От бозона Хиггса и редактора генов до новых планет и пересмотра эволюции человека. Корреспондент.net подводит итоги в преддверии начала нового десятилетия.
Бозон Хиггса
4 июля 2012 года, в результате исследований на Большом адронном коллайдере, был обнаружен бозон Хиггса - элементарная частица, квант поля Хиггса, с необходимостью возникающий в Стандартной модели физики элементарных частиц. Бозон был предсказан в 1964 году.
Открытие бозона Хиггса завершило Стандартную модель физики. Он объясняет, каким образом элементарные частицы (шесть кварков и шесть лептонов) получают свою массу в процессе постепенного остывания Вселенной. Это открытие считают величайшим.
Масса показывает, сколько вещества содержит любой объект - частица, молекула или целый организм. При отсутствии массы все элементарные частицы, формирующие атомы, двигались бы со световой скоростью и не были бы способны сформировать материю во Вселенной.
В соответствии с теорией Хиггса, Вселенную пронизывает некое поле, которое и позволяет частицам обрести массу. Предполагается, что взаимодействие с появляющимися в этом поле бозонами Хиггса и наделяет двигающиеся элементы массой.
Доктор Фредерик Бордри, директор CERN по ускорителям и технологиям говорит: "Когда меня спрашивают, что даст людям бозон Хиггса, я отвечаю: "бозонику". Что это такое, я не знаю. Но вспомните, что когда в 1897 году Томсон открыл электрон, он тоже не знал, что такое электроника. Но представить современный мир без нее невозможно".
Открытие гравитационных волн Эйнштейна
В 2015 году ученые подтвердили существование гравитационных волн, предсказанные Общей теорией относительности, разработанной ученым Альбертом Эйнштейном 100 лет назад.
До регистрации гравитационных волн о поведении гравитации ученые знали только на примере небесной механики, взаимодействия небесных тел. Но было понятно, что гравитационное поле имеет волны и пространство-время может деформироваться подобным образом.
Отсутствие регистрации гравитационных волн было белым пятном в современной физике. Это фундаментальное открытисе стало еще одни кирпичеком в основании современной физической теории.
После дальнейшего развития технологий можно будет говорить о гравитационной астрономии - о том, чтобы наблюдать следы наиболее высокоэнергичных событий во Вселенной.
Гравитационные волный "поймала" международная коллаборация LIGO. Доктор Райнер Вайсс, доктор Кип Торн и доктор Барри Бэриш с коллегами работали над своим проектом на протяжении нескольких десятилетий.
В 2017 году они получили за свое открытие Нобелевскую премию. Но к нему причастны тысячи человек, работающие на пяти континентах.
Около миллиарда лет тому назад на расстоянии 1,3 миллиарда световых лет от Земли две черные дыры массой 36 и 29 масс Солнца кружили одна вокруг другой, постепенно сближаясь под воздействием взаимного тяготения, пока не столкнулись и не слились воедино.
В результате такого столкновения произошел колоссальный выброс энергии - за доли секунды примерно три солнечные массы превратились в гравитационные волны, максимальная мощность излучения которых была примерно в 50 раз больше, чем от всей видимой Вселенной.
Сближение, столкновение и слияние двух черных дыр привело в беспорядок окружающий пространственно-временной континуум и отправило во всех направлениях со скоростью света мощные гравитационные волны.
К тому моменту, когда эти волны достигли нашей Земли (а было это утром 14 сентября 2015 года), некогда мощный рев космических масштабов превратился в едва различимое шепот.
Пересмотр эволюции человека
За последнее десятилетие ученые открыли несколько видов предков современного человека, а также расшири представлении о их жизни.
Например, между 335 тысячами и 236 тысячами лет назад наши предки сосуществовали с похожими на них древними людьми, которых назвали Homo naledi.
Также удалось узнать, что в ДНК современного человеке, кроме генов хорошо изученных неандертальцев, есть следы генома денисовцев, который жили около 70 тысяч лет назад. Они изучены мало, поскольку от них осталось всего несколько костей.
