Главные достижения науки и техники за 2017 год

Самые значимые  события в области науки и техники за минувший год

2017 год ушел в историю, и сейчас самое время подвести итоги и рассказать о самых значимых, на взгляд издания Naked Science, событиях в области науки и техники за минувший год. От звездной системы с тремя землеподобными планетами до рекордного успеха технологии блокчейн.

Обнаружены гравитационные волны от слияния нейтронных звезд

Ученые впервые зарегистрировали гравитационные волны от слияния нейтронных звезд. В наблюдениях были задействованы не только лазерные интерферометры коллабораций LIGO и Virgo, но и целый ряд космических обсерваторий и наземных телескопов, способных зарегистрировать электромагнитное излучение, порождаемое слиянием нейтронных звезд. Всего это явление наблюдали около 70 наземных и орбитальных обсерваторий по всей планете, в том числе и в нашей стране. Об открытии было объявлено 16 октября в ходе международной пресс-конференции, прошедшей одновременно в Москве, Вашингтоне и некоторых других городах.

Впервые гравитационные волны удалось зафиксировать в сентябре 2015 года, о чем коллаборации LIGO и VIRGO торжественно объявили 11 февраля 2016 года. Это событие стало одним из главных научных достижений 2016 года. Но тогда источником гравитационных волн стало столкновение черных дыр. В этот раз коллаборация зафиксировала гравитационные волны, вызванные столкновением двух нейтронных звезд — объектов, столкновение которых сотрясает пространство-время слабее, чем сталкивающиеся черные дыры.

Обнаружена звездная система с тремя землеподобными планетами

В феврале NASA сообщило об обнаружении звездной системы, в которой семь планет схожи по размеру с Землей, а три из них еще и находятся в обитаемой зоне. Существует высокая степень вероятности, что эта троица имеет условия, при которых на них возможна жизнь. На планетах, предположительно, есть жидкая вода, а сами они обладают плотной атмосферой.

Холодный красный карлик TRAPPIST -1 находится в созвездии Водолея, на расстоянии 39,5 св. лет от нас. Первые три планеты системы были обнаружены еще в 2016 году группой астрономов из Бельгии и США во главе с Микаэлем Жийоном с помощью роботизированного 0,6-метрового телескопа TRAPPIST (TRAnsiting Planets and Planetesimals Small Telescope), расположенного в обсерватории ESO Ла-Силья в Чили. Правда, открытие одной из планет — TRAPPIST-1 d — позже не подтвердилось. «Переоткрытие» планеты d (третьей от звезды в системе) и обнаружение еще четырех планет произошло позже благодаря дополнительным наблюдениям с использованием нескольких наземных телескопов и орбитального телескопа «Спитцер». Некоторые данные о системе также были получены телескопом «Кеплер».

На пресс-конференции 22 февраля ученые отметили, что это важнейшее открытие за последние годы. Значимость его не столько в самом факте обнаружения экзопланет, сколько в близости экзопланетной системы к нам и открывающихся возможностях для ее изучения и изучения возможной внеземной жизни на них.

Найдены следы древнейших микроорганизмов

Следы древнейших бактерий были обнаружены международной группой палеобиологов в скальных породах Нуввуагиттука (Канада, провинция Квебек). Возраст пород составляет до 4,3 млрд лет. Определили его в 2012 году с помощью самарий-неодимового датирования. При этом, как известно, возраст нашей планеты составляет около 4,6 млрд лет.

Найденные учеными трубкообразные структуры имеют возраст не менее 3,77 миллиарда лет. Окаменелости представляют собой гематитовые трубки и волокна, схожие по своей морфологии с нитевидными микроорганизмами из современных гидротермальных источников и окаменелостями в молодых породах. Они свидетельствуют о протекавшей здесь в далеком прошлом жизнедеятельности железобактерий. Эти бактерии способны окислять двухвалентное железо до трехвалентного, а освобождающуюся при этом энергию используют для усвоения углерода из углекислого газа или карбонатов. Жили они, как предполагается, под водой в гидротермальных источниках. Примечательно, что в это же время жидкая вода была и на Марсе. А это значит, есть все основания надеяться, что и на Красной планете в этот же период существовала жизнь. Статья с анализом находки опубликована в журнале Nature 1 марта.

Повторный запуск первой ступени

31 марта американская компания SpaceX впервые в истории повторно запустила в космос первую ступень ракеты, ранее уже побывавшую в космосе в апреле прошлого года. Тогда ракета вывела на орбиту космический корабль Dragon с грузом для экипажа МКС. Вернувшуюся из космоса ступень удалось успешно посадить на специальную платформу в океане, а после — доставить на завод.

