Десять чрезвычайных научных открытий человечества в 2022 году
Людство зробило черговий крок на шляху пізнання Всесвіту, людського тіла та осяжного космосу.
Завдяки праці тисяч учених світ наблизився до створення нескінченного джерела чистої енергії, штучної крові, лікування паралічу, захисту Землі від астероїдів, розуміння, з яких частинок матерії був створений Всесвіт.
"Економічна правда" пропонує згадати найбільші наукові відкриття 2022 року.
Термоядерний реактор створив більше енергії, ніж витратив
Учені, які працюють з найбільшою у світі установкою ядерного синтезу, уперше досягли явища, відомого як запалювання: створення ядерної реакції, що генерує більше енергії, ніж споживає. Це відбулося в Національному комплексі лазерних термоядерних реакцій США 5 грудня 2022 року.
Під час експерименту 192 лазери спрямували 2,05 мегаджоуля енергії на не більший за горошину золотий циліндр, що містив заморожену гранулу ізотопів водню дейтерію і тритію. Імпульс енергії лазера зруйнував капсулу, досягнувши температури, яка буває лише в зірках і при застосуванні термоядерної зброї.
Ізотопи водню злилися в гелій, вивільняючи енергію і створюючи каскад реакцій термоядерного синтезу. Реакція вивільнила близько 3,15 МДж енергії – на 54% більше, ніж пішло на реакцію, та удвічі більше за попередній рекорд.
Проте результат фізиків став проривом лише в рамках експерименту. Вони перейшли за межу "рівноваги" до етапу "запалювання". Однак для застосування термоядерної реакції з метою вироблення енергії потрібне стабільне "горіння".
Крім того, їх установка не може виробляти електроенергію. Вона створена лише для вивчення процесу термоядерного синтезу.
Людям уперше влили вирощену в лабораторії кров
Виробництво крові необхідне для створення надзвичайно рідкісних груп крові, які важко отримати традиційним способом. Рідкісні групи потрібні людям, які залежать від регулярних переливань крові. Якщо кров не відповідає групі крові пацієнта, організм починає її відторгати і лікування не приносить результату.
Британський дослідницький проєкт, який об’єднує команди в Брістолі, Кембриджі та Лондоні, зосередився на розробці технології вирощування еритроцитів, які переносять кисень від легенів до решти тіла.
Усе починається із здавання пів літра крові. Магнітні кульки використовуються для виловлювання гнучких стовбурових клітин, здатних стати еритроцитами. Отримані клітини стимулюють в лабораторних умовах до поділу з метою збільшення їх кількості. Потім стовбурові клітини перетворюють на еритроцити.
Процес створення крові триває три тижні. Початковий пул з близько пів мільйона стовбурових клітин дозволяє виробити до 50 млрд еритроцитів. Вони фільтруються, щоб отримати близько 15 млрд червоних кров’яних тілець, які перебувають на потрібній стадії розвитку для трансплантації.
Перші двоє людей уже отримали дві дози по 5-10 мл з інтервалом чотири місяці: звичайну кров та вирощену в лабораторії. Кров була помічена радіоактивною речовиною, яка часто використовується в медичних процедурах. Це дозволить ученим побачити, як довго кров зберігатиметься в організмі.
Кількість підтверджених екзопланет перевищила пʼять тисяч
До 1990-х років людство знало переважно планети, які обертаються навколо Сонця. Однак нова серія відкриттів знаменує наукову вершину: учені підтвердили існування понад 5 тис планет за межами Сонячної системи.
Серед них – маленькі скелясті світи, як Земля, газові гіганти, у багато разів більші за Юпітер, "гарячі Юпітери" на близьких орбітах навколо своїх зірок.
"Якщо ви можете знайти планети навколо нейтронної зірки, то планети повинні бути скрізь. Процес їх виробництва має бути дуже надійним", – каже польський та американський астроном Александер Вольщан, автор статті, у якій 30 років тому було доведене існування планет за межами Сонячної системи.
Тісний зв’язок між хімією життя на Землі та хімією у Всесвіті свідчить, що виявлення життя в космосі є питанням часу, вважає він. "Ми неминуче знайдемо десь життя, швидше за все, якесь примітивне", – говорить Вольщан.
Новий матеріал: легкий, як пластик, міцніший за сталь
Інженери Массачусетського технологічного інституту розробили надтонкий матеріал: легкий, як пластик, але міцніший за сталь. Цей матеріал можна використовувати в транспортних засобах чи електроніці. Він виробляється за допомогою технології, яка раніше вважалася неможливою.
Найвідоміший приклад полімерів – пластмаса. Під мікроскопом вона виглядає як звивисті нитки, одновимірні ланцюги одиниць, які називаються мономерами, але їх можна створити в тривимірних формах за допомогою лиття під тиском.
Однак змусити полімери утворювати двовимірні листи було складно. Учені Массачусетського технологічного інституту розробили метод виробництва, який дозволяє полімерам формувати двовимірні листи, зберігаючи їх міцність.
Команда називає матеріал 2DPA-1. Хоча він тонкий і легкий, межа його текучості вдвічі більша, ніж у сталі. Для його деформації потрібно в шість разів більше сили, ніж для деформації куленепробивного скла.
