10 научных историй 2018 года, которые потрясли мир

Новый килограмм, вес всего живого и генно-отредактированные дети: Mind предлагает вспомнить самые впечатляющие научные истории прошедшего года.

Одним из самых обсуждаемых событий в начале 2018 года стала отправка в космос личного электромобиля Илона Маска – вишневой Tesla. На орбиту его доставила самая мощная в мире ракета-носитель Falcon Heavy высотой 70 м, диаметром 3,7 м, шириной более 12 м в разгонном блоке, массой 1420 т и заявленной грузоподъемностью до 63,8 т.

Созданная американской компанией SpaceX ракета с автомобилем на борту взлетела 6 февраля с космодрома на мысе Канаверал (штат Флорида). Трансляцию этого исторического события в прямом эфире смотрели 23 млн человек. Около 100 000 людей приехали на мыс Канаверал в день запуска, чтобы наблюдать за взлетом ракеты воочию.

Через три минуты после отрыва ракеты от земли от нее успешно отделились два ускорителя. А еще через пять минут эти два ускорителя почти синхронно и филигранно приземлились на посадочных площадках мыса Канаверал. Так же аккуратно должна была вернуться и центральная разгонная ступень ракеты-носителя, но ее двигатель вышел из строя – и блок рухнул в океан на скорости около 483 км/ч.

Поскольку основную задачу по выводу груза в космос Falcon выполнил, его запуск можно считать удачным и прорывным. Компания Илона Маска продемонстрировала революционный метод, позволяющий возвращать на землю стартовые степени ракеты для их повторного использования. Также SpaceX показала, что способна выводить на орбиту габаритную космическую технику, и может делать это относительно дешево – запуск Falcon Heavy обошелся в $90 млн.

Как писал Mind, 14 марта на 77-м году жизни скончался легендарный физик-теоретик, самый выдающийся ученый Британии Стивен Хокинг. Большую часть жизни этот гениальный ученый провел в инвалидном кресле, будучи скованным амиотрофическим склерозом – необратимой болезнью, уничтожающей нервные клетки и подрывающей способность ходить, разговаривать, жевать и даже дышать.

Вопреки тяжелому недугу, Хокинг старался жить активной и плодотворной жизнью. Он совершил несколько значимых открытий в области теоретической физики и стал самым известным в мире популяризатором науки, способным доносить сложные понятия до широкой аудитории. Его книги «Краткая история Времени» (изданная в 1988 году), «Мир в ореховой скорлупе» (2001) и «Джордж и тайны вселенной» (2007) стали международными бестселлерами. Они помогли миллионам детей и взрослых понять фундаментальную теорию строения Вселенной и сделали Хокинга знаменитостью уровня Альберта Эйнштейна.

В составе всех живущих на нашей планете организмов содержится 550 гигатонн (миллиардов тонн) углерода, согласно исследованию, опубликованному в журнале PNAS. Воду, из которой человек состоит на 70%, а медуза – на 95%, и другие компоненты ученые не брали в расчет.

Wow-эффект на интернет-сообщество произвела визуализация данных этого исследования. Вот эта сделанная журналом Vox инфографика в виде длинной «башни жизни» стала вирусной. Изображения этой «башни» быстро распространились в соцсетях и заставили многих поразмышлять о масштабах земной биомассы и нашем месте среди нее.

Согласно исследованию, из 550 гигатонн «живого углерода» 450 Гт или 80% приходится на растения. Еще 70 Гт углерода (13%) входит в состав клеток бактерий, 12 Гт (2%)  – грибов. Все животные вместе взятые содержат в своих телах 2 Гт углерода, из которых половина приходится на насекомых, паукообразных и ракообразных. Мы, люди, в пересчете на углерод весим лишь 0,06 Гт. Человек состоит из углерода на 18%. Другими основными элементами наших тел являются кислород (65%), водород (10%), азот (3%), фосфор (1%) и сера (0,25%).

В конце июня 12 игроков детской футбольной команды в возрасте от 11 до 16 лет вместе с 25-летним тренером зашли вглубь пещеры Тхам Луанг. Внезапно начавшийся ливень затопил проходы, и футболистам пришлось по подземным тоннелям отступать все дальше и дальше от входа, чтобы спастись от поднимающегося уровня воды.