В этот раз с ее помощью на орбиту был выведен телекоммуникационный спутник SES-10 принадлежащий одноименной люксембургской компании. Запуск, как и последующее возвращение на Землю, прошли успешно. Эта ракета в космос больше не полетит — она станет музейным экспонатом. Ее планируют передать в Космический центр имени Джона Кеннеди. В целом, ступени Falcon 9 предполагается использовать до 10 раз. А после основательного технического обслуживания их можно будет применять и до 100 раз, заявил Илон Маск СЕО SpaceX

Получение изображения черной дыры

В апреле ученые из проекта Event Horizon Telescope в течение пяти дней занимались «фотографированием» черных дыр. Цель эксперимента — получение первого в истории изображения черной дыры.

Для наблюдений астрономы выбрали два объекта. Первый — Стрелец А* — компактный радиоисточник, который помимо радиоволн излучает также и в инфракрасном, рентгеновском и других диапазонах. Он находится в центре Млечного Пути, на расстоянии 26 тысяч световых лет от нас. Второй объект наблюдений — черная дыра в сверхгигантской эллиптической галактике M 87, крупнейшей в созвездии Девы. Она расположена на расстоянии около 53,5 млн св. лет от Земли.

Для получения снимков астрономы создали «виртуальный» телескоп, объединив несколько телескопов, расположенных в Мексике, Аризоне, Чили, Испании, Антарктиде и на Гавайях. Каждая из участвующих в эксперименте обсерваторий собрала по 500 Tб данных, которые уместились на 1024 жестких дисках. Сами обсерватории, конечно, не имеют возможности обработать такое количество информации на месте, поэтому данные находятся в Массачусетском технологическом институте (США) и в Радиоастрономическом институте Макса Планка (Германия). Здесь на суперкомпьютерах они и будут обработаны, в результате чего мы увидим первую в истории фотографию черной дыры. Правда, первые снимки черной дыры появятся не раньше 2018 года.

Китай запустил свой первый космический рентгеновский телескоп

15 июня с космодрома Цзюйюань в пустыне Гоби запущен первый китайский астрономический спутник. Им стала орбитальная китайская рентгеновская обсерватория Hard X-ray Modulation Telescope (HXMT), предназначенная для наблюдения черных дыр, пульсаров, гамма-всплесков и поиска новых источников рентгеновского излучения.

Проект создания телескопа предложил еще в 1993 году китайский академик Ли Тибэй. Реализовываться проект начал только с 2000 года Министерством науки и технологий КНР совместно с китайской Академией наук и Университетом Цинхуа.

Обсерватория рассчитана на четыре года службы, может работать как в режиме наблюдения выбранной точки, так и в режиме патрулирования. Телескоп обладает одним из наиболее широких полей зрения среди себе подобных, а также широким рабочим диапазоном частот и энергий. На борту орбитальной обсерватории имеются три различные группы фотоэлементов: для анализа рентгеновского излучения высокой, средней и малой энергий.

Запущен в эксплуатацию уникальный рентгеновский лазер на свободных электронах XFEL

В сентябре запущен в эксплуатацию уникальный рентгеновский лазер на свободных электронах XFEL (X-ray free-electron laser). Россия также внесла в его создание значительный вклад. Церемония запуска, на которой присутствовала российская делегация во главе с помощником президента Андреем Фурсенко, прошла на окраине Гамбурга 1 сентября. Наша страна заняла второе место после Германии по объему долевого участия в проекте: около 27%. Строительство общей стоимостью €1,22 млрд началось в 2009 году и было завершено в 2016-м.

XFEL — это, по сути, гибрид микроскопа с ускорителем. На сегодняшний день он является самым мощным и самым ярким лазером подобного типа. Его сверхпроводящий линейный ускоритель частиц длиной 1,7 км способен разогнать электроны до энергии в 17,5 ГэВ. Установка способна производить 27 тысяч вспышек в секунду, при этом длительность каждой не будет превышать 100 фемтосекунд.

Уникальные параметры лазера позволят ученым совершить новые открытия в области наночастиц. Инструмент предназначен для исследования сверхмалых структур, очень быстрых процессов и экстремальных состояний. С его помощью ученые планируют создавать новые лекарства и материалы, лазер найдет применение в исследованиях в области энергетики, электроники и химии.

Сатурнианская миссия зонда «Кассини» завершена

15 сентября космический аппарат «Кассини» завершил свою 20-летнюю миссию. Автоматическая межпланетная станция, названная в честь итальянского астронома Джованни Кассини, была отправлена в космос в октябре 1997 года. В задачи «Кассини» входило исследование системы шестой от Солнца планеты Сатурн: самой планеты, ее спутников и колец, а также доставка спускаемого аппарата «Гюйгенс» на Титан — крупнейший спутник Сатурна. Станция прибыла к планете только в июне 2004 года и стала ее первым искусственным спутником.

