插圖描繪了兩顆中子星在“千諾娃”(kilonova)爆炸事件中相撞的情景。2017年10月16日，全球約70家天文研究機構聯合發佈了第五次引力波事件，這是第一次觀測到雙中子星併合。
即將結束的2010年代無疑是個充滿發現的時代。在這10年裡，各國科學家在人體、星球和宇宙方面均取得了卓越的新成就。更重要的是，科學在過去10年中變得更為全球化、合作化。如今，重大突破更有可能來自3000人的科學團隊，而不是3個人的團隊。
因為眾多發現都意義非凡，《國家地理》編輯們決定不做過多刪減，最終挑選出20大最值得關注動態和里程碑式發現，我們相信，未來十年科學界還會有更多驚人突破要以此為依託。
首次通過引力波天文臺和望遠鏡同時探測到引力波
1916年，愛因斯坦正式發表了廣義相對論，認為引力是時空結構發生彎曲的結果。該理論預言，有質量的物體在時空結構中加速運動會產生漣漪，這就是引力波。儘管愛因斯坦後來懷疑它們的存在，但這些被稱為引力波的時空褶皺是相對論的一個關鍵預測，幾十年來，吸引了若干研究人員孜孜探索。雖然令人信服的引力波跡象首次出現是在20世紀70年代，但沒人直接探測到它們，直到2015年，美國LIGO天文臺才探測到兩個黑洞碰撞的餘波。這一發現於2016年公佈，開啟了一種“聆聽”宇宙的新方式。
2017年，LIGO和歐洲天文臺 Virgo探測到了另一組震動，這一次是兩個被稱為中子星的超高密度星體相撞時產生的。全球科學家都可以用望遠鏡觀看到爆炸情況，這是人類歷史上第一次使用引力波天文臺和其他望遠鏡觀測到同一天體物理事件。這些具有里程碑意義的數據能夠更新科學家們對引力作用機制的認知，也有助於他們瞭解金和銀等元素是如何形成的。
改變人類的家譜
雖然納勒迪人在某些方面較為原始，但其面部、頭骨和牙齒(如本次重建所示)表現出的現代特徵足以證明他們屬於人類。藝術家John Gurche通過骨骼掃描重建了其頭部，共花了約700個小時，頭髮由熊毛代替。
過去十年裡，科學家在人類複雜起源方面取得了諸多進展，包括已知化石的年代、相當完整的頭骨化石，以及多個新分支的出現。2010年，國家地理探險家Lee Berger發現了人類的遠古祖先——南方古猿源泉種(Australopithecus sediba)。五年後，他宣佈在南非人類搖籃遺址（Cradle of Humankind）洞穴系統發現了新物種的化石：納勒迪人（Homo naledi），一種古人類，其部分骨骼結構與現代人相似。後續研究還顯示，納勒迪人生活在33.5萬至23.6萬年前，比之前料想的時代要晚的多。
在亞洲，新發現同樣層出不窮。2010年，一個研究小組宣佈，對西伯利亞一洞穴中發現的指骨進行DNA提取，並最終測序後，一種不同於任何現代人的新人種出現了，這是丹尼索瓦人（Denisovans）存在的首個證據。2018年，中國的一處遺址出土了210萬年前的石器，證實了工匠在亞洲的出現比人們之前認為的要早幾十萬年。2019年，菲律賓的研究人員公佈了呂宋人(Homo luzonensis)的化石，一種與佛羅勒斯人（Homo floresiensis）相似的新人種。蘇拉威西島新發現的石器比現代人到達的時間還要早，這表明在東南亞存在第三種身份不明的島居古人類。
古DNA研究的革命性鉅變
隨著DNA測序技術的飛速發展，過去十年裡，我們在古老基因如何塑造現代人方面取得了巨大進步。2010年，研究人員公佈了首個幾乎完整的古代智人基因組，拉開了對人類祖先DNA研究的革命性序幕。自此以後，3000多個古代基因組得以測序，其中包括女孩Naia的DNA，她死於1.3萬年前的墨西哥。她的遺骸是在美洲發現的最古老的完整人類骨骼之一。同年，研究人員還公佈了第一份尼安德特人基因組草圖，為證明所有現代非非洲人的DNA中有1%到4%來自於這些近親提供了首例可靠的基因證據。
