Сообщение о науках 2021 года
Обновлено: 05.07.2024
Уходящий год запомнился удачными научными открытиями, которые накрепко сдвинули вперед медицину, технологии и космонавтику.
Изобретений было сделано очень много, поэтому тяжело определиться с тем, какие из них наиболее значимые. Тем не менее, мы взяли на себя этот труд и представили наиболее весомые открытия человечества за 2021 год.
1. Изобретение вакцин на основе матричных РНК.
Безусловно, матричные РНК против COVID-19 стали самым запоминающимся открытием года. Это изобретение стало мощнейшим медицинским достижением за прошедшие десятилетия, поскольку такие вакцины легко модифицируются под конкретный штамм вируса.
Вакцина против рака.
Матричные вакцины легко оптимизировать, чтобы они помогали в борьбе не только против коронавируса, но также против рака, ВИЧ и многих других опасных заболеваний.
2. Миссия на Марс, которая обнаружила воду.
В 2021 году на Марс слетало много космических аппаратов. Пионером года стал вертолёт Ingenuity, который взлетел над поверхностью Марса в апреле, чтобы найти на планете формы жизни.
Вслед за нашим аппаратом на Марс прилетел марсоход Perseverance, который обнаружил, что знаменитые кратеры Марса возникли благодаря расплавленной вулканической магме.
Запасы марсианского льда.
3. Редактор генома.
Впервые при помощи технологии редактирования генома CRISPR-Cas9 была проведена сложнейшая операция, которая позволила отредактировать ген, вызывающий амилоидоз. Это событие стало настоящим медицинским прорывом.
Кроме того, редактирование генома позволяет предотвратить развитие многих других опасных заболеваний, — например, детской эпилепсии.
Наконец, при помощи редактора генома учёным удалось вывести гибридный эмбрион макаки и человека, который прожил 20 дней. Планируется создавать подобные эмбрионы для изучения болезней, а также для выращивания органов на трансплантацию.
Редактирование генома является прорывным медицинским открытием.
4. Стандарт связи 5G.
Новый стандарт связи вызвал всплеск теорий заговоров о том, что чипы на основе 5G имплантируют людям через вакцину от коронавируса. На самом деле всё гораздо прозаичнее: 5G позволяет интернету работать намного шустрее и делает передачу данных безопаснее.
Пригодится новый стандарт связи и в более узких отраслях — таких, как кибермедицина, работа беспилотников и авиация. Ввиду глобального локдауна, 5G помог сотрудникам комфортнее перейти на удалённый формат работы и создать беспроводные офисы.
По данным РБК, в России операторы потратят более 1,1 триллиона рублей на развитие связи 5G с 2021 по 2027 год.
Эпоха 5G уже наступила.
5. 3D-печать.
В 2021 году заметно возрос объем 3D-печатной продукции, причем помимо мелких вещей производители взялись распечатать целые автомобили. Планируется уже к 2027 году развернуть работу 8 миллионов принтеров, при помощи которых рабочие будут создавать обувь, одежду и предметы быта.
Кроме того, 3D-печать крепко пригодится в медицине, поскольку позволит распечатывать не только функциональные протезы, но и отдельные фрагменты костей для трансплантации.
В текущий момент этот метод активно используется для того, чтобы распечатывать целые здания и даже районы.
i Vision Circular
6. Зонд Parker наконец вошел в атмосферу Солнца.
Еще одна невероятная новость из космонавтики: зонд Parker наконец достиг солнечной короны и даже зачерпнул немного плазмы в чашу Фарадея, — специальный прибор, предназначенный для сбора заряженных частиц.
Parker позволит ученым раскрыть важнейшие подробности о строении Солнца, на основе чего можно будет разработать магнитные карты Земли и понять, как светило влияет на нашу планетарную жизнь.
Зонд Parker.
7. Новый подвид человека Homo Longhi.
Благодаря этим данным учёные сделали вывод, что Homo Longhi может быть недостающим звеном в эволюции человека разумного. По крайней мере, мозг у него очень похож на наш.
Примерный возраст черепа, по мнению антропологов, — около 146 тысяч лет, а хранился он долгие годы у простого китайского рабочего.
Эволюция человека.
8. Прорывы в области изобретения нейроинтерфейсов.
2021 год оказался богат на медицинские изобретения: было создано много замечательных нейроинтерфейсов, которые призваны облегчить жизнь инвалидам.
Это стало возможным благодаря тому, что нейроинтерфейс улавливает нервные импульсы человека, а компьютер с синтезатором речи превращает эти импульсы в слова.