Беспрецедентная по сложности поисковая операция длилась 18 дней. Она привлекла внимание всего мира и стала одной из самых драматических и изумляющих историй 2018 года.

В течение первых десяти дней десятки дайверов, приехавших из разных стран, искали футболистов, а спасатели для повышения шансов детей на выживание откачивали воду из пещеры с помощью сверхмощных насосов и закачивали в сухие участки пещеры кислород. Когда дети были найдены, спасатели испробовали несколько способов их вызволения.

Была предпринята попытка пробурить гору сверху вниз и вытянуть людей из пещеры на канатах. Однако скальные породы оказались прочными, и бурильные установки, заброшенные на место вертолетами, рыли колодец медленно, а ускорить их работу микровзрывами власти не решились из-за боязни обвалить потолок пещеры на людей. Параллельно спасатели пытались осушить Тхам Луанг отведением в сторону воды из водопада и осушением находящегося под ним озера. План не удался, но уровень воды снизился и облегчил работу дайверам.

С инженерными предложениями к тайцам обратился глава компании SpaceX Илон Маск. Миллиардер привез в Таиланд специальную мини-субмарину, способную, по его словам, проплывать в узких проходах пещеры с ребенком внутри. Другой идеей Маска было создание 4-километрового подводного тоннеля из нейлоновой трубы.

В итоге идеи известного изобретателя были со скандалом отвергнуты, а детей по одному вытащили дайверы. Каждый мальчик плыл в сопровождении двух спасателей. Первый продвигался впереди и нес баллон с воздухом, который поступал в маску к ребенку, второй был сопровождающим.

Есть вопрос, мучающий физиков на протяжение десятилетий: почему внешняя часть атмосферы Солнца в сотни раз горячее его поверхности? Это не логично, но это так. Чтобы найти ответ и лучше подготовиться к солнечным штормам, американское космическое агентство NASA запустило к поверхности звезды зонд.

12 августа 2018 года зонд взлетел с мыса Канаверал. И к 2025 году этот аппарат должен приблизиться к Солнцу на расстояние 6 млн км. Если представить, что Земля и Солнце разнесены на 1 м, то зонд должен будет подлететь к нашей звезде на расстояние всего 4 см.

Аппарату придется иметь дело с немыслимой температурой до 1400 °С. Это горячее, чем у лавы в жерле вулкана. Однако зонд не расплавится, так как все время полета будет повернут к Солнцу термоэкраном из углепластика диаметром 2,4 м и толщиной 11 см. За этим защитным щитом температура будет составлять комфортные для оборудования 30 °С.

Зонд должен облететь звезду по орбите 24 раза. При этом он будет фотографировать, измерять напряженность электрических и магнитных полей, регистрировать частицы солнечного ветра (ионы гелия, электроны и протоны), определяя их скорость, плотность и температуру.

В марте 2013 года мировые СМИ сделали знаменитым харизматичного 17-летнего голландского юношу Бояна Слата, который на конференции TEDx рассказал  о проблеме засорения океана пластиком, а спустя полгода бросил учебу и основал фонд Ocean Cleanup с целью строительства очистного сооружения.

На протяжении 5,5 лет множество людей следило за тем, как команда Бояна Слата тестирует и совершенствует океанские мусоросборники. Десятки тысяч интернет-пользователей со всего мира участвовали в рекордных по масштабам кампаниях по сбору средств – однажды за 100 дней Ocean Cleanup привлек $2 154 282 от 38 000 человек из 160 стран.

Наконец, 8 сентября 2018 года произошло важнейшее событие в истории проекта. Сконструированная за $20 млн ловушка пластика System 001 в полной 600-метровой сборке была спущена на воду в гавани Сан-Франциско и отбуксирована в океан. По замыслу, эта конструкция из загнутой в U-образную форму плавучей прочной трубы и щита, уходящего от нее на 3 м вниз под воду, должна была самостоятельно перемещаться по поверхности океана, догонять и «съедать» пластик подобно Пакману, персонажу культовой видеоигры. Однако эксперимент завершился неудачно: ловушка пластика оказалась неэффективной, и ее вновь придется переделывать.

