世界到2100年升温2.7摄氏度。不过，一些政策举措已开始显现效果。例如，在美国，来自《通货膨胀削减法案》（Inflation Reduction Act）的大量资金从2024年开始流向该国的能源去碳化。“我认为我们已经看到了一个转折，”萨奇韦尔说。
追踪甲烷 —— 一种更强大但寿命更短的温室气体 —— 排放的努力揭示了一些令人不快的意外。例如，对美国油气生产过程中甲烷排放量进行的最大规模调查显示，实际排放量约为政府估计的三倍。2024年的一份报告强调了令人担忧的大规模甲烷泄漏的增加，包括在哈萨克斯坦持续了6个多月的破纪录的井喷。
应对痴呆症
今年，几个研究小组在针对阿尔茨海默病的简单廉价血液检测方面取得了重大进展，阿尔茨海默病占全球5500万痴呆症病例的三分之二左右；英国血液生物标志物挑战赛希望在五年内将痴呆症的常规血液检查纳入英国公共卫生保健系统。
加州大学欧文分校记忆障碍和神经紊乱研究所（Institute for Memory impairment and Neurological Disorders）主任约书亚·格里尔（Joshua Grill）说，更广泛的诊断是治疗阿尔茨海默氏症的关键。“我们必须尽早抓住人们。”
这种疾病无法治愈，但早期患者可能会从旨在减缓其进展的新药中受益：针对阿尔茨海默氏症患者大脑中积聚的淀粉样蛋白的单克隆抗体在20年没有新的药物治疗后掀起了波澜。格里尔说：“这些积极的试验是件大事，非常受欢迎。”继lecanemab于2023年获得批准之后，Donanemab于今年在美国获得批准。
这类药物甚至可能对尚未出现记忆症状的高风险人群有效预防这种疾病；试验正在进行中，结果将在四年内公布，格里尔说。与此同时，一个痴呆症专家小组在2024年的《柳叶刀》杂志上发表的一篇报告列出了十几个简单的行动，研究表明这些行动可以帮助预防或延缓痴呆症，从使用助听器到控制胆固醇和锻炼。
随着全球人口急剧老龄化，研究困扰我们晚年的疾病是受欢迎的。2015年至2050年间，60岁以上人口的比例预计将增加近一倍，达到22%。
塑料污染恐慌
今年，当联合国代表们试图敲定一项终止塑料污染的国际条约时，塑料问题成为了人们关注的焦点。虽然他们未能按照原计划在12月达成协议，但明年他们将继续工作。
据估计，目前地球上累积的塑料有80亿吨，是所有动物重量的两倍。塑料已经渗透到我们生活的每个角落，包括我们的海洋、空气、食物、血液和母乳。为了支持条约进程，研究人员模拟了各种塑料控制政策，并对1.6万多种塑料化学品进行了分类。其中超过4200种被发现是令人担忧的，因为它们是“持久性、生物蓄积性、流动性和/或毒性的”。
英国普利茅斯大学研究塑料的海洋生物学家理查德·汤普森是“有效塑料条约科学家联盟”的负责人，他说：“我宁愿我们花时间就一个强有力的条约达成一致，而不是满足于一些没有实质内容的东西。”“就我个人而言，我仍然抱有希望；这个问题是有答案的。”他说，关键是大幅减少总产量，并使剩余的基本塑料“设计得更好” —— 例如，使用更多的可回收成分，减少有毒添加剂。
研究人员还在继续寻找更好的方法来回收或处理塑料（包括寻找真菌或细菌来完成这项工作），或者创造更多的可生物降解的版本。
人工智能得到强化
人工智能程序今年有了显著改善。像ChatGPT这样的聊天机器人的大型语言模型现在已经在许多领域超越了人类；有些甚至可以在数学奥林匹克竞赛中取得值得奖牌的成绩，并在自己领域的“防谷歌”测试中击败科学博士。这一发展浪潮引起了诺贝尔委员会的注意，与人工智能相关的发现获得了2024年的物理学和化学奖。
随着技术的进步，为人工智能提供动力的计算所需的电力和水的需求已经令人担忧地激增。华盛顿特区人工智能政策中心（Center for AI Policy）的数据科学家雅各布•克劳斯（Jakub Kraus）表示：“我们开始看到电力供应面临工业规模的挑战。”他指出，大型科技公司现在正转向核电，以满足它们巨大的能源需求。
尽管它们很聪明，但聊天机器人仍在犯严重的错误，产生虚假的事实，并使偏见永久化。滥用会导致严重的问题。人工智能生成的深度伪造在今年的选举中掀起了波澜，例如，乔·拜登（Joe Biden）的声音被克隆出来，发出虚假的电话营销电话，敦促民主党人不要在初选中投票。
今年8月生效的欧盟《人工智能法案》（European Union’s AI Act）将开始监管人工智能提供商，并确保良好的做法，比如系统工作方式的透明度。“这是向前迈出的一大步，”克劳斯说。“总体而言，美国还没有出台重大的人工智能政策方案。这种情况可能会改变。”