2018年，研究古DNA的科學家們又有了重大發現，他們找到了一根9萬年前的骨頭的主人——一名少女，其母親是尼安德特人，父親是丹尼索瓦人，她也是迄今發現的首個混血古人類。在另一項發現中，科學家們將丹尼索瓦人的DNA與化石蛋白質進行比較，以確認丹尼索瓦人曾經生活在西藏，從而擴大了這個神秘群體的已知範圍。隨著古DNA領域的不斷髮展，它對倫理問題的處理也日趨成熟，例如社區參與的需要和土著人類遺骸的遣返。
數千顆新的系外行星的發現
2010年代，人類對圍繞遙遠恆星運行的行星的認識有了巨大飛躍，這在很大程度上歸功於美國國家宇航局(NASA)的開普勒太空望遠鏡。從2009年到2018年，僅開普勒就發現了2700多顆確認的系外行星，這一數字比目前總數的一半還多。開普勒太空望遠鏡最著名的發現之一:第一顆被證實的岩石質系外行星。它的繼任者TESS於2018年發射升空，目前已經開啟了夜空勘測任務，併成功發現了34顆確認的系外行星。
地面勘測也在進行之中。2017年，研究人員宣佈發現TRAPPIST-1，這是一個距離地球僅39光年的恆星系統，擁有7顆類地行星，其擁有的類地行星數量僅次於太陽。前一年，歐洲天文臺宣佈發現了比鄰星b，這是一顆與地球大小相當的行星，它圍繞著離太陽最近的恆星比鄰星運行，比鄰星距離地球僅4.25光年。
進入基因編輯時代
2010年代，精確編輯DNA領域成績卓著，這在很大程度上要歸功於Crispr-Cas9基因編輯技術。 CRISPR-Cas9是細菌和古細菌在長期演化過程中形成的一種適應性免疫防禦，可用來對抗入侵的病毒及外源DNA。研究人員在2012年提出，Crispr-Cas9可以作為一種強大的基因編輯工具，它可以按照科學家的要求精確切割DNA。幾個月後，其他研究小組證實這項技術同樣適用於人類DNA。自此以後，為了令Crispr-Cas9更加精確，全球實驗室競相開始了類似系統的研究，並在農業和醫學領域作了相關應用試驗。
儘管Crispr-Cas9可能帶來巨大利益，但其造成的倫理困境也相當驚人。2018年，中國研究人員賀建奎宣佈經Crispr編輯基因的兩個雙胞胎女孩出生，全球醫學界一片譁然。這一聲明引發了暫停全球所有人類生殖細胞系基因編輯的呼籲。
以前所未有的方式見識宇宙
2019年，視界望遠鏡合作組織（The Event Horizon Telescope）首次發佈了超大質量黑洞及其陰影的圖像。該圖像揭示了梅西耶87星系（Messier 87）中心的巨大黑洞，梅西耶87星系是室女座星系團（Virgo cluster）中的一個大質量星系。
2010年代，幾項重大天文觀測結果為宇宙研究帶來了革命性改變。2013年，歐洲航天局發射了“蓋亞探測器”(Gaia)，目標是以前所未有的精度對銀河系中的10億顆恆星進行觀測，收集位置、距離數據，以及1.5億多顆恆星的速度數據。通過獲得的數據集，科學家們製作了一部關於銀河系的3D電影，讓我們看到了星系是如何隨著時間而形成和變化的。
2018年，科學家公佈了普朗克衛星對早期宇宙微弱餘輝的最終測量結果，其中包含了宇宙成分、結構和膨脹速度的重要線索。令人困惑的是，普朗克測得的膨脹率與今天科學家們測得的結果並不相同，這是一種潛在的“宇宙學危機”，可能需要新的物理學理論來解釋。同年，暗能量調查（Dark Energy Survey）發佈了第一批數據，這將有助於宇宙結構中隱藏模式的搜索。2019年4月，視界望遠鏡合作組織首次公佈了在梅西耶87星系中心發現的黑洞輪廓圖像。
揭開古老藝術品的面紗