В 2019 году на филиппинском острове Лусон найдены останки как минимум трех вымерших людей неизвестного вида. Они получили название Homo luzonensis. Это вид жил более 50 тысяч лет назад и объединял в себе как прогрессивные черты современного человека, так и древние, типичные для австралопитеков.
Своим малым размером и первобытностью они поразительно напоминают скелет представителей человека флоресского (Homo floresiensis) c индонезийского острова Флорес, получивших свое неофициальное название хоббиты в честь персонажей авторства Джона Толкина.
Потенциально обитаемые планеты
В 2009 году была запущена миссия NASA по поиску экзопланет, то есть, подобных Земле. Космическая обсерватория Kepler - это орбитальный телескоп со сверхчувствительным фотометром, который за последние десять лет открыл 70 процентов всех 3750 планет, обнаруженных за пределами Солнечной системы.
Статистика, собранная на основании данных Kepler показала, что каждая пятая солнцеподобная звезда имеет вокруг себя землеподобные планеты, причем находящиеся в так называемой зоне обитаемости.
23 июля 2015 года NASA созвала историческую пресс-конференцию, на которой ученые сообщили, что Kepler нашел новую Землю - экзопланету, по размеру сравнимую с нашей планетой, в "обитаемой зоне" системы, похожей на Солнечную. И на ней должна быть жидкая вода. Подробно в материале Земля 2.0: итоги миссии Kepler.
В этом году другой телескоп - Hubble - открыл воду в атмосфере планеты, которая находится в "обитаемой зоне" своей звезды. Далекая планета K2-18b в созвездии Льва на сегодняшний день является наиболее пригодной для жизни планетой за пределами Солнечной системы из известных.
Расшифровка ДНК и редактирование генома
В 2010-х ученые значительно продвинулись в развитии технологий работы с ДНК. Так, был поллностью расшифрован геном Homo sapiens. Также изучены гены нескольких тысяч останков древних людей.
Также была открыт CRISPR/Cas9 - новая технология редактирования геномов высших организмов, базирующаяся на иммунной системе бактерий.
В основе этой системы - особые участки бактериальной ДНК, короткие палиндромные кластерные повторы, или CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats).
Между идентичными повторами располагаются отличающиеся друг от друга фрагменты ДНК - спейсеры, многие из которых соответствуют участкам геномов вирусов, паразитирующих на данной бактерии.
При попадании вируса в бактериальную клетку он обнаруживается с помощью специализированных Cas-белков, связанных с CRISPR РНК. Если фрагмент вируса "записан" в спейсере CRISPR РНК, Cas-белки разрезают вирусную ДНК и уничтожают ее, защищая клетку от инфекции.
В начале 2013 года несколько групп ученых показали, что системы CRISPR/Cas могут работать не только в клетках бактерий, но и в клетках высших организмов, а значит, CRISPR/Cas-системы дают возможность исправлять неправильные последовательности генов и таким образом лечить наследственные заболевания человека.
В пошлом году весь научный мир был повергунт в шок заявлением китайского ученого о рождении двух генетически модифицированных детей, чья ДНК была отредактировано с помощью Cas9.
Ученый назвал рождение двух здоровых детей с измененными генами "историческим прорывом Китая в профилактике заболеваний". Однако научный мир не разделил его энтузиазма и осудил исследователя. Подробно в материале Дети с отредактированной ДНК.
Первая фотография черной дыры
В 2019 году астрономам удалось сделать первые прямые фотографии черной дыры. Это знаменательное событие подтверждает Общую теорию относительности Альберта Эйнштейна, предсказывающую существование таких объектов.
Первой черной дырой, который увидело человечество стал сверхмассивный коллапсар в далекой галактике Messier 87, находящейся в скоплении Девы. Размеры объекта на фотографии превышают всю Солнечную систему.
Примечательным этой событие также сделало и то, что алгоритм, который помог сделать фотографии, был разработан молодой программисткой Кэти Бауман. Это событие широко обсуждалось в медиа, поскольку женщин притесняют в такой патриархальной сфере как наука.
Древнее искусство оказалось еще древнее
В 2018 году рисунок в пещере на острове Борнео показал, что люди занимались искусством 52 тысчи лет назад, сместив этот временной промежуток на 13 тысяч лет назад.