Проведя в системе Сатурна 13 лет, «Кассини» сделал около 400 тысяч фотографий и переслал на Землю свыше 600 Гб данных. По результатам его наблюдений было написано свыше 4000 научных статей. Снимки аппарата позволили ученым открыть новое кольцо Сатурна — кольцо Януса-Эпиметея. Зонд изучил малоисследованные спутники Сатурна. Это такие спутники, как Полидевк, Паллена, Анфа, Мефон, Эгеон и Дафнис.

Чтобы избежать столкновения аппарата со спутниками планеты, на которых потенциально возможна жизнь, космический аппарат был направлен в атмосферу Сатурна, где и сгорел в облаках газового гиганта. Последние минуты жизни зонда NASA транслировало в прямом эфире.

Ученые создали генно-модифицированных свиней

Как известно, свиньи гораздо лучше других животных подходят для того, чтобы стать донорами органов для человека. Их геном достаточно похож на человеческий, внутренние органы схожи по размеру, а кроме того, этих животных легко разводить в больших количествах. Но на пути к возможному использованию органов есть еще много препятствий.

Группе ученых из американской биотехнологической компании eGenesis удалось сделать важный первый шаг на пути к заветной цели. Ученые смогли с помощью технологии CRISPR-Cas9 успешно изъять из ДНК подопытных свиней 25 различных эндогенных ретровирусов. Как выяснилось, эти вирусы имели способность заражать человеческие клетки.

Затем с помощью технологии клонирования — подобной той, что использовалась при создании овечки Долли, — отредактированный генетический материал был помещен в яйцеклетки обычной свиньи, из которых образовались эмбрионы. В результате ученым удалось получить 37 здоровых поросят.

«Это первые свиньи, не имеющие свиных эндогенных ретровирусов, и наиболее генетически модифицированные животные, имеющиеся на сегодняшний день», — пояснили в eGenesis. Но все же успешное удаление свиных ретровирусов — это решение только половины проблем, необходимых для ксенотрансплантации — межвидовой трансплантации органов. Даже органы, пересаженные от человека человеку, то есть при внутривидовой трансплантации, вызывают иммунную реакцию, приводящую к отторжению органа. Теперь ученые решают и эту задачу и пытаются понять, какие еще генетические модификации нужно провести, чтобы иммунная система человека более охотно принимала свиные органы. Результаты эксперимента были опубликованы в журнале Science в сентябре этого года.

Рекордный успех технологии блокчейн

Рекордный рост биткоина в этом году (а он за год вырос почти в 16 раз) — событие не только из мира финансов, но и из мира технологий. За год суммарная капитализация всех криптовалют выросла с 17 млрд долларов в январе 2017 года до почти 500 млрд долларов в середине декабря. Одновременно переживает бум и рынок первичных размещений в криптовалюте (ICO), сравнить его можно только с эпохой доткомов конца прошлого века. Кроме того, и сам биткоин во второй половине года пережил уже четыре форка: Bitcoin Cash, Bitcoin Gold, Bitcoin Diamond и Super Bitcoin — все хотят себе свой биткоин. Пожалуй, ни одно другое применение криптографических методов не имело такого успеха ранее.

Блокчейн, технология, на которой основан биткоин и другие криптовалюты, может применяться и для других целей: проведения выборов и голосований, управления децентрализованными организациями, сбора средств и так далее — то есть везде, где нет доверия между людьми и нужно избежать посредников.

Эксперты склоняются к тому, что блокчейн — это будущее цифровой экономики. Наблюдаемые в этом году рост цены биткоина и альткоинов, форки и бум ICO говорят, что в следующем году нас ожидает еще много интересного. И даже если биткоин, как пророчат некоторые эксперты, лопнет как пузырь, то очередные успехи технологии блокчейн однозначно будут в списке итогов уже 2018 года.

Автор: Сергей Соболь

*** 

Открыть будущее: важнейшие открытия 2017-го 

Часы внутри клетки, новая эра в астрофизике, сконструированный эмбрион и другие важнейшие открытия 2017-го "Огоньку" прокомментировали специалисты из тех областей науки, которые затронуты этими новшествами непосредственно. Что же останется в вечности от уходящего года?

Жизнь с часовым механизмом

О существовании "биологических часов" (циркадных ритмов) догадывались аж два века назад, но выявить молекулярный механизм их действия удалось лишь недавно. За это трое американцев — Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг — и получили Нобелевку-2017 по физиологии и медицине.

— Выявлена одна из фундаментальных вещей, объединяющая практически все живые организмы на Земле,— объясняет значение открытия Александра Пучкова, старший научный сотрудник лаборатории нейробиологии сна и бодрствования Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН.— Причем, как показали исследования, в основе своей ритм запрограммирован генетически.

"Биологические часы", продолжает ученый, управляют нашей жизнью гораздо сильнее, чем кажется, а их поломка ведет к существенным нарушениям как в физиологии, так и в психике.