Кроме того, эксцентричный предприниматель Илон Маск прославился схожим экспериментом: его компания Neuralink вживила в мозг макаки имплантат, при помощи которого животное смогло играть в простые видеоигры. Причем исключительно за счет своей силы мысли.
9. Нейтринный телескоп на Байкале поймал нейтрино.
Совсем недавно, 8 декабря 2021 года, российские физики поймали нейтрино, прилетевшее из окрестностей массивной чёрной дыры, которая называется блазар PKS 0735+178.
Нейтрино высоких энергий прилетают на Землю из галактик за много миллиардов световых лет и позволяют больше узнать о строении Вселенной и конкретно чёрных дыр.
Нейтринный телескоп на Байкале.
10. Прорывные возможности роботов Boston Dynamics.
В своё время роботы Atlas впечатлили людей тем, что научились энергично танцевать под весёлую музыку. В 2021 году человекоподобные андроиды достигли нового рубежа: они смогли пройти полосу препятствий, активно используя сальто и навыки паркура.
Прорывными эти движения стали, потому что Atlas научился перемещаться не по строго заданной траектории, а интуитивно, ориентируясь на местности.
Кроме того, роботы теперь умеют не только бодро лазать по различным препятствиям, но и переносить в процессе тяжёлые грузы. В 2022 году компания планирует ещё больше расширить функционал своих андроидов.
Открытий в науке (и достижений в технике) слишком много, чтобы даже пытаться осветить их все. Поэтому под занавес уходящего года Naked Science решил сосредоточиться либо на самом значимом, либо на самом удивительном, что случилось в уходящем году. Насколько нам удалось это сделать — решать вам.
№ 1. Огромный успех сразу двух новых типов вакцин от коронавируса
Вдобавок новые платформы оказались безопаснее, чем старые. Та же вакцина от оспы, круглый шрам от которой мы видим на своем плече, вызывала не менее одной смерти на миллион привитых. Люди с ослабленной иммунной системой не могли предотвратить размножение в них живого вакцинного вируса — и умирали.
Колоссальный успех вакцин спас множество жизней. Ученые, пытавшиеся посчитать число спасенных, сходятся на том, что эта цифра огромна: речь идет о многих миллионах. Мы не можем называть другой научный прорыв последних десятилетий, который спас бы столько жизней всего за год. Именно мРНК и векторные вакцины (и в меньшей степени менее эффективные цельновирионные аналоги) — главный научно-технический прорыв 2021 года.
№ 2. Братья Райт по-марсиански и вода, найденная российским прибором в марсианском хаосе
Восемнадцатого апреля робовертолет Ingenuity совершил первый полет на Марсе. Это, бесспорно, событие огромного значения: до того человек совершал длительные полеты (а не падения) в атмосфере других планет только на Венере — это делали советские аэростаты. Но те были легче воздуха, с совсем другой управляемостью и возможностями.
В начале года Naked Science писал, почему это так важно: активно исследовать Марс архисложно. Автоматы там зачастую просто бессильны. Вообще, планетоходы даже не вполне автоматы: каждый день, по два раза в сутки, они связываются с Землей и получают оттуда суточные команды о том, куда можно проехать несколько десятков метров, чтобы не застрять, как с планетоходами не раз бывало.
Но Ingenuity летает, застревать ему негде. Проблемы остаются: на Красной планете воздух в 100 с лишним раз разреженнее, чем у нас, поэтому Ingenuity имеет огромные для своего веса винты (1,2 метра на общую массу устройства в 1,8 килограмма). Но все же он способен улетать на дистанцию до 600 метров от марсохода Perseverance, где базируется дрон. В перспективе такие системы смогут забирать образцы и возвращать их для исследования на крупный наземный аппарат типа того же Perseverance. Это возымеет огромное значение для изучения крутых склонов (а на них на Марсе наблюдаются иногда подтеки, подозрительно напоминающие водяные) и других видов местности, недоступных колесным машинам.
Из вышесказанного ясно, почему в NASA вертолету придают такое значение и почему на его борту поместили частичку самолета братьев Райт.
Но не только освоением атмосферы Марса славен уходящий год. В 2021-м российские ученые из Института космических исследований РАН при помощи нейтронного детектора FREND (российского производства) на борту европейского аппарата TGO обнаружили в Хаосе Кандор (хаос — деталь рельефа других планет) огромную область, покрытую водным льдом. Площадь ее — как у Московской области, более 40 тысяч квадратных километров, причем лед находится в верхнем метре, то есть легко доступен для будущих космонавтов и астронавтов.
