Від бозона Хіггса і редактора генів до нових планет. Корреспондент.net підбиває підсумки напередодні початку нового десятиліття.
Бозон Хіггса
4 серпня 2012 року, у результаті досліджень на Великому адронному колайдері, виявили бозон Хіггса - елементарну частинку, квант поля Хіггса, що з необхідністю виникає в Стандартній моделі фізики елементарних частинок. Бозон був передбачений в 1964 році.
Відкриття бозона Хіггса завершило Стандартну модель фізики. Він пояснює, у який спосіб елементарні частинки (шість кварків і шість лептонів) отримують свою масу в процесі поступового охолодження Всесвіту. Це відкриття вважають найбільшим.
Маса показує, скільки речовини містить будь-який об'єкт - частку, молекулу або цілий організм. При відсутності маси всі елементарні частинки, що формують атоми, рухалися б зі світловою швидкістю і не були б здатні сформувати матерію у Всесвіті.
Відповідно до теорії Хіггса, Всесвіт пронизує якесь поле, яке й дозволяє частинкам знайти масу. Передбачається, що взаємодія із проявними в цьому полі бозонами Хіггса й наділяє рухомі елементи масою.
Доктор Фредерік Бордрі, директор CERN з прискорювачів і технологій, говорить: "Коли мене запитують, що дасть людям бозон Хіггса, я відповідаю: "бозоніку". Що це таке, я не знаю. Але згадайте, що коли в 1897 році Томсон відкрив електрон, він теж не знав, що таке електроніка. Але уявити сучасний світ без неї неможливо".
Відкриття гравітаційних хвиль Ейнштейна
У 2015 році вчені підтвердили існування гравітаційних хвиль, передбачені Загальною теорією відносності, розробленою вченим Альбертом Ейнштейном 100 років тому.
До реєстрації гравітаційних хвиль про поведінку гравітації вчені знали тільки на прикладі небесної механіки, взаємодії небесних тіл. Але було зрозуміло, що гравітаційне поле має хвилі - і простір-час може деформуватися дещо подібно.
Відсутність реєстрації гравітаційних хвиль було білою плямою в сучасній фізиці. Це фундаментальне відкриття стало ще однією цеглинкою в започаткуванні сучасної фізичної теорії.
Після подальшого розвитку технологій можна буде говорити про гравітаційну астрономію - про те, щоб спостерігати сліди найбільш високоенергічних подій у Всесвіті.
Гравітаційні хвилі "зловила" міжнародна колаборація LIGO. Доктор Райнер Вайсс, доктор Кіп Торн і доктор Баррі Беріш з колегами працювали над своїм проектом протягом декількох десятиліть.
Близько мільярда років тому на відстані 1,3 мільярда світлових років від Землі дві чорні діри масою 36 і 29 мас Сонця кружляли одна навколо іншої, поступово зближуючись під впливом взаємного тяжіння, аж поки зіткнулися і злилися воєдино.
У результаті такого зіткнення стався колосальний викид енергії - за частки секунди приблизно три сонячні маси перетворилися на гравітаційні хвилі, максимальна потужність випромінювання яких була приблизно в 50 разів більшою, ніж від усього видимого Всесвіту.
Зближення, зіткнення і злиття двох чорних дір привели в безлад навколишній просторово-часовий континуум і відправили у всіх напрямках зі швидкістю світла потужні гравітаційні хвилі.
До того моменту, коли ці хвилі досягли нашої Землі (а було це вранці 14 вересня 2015 року), колись потужний рев космічних масштабів перетворився на ледь помітний шепіт.
Гравітаційні хвилі можна послухати:
Перегляд еволюції людини
За останнє десятиліття вчені відкрили кілька видів предків сучасної людини, а також розширили уявлення про їхнє життя.
Наприклад, між 335 тисячами і 236 тисячами років тому наші предки співіснували зі схожими на них древніми людьми, яких назвали Homo naledi.
Також вдалося дізнатися, що в ДНК сучасної людини, окрім генів
добре вивчених неандертальців, є сліди геному денисівців, який жили близько 70 тисяч років тому. Вони вивчені мало, оскільки від них залишилося всього кілька кісток.