— Мы можем подстраиваться под неудобный режим, но ограниченно,— поясняет биолог.— Ярко выраженная "сова" так никогда и не сможет хорошо работать в 8 утра. В принципе, адаптация рабочих графиков к особенностям организма стала бы шагом в верном направлении. Также желательно ограничить работу с суточными сменами и скользящим графиком.

Поймать эхо космоса

"Грандиозное открытие 2017-го — это первая регистрация гравитационных волн от слияния двух нейтронных звезд, сделанная детекторами обсерваторий LIGO в Ливингстоне и Хэнворде (США),— говорит "Огоньку" астрофизик Александр Лутовинов, завлабораторией Института космических исследований РАН.— Почти одновременно с гравитационным волновым сигналом получен и электромагнитный сигнал от этого слияния, зарегистрированный обсерваториями FERMI и INTEGRAL".

Эти наблюдения позволили измерить скорость гравитационных волн: она практически совпадает со скоростью света. А это дало возможность получить информацию о свойствах гравитонов — элементарных частиц, не имеющих массы, которые переносят гравитационное взаимодействие без использования электрического заряда. Напомним, частицы эти предсказаны только в теории, любая информация о них — сенсация. Многие ученые всерьез полагают, что впору говорить о новой эре гравитационно-волновой астрономии, которая сможет, наконец, разобраться в устройстве Вселенной.

— В этих исследованиях активно участвовали российские ученые,— подчеркивает Александр Лутовинов.— Обсерватория INTEGRAL запущена ракетой "Протон", поэтому ученые из РФ получили право на 25 процентов научных данных. Научный коллектив Валерия Митрофанова (МГУ) вместе с группой Александра Сергеева (новый президент РАН.— "О") представляет Россию в международном сообществе LIGO. Они помогали создавать приборы и продолжают работать в самой обсерватории. В INTEGRAL входят наши ученые из Института космических исследований.

Обещала вернуться...

В марте компания SpaceX повторно запустила в космос ракету-носитель Falcon 9, перед тем уже выводившую груз на орбиту. "В SpaceX полностью изменили подход к ракетостроению,— комментирует инженер-ракетостроитель Павел Пушкин, гендиректор компании "КосмоКурс".— Пока наши разработчики и их западные коллеги соревнуются в совершенстве крыла и величине давления в клапанах, Илон Маск применяет максимально простые и отработанные технологии новым способом".

Концепцию возвращения ракет предлагал еще соратник Сергея Королева, Василий Мишин, однако идею посчитали ненужной и, напоминает наш собеседник, забросили. После успешной посадки Falcon 9 эксперты наперегонки считают экономические выгоды от такого использования техники. Но Павел Пушкин рекомендует с оценками не спешить: надо вычислять не рентабельность отдельной ракеты, а рассматривать общую экономическую модель SpaceX. "Если брать традиционный способ подсчета, при котором учитывается объем поднимаемого груза, затраты на топливо и на доставку, то многоразовые ракеты экономически не оправданны,— объясняет наш собеседник.— А если посчитать выгоду, которую получил SpaceX от эксплуатации одновременно и многоразовых, и одноразовых ракет, то получится значительная сумма".

Починить человека

Ученые из Орегонского университета (США) в июле 2017-го успешно отредактировали геном человеческого эмбриона. Ранее генетическое редактирование произвели в КНР, но эксперимент прошел неудачно и эмбрионы были уничтожены. Американцам же удалось избежать лишних мутаций и получить здоровый организм. Редактирование с применением технологии CRISPR/Cas9 произвели одновременно с оплодотворением клетки. Успех дает надежду парам с наследственными заболеваниями иметь здоровых детей.

"Технология CRISPR/Cas9 уже была успешно испробована на модельных организмах,— говорит доцент кафедры генетики биофака МГУ Андрей Синюшин.— Но сейчас произошел чрезвычайно важный прецедент с выздоровлением человека. Причем важен он не только с точки зрения технологии, но и с точки зрения юриспруденции. Не секрет, что возможность применения к человеку достижений технического прогресса всегда вызывает у кого-то опасения или протест". Наш эксперт отмечает, что бурное внедрение нового метода в медицину тормозит лишь его "этическая неоднозначность".

С точки зрения Андрея Гаража, руководителя международного исследовательского проекта Oncobox, самые "волнующие" новости в 2017-м — из области пренатальной медицины. "В апреле,— отмечает эксперт,— вышли две работы, посвященные самым ранним этапам жизни человеческого организма. Группе ученых удалось фактически создать искусственный эмбрион. Другие исследователи смогли существенно улучшить характеристики искусственной матки, что необходимо для предотвращения осложнений, связанных с преждевременными родами".

Авторы: Елена Бабичева, Мария Сотскова