Позже находка 2018 года в Южной Африке отодвинула границу еще дальше в прошлое - самому древнему рисунку человека 73 тысячи лет.
Однако также известно, что и неандертальцы, как минимум, еще 115 тысяч лет назад делали украшения из ракушек и также разрисовывали свои пещеры.
Вояджеры вышли за пределы Солнечной системы
Самая длительная научная миссия в истории стартовала более в 1977 году. Аппараты-близнецы весят 723 килограмма каждый.
В 2012 году Вояджер-1, а в 2018 году Вояджер-2 стали первыми рукотворными объектами, покинувшими пределы Солнечной системы.
Осенью этого года Вояджер-2 прислал на Землю первые данные из межзвездного пространства, которые рассказали об особенностях границы нашей звездной системы. Подробно в материале Что Вояджеры узнали за пределами Солнечной системы.
Первые межзвездные гости
В конце октября 2017 году в Солнечной системе был открыт первый межзвездный объект: сигарообразное тело из камня под названием Оумуамуа, что в переводе с гавайского языка означает "посланец издалека".
В момент обнаружения он уже покидал нашу систему, поэтому не смогли его изучить и приняли за комету, которую назвали С/2017 U1. Она прибыла в Солнечную систему со стороны звезды Вега, но в итоге оказалась не кометой, а астероидом, но также межзвездным.
Поведение Оумуамуа ученые не смогли определить сразу и астрофизиками выдвигалась теория, что это космический парусник. Об этом объекте подробно в материале Корабль пришельцев.
Но со временем астрономы пришли к выводу, что все его свойства можно объяснить в рамках предположения о том, что это планетезималь, выброшенная из своей системы из-за гравитационного влияния крупного тела, такого как планета-гигант или родительская звезда около двух миллиардов лет назад, а не искусственно созданный объект.
В августе 2019 года все же была открыта первая межзвезжная комета, которая стала вторым объектом, прилетевшим из другой системы. Она получила название 2I/Borisov, в честь крымского астронома-любителя Геннадия Борисова, который первым ее наблюдал.
Сейчас увидеть 2I/Borisov можно с помощью любительского телескопа. Совсем недавно она прошла на своем минимальном расстоянии от Земли - 289,8 миллионов километров - и начала покидать Солнечную систему.
В отличие от Оумуамуа, комету 2I/Borisov видно хорошо и учеными она воспринимается как "посылка" из далеких миров, в которых человек никогда не сможет побывать.
Новые планеты Солнечной системы
В 2015 году межпланетная станция New Horizons прислала первые близкие фотографии Плутона. Оказалось, что на его поверхности есть область, напоминающая валентинку. Аппарат сделал и множество других находок, подробно о них - Десять самых неожиданных открытий на Плутоне.
Через три года за Плутоном нашли новую карликовую планету, которую неофициально прозвали Гоблин. Ученые отмечают, что Гоблин и другие подобные объекты на окраинах Солнечной системы приведут к Планете X, только существование которой может объяснить их орбиты.
Среди таких объектов - самое далекое тело в Солнечной системе - 2018 VG18, которое получило прозвище Farout (Далекий) и расположен в три раза дальше, чем Плутон. Ему нужно около тысячи лет, чтобы сделать один оборт вокруг Солнца. Розоватый объект также открыли в 2018 году.
Динозавры с перьями
В 2010 году сделали полную реконструкцию цвета динозавра, использовав для этого найденные в окаменелостях пигменты. В это десятилетие также стало известно, что многие динозавры имели перья и пух. Нашли также вид с крыльями как у летучей мыши и вид, который является одной из первых птиц.
Органика на других планетах
Европейский зонд Rosetta, приземлившийся на комете Comet 67P Чурюмова-Герасименко, обнаружил там молекулы, которые являются основой живых организмов Земли.
Похожую находку сделал зонд NASA Cassini, обнаружив в озерах Энцелада - спутника Сатурна большие органические молекулы. Энцелад считается самым вероятным местом для зарождения жизни в нашей системе после Земли.