一名工人在法國布倫泰爾洞穴（Bruniquel Cave）內測量石環的尺寸，它們可能是由尼安德特人建造的。
考古學家的發現再次證明，藝術——或者至少是塗鴉——是一種更古老、更全球化的現象。2014年，研究人員在蘇拉威西島的馬洛斯洞穴遺址（Maros cave sites）中發現了手印巖畫和一幅“豬鹿”巖畫，它們至少有39000年的歷史，與歐洲最古老的洞穴壁畫一樣古老。之後，在2018年，研究人員宣佈在婆羅洲發現了距今4萬至5.2萬年的洞穴藝術，進一步推後了具象繪畫的起源。2018年，考古學家在南非發現了一幅畫在石片上的畫作，距今約7.3萬年，很可能是世界上最古老的塗鴉。
其他有爭議的發現則引發了學術界對尼安德特人藝術技能的探討。2018年，研究人員公開了在西班牙發現的11萬5千年前的顏料和穿孔海螺殼，當時只有尼安德特人生活在歐洲。同年，另一項研究稱，西班牙的一些洞穴壁畫有65000年的歷史。許多洞穴藝術專家對這一結論提出了質疑，但如果它站得住腳，這可能成為尼安德特人洞穴繪畫的首個證據。2016年，研究人員在法國的一個洞穴裡發現了17.6萬年前石筍搭建成的環狀結構，如果不是穴居熊的作品，那麼這些石筍圈很可能是尼安德特人佈置的。
成為星際先鋒
未來的歷史學家在回顧2010年代時，可能將其視為星際十年：我們的宇宙飛船第一次揭開了太陽和星際空間之間的遮蔽物，我們第一次看到了圍繞遙遠恆星形成的天體。
2012年8月，美國國家宇航局(NASA)的“旅行者1號”(Voyager 1)探測器穿越了日球層(heliosphere)的外邊界，即是太陽風吹入星際物質（由銀河系滲入的氫和氦）的空間中造成的氣泡。但星際之路是雙向的。2017年10月，天文學家發現了“奧陌陌”（Oumuamua），這位星際訪客是迄今為止發現的第一個在另一個恆星系統中形成並經過太陽系的天體。2019年8月，天文愛好者Gennady Borisov發現了第二位星際訪客，這是一顆非常活躍的彗星，現在以他的名字命名。
打開古代文明的大門
2010年代，考古學家取得了眾多非凡發現。2013年，英國研究人員終於在一個停車場下面發現了理查德三世的屍體。2014年，研究人員宣佈在秘魯的2014年，研究人員宣佈在秘魯的Castillo de Huarmey神殿裡發現一處保存完好的古代瓦里文明王后墓室。2016年，考古學家發現了第一塊腓力斯丁人墓地，讓我們得以窺見希伯來聖經中最臭名昭著的一群人的生活。第二年，研究人員宣佈，耶路撒冷的聖墓教堂可以追溯到1700多年前的君士坦丁大帝時期，他是羅馬第一位尊崇基督教的皇帝，這似乎證實了教堂是在羅馬認定的耶穌埋葬地建造的。2018年，在秘魯工作的考古團隊宣佈發現了迄今最大的兒童祭祀遺址，其他科學家在危地馬拉用機載激光探測到了6萬多座新發現的古代瑪雅建築。
與此同時，水下考古工作也取得了重大進展。2014年，加拿大團隊找到了“埃裡伯斯號”(H.M.S. Erebus)，這艘北極科考船於1846年沉沒。兩年後，另一支探險隊找到了它的姐妹船“恐怖號”（H.M.S. Terror）。2017年，在微軟聯合創始人Paul Allen率領的民間團隊的努力下，二戰美軍戰艦“印第安納波利斯號”(Indianapolis)殘骸終於重見天日，沉船事故發生在1945年，是美國海軍歷史上最致命的災難之一。黑海海上考古項目組在黑海海底發現了60多艘沉船，其中包括2018年發現的一艘擁有2400年曆史的古希臘商船。2019年，阿拉巴馬州官員宣佈發現了失蹤已久的“克洛蒂爾達號”（Clotilda），這是最後一艘將非洲奴隸運往美國的船隻。
在太陽系中開闢新天地
