Вселенная "Джеймса Уэбба"
Одним из самых ярких прорывов года признан долгожданный вывод в космос телескопа "Джеймс Уэбб". На сегодняшний день он самый мощный и дорогой в истории, обошелся почти в 10 миллиардов долларов. Рядом с ним даже "великий" телескоп "Хаббл" в лучшем случае "жигули" по сравнению с "мерседесом". Возможности нового телескопа настолько фантастичны, что многие из будущих открытий "Уэбба" мы не можем на сегодняшний день даже вообразить.
Уже первое сделанное "Уэббом" фото стало сенсацией. Оно показало раннюю Вселенную с самым высоким разрешением из когда-либо сделанных снимков. Изображение выделило участок неба размером примерно с песчинку, которую человек на Земле держит на расстоянии вытянутой руки, но на снимке видны тысячи галактик - такими, какими они были 4,6 млрд лет назад. Астрономы не ожидали увидеть в ранней Вселенной такое количество уже сформировавшихся правильных дисков галактик. За полгода работы "Уэбб" уже нашел самую далекую галактику, сделал несколько эпических фото, раскрыл тайну образования туманности Южное кольцо, рассказал о формировании галактик, нашел в далеких галактиках органические молекулы и др. Еще одна ключевая задача "Уэбба" - поиск экзопланет и их описание. Возможности аппарата позволяют лучше провести спектральный анализ, найти следы жизни, а значит, может быть, ответить на вопрос, который давно мучил человечество: одни ли мы во Вселенной?
Прорыв в термоядерном синтезе
В конце года произошло по-настоящему знаменательное событие, которого наука ожидала около 70 лет. Дело в том, что в ведущих лабораториях мира делались попытки осуществить термоядерный синтез, получив энергии больше, чем расходовалось на проведение этой реакции. На эти эксперименты потрачены многие миллиарды долларов, построены циклопические установки, но энергетически выгодный термояд не давался в руки. А бороться есть за что. Ведь термоядерный синтез мог бы стать практически неисчерпаемым источником экологичной энергии, для производства которой могло бы понадобиться только немного морской воды. В земных условиях термоядерный синтез создают в основном двумя путями: с помощью установок токамак и с помощью лазеров, направляя много лучей на капсулу с изотопа водорода. Недавний прорыв был совершен как раз вторым способом на самой большой в мире лазерной установке размером почти с футбольное поле. Американские ученые в Ливерморской лаборатории стреляли из 192 лазеров по грануле с водородным топливом, вызвав термоядерную реакцию. В ходе эксперимента было передано 2,05 мегаджоуля энергии, что привело к получению 3,15 мегаджоулей. Такое превышение полученной энергии над затраченной получено впервые в мире. Этот эксперимент имеет огромное значение, потому что ученые продемонстрировали, что подобное в принципе реально. Конечно, для коммерческого использования понадобится немало лет, но путь проложен. Дальше, что называется, дело техники.
Геном человека расшифрован
Ученые впервые полностью расшифровали геном человека. Это поставило точку в исследованиях, которые длились более 30 лет, - старт проекта "Геном человека" начался в 1990 году. Большую часть генома человека расшифровали в 2001 году. Но восемь процентов человеческого генома так и оставалось в "серой" зоне. Загадкой оставалась часть ДНК, которая не кодирует белок, но отвечает за различные аспекты работы клеток. В этом году биологи из США, России, Великобритании и ряда других стран завершили расшифровку. Это фундаментальное достижение доступно для открытого использования всем членам мирового научного сообщества и может быть использовано в медико-генетических лабораториях для поиска мутаций, связанных с различными заболеваниями. Полная версия генома дает возможность более точно выявлять индивидуальные генетические особенности. Теперь новый, окончательно расшифрованный геном станет новым стандартом в генетике.
В рейтинги попали еще несколько громких достижений. Например, впервые человеку пересадили сердце генно-модифицированной свиньи. Таким образом, продемонстрировано, что генетически модифицированное сердце животного может функционировать как человеческое без немедленного отторжения организмом. Это еще один шаг к спасению жизней людей по всему миру.
Впервые в истории перелили человеку искусственную кровь. Эта созданная британскими специалистами технология сулит революцию в лечении людей с заболеваниями и редкими группами крови, а также в случае нехватки донорской крови. Эритроциты вырастили из образцов крови людей из базы доноров Национальной службы здравоохранения Великобритании. Вначале из биоматериала выделили стволовые клетки, а затем уже дифференцировали их. Ученые отмечают, что с высокой вероятностью выращенные в лаборатории эритроциты будут жить дольше, чем те, которые поступают от доноров. В таком случае пациентам, которым нужны регулярные длительные переливания крови, их потребуется меньше.
Инженеры Массачусетского технологического института изобрели уникальный полимер на основе меламина, который легче пластика и прочнее стали. Полимер очень легкий, при этом, чтобы его пробить, требуется в шесть раз больше усилий, чем пуленепробиваемое стекло. Разрушить его оказалось в два раза сложнее, чем сталь. Материал также непроницаем для газов и жидкостей. Из него можно создавать не просто обычные предметы, но даже строить дома.