Завдяки таким властивостям 2DPA-1 можна використовувати у будівництві, на транспорті, у виробництві електронних пристроїв, наприклад, смартфонів.
Імплантат спинного мозку для лікування паралічу
Дослідники з Тель-Авівського університету на чолі з професором Талом Двіром створили імплантати людського спинного мозку для лікування паралічу.
Для проєктування спинного мозку дослідники використовували клітини людини і імплантували їх у тварин з хронічним паралічем. У 80% тестів було продемонстроване відновлення здатності ходити. Таке проєктування імітує розвиток спинного мозку людських ембріонів.
"Наша мета – розробити персоналізовані імплантати спинного мозку, щоб відновлювати тканини без ризику відторгнення імплантату", – кажуть учені.
Дрон-камікадзе DART змінив орбіту астероїда Діморф
27 вересня дрон DART врізався у 160-метровий астероїд з швидкістю 22,5 тис км/год. Таким чином дослідники NASA вирішили перевірити, чи зможе людство змінити траєкторію польоту потенційно небезпечного для Землі космічного тіла.
Удар DART змістив 1 млн кг курної породи в космос. Цього достатньо, щоб заповнити сім залізничних вагонів. Такого висновку вчені дійшли після вивчення даних супутника Light Italian CubeSat для візуалізації астероїдів.
Вибиття породи змінило курс астероїда. У результаті час проходження Діморфа по орбіті навколо батьківського астероїда Дідімос скоротився не на кілька хвилин, як очікували вчені, а на 32 хвилини. Це довело, що людство може змінювати траєкторію польоту космічних тіл.
100 таємничих частинок Х на Великому адронному колайдері
Відкриття було зроблене під час експерименту з кварк-глюонною плазмою на Великому адронному колайдері в ЦЕРН. Згідно з теорією, після Великого вибуху саме вона за мільйонні частки секунди заповнила Всесвіт.
Плазма мала температуру трильйони градусів Цельсія і складалася з елементарних частинок: кварків та глюонів. За короткий час ця плазма охолола і з її частинок утворилися протони та нейтрони.
Теорія передбачала появу й інших частинок, зокрема частинок Х. Щоб перевірити цю теорію, вчені створили в колайдері кварк-глюонну плазму, зіштовхуючи на величезній швидкості іони свинцю.
Ці зіткнення породили десятки тисяч різних частинок. Щоб упіймати Х-частинки, учені розробили спеціальний алгоритм для розпізнавання закономірностей, притаманних розпаду Х-частинок. У результаті дослідники виявили 100 таких частинок. Тепер вони мають дізнатися, з чого вони складаються.
"У найближчі роки в нас буде більше даних. Ми дізнаємося, які частки виробляв Всесвіт на початку свого існування", – кажуть учені.
Геном людини розшифрували за пʼять годин
Геном розшифровують, щоб визначити, чи є хвороба пацієнта генетичною. Зазвичай для отримання результатів потрібні тижні. Нова швидка технологія дозволяє розшифрувати геном людини і діагностувати генетичні захворювання за кілька годин. Завдяки цьому вона потрапила в книгу рекордів Гіннеса.
Уся інформація про організм міститься в його геномі. Порівнюючи геном пацієнта з контрольним списком мутацій ДНК, пов’язаних з певними спадковими захворюваннями, лікарі можуть діагностувати таємничі хвороби.
Перші рослини, вирощені в місячному ґрунті
У травні 2022 року вчені з Університету Флориди вперше в історії людства успішно виростили рослини в ґрунті з Місяця. 12 грамів ґрунту, позичених NASA, були зібрані під час трьох місій "Аполлон" на Місяць.
Щоб виростити крихітний місячний сад, дослідники використовували лунки розміром з наперсток у пластинах, які зазвичай використовують для культивування клітин. Кожен колодязь функціонував як горщик.
Наповнивши кожен "горщик" грамом місячного ґрунту, дослідники зволожили його поживним розчином і додали кілька насінин рослини Arabidopsis (крес-салат, їстівна однорічна або дворічна трав'яниста рослина).
Хоча майже всі насінини проросли, між рослинами, вирощеними на місячному ґрунті, і контрольною групою були відмінності. Наприклад, деякі рослини, вирощені на місячному ґрунті, були меншими і росли повільніше.
Учені хотіли дізнатися, як рослини біологічно реагують на місячний ґрунт, також відомий як місячний реголіт, який радикально відрізняється від земного ґрунту.
Ця робота – крок до того, щоб люди навчилися вирощувати рослини для їжі та кисню на Місяці або під час космічних місій. Це дослідження відбувається в момент, коли програма "Артеміда" планує повернути людей на Місяць.
Чорна діра допомагає народжуватися зіркам
Астрономи вперше виявили, що чорні діри можуть допомагати утворенню зірок. Фахівці встановили такий зв'язок, спостерігаючи за чорною дірою в карликовій галактиці Henize 2-10, розташованій на відстані 34 млн світлових років.
Дані з телескопа "Хаббл" показують, що від чорної діри йде відплив гарячого газу, який тягнеться в бік областей народження зірок. Цей потік врізався в щільну хмару пилу та газу кілька мільйонів років тому, а скупчення молодих зірок вибудовуються перпендикулярно до напряму викидів від чорної діри.