По площади она в два с лишним раза больше Ладожского озера, хотя лежит близко к экватору планеты. Скопление ценного ресурса в этой относительно теплой зоне может пригодиться будущим марсианским баз.
2021 год стал довольно продуктивным для российских учёных и инженеров. Были совершены прорывы практически во всех областях человеческой деятельности. Чем запомнился каждый месяц в отечественном научном мире?
Январь: в несколько раз увеличена прочность металлов для машиностроения
Февраль: в Новосибирске начались испытания уникального самолёта с электродвигателем
В Новосибирске начались испытания летающей лаборатории с гибридной силовой установкой на борту, созданной на базе самолёта ЯК-40. В её составе — сверхпроводящий электрический двигатель мощностью 500 кВт, впервые созданный для крылатых машин такого класса. В носовой части аппарата установлен воздушный винт, который и приводится в движение данным электродвигателем. Электроэнергию тот получает от генератора, который вращается двигателем внутреннего сгорания. Поэтому установка и называется гибридной. Интересно также и то, что электродвигатель создан по уникальной технологии — на высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП). При определенной температуре ВТСП проводят электрический ток без сопротивления и потери энергии, что существенно увеличивает КПД.
Март: на Байкале начал работать глубоководный нейтринный телескоп
Апрель: начался выпуск отечественных материнских плат для процессоров AMD
Группа компаний Philax представила первую отечественную материнскую плату, которая поддерживает CPU Ryzen вплоть до поколения 5000, появившегося в октябре 2020 года. Изделие базируется на чипсете AMD B450. Материнская плата поддерживает SSD в формате M.2, предлагает четыре слота под оперативную память DDR4 3200/2933/2667/2400/2133 суммарным объёмом до 128 ГБ. Для подключения плат расширения предусмотрены три слота: один PCIe 2.0 и два PCIe 3.0 x16. Российский холдинг GS Group, который занялся производством, планировал выпуск по меньшей мере 40 000 плат. Отечественную плату можно использовать для сборки ПК для российского госсектора, так как она соответствует требованиям реестра Минпромторга.
Июнь: в Сибири начали строительство уникального безотходного реактора на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД-300
На площадке Сибирского химического комбината началось строительство атомного энергоблока с уникальным реактором на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем, двухконтурной схемой отвода тепла к турбине и закритическими параметрами пара — БРЕСТ-ОД-300. Комплекс также включает в себя модуль по производству и восстановлению уран-плутониевого ядерного топлива и модуль по переработке облучённого топлива. Это означает, что он будет практически автономным и не зависящим от внешних поставок энергоресурсов, а главное — безопасным для экологии и человека. Подобная система замкнутого цикла использования ядерного топлива не имеет аналогов в мире. Также использование установок на базе реакторов БРЕСТ-300 позволит избежать аварий, подобных тем, что произошли в Чернобыле и Фукусиме.
Июль: увеличена эффективность излучателей терагерцевых волн
Внешний вид модуля-преобразователя лазерного излучения в терагерцевый диапазон и особенности структуры металлической решётки на его поверхности |Optics Letters
Учёные сконструировали полупроводниковую структуру на основе тройного твердого раствора из индия, галлия и мышьяка в условиях сверхвысокого вакуума, на которую нанесли асимметричную металлическую решётку, пропускающую через себя лазерное излучение. Полученная конструкция позволяет получать ТГц-волны при относительно низкой мощности падающего на неё лазерного излучения, не теряя эффективности при увеличении частоты лазерных импульсов. Это позволит создавать компактные ТГц-источники с высокой интенсивностью излучения, не требующие источника питания. Их можно использовать для создания переносных сканеров багажа или томографов (ТГц-лучи не обладают ионизирующими свойствами, а поэтому безвредны для человека в отличие от рентгеновских).
Август: найден дешёвый, безопасный и точный метод визуализации сосудов головного мозга
Учёные из Сколтеха придумали экономичный метод для визуализации кровотока в сосудах головного мозга с точностью до отдельных эритроцитов. Технология основана на сочетании оптической микроскопии и обработки изображений. А с помощью цифровой трассерной визуализации потоков можно оценить точную скорость кровотока. Всё это позволит получить более точную информацию об эластичности сосудов, жёсткости мембран, давлении и вязкости крови, что даст лучшее понимание физиологии эндотелиальных клеток. Кроме того, новый метод более безопасный (так как не содержит токсичных красителей) и не требует использования генетически модифицированных животных (раньше это был единственный способ наблюдать за кровотоком в сосудах мозга, не подвергая опасности людей).