Вклад России
О достижениях отечественной науки "РГ" рассказали руководители ведущих институтов и отделений РАН.
Григорий Трубников, директор Объединенного института ядерных исследований, академик:
- В этом году во Флеровской лаборатории академиком Юрием Оганесяном открыты и изучены свойства сразу четырех новых изотопов сверхтяжелых элементов - московия, хассия, сиборгия и дармштадтия. В принципе каждый новый изотоп - это открытие в мировой науке. Важно подчеркнуть, что это не просто расширение наших знаний в ядерной физике. Новые изотопы могут найти применение в самых разных сферах, например в медицине, радиохимии и т.д.
Второй результат связан с проектом мегасайенс - комплекс NICA. Напомню, что он рассчитан на получение максимально плотной ядерной материи, которая была в первые мгновения Большого взрыва. С помощью коллайдера мы надеемся заглянуть на 14 миллиардов лет назад, в первые секунды рождения нашего мира.
Пуск первого каскада этого ускорителя состоялся два года назад при участии премьер-министра Михаила Мишустина. А сейчас вступил в действие второй каскад, что позволило начать основную программу по исследованию сверхплотной ядерной материи. Наш эксперимент - конкурент тем работам, которые уже много лет ведутся в американской Брукхейвенской лаборатории и немецкой в Дармштадте. Темп набора данных и их объем у нас выше, чем у коллег, в коллаборации участвуют ученые из 11 стран.
Третий яркий результат - новые данные об экзотических сигналах из космоса на Байкальском нейтринном телескопе. За короткий срок он обнаружил 11 событий, связанных с нейтрино сверхвысоких энергий - около 100 ТэВ. Важно подчеркнуть, что фактически каждая такая зарегистрированная частица - это серьезное событие в астрофизике. Дело в том, что нейтрино очень слабо взаимодействует с материей, которая для частицы фактически прозрачна. Скажем, почти десять лет в Антарктиде нейтрино ловит американский телескоп IceCube. За эти годы улов, прямо скажем, небогатый, около 100 нейтрино. Именно эта "некоммуникабельность" частицы позволяет науке приблизиться к первым моментам зарождения Вселенной, дает ключ к разгадке ее тайн.
Нам не только удалось зарегистрировать этот десяток сигналов, но и определить сектор неба - направление, откуда они прилетели. Это активный центр нашей галактики Млечный Путь.
Николай Колачевский, директор Физического института РАН, член-корреспондент РАН:
- Одно из самых перспективных сегодня направлений связано с квантовыми вычислениями. На них правительством выделено 100 миллиардов рублей. Так вот, в прошлом году мы первыми в стране создали квантовый вычислитель на 4 кубита (кубит - наименьшая единица информации в квантовых устройствах). Это уже достаточно для создания среднемасштабных квантовых устройств без коррекции ошибок. А до конца этого года, что называется под елочку, надеемся достичь 16-кубитного рубежа. Это серьезный шаг к созданию квантового компьютера.
Второй результат хотя и получен несколько лет назад, но особо заинтересует миллионы россиян. Речь о создании российского МРТ. Он был разработан в нашем институте, построен опытный образец, продемонстрирован медикам и промышленникам. Все признали, что наш аппарат ни в чем не уступает импортным, но тогда на этом все закончилось. В фаворе остался импорт, наша разработка осталась в проектах.
И вот сейчас санкции вынудили к ней вернуться, стало ясно, что стране нужны собственные томографы. Уже принято решение, что серийный выпуск будет налажен под эгидой "Росатома", а наш институт будет активно участвовать в этой работе. Словом, вплотную займемся инновациями. Сегодня это важнейший вопрос и для науки, и нашей экономики.
Александр Лутовинов, замдиректора Института космических исследований РАН:
- Сегодня самые важные работы российской науки в области космоса связаны с уникальными исследованиями, которые ведет обсерватория "Спектр-РГ". Они стартовали в середине 2019 года. За это время уже удалось построить самую полную карту Вселенной в рентгеновском диапазоне.
Сейчас с помощью российского телескопа ART-XC им. М.Н. Павлинского, установленного на борту обсерватории, мы создаем подробную карту нашей галактики Млечный Путь. На небе она выглядит в виде узкой полоски звезд. Мы ее медленно сканируем с экспозицией, которая на порядок глубже, чем это делали при обзоре всего неба. Почему? Дело в том, что галактика "забита" пылью и газом, что не позволяет разглядеть многие детали, особенно на дальних окраинах. Поэтому, чтобы провести перепись "населения" галактики, приходится кардинально менять методы исследования. Эта работа началась в марте этого года и завершится в марте будущего. Уже удалось разглядеть сотни новых объектов, в том числе таких экзотических, как "черные дыры", "белые карлики", нейтронные звезды.