在這張由“新視野號”拉爾夫/多光譜可見光成像相機(MVIC)拍攝的照片中，冥王星的霧霾層呈現出藍色。這種高空霧霾在本質上與在土衛六上看到的相似。這兩種霧霾的來源可能與陽光引發的氮和甲烷的化學反應有關，催生了相對較小的煤煙狀顆粒，它們向表面沉降的過程中會變大。這幅圖像由軟件合成，它結合了藍、紅和近紅外圖像的信息，以呈現人眼近距離能感知到的顏色。
2015年7月14日，在距冥王星最近時，“新視野號”捕捉到了冥王星衛星“卡戎”的高分辨率增強型彩色照片。該圖像結合了拉爾夫/多光譜可見光成像相機(MVIC)拍攝的藍、紅和紅外圖像；顏色經過處理，以突出“卡戎”表面性狀的變化。卡戎的調色沒有冥王星那樣多樣化；北極（頂部）的紅色區域非常引人注目，已被非正式地定名為“魔多暗斑”（Mordor Macula.）。卡戎直徑1214公里;這幅圖像可以分辨小至2.9公里的細節。
2015年7月14日，“新視野號”宇宙飛船在經過冥王星系統時，拍下了冥王星(右下)和卡戎(左上)的增強型彩色照片。
2015年7月，美國國家宇航局(NASA)的“新視野號”(New Horizons)探測器成功地完成了冥王星探索任務，傳回了這顆矮行星的首張表面圖像。2019年元旦，“新視野號”進行了有史以來距離最遠的一次飛越，首次拍攝了冰凍小天體“阿羅科斯”的照片。“阿羅科斯”是太陽系形成初期的原始痕跡。
在更靠近地球的地方，美國宇航局的“黎明號”宇宙飛船於2011年抵達了小行星帶上的第二大天體——灶神星（Vesta）。繪製出灶神星地圖後，“黎明”號飛入了矮行星穀神星（Ceres）的軌道。穀神星是小行星帶中最大的天體。在2010年代結束時，美國宇航局的“源光譜釋義資源安全風化層辨認探測器”（OSIRIS-REx—）和日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）的“隼鳥2號深空探測器”（Hayabusa2）分別訪問了貝努小行星（Bennu）和龍宮小行星（Ryugu），目的是將樣本帶回地球。
改變病程
為了應對2014至2016年西非爆發的埃博拉疫情，公共衛生官員以及製藥公司默克(Merck)迅速研發了埃博拉試驗性疫苗rVSV-ZEBOV。2015年，在一次成功的實地試驗之後，該疫苗通過了歐洲官員審批，於2019年投入使用——這是埃博拉抗擊過程中的里程碑。另有幾項重大研究為預防艾滋病的傳播開闢了新途徑。2011年的一項試驗表明，預防性服用抗逆轉錄病毒藥物大大減少了艾滋病病毒在異性戀夫婦中的傳播，這一發現在後續研究（研究對象包括同性伴侶在內）中得到了證實。
推翻生育限制
在2018年的一項研究中，科學家們利用基因編輯技術讓兩位老鼠媽媽生下了寶寶。成年後，這隻由同性父母所生的老鼠也有了自己的孩子。
2016年，臨床醫生宣佈首位“三親嬰兒”誕生，這個嬰兒由父親的精子、母親的細胞核和捐贈者提供的摘除細胞核的卵子發育而成。這種療法旨在糾正母體的線粒體功能紊亂，但在倫理上仍有爭議。2018年的一項研究利用經過重新編輯的皮膚和血細胞製造了人類精子或卵子的前體細胞，而另一項研究表明，基因編輯可以讓兩隻同性小鼠受孕。2018年，中國科學家宣佈了兩隻克隆獼猴的誕生，這是第一次有靈長類動物像多利羊一樣被克隆出來。儘管研究人員宣稱這項技術不會用於人類，但它有可能用於其他靈長類動物，包括我們。
追蹤希格斯玻色子
圖中，一個希格斯玻色子從質子碰撞中爆發出來。