Межправительственная группа ООН опубликовала доклад, в котором сообщила, что из-за выбросов парниковых газов к 2030 году температура поверхности земли достигнет критического порога в 1,5 °С выше от доиндустриального уровня. Это вызовет необратимые катастрофические изменения во всем мире.

Как показывает интерактивная карта, к 2100 году уровень воды в мировом океане поднимется на 48 см, наводнения будут наносить на $10,2 трлн ущерба в год, и мировой доход в пересчете на единицу населения упадет в среднем на 8%.

Авторы доклада призвали все государства принять «беспрецедентные» меры по уменьшению на 45% выбросов углекислого газа к 2030 году в сравнении с 2010-м. Если этого не сделать, температура может повыситься на несколько градусов от доиндустриального уровня. В случае ее увеличения на 2 °С океан поднимется на 56 см, наводнения будут наносить на $11,7 трлн ущерба, а доходы населения упадут на 13%.

До сих пор у килограмма были простые определения с привязкой к физическим объектам. С 1795 года его массу определял литр воды, затем платиновая гиря, а с 1879 года и по сей день – отлитый из иридия и платины цилиндр под названием Le Grand K, который бережно хранится под несколькими стеклянными колпаками во Франции.

Однако дни этого нестабильного из-за потери атомов эталона сочтены. 16 ноября на сессии 26-й Генеральной конференции по мерам и измерениям в Версале (Франция) представители стран всего мира проголосовали за то, чтобы отказаться от этого определения килограмма и нескольких других единиц измерения.

С 20 мая 2019 года масса килограмма будет определяться фундаментальной константой природы, известной как Постоянная Планка. Также новые определения получат ампер (единица электрического тока), кельвин (единица измерения температуры) и моль (единица для количества вещества). Их привяжут к заряду электрона, постоянной Больцмана и числу Авогадро, которые одинаковы везде во Вселенной.

По утверждению ученых-метрологов, состоялась очень важная смена парадигмы. Новый эталон килограмма позволит в любой точке Вселенной измерять массы с высочайшей точностью, что может быть полезно для таких задач, как получение микроскопических количеств веществ для изготовления фармацевтических препаратов.

Под километровой толщины ледником Гайавата в Гренландии есть кратер диаметром 31 км и глубиной 300 м. Такая воронка в Земле образовалась вследствие удара мощностью, сопоставимой с 47 миллионами ядерных бомб, упавших на Хиросиму. Судя по всему, в Гренландию врезался железный метеорит диаметром 1 км.

Гляциологи, измерявшие толщину гренландских льдов радарами, случайно обнаружили кратер три года назад, но до недавнего времени исследования этой находки велись в секрете. Пока что ученые не могут сказать, когда именно произошел удар метеорита, но с уверенностью утверждают, что он привел к катастрофическим последствиям в масштабах всей планеты. Возможно, именно этот удар вызвал глобальное похолодание – экстремальный период, начавшийся 12 800 лет назад и завершившийся 11 700 лет назад.

Китайский ученый Хэ Цзянькуй опубликовал видео, в котором объявил о создании им первых на планете людей с искусственно измененными генами. По его словам, он помог отчаявшемуся ВИЧ-инфицированному отцу зачать здоровых детей. В процессе искусственного оплодотворения из эмбрионов методом генной хирургии CRISPR/Cas9 был удален один ген под названием CCR5.

Эти эмбрионы были подсажены жене ВИЧ-инфицированного донора, которая после успешного протекания беременности родила в китайском городе Шэньчжэн живых и здоровых девочек-близнецов Лулу и Нану. Девочки благодаря генной модификации защищены от вируса иммунодефицита человека. В случае попадания инфекции в организм они не будут носителями ВИЧ и у них не разовьется СПИД.

По утверждению Хэ Цзянькуя, его работа связана с созданием людей, которые не будут страдать от болезней, а не с созданием «дизайнерских детей» с определенным цветом глаз или высоким IQ. Однако декларация благих целей не защитила ученого от шквала критики. Представители научного сообщества накинулись на него с обвинениями в нарушении медицинской этики, профессиональных стандартов, китайских законов и правил. Обсуждая прецедент, специалисты сходятся во мнении, что заявление Хэ Цзянькуя о рождении здоровых генно-отредактированных девочек вполне правдоподобно, и что этот эксперимент вряд ли единственный и явно не последний.