У 2019 році на філіппінському острові Лусон знайдено останки як мінімум трьох вимерлих осіб невідомого виду. Вони отримали назву
Homo luzonensis. Цей вид жив понад 50 тисяч років тому і об'єднував у собі як прогресивні риси сучасної людини, так і стародавні, типові для австралопітеків.
Своїм малим розміром і первобутністю вони разюче нагадують скелет представників людини флореської (Homo floresiensis) з індонезійського острова Флорес, які отримали свою неофіційну назву - хоббіти - на честь персонажів авторства Джона Толкіна.
Потенційно населені планети
У 2009 році була запущена місія NASA з пошуку екзопланет, подібних до Землі. Космічна обсерваторія Kepler - це орбітальний телескоп зі надчутливим фотометром, який за останні десять років відкрив 70 відсотків усіх 3750 планет, виявлених за межами Сонячної системи.
Статистика, зібрана на підставі даних Kepler, показала, що кожна п'ята сонцеподібна зірка має навколо себе землеподібні планети, причому знаходяться вони в так званій зоні населеності.
23 липня 2015 року NASA скликала історичну прес-конференцію, на якій вчені повідомили, що Kepler знайшов нову Землю - екзопланету, яку за розміром можна порівняти з нашою планетою, у "зоні життя" системи, схожої на Сонячну. І на ній повинна бути рідка вода. Докладно в матеріалі
Земля 2.0: підсумки місії Kepler.
У цьому році інший телескоп - Hubble -
відкрив воду в атмосфері планети, яка знаходиться в "зоні життя" своєї зірки. Далека планета K2-18b у сузір'ї Лева на сьогоднішній день є найбільш придатною для життя планетою за межами Сонячної системи з відомих.
Розшифровка ДНК і редагування генома
У 2010-х роках вчені значно просунулися в розвитку технологій роботи з ДНК. Зокрема був повністю розшифрований геном Homo sapiens. Також було вивчено гени декількох тисяч останків древніх людей.
Також була відкрита CRISPR / Cas9 - нова технологія редагування геномів вищих організмів, що базується на імунній системі бактерій.
В основі цієї системи - особливі ділянки бактеріальної ДНК, короткі паліндромні кластерні повтори, або CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats).
Між ідентичними повторами розташовуються відмінні один від одного фрагменти ДНК - спейсери, багато з яких відповідають ділянкам геномів вірусів, що паразитують на цій бактерії.
При попаданні вірусу в бактеріальну клітину він проявляється за допомогою спеціалізованих Cas-білків, пов'язаних з CRISPR РНК. Якщо фрагмент вірусу "записано" у спейсері CRISPR РНК, Cas-білки розрізають вірусну ДНК і знищують її, захищаючи клітину від інфекції.
На початку 2013 року кілька груп вчених показали, що системи CRISPR / Cas можуть працювати не тільки в клітинах бактерій, а й у клітинах вищих організмів, а отже, CRISPR / Cas-системи дають можливість виправляти неправильні послідовності генів і з певним наслідком лікувати спадкові захворювання людини.
У минулому році весь науковий світ був доведений до шоку заявою китайського вченого про народження двох генетично модифікованих дітей, чию ДНК було змінено за допомогою Cas9.
Вчений назвав народження двох здорових дітей зі зміненими генами "історичним проривом Китаю в профілактиці захворювань". Однак науковий світ не поділяє його ентузіазму і засудив дослідника. Докладно в матеріалі
Діти з відредагованого ДНК.
Перша фотографія чорної діри
У 2019 році астрономам вдалося зробити
перші прямі фотографії чорної діри. Ця знаменна подія підтверджує Загальну теорію відносності Альберта Ейнштейна, пророкує існування таких об'єктів.
Першою чорною дірою, яку побачило людство, став надмасивний коллапсар у далекій галактиці Messier 87, що знаходиться в скупченні Діви. Розміри об'єкта на фотографії перевищують усю Сонячну систему.
Фото: eventhorizontelescope.org
Прикметною цю подію також зробило й те, що алгоритм, який допоміг зробити фотографії, був розроблений молодою
програмісткою Кеті Бауман. Ця подія широко обговорювалася в медіа, оскільки жінок утискають у такій патріархальній сфері, як наука.