一条河穿过它
巴黎夏季奥运会使水污染问题成为人们关注的焦点，当时运动员们对塞纳河水质糟糕表示不满，而塞纳河本应在奥运会期间保持清洁。巴黎并不孤单。世界各地的河流越来越多地面临着污染、供水减少等问题。联合国环境规划署（UN Environment Program） 8月份发布的一系列报告发现，全球河水的分布、数量和质量发生了令人担忧的变化：例如，全球402个流域的河水流量有所下降。
这可能只是总共12572个流域的一小部分，但与15年前记录的河流减少的数量相比，这是五倍的增长。污染使情况变得更糟。2024年的一篇研究论文得出结论，在全球1万个河流流域中，约有1000个流域因缺水而面临问题，如果考虑到主要来自农业径流的氮污染，这个数字将增加一倍多，达到2500个。
疾病蔓延的危险
蚊子传播的登革热病毒今年敲响了警钟，病例数量达到创纪录的水平。美洲受到的打击最为严重，病例超过1200万例，是2023年的两倍，是过去五年平均水平的三到四倍。
今年10月，世界卫生组织启动了一项全球应对该疾病的计划。加尔维斯顿德克萨斯大学医学分院人类感染与免疫研究所所长斯科特·韦弗说，登革热很少致命。但病例的迅速增加让传染病专家摸不着头脑。韦弗说：“我担心我们不明白发生了什么。”气候变化可能是部分原因。随着全球变暖，西尼罗河病毒等其他蚊媒疾病在欧洲等温带地区呈上升趋势。
同时，麻疹也是一个紧迫的问题。这种疾病 —— 以前被称为猴痘 —— 被认为是一种主要从其他动物传播给人类的疾病，是中非和西非的地方性疾病。然后在2022年，通过密切人际接触传播的病例开始在全球范围内出现。2024年8月，刚果民主共和国爆发的疫情被宣布为国际关注的突发公共卫生事件，因为一种毒性更强、更致命的病毒（被称为“进化枝 1”）开始传播，第一例已知病例于11月在美国出现。“这非常令人担忧，”韦弗说。
在2019冠状病毒病爆发五年后，应对大流行的更好计划仍然难以实现：令人失望的是，世界卫生组织（World Health Organization）的代表今年未能就大流行应对条约达成协议。韦弗说：“我对国际合作是否会有很大改善并不十分乐观。”
月亮很重要
每年都有几艘飞船被送往月球，但2024年带来了一些特别的成功：总部位于德克萨斯州的直觉机器公司成为第一家将着陆器送上月球的商业公司，日本成为第五个这样做的国家。令人兴奋的是，中国的嫦娥六号任务带回了第一批从月球背面收集到的岩石，上面有令人惊讶的年轻火山活动的迹象。
加拿大新不伦瑞克大学的行星地质学家约翰·斯普雷说：“阿波罗任务后，人们认为月球是同质的，有一种感觉是我们‘去过那里’。我们现在知道这不是真的；它更加丰富多样。人们对我们能从月球上学到什么重新感到兴奋。”美国国家航空航天局计划从2025年的轨道任务开始，将人们送回月球进行探索。
外星人
目前还没有外星生命存在的证据，但研究人员仍在继续寻找。今年7月，美国宇航局的毅力号火星车在火星上拍到了一块有趣的岩石，上面有豹纹斑点，可能是古代微生物存在的证据。“这些斑点是一个巨大的惊喜，”毅力科学小组的天体生物学家大卫·弗兰纳里在美国宇航局的一份声明中说。“在地球上，岩石中的这些特征通常与生活在地下的微生物的化石记录有关。”
今年5月，天文学家发现了一颗行星Gliese 12b，它只比地球稍大一点，温度也比地球稍高，可能适合居住 —— 在过去30年里发现的5000多颗系外行星中，它是为数不多的类地行星之一，也是迄今为止距离地球最近的发现之一，距离地球只有40光年。
对于今年早些时候被奈飞公司（Netflix） 2024年的科幻大片《三体》（3 Body Problem）吸引的人来说，外星人可能是他们首先想到的。《三体》讲述了一个外星文明受到三个太阳不可预测的轨道造成的混乱气候的威胁。故事由一件真实事件拉开序幕：1977年，人们接收到一个神秘的无线电信号，人们常常猜测这是智能交流的信号。可惜的是，今年八月，波多黎各大学阿雷西博分校的行星宜居性实验室发表了一份报告，提出了所谓的WOW的自然起源！信号：冷氢云突然变亮。
顺便说一下，节目中的三体问题也是一个现实生活中的物理难题：如何预测三个像恒星这样的大型物体之间的相互作用，其中没有一个能主导其他物体的轨道。数学家们今年在寻找一种计算量较小的方法来计算这些混沌系统的结果方面取得了进展。
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