2019 год оказался богатым на открытия и знаковые события в мире науки. Многие из них связаны с космосом, глобальным потеплением, биомедицинскими исследованиями и эволюцией человека. Сильнее всего выделились физики и астрономы, которые порадовали обнаружением новых космических явлений, а также фотографиями того, чего раньше никто еще не видел. «Лента.ру» рассказывает о самых знаковых научных свершениях.Снимок черной дыры
Весной 2019 года астрономы Европейской южной обсерватории обнародовали первую в истории фотографию черной дыры Поэхи, точнее, ее «тени» — силуэта горизонта событий, окруженного ореолом излучения. Чтобы получить снимок, ученые использовали глобальную систему телескопов Event Horizon Telescope, которые собирали излучение от двух источников: сверхмассивной черной дыры Стрелец A* в центре Млечного Пути и аналогичного объекта в галактике М87. Хотя Стрелец A* находится намного ближе, его наблюдение затруднено облаками газа и пыли. Специально разработанный алгоритм обработал данные, получив качественное изображение черной дыры в галактике М87 (удалена от Земли на 53 миллиона световых лет), а над снимком Стрельца А* исследователи до сих пор трудятся.
Астрономы планируют усовершенствовать свой глобальный телескоп, приглашая к участию другие организации и обсерватории. Зоркий «глаз» диаметром 10 тысяч километров, вероятно, сможет разглядеть процессы, протекающие в окрестностях черной дыры, например, аккреционные диски и релятивистские струи. Россия в проекте участвовать не сможет из-за отсутствия необходимого оборудования.
Вояджер-2 прислал данные из межзвездного пространстваФото: NASA / Getty Images
Неизвестный предок человека
Известно, что в человеческом геноме (всей совокупности генов и некодирующих последовательностей ДНК) присутствует ДНК двух других видов рода Homo: неандертальцев и денисовцев. Однако ученые Тартуского университета (Эстония) и Университета Помпеу Фабра (Испания) обнаружили генетические следы еще одного, неизвестного, вида палеолитических людей. Исследователи секвенировали геномы современных людей и проанализировали результаты с помощью искусственного интеллекта, чтобы найти интрогрессии — события приобретения генов другого вида.
Вклад денисовцев и неандертальцев в генофонд современного человека подтвердился. Однако у жителей Азии и Океании обнаружились генетические последовательности, которые прибыли из совершенно другого источника. По мнению ученых, этим источником могла стать популяция, которая либо родственна денисовцам, либо отделилась от них достаточно рано.
Редчайшее явление во Вселенной
Физики коллаборации XENON впервые зафиксировали особый тип радиоактивного распада атома ксенона-124, который происходит, когда два протона в атомном ядре одновременно поглощают два электрона из электронных оболочек с образованием двух нейтрино. Ключевая особенность этого процесса состоит в том, что атом ксенона распадается так с очень медленной скоростью. Период полураспада этого изотопа составляет 18 тысяч триллионов лет, что во много раз превышает возраст Вселенной.
Распад наблюдался на подземной экспериментальной установке XENON1T, предназначенной для поиска частиц темной материи. Внутри специального резервуара находится более тонны изотопов ксенона, с которыми в теории должны взаимодействовать частицы. Чтобы зафиксировать распад ксенона, ученые откалибровали детекторы и очистили ксенон. В будущем они планируют зафиксировать безнейтринный захват двух нейтронов, который является еще более редким явлением.
Межзвездная комета возникла вне Солнечной системыФото: NASA / Wikimedia
Обнаружение метана на Марсе
В июне 2019 года специалисты НАСА с помощью марсохода Curiosity обнаружили рекордное количество метана в атмосфере Марса, что косвенно свидетельствует о возможном существовании живых организмов. Дело в том, что метан быстро разрушается солнечным светом, а значит, он мог образоваться лишь недавно. Правда, исследователи предположили, что газ мог находиться внутри планеты миллионы лет, проникая на поверхность через трещины.
Вскоре концентрация метана снизилась, и это позволило ученым заключить, что они столкнулись с сезонным явлением. Метан может возникать в результате геохимических процессов, после чего ионизируется и связывается минеральными породами. Однако затем Curiosity заметил еще кое-что странное. Вместе с уровнем метана колеблется концентрация кислорода, и последнее не может быть объяснено ни одним известным процессом. Ученые полагают, что у обоих явлений одинаковая причина и деятельность живых организмов все еще является возможным объяснением феномена.
Рекордно теплый 2019 год
Метеорологические организации по всему миру сообщили, что июль 2019 года оказался самым теплым месяцем на планете за всю историю наблюдения. Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) заявило, что средняя глобальная температура поверхности Земли была на 1,71 градуса выше средней температуры за весь XX век. Исследователи прямо связывают эти рекорды с глобальным потеплением, а не естественными циклами вроде Эль-Ниньо. Кроме того, зафиксировано рекордное таяние ледников в Гренландии. По подсчетам ученых, масса талой воды, ушедшей в океан 1 августа, составила 12,5 миллиарда тонн. Виновником стала волна горячего воздуха из Европы, которая подняла температуру на острове на 15-30 градусов выше нормы.
