Шесть самых впечатляющих научных событий 2021 года

Завершился 2021 год, объявленный в России Годом науки и технологий. Наверное, основное достижение года — это то, что науку удалось приблизить к школьникам и студентам. Благодаря таким акциям, как, например, «На острие науки» и «Ни дня без науки», даже люди, далекие от этой сферы, смогли окунуться в научную действительность, со всеми ее сложностями, проблемами и успехами.

А какие достижения в мировой науке, по нашему мнению, были самыми интересными и перспективными, вы узнаете из этого материала.

Марсианские хроники

В минувшем году изучение внутренней структуры Марса стало одним из самых ярких научных событий. Это оказалось возможным благодаря подробным данным, собранным чувствительными приборами марсианского посадочного модуля InSight, запущенного к нашему космическому соседу в 2018 году.

Марс неохотно открывает свои тайны — песком были засыпаны солнечные батареи исследовательского модуля, из-за склонного к слипанию марсианского грунта не удалось с помощью зонда изучить характеристики тепловых потоков под поверхностью планеты и оценить количество тепла внутри.

Зато получилось с помощью встроенного бортового сейсмографа зафиксировать более 1000 «марсотрясений», хотя ранее считалось, что на Марсе нет никакой особой геологической активности. Ученые получили уточненную модель внутренней структуры Марса, определили толщину коры, мантии и ядра.

Марсианская кора оказалась гораздо тоньше, чем предполагали ученые, что говорит о наличии в ней радиоактивных элементов. Ниже коры находится мантия, которая простирается очень глубоко. По составу она сильно отличается от земной.

Железо-никелевое ядро Марса оказалось жидким, в отличие от земного. И доля легких химических элементов (сера, кислород, углерод, водород) в нем выше. А еще оно более активно, чем предполагалось, а «марсотрясения» — более сильные, чем предсказывали теории.

Подобно Икару

В том же 2018 году к Солнцу был запущен зонд Parker для изучения его активности. С каждым витком он все ближе подходил к поверхности нашей звезды. И вот в апреле 2021 года зонд впервые в истории так близко подошел к Солнцу, что «нырнул» в его корону ниже магнитного поля, которое удерживает частицы плазмы. Причем из-за неоднородности солнечного магнитного поля сделал это трижды. Дальше от Солнца магнитное поле слабеет, и плазма беспрепятственно улетает, становясь солнечным ветром.

В ходе этой миссии ученые впервые получили настоящую карту магнитных полей Солнца, что позволило подтвердить гипотезу о влиянии его магнитосферы на возникновение солнечного ветра.

Пользуясь полученными данными в будущем, мы лучше поймем, почему возникают солнечные вспышки. Это поможет улучшить защиту спутниковой связи и GPS и в целом предсказывать различные солнечные катаклизмы.

От нагрева Parker надежно защищен: чувствительная электроника в его тени нагревается всего лишь до 30 градусов Цельсия. Сами детекторы плазмы, которые нельзя спрятать, нагреваются до 1500 градусов Цельсия!

В следующие пару лет планируется, что Parker сможет приблизиться к Солнцу еще ближе.

Не оправдавший ожиданий мюон

Мюоны — элементарные электроноподобные частицы, только больше и нестабильней. Их вполне корректно описывает доминирующая в физике элементарных частиц теория, так называемая Стандартная модель. Ранее она точно предсказывала поведение мюонов, но в этом году после многочисленных расчетов Национальная ускорительная лаборатория имени Энрико Ферми опубликовала исследование, в котором подтвердилось, что мюон проявляет больше магнетизма, чем это предсказывала Стандартная модель.

Даже небольшое несоответствие в магнитном моменте мюона может быть признаком новых неизвестных частиц, расширяющих горизонты привычной Стандартной модели физики элементарных частиц.

Впервые за пятьдесят лет существования Стандартной модели мы можем усомниться в ее достоверности. Если наблюдения ученых подтвердятся в ходе других экспериментов, то надо будет либо расширять Стандартную модель, либо создавать новую более верную модель.

Искусственный интеллект в мире белков

Более 50 лет биологи пытались понять, как белки – строительные кирпичики всего живого – трансформируются из цепочек аминокислот в сложные трехмерные структуры. Эти структуры определяют характер взаимодействия белков с другими молекулами и в перспективе могут раскрыть множество секретов — от методов создания новых лекарств до фундаментальных основ биологии.

В 2021 году искусственный интеллект смог на порядки улучшить свою предсказательную способность в отношении структуры белков.

До применения искусственного интеллекта ученые использовали методики, нацеленные на то, чтобы просканировать белки, атом за атомом, например, при помощи рентгеноструктурной кристаллографии. Более 180 000 белков были закартографированы таким способом. Это крайне дорого и медленно.

Затем на помощь пришли компьютеры, способные предсказать, какую форму может принимать тот или иной белок. За последние 20 лет они продвинулись в предсказаниях, но необходимо было существенное улучшение качества результатов.

И вот появилась управляемая искусственным интеллектом программа AlphaFold, разработанная дочерней компанией Google DeepMind. В 2020 году AlphaFold2 доказала, что ее предсказания не уступают методикам экспериментального характера.

А в прошлом году программа определила структуру сразу 350 000 белков человеческого организма. Это 44% от всех известных человеческих белков и одновременно — значительная доля от 200 миллионов белков, существующих на нашей планете.

Многие исследователи обращаются к искусственному интеллекту для предсказания свойств белков в разных областях. Например, сейчас AlphaFold2 моделирует белки шипов штамма коронавируса «омикрон».

DeepMind заявляет, что для расшифровки половины из всех имеющихся белков, то есть для 100 миллионов, ему потребуется всего несколько месяцев.

ДНК неандертальца

Теперь совершенно не обязательно иметь под рукой ископаемые останки для того, чтобы получить генетическую информацию.

Благодаря работе ученых, появилась возможность извлечь ядерную ДНК прямо из окружающей среды, например, из грунтового слоя древней пещеры, в которой обитали первые люди или вымершие животные. В грунте сохраняются органические следы — частички волос, кожа.

В 2021 году впервые смогли выделить ядерную ДНК человека, и исследователи нашли ранее неизвестную генетическую линию неандертальцев.

Благодаря этой новой технологии, можно определять пол и прижизненные особенности представителей вымерших видов, не имея в руках ни единой окаменелости.

Столица древнего Хазарского каганата найдена?

Летом 2021 года близ села Бараний Бугор Астраханской области археологи, возможно, обнаружили древний город Итиль. Столицу Хазарского каганата, главного соперника Древней Руси, ищут уже почти 100 лет. Ее искал и Лев Николаевич Гумилев. И оставил подсказку тем, кто будет этим заниматься после него, — в книге «Открытие Хазарии» он написал, что в районе сел Семибугры и Бараний Бугор в дельте Волги на земле была обнаружена характерная для хазарского времени керамика.

Астраханские археологи выявили так называемый «хазарский коридор», в границах которого когда-либо обнаруживались редкие артефакты, и здесь нашли монеты, перстни, фрагменты амфор — такого количества хазарских артефактов не находили еще никогда. Нашли даже черепицу и византийские кирпичи, свидетельствующие, что разрушенные древние постройки были дворцами.

Значит, город был крупным. При этом, согласно письменным источникам, на Волге не было другого крупного хазарского города кроме Итиля, что дает ученым основание говорить о сенсационности находки. Хотя однозначно утверждать, что откопали именно Итиль, пока рано — сначала нужно тщательно исследовать все находки.