物質是如何獲得質量的?上世紀六七十年代，包括Peter Higgs和Francois Englert在內的物理學家聯合提出了一種假定，其形式是一種遍佈全宇宙的新能量場，現在被稱為希格斯場。這個理論化的場中還伴隨有一種基本粒子，也就是現在所說的希格斯玻色子。2012年7月，來自歐洲核子研究中心(CERN)大型強子對撞機(Large Hadron Collider)的兩支團隊宣佈發現了希格斯玻色子，結束了長達數十年的研究。這一發現填補了標準模型中缺失的最後一塊，描述了物理學中四種基本力中的三種以及所有已知基本粒子。(儘管還不完整)。
重寫古生物學教科書
近十年裡，科學家在擴展分析工具的同時，發現了令人震驚的新化石，讓我們對史前生命有了更為深刻的理解。2010年，在美國國家地理學會(National Geographic Society)贊助下，研究人員利用恐龍色素化石完成了首例恐龍全身顏色重建。以後的幾年裡，隨著越來越多恐龍“保護色”的發現，比如黑色、藍色甚至是彩虹色的羽毛，以及有史以來最好的甲龍化石上的紅色皮膚，恐龍的顏色範圍變得更為寬泛。在另一項驚人研究中，科學家們分析了保存下來的狄更遜水母的脂肪分子，並於2018年證明，生活在5.4億年前的這種原始生物是一種動物。
2014年，古生物學家還發現了食肉恐龍棘龍（ Spinosaurus）的新化石，研究表明它是一種半水棲的掠食者——已知恐龍中的第一種。一年後，中國的一個研究小組發現了一具令人震驚的奇翼龍化石，這是一種具有像蝙蝠一樣膜翼翅膀的小型恐龍。另外，科學家們通過對緬甸9900萬年前的琥珀的研究，發現了長有羽毛的恐龍尾巴，一隻原始鳥類寶寶，以及各種被困在樹脂化石裡的無脊椎動物。
在其他星球上尋找生命控制中心
過去的10年裡，太空任務讓我們深入認識了其他星球的碳基有機分子，這些有機分子是構成生命體 的必要成分。2014年，歐洲航天局正式啟動“羅塞塔計劃”，“羅塞塔”號探測器成功在67P彗星著陸，其關鍵目標是證明彗星是太陽系中原初物質的儲備庫，是將這些生命關鍵成分運送到地球上的’容器’。2017年，美國國家宇航局的卡西尼號探測器結束了自己的探測任務，燒燬在土星大氣中。它證實了土衛二的水羽中含有大型有機分子，這是其擁有適合生命存在物質的線索。2018年，美國國家宇航局宣佈，其“好奇號”探測器在火星上發現了有機化合物，還偵測到火星大氣中的甲烷含量出現了奇怪的季節性循環。
氣候問題比以往任何時候都要嚴峻
13歲的Alexandria Villasenor每週五都會以氣候變化的名義逃課。每個週五，不論晴雨，她都會帶著標語牌坐在紐約聯合國總部前的長椅上，希望引起人們對氣候變化問題的關注。3月15日， Villasenor和其他來自全國各地的年輕活動人士組織了一場全球罷課活動。
在這十年裡，大氣中的二氧化碳含量達到了有氣象記錄以來的最高水平，氣溫也達到了歷史最高水平。2013年5月9日，全球二氧化碳濃度首次達到400ppm，到2016年，二氧化碳濃度一直穩定在這一閾值之上。其結果是氣候變暖蔓延全球；2015年、2016年、2017年、2018年和2019年是自1880年以來有記錄以來最熱的5年。從2014年開始，海洋的變暖引發了全球珊瑚白化事件。世界各地的珊瑚相繼死亡，包括大堡礁的部分地區。2019年，澳大利亞政府宣佈島上的珊瑚裸尾鼠（Bramble Cay melomys）因海平面上升而滅絕，這是在現代氣候變化中滅絕的第一種已知哺乳動物。
在若干重要氣候會議上，全球科學家強烈呼籲人們關注地球氣候的變化、氣候變化帶來的風險以及應對氣候變化的必要性。2014年，政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發佈了第五次氣候變化評估報告，一年之後,各國簽署巴黎協定，主要目標是將本世紀全球平均氣溫上升幅度控制在2攝氏度以內。2018年10月，IPCC發佈的另一份嚴峻報告指出，到本世紀末，即使將全球氣溫上升控制在前工業化時期水平之上1.5攝氏度以內，也要付出巨大的代價。面對如此巨大的挑戰，氣候抗議活動席捲全球，其中許多由青年活動人士領導。