Кризис в космологии
Астрофизики признали существование проблемы в стандартной космологической модели, описывающей эволюцию Вселенной. Камнем преткновения оказалось расхождение в значении постоянной Хаббла, полученной различными методами. Постоянная Хаббла показывает, как расстояние до далекого объекта, например, галактики, связано со скоростью его удаления. С помощью космологической модели, названной «Лямбда-CDM» (ΛCDM), постоянную Хаббла можно рассчитать на основе данных о реликтовом излучении. Так было получено значение 67,31 километра в секунду на мегапарсек. Однако независимые оценки, основанные на измерении расстояния до отдаленных галактик, показывают совершенно иное: от 73,3 до 76,5 километра в секунду на мегапарсек. Это несовпадение настолько большое, что его нельзя объяснить погрешностью в измерениях.
Квантовый компьютер быстрее обычных суперкомпьютеровФото: Eric Lucero / Google
Ученые полагают, что причина кроется в несовершенстве самой космологической модели. В то же время ΛCDM успешно объясняет наблюдаемую структуру реликтового излучения (космического микроволнового фона), распределение галактик во Вселенной, а также обилие водорода и других легких атомов. Поэтому просто отказаться от нее нельзя. Некоторые исследователи предлагают аккуратно внести в нее поправки, которые затрагивают исключительно развитие Вселенной на ранних этапах (до появления реликтового излучения) и не касаются ничего остального.
Первая межзвездная комета
Крымский астроном Геннадий Борисов обнаружил объект C/2019 Q4, который оказался первой межзвездной кометой. Как показало моделирование траектории, орбита небесного тела является гиперболической, то есть оно возникло за пределами Солнечной системы. В конце октября комета прошла между орбитами Юпитера и Марса, а в декабре она достигнет ближайшей к Солнцу точки. Наблюдать ее можно будет до января 2021 года.
Ученым впервые удалось увидеть черную дыру. Что это даст человечеству?
C/2019 Q4 уже второй межзвездный объект, посетивший Солнечную систему и обнаруженный астрономами. Первым был астероид Оумуамуа, который был замечен 19 октября 2017 года на расстоянии 0,25 астрономической единицы от Земли (четверть расстояния между Солнцем и Землей). Необычная форма космического «странника» и отклонения от рассчитанной скорости заставили некоторых ученых предположить, что он мог быть инопланетным зондом, но эту гипотезу научное сообщество быстро опровергло.
Создание квантового компьютера
В сентябре стало известно, что компания Google создала самый мощный в мире квантовый компьютер Sycamore, способный на порядки быстрее проводить вычисления, чем суперкомпьютеры. Так, задача, на выполнение которой ушло бы 10 тысяч лет, у Sycamore, состоящего из 53 кубитов (аналог бита в квантовых вычислениях), заняла 200 секунд. Это свойство, известное как квантовое превосходство, позволяет компьютерам с рекордной скоростью решать задачи, требующие учета гигантского объема данных.
Разработчики назвали квантовый компьютер «важной вехой на пути к полномасштабному квантовому вычислительному процессу». При этом компания IBM раскритиковала заявление конкурентов, утверждая, что обычный компьютер справится с экспериментальной задачей не за 10 тысяч лет, а всего лишь за 2,5 дня (в худшем случае) и получит более точный результат.
Химеры свиньи и обезьяны содержат в органах клетки обоих видовФото: State Key Laboratory of Stem Cell and Reproductive Biology
Послание из межзвездного пространства
В ноябре 2019 года НАСА сообщило, что зонд Вояджер-2, запущенный в 1977 году и покинувший Солнечную систему вслед за Вояджером-1, впервые прислал данные о среде в межзвездном пространстве. Информация была собрана пятью инструментами на борту аппарата: датчиком магнитного поля, двумя детекторами энергетических частиц и двумя приборами для изучения плазмы. Это позволило ученым больше узнать о границе Солнечной системы, где поток плазмы от Солнца (солнечный ветер) сталкивается с межзвездным веществом.
Результаты анализа данных, присланных Вояджером-2 и Вояджером-1, подтвердили, что плазма в локальном межзвездном пространстве значительно плотнее, чем плазма внутри гелиосферы, а ее температура ниже, чем внутри гелиосферы. Оба зонда находятся в переходной области, где наблюдаются возмущения, связанные со столкновением двух космических сред.
Гибрид свиньи и обезьяны
Китайские ученые сообщили о рождении первых в мире химер свиньи и обезьяны. Родившиеся поросята обладают органами (сердце, печень, легкие и кожа), в которых содержатся клетки и ДНК макак-крабоедов. Животные были получены с помощью внедрения клеток приматов в эмбрионы свиней, чей возраст достигал четырех дней. Всего было использовано четыре тысячи зародышей, однако родились только десять особей, восемь из которых умерли в первую же неделю жизни.
Химерой называют организм, состоящий из разнородных клеток. Иногда химеры появляются на свет естественным образом, когда в развитии одного зародыша участвуют две или большее количество зигот — оплодотворенных яйцеклеток. Первая межвидовая химера — овцы и козы — была получена еще в 80-х годах XX века, а в 2017 году был создан зародыш, состоящий из человеческих клеток и клеток свиньи, однако по этическим соображениям его уничтожили.
Александр Еникеев