Давнє мистецтво виявилося більш давнім
У 2018 році малюнок у печері на острові Борнео показав, що люди займалися мистецтвом 52 тисячі років тому, змістивши цей часовий проміжок на 13 тисяч років назад.
Пізніше знахідка 2018 року в Південній Африці відсунула кордон ще далі в минуле - найстародавнішому малюнку людини 73 тисячі років.
Однак також відомо, що і неандертальці як мінімум ще 115 тисяч років тому робили прикраси з черепашок і також розмальовували свої печери.
Фото: Wikimedia
Вояджери вийшли за межі Сонячної системи
Найтриваліша наукова місія в історії стартувала в 1977 році. Апарати-близнюки важать 723 кілограми кожен.
У 2012 році Вояджер-1, а у 2018 році Вояджер-2 стали першими рукотворними об'єктами, які залишили межі Сонячної системи.
Перші міжзоряні гості
Наприкінці жовтня 2017 року в Сонячній системі був відкритий перший міжзоряний об'єкт: сигароподібне тіло з каменю під назвою Оумуамуа, що в перекладі з гавайської мови означає "посланець здалеку".
На момент виявлення він уже залишав нашу систему, тому не було змоги його вивчити і його прийняли за комету, яку назвали С / 2017 U1. Вона прибула в Сонячну систему з боку зірки Вега, але в підсумку виявилася не кометою, а астероїдом, але також міжзоряним.
Поведінка Оумуамуа вчені не змогли визначити відразу, і астрофізиками висувалася теорія, що це космічний вітрильник. Про цей об'єкт докладно в матеріалі
Корабель прибульців.
Але з часом астрономи прийшли до висновку, що всі його властивості можна пояснити в рамках припущення про те, що це планетозималь, викинута зі своєї системи через гравітаційний вплив великого тіла, такого, як планета-гігант або батьківська зірка близько двох мільярдів років тому, а не штучно створений об'єкт.
У серпні 2019 року все ж була відкрита перша міжзоряна комета, яка стала другим об'єктом, який прилетів з іншої системи. Вона отримала назву 2I / Borisov на честь кримського астронома-любителя Геннадія Борисова, який першим її спостерігав.
Комета Борисова // Фото: NASA
Зараз побачити 2I / Borisov можна за допомогою аматорського телескопа. Зовсім недавно вона пройшла на своїй мінімальній відстані від Землі - 289,8 мільйона кілометрів - і почала залишати Сонячну систему.
На відміну від Оумуамуа, комету 2I / Borisov видно добре, і вченими вона сприймається як
"посилка" з далеких світів, де людина ніколи не зможе побувати.
Нові планети Сонячної системи
У 2015 році міжпланетна станція New Horizons надіслала перші близькі фотографії Плутона. Виявилося, що на його поверхні є область, що нагадує валентинку. Апарат зробив і безліч інших знахідок, докладно про них -
Десять найьілш несподіваних відкриттів на Плутоні.
Через три роки за Плутоном
знайшли нову карликову планету, яку неофіційно прозвали Гоблін. Вчені зазначають, що Гоблін та інші подібні об'єкти на околицях Сонячної системи приведуть до Планети X, тільки існування якої може пояснити їхні орбіти.
Серед таких об'єктів -
найдальше тіло в Сонячній системі - 2018 VG18, яке отримало прізвисько Farout (Далекий) і розташоване в три рази далі, ніж Плутон. Йому потрібно близько тисячі років, щоб зробити один оберт навколо Сонця. Рожевий об'єкт також відкрили у 2018 році.
Динозаври з пір'ям
У 2010 році зробили повну реконструкцію кольору динозавра, використавши для цього знайдені в скам'янілостях пігменти. У це десятиліття також стало відомо, що багато які динозаври мали пір'я і пух. Знайшли також вид з крилами, як у кажана, і вид, який є одними з перших птахів.
Органіка на інших планетах
Європейський зонд Rosetta, що приземлився на кометі Comet 67P Чурюмова-Герасименко, виявив там молекули, які є основою живих організмів Землі.
Схожу знахідку зробив зонд NASA Cassini, виявивши в озерах
Енцелада - супутника Сатурна - великі органічні молекули. Енцелад вважається найвірогіднішим місцем для зародження життя в нашій системі після Землі.