Как известно, после введения санкций установленный на аппарате немецкий телескоп eROSITA приостановил работу, но мы сумели достаточно быстро предложить новую программу наблюдений и научных задач, с которыми наш АRT-XC вполне успешно справляется. В частности, ряд задач решается в рамках совместных работ с коллегами из США, Южной Африки и ряда других стран.
Михаил Кирпичников, академик-секретарь Отделения биологических наук РАН:
- В Институте молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта изучен один из принципиальных механизмов развития болезни Альцгеймера. Для этого ученые вначале смоделировали эту болезнь на трансгенных нематодах (один из видов червей). А затем на этих моделях показали, как в мозге образуются так называемые белковые агрегаты, которые и вызывают болезнь. По итогам этого исследования предложен новый фармакологический агент - тетрапептид HAEE, который проходит гематоэнцефалический барьер и блокирует патологический процесс. На его основе можно создавать новые препараты для предотвращения болезни.
В МГУ проведены уникальные исследования микронасекомых. В чем суть работы? Миниатюризация - распространенный тренд не только в эволюции животных, но и в развитии технологий. У насекомых она привела к появлению видов, размеры которых составляют десятые доли миллиметра, что сопоставимо с размерами одноклеточных организмов, например амебы. Но в то же время микронасекомые - это многоклеточные животные, которые демонстрируют сложные формы поведения и передвижения, например "плавания" в воздухе. Их нервная система может служить удобной моделью для изучения когнитивных процессов. В недалеком будущем знания о передвижении микронасекомых могут помочь в создании микродронов. Полученные впервые в мире фундаментальные и прикладные результаты были опубликованы в 2022 г. в журналах группы Nature.
Впервые в мире на основе структурно модифицированных вирусов растений учеными МГУ созданы прототипы вакцин против сибирской язвы, COVID-19, ротавирусной инфекции, а учеными Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН разработан прототип мРНК-вакцины.
Владимир Стародубов, академик- секретарь Отделения медицинских наук РАН:
- В Санкт-Петебургском Институте экспериментальной медицины создана бивалентная вакцина от COVID-19 и гриппа. Она сконструирована на основе живого реплицирующегося вируса гриппа, в геном которого генно-инженерными методами внесены иммуногенные фрагменты коронавируса.
До регистрации клинические испытания были проведены на 120 тыс. детей в возрасте от трех лет, взрослых и пожилых людях. Всего в РФ произведено более 100 млн доз.
Назальное применение вакцины стимулирует локальный иммунитет в верхних дыхательных путях, что препятствует дальнейшему размножению вирусов и их распространению в окружающую среду. Такая бивалентная вакцина обеспечит комбинированную защиту населения от сезонных вирусов гриппа, а также от возможных вариантов коронавируса.
В НМИЦ детской травматологии и ортопедии им. Г.И. Турнера созданы транспедикулярные (?) системы 3,5 мм для коррекции врожденной деформации позвоночника на фоне нарушения формирования, слияния и сегментации позвонков в грудном и поясничном отделах, а также при тяжелых нестабильных переломах тел позвонков у детей раннего возраста. Крайне важно, что ученым в сотрудничестве с уральским заводом "Медин-Урал" удалось организовать импортозамещающее производство наборов инструментов и имплантатов для детской спинальной хирургии у детей от одного года до трех-четырех лет.
Николай Макаров, академик-секретарь Отделения историко-филологических наук РАН:
- В этом году 38 экспедиций вели работы от Калининграда до Чукотки, от Крыма и Дагестана до Новгорода и Вологды. Раскопки проходили также в Абхазии, Узбекистане, Казахстане и на Шпицбергене (Норвегия). Панорама находок, сделанных в разных точках страны, от западных до восточных границ, показывает цельность России и многообразие ее культуры со сложной историей.
Ученые раскопали несколько десятков уникальных артефактов - в частности, фрагменты фресок XII века в Новгороде, фортификационные объекты Великой Бактрийской стены, вскрыли новые культурные слои в древнем крымском городе Фанагория. А настоящей находкой года стала печать князя Владимира Мономаха. Она обнаружена в древнем прусском поселении "Привольное-1" под Калининградом.
Этот памятник археологии XI-XIII веков относится к "позднеязыческому" времени - периоду между эпохой викингов и началом крестоносной экспансии в Пруссию Тевтонского ордена. Она указывает на важнейшее значение этого древнего поселения для контактов пруссов и жителей древней Руси.
Неожиданный сюрприз преподнесли раскопки села Чаадаево под городом Муромом. Он всегда воспринимался как языческий дальний угол, захолустье, но мы здесь открыли прекрасную древнерусскую культуру. Найдено много элитных вещей, которые принадлежали местной знати. А самое главное, что впервые удалось полностью выявить планировку русского села XI-XII веков. Всегда считалось, что она была примитивной. Но в Чаадаеве она оказалась сложной, что необычно для сельской жизни того времени.