發現並再發現物種
現代生物學家正在以驚人的速度識別新物種，平均每年命名1.8萬個新物種。過去十年裡，科學家們首次發現了幾個哺乳動物物種，如緬甸金絲猴、旺烏努島的巨鼠和小尖吻浣熊，其中小尖吻浣熊是自上世紀70年代末以來在西半球首次發現的食肉新物種。其它物種也在壯大，比如9種手魚新物種、比硬幣還小的小青蛙、佛羅里達州的大鯢。此外，一些動物，如越南的中南大羚和中國的伊犁鼠兔，在失蹤多年後再次被發現。
但是，新物種的發現也伴隨著已知物種的死亡，科學家們已經計算出現代物種滅絕的速度。2019年，科學家們警告稱，四分之一的植物和動物群體正面臨滅絕的威脅，這意味著多達100萬種物種——既有已知的，也有未知的——正面臨滅絕的危險，有些可能在幾十年內滅絕。
開啟航天新時代
2010年代是航天領域的關鍵過渡時期，因為進入近地軌道和更遠的地方變得更加全球化和商業化。2011年，中國將第一個空間實驗室“天宮一號”送入軌道。2014年，印度的火星軌道探測器(Mars Orbiter)順利抵達這顆紅色星球。2019年，以色列非盈利組織太空公司（SpaceIL）首次嘗試了私人資助的登月任務，中國的嫦娥四號任務實現了人類歷史上首次月球背面軟著陸。與此同時，全球的宇航員隊伍也變得更加多樣化：Tim Peake成為首位英國職業宇航員，Aidyn Aimbetov成為首位後蘇聯時代的哈薩克斯坦宇航員，阿拉伯聯合酋長國和丹麥將他們的第一批宇航員送入太空。此外，美國宇航局宇航員Jessica Meir和Christina Koch進行了首次全女性太空行走。
美國，2011年最後一次航天飛機發射任務結束之後，私營企業開始進入這一領域。2012年，SpaceX向國際空間站發射了第一個商業補給任務。2015年，Blue Origin擊敗SpaceX成為第一家成功將可重複使用的火箭發射到太空並回收的公司。
揭秘動物意想不到的一面
過去十年裡，動物王國出現了許多不同尋常的特徵和行為。2015年，國家地理探險家 David Gruber發現玳瑁會發出綠色和紅色的熒光，它成為了第一種能發出生物熒光的爬行動物。2016年，研究人員發現格陵蘭鯊魚至少能活272年，是迄今為止已知的最長壽的脊椎動物。我們對動物工具使用能力的認知也有所提高：2019年的一項研究中首次指出，米沙鄢野豬（Visayan warty pig）能使用工具。另有幾項研究表明，巴西捲尾猴使用工具的歷史至少有3000年，這是在非洲以外發現的最古老的此類非人類記錄。2018年，肯尼亞的生物學家捕捉到了黑豹的身影，這是1909年以來首次在非洲發現黑豹。
重新定義科學單位
要了解自然世界，必須測量它——但是我們如何定義單位呢？幾十年來，科學家們根據宇宙常數重新定義了經典單位，比如利用光速來重新定義了“米”。但科學上的質量單位，即千克，仍然與“國際標準公斤”實體（Le Grand K）掛鉤，這是保存在法國巴黎的圓柱型金屬體。如果鉑基錠的質量因任何原因發生變化，科學家將不得不重新校準儀器。如今，情況出現了改變:2019年，科學家們同意採用一種新的千克定義，新的千克定義基於基本物理常數——普朗克常數。自此，國際單位制中的4個基本單位——質量單位千克、電流單位安培、物質的量單位摩爾以及溫度單位開爾文都改由通用常數來定義，我們也進入到了更精確的測量時代。
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