Сентябрь: создано устройство для полноценного общения со слепоглухонемыми людьми, не имеющее аналогов в мире
Октябрь: разработана картина эволюции сверхкомпактных объектов Вселенной
Российским астрофизикам из МГУ удалось создать наглядную картину появления и существования таких сложных объектов, как радиопульсары, поляры, магнитары, рентгеновские пульсары и других. С её помощью можно описать многие проявления нейтронных звёзд и белых карликов, способы образования миллисекундных радиопульсаров и магнитаров, а также предсказать новые, ещё не открытые объекты. К примеру, на схеме видно, как старая нейтронная звезда превращается в миллисекундный радиопульсар, а обычный радиопульсар переходит на стадию пропеллера, а потом превращается в рентгеновский пульсар. Все эти переходы учёные подробно описали в своей работе.
Ноябрь: учёные научились сохранять данные на кремниевом кольце с помощью световых импульсов
Декабрь: достижения в области беспилотных летательных аппаратов
Специалисты из Университета Иннополис показали новый гибрид самолёта и беспилотника с увеличенной дальностью полёта (до 100 километров), который способен нести до 5 килограмм полезной нагрузки и в отличие от обычных самолётных беспилотников не требует взлётно-посадочной полосы или пускового устройства с парашютом. Он также обладает системой искусственного интеллекта, которая помогает управлять полётом и посадкой.
А в Тюмени придумали способ увеличения дальности полётов малых беспилотников. Для этого дроны можно оборудовать специальными клещами, с помощью которых они смогут подсоединяться к линиям электропередачи для зарядки аккумуляторов. Учёные также представили проект дрона, который во время зарядки таким способом сможет продолжать разведывательную миссию (будут продолжать работать камеры и датчики).
Достойные упоминания
Также в 2021 году было создано множество новых материалов для использования в различных областях, улучшено множество существующих технологий. На астрофизическом полигоне Иркутского государственного университета завершили строительство пилотной гамма-обсерватории TAIGA. Она создана для решения задач в области астрофизики высоких энергий. Результаты работы TAIGA помогут учёным понять, как развивалась Вселенная, а также откроют путь к изучению новой физики, которая находится за пределами стандартных моделей.
Физики из Сколтеха совместно с коллегами из Великобритании решили известную проблему квантовой гидродинамики, создав устойчивый гигантский вихрь во взаимодействующих поляритонных конденсатах. Изучение вихрей их сверхтекучих поляритонов позволит разработать новые когерентные источники света, новые технологии оптической записи информации, а также открывает новые возможности для изучения физики в экстремальных условиях, например, чёрных дыр.
Каким нам запомнится 2021 год?
Миссия на Марс – что нового мы узнали о Красной планете
За последние несколько лет к нашей планете-соседке был отправлен ряд исследовательских миссий. Но лишь один аппарат смог покорить марсианское небо – в апреле 2021 года вертолету Ingenuity удалось взлететь над поверхностью Марса. Главная цель Ingenuity – поиск жизни на Красной планете.
Точный состав и форму воды на планете предстоит определить, но сам факт скопления ценного ресурса в низких широтах открывает новые перспективы для исследований и экспедиций.
Вот так выглядит Марс в объективе вертолета Ingenuity, красота и безусловно историческое фото
Интересный факт
Вода существует на Марсе в форме льда и залегает в полярных регионах планеты.
Когда вертолет Ingenuity доказал, что способен на большее, руководители проекта начали работать с ним осторожнее. На данный момент он помогает марсоходу Perseverance прокладывать легкие пути в труднодоступные места.
Под поверхностью Красной планеты скрываются ледники
Но что еще важнее, на дне Езеро были найдены органические молекулы — так называются вещества, которые объединяют в себе химические соединения, в состав которых входит углерод. Словом, очень волнительно и интересно, так что замрем в ожидании новостей.
Зонд Parker вошел в атмосферу Солнца
Новость, в которую невозможно поверить – аппарат NASA Parker достиг солнечной короны и умудрился зачерпнуть немного плазмы в специальный прибор, чашку Фарадея – металлическая (проводящая) чаша, предназначенная для улавливания заряженных частиц в вакууме.
Напомним, что Солнечная корона – верхний, самый разреженный и горячий слой атмосферы Солнца. Температура короны — порядка миллиона кельвинов.
Это по-настоящему захватывающее событие буквально открывает перед человечеством новые возможности – Parker поможет ученым раскрыть неизвестную и важную информацию о Солнце и о том, какое влияние на Землю оказывает поток солнечных частиц.
Следующий облет Солнечной системы Parker Solar Probe запланирован на конец февраля 2022 года. Все это время аппарат будет собирать данные – до и после сближения с звездой. Подробнее о том, как именно будут развиваться дальнейшие события, можно прочитать здесь.
Вакцинация против COVID-19 и идентификация вариантов
Два года назад мир узнал о существовании коронавируса SARS-CoV-2. Его распространение по планете не составило труда, как и способность приобретать новые мутации. В ответ на вирусную угрозу по всему миру, ученые в рекордные сроки изготовили эффективные и безопасные вакцины против COVID-19. Но вирус, кажется, нас опередил.
Коронавирус, как и другие возбудители инфекционных заболеваний, быстро мутирует
Вирусы, в том числе новый коронавирус регулярно мутируют, но большинство новых мутаций не оказывают существенного влияния на поведение вируса и последующую болезнь.
Одной из главных проблем для исследователей в 2021 году стала необходимость определить источник вируса. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) несколько раз отправляла группу ученых в Китай, чтобы попытаться обнаружить ближайших родственников вируса у летучих мышей и понять как он перескочил к людям и как предотвратить появление новых вирусов.
Новый вариант коронавируса микрон содержит около 50 мутаций
Южноафриканские ученые, как сообщает пресса, смогли использовать технологии отслеживания вирусов для выявления всплеска заболеваемости и быстро секвенировали геном для выявления вариаций вируса. Эти действия быстро привело к открытию омикрона.
Наука, что лежит в основе идентификации вирусов, вероятно, предотвратила бесчисленные инфекции, госпитализации и смертельные случаи, и это то, что останется приоритетом в 2022 году.
Что же до вакцин против нового варианта, то ждать осталось недолго – ученые вовсю трудятся. К тому же, прямо сейчас проводятся исследования по разработке противовирусной таблетки для предотвращения COVID-19, а ряд других исследований посвящен антителам и различным формам передачи инфекции. Не стоит забывать, что борьба человечества с вирусами длится столетиями, и хочется верить, что скоро коронавирус будет окончательно побежден.
Нобелевская премия по физике и изменение климата
Мировое метеорологическое сообщество и международное научное сообщество приветствовали присуждение Нобелевской премии по физике 2021 года ученым-климатологам-первопроходцам, которые заложили основы для нашего понимания роли человеческой деятельности и парниковых газов в изменении климата.
Лауреаты Нобелевской премии по физике 2021 года
“По мере роста осведомленности общественности об изменении климата отрадно видеть, что Нобелевская премия по физике признает работу ученых, которые внесли большой вклад в наше понимание изменения климата, в том числе двух авторов МГЭИК – Сюкуро Манабе и Клауса Хассельмана”, – сказал Хосунг Ли, Председатель Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК).
Интересно, кто удостоится Нобелевской премии по физике в 2022 году?
Методы численного моделирования, разработанные Манабе, учитывают взаимодействие между атмосферой и океанами, являются основой моделирования и прогнозов земной системы, используемых для долгосрочного прогнозирования климата, и незаменимы не только для прогнозирования глобального потепления, но и для ежедневного и сезонного прогнозирования.
Физика элементарных частиц выходит на новый уровень
Ну что, вот мы и добрались до самого интересного – новейших открытий в области физики элементарных частиц. И они поражают воображение. В январе 2021 года физики доказали существование энионов – третьего царства частиц. Интересно, что до недавнего времени существовало всего две категории или царства частиц – бозоны и фермионы.
Критерий деления элементарных частиц на два лагеря – это значение спина, квантового числа, которое характеризует собственный момент импульса частицы. Если спин отдельно взятой частицы определяется целым числом – перед вами бозон, а если полуцелым – фермион.
Тетракварк собственной персоной
В этом году исследователи обнаружили первые признаки существования третьего царства частиц – энионов, поведение которых не похоже на поведение ни бозонов, ни фермионов.
Апрель тоже принес немало новостей – ученые объявили о существовании неизвестных для науки элементарных частиц и взаимодействий между ними, которые жизненно необходимы для природы и эволюции космоса.
В некоторых из предложенных на сегодняшний день теорий Вселенная содержит несколько типов бозонов Хиггса, а не только тот, что включен в Стандартную модель. И все же, несмотря на имеющиеся данные, доказать наличие неизвестной силы непросто и перед учеными стоит нелегкая задача.
Стандартная модель элементарных частиц, источник CERN
Но эти усилия, однозначно, стоят того, ведь мы столько узнали о Вселенной! И сколько еще тайн нам предстоит открыть! А какие научные изыскания за 2021 год запомнились вам? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье.
Читайте также: