Журнал Nature назвал среди важнейших научных событий уходящего года победу Джо Байдена и протесты ученых в рамках движения Black Lives Matter (само издание в честь этого тоже устраивало забастовку). Мы не настолько продвинуты, чтобы зайти так далеко. Но тем больше места остается, чтобы рассказать читателям о действительно важных научных событиях коронавирусного года. Кстати, вы сможете сами выбрать, какое из них должно стать главным.
Оболочка нейтронной звезды со сверхмощным магнитным полем, рвущаяся в момент звездотрясения (в представлении художника). Похоже, именно такие события – источник быстрых радиовсплесков, хотя отдельные исследователи предпочли увидеть в них следы внеземных цивилизаций/ © NASA’s Goddard Space Flight Center/S. Wiessinger
№ 1 Научное достижение года: вакцина от коронавируса
Если остальные места в десятке важнейших научных открытий и достижений года можно оспаривать, то это бесспорно занимает первое место. Коронавирус не просто убил миллионы — как мы уже писали, в одной России он вызвал сотни тысяч избыточных смертей, — но и ограничил свободу передвижения сотен миллионов человек. Масштабного экономического коллапса удалось избежать, но и здесь все не слишком благополучно. Очевидно, средство, которое позволит вернуть жизнь к нормальности, имеет для всего мира огромное значение.
Сегодня на планете несколько широко применяющихся вакцин от коронавируса, причем каждую из них зарегистрировали и допустили к использованию еще до окончания третьей фазы клинических испытаний. Первой стал «Спутник-V», разработанный Научно-исследовательским центром имени Н. Ф. Гамалеи, второй — препарат компании Pfizer, созданный немецким стартапом, управляемым двумя германскими гражданами турецкого происхождения; третьей — американская от компании Moderna. Первая вакцина — аденовирусная, две другие — мРНК.
Все три вакцины объединяет общий подход к созданию иммунитета от SARS-CoV-2: они доставляют в клетки человека генетические «инструкции», заставляющие их неделю-другую производить белки, из которых состоит оболочка коронавируса. Эти белки попадают в кровь, иммунные клетки распознают в них «чужаков» и учатся «обезвреживать».
Отличия между лидирующими вакцинами в том, что аденовирусный «Спутник» доставляет в клетку ДНК аденовируса — и именно она производит белки коронавируса. А вот мРНК-вакцины Pfizer и Moderna распространяют в теле человека «посыльную» РНК (messenger RNA). Это заметно меньшая по длине и возможностям молекула рибонуклеиновой кислоты. Скорее всего, она быстрее формирует иммунный ответ, но не исключено (пока этого никто не знает наверняка, так как прошло слишком мало времени), что и иммунитет от нее будет сохраняться меньше, чем от аденовирусной вакцины.
Кроме этих двух типов препаратов для профилактики Covid-19, свою цельновирионную вакцину создала китайская компания Sinopharm, а власти ОАЭ разрешили ее применение у себя в стране. Однако ее с меньшим основанием можно назвать научным прорывом года. Аденовирусные и мРНК-вакцины показали эффективность от 94% и выше — то есть не более 6% привитых могут заразиться коронавирусом. Китайская вакцина использует более традиционный метод: она содержит убитый коронавирус. Похоже, это не такой эффективный подход, как первые два: эффективность препарата лишь 87%, заметно ниже, чем у вакцин-лидеров.
Все эти вакцины, вместе взятые, дают основания полагать, что в 2021 году большинство стран избавятся от эпидемии Covid-19.
К сожалению, в их число вряд ли войдет Россия. Хотя вакцина в нашей стране уже производится миллионными тиражами (их было два миллиона на начало декабря), благодаря «благожелательному» освещению отечественной вакцины в ряде ведущих СМИ желающих привиться в нашей стране порядка 38%. Если вакцинировать их всех даже сегодня, этого будет недостаточно, чтобы добиться группового иммунитета и остановить эпидемию в России. Увы, по всей видимости, такова цена, которую мы должны заплатить за проблемы школьного образования и неспособность отечественных СМИ быть объективными в отношении научных достижений, сделанных на родине.
Сколько конкретно людей умрут благодаря таким антивакцинаторским настроениями у нас — неизвестно. Однако, с учетом сегодняшней коронавирусной смертности, вряд ли речь пойдет менее чем о десятках тысяч. Нечасто средства массовой информации добиваются таких масштабных результатов.
№ 2 Похоже, ученые разгадали загадку темной материи — хотя окончательно это признают нескоро
Более 20 лет назад ученым стало ясно, что объяснить наблюдаемую Вселенную без темной материи невозможно. Видимой, «обычной» материи в ней попросту слишком мало, чтобы могли стать реальностью наблюдаемые скорости вращения звезд на краях галактических дисков, в том числе в нашей Галактике.
До 2010-х ведущими кандидатами, объясняющими эти странности, были частицы, не взаимодействующие с фотонами (светом), но имеющие массу и за счет этого гравитацию. Их и называли темной материей.
Шаровое скопление 47 Тукана. Плотность расположения звезд в таких местах намного выше, чем там, где живем мы. Темные шаровые скопления могут иметь такую же плотность, только вовсе не излучать свет / ©Wikimedia Commons
К концу прошлого десятилетия оказалось, что таких частиц нет: все попытки найти их на ускорителях провалились. Одновременно появилось другое объяснение: темная материя — просто черные дыры. Подобный подход уже предлагали ранее, но его отвергли: астрономы быстро рассчитали, что равномерно распределенные во Вселенной черные дыры были бы заметны, поскольку их гравитация искажала бы след от расположенных за ними звезд.
Но новое объяснение неожиданно обошло эту проблему. Согласно набору близких гипотез сразу целого ряда авторов, черные дыры массами в десятки раз больше Солнца каждая должны собираться в шаровые скопления на окраинах галактик. Такие «темные скопления» компактны (как и шаровые звездные скопления), поэтому не искажают свет далеких звезд и трудны для обнаружения. Тем не менее они вполне возможны — теперь, когда мы знаем, где искать.
Кстати, по расчетам из готовящейся к печати статьи российского физика, черных дыр такого рода только в Галактике может быть до 200 миллиардов — почти как звезд. Откуда столько? Возрождение MACHO может решить проблему темной материи – но заставит пересмотреть космологию.
№ 3 Неожиданно древний Новый Свет: люди заселили Северную Америку еще до ледникового периодаС детства мы помним: Америки заселили предки индейцев, примерно 10-15 тысяч лет назад. Открытие мексиканских археологов в 2020 году перевернуло эту картину с ног на голову. Оказалось, уже 33 220 – 31 475 лет назад в горах Центральной Мексики обитали люди — специалисты обнаружили их каменные орудия. Кстати, древнейшие американцы бывали в этих пещерах более 12 тысяч лет подряд, до 19 тысяч лет назад.
Некоторые из находок, несмотря на большую древность, выглядят как микролитические орудия высокого технического уровня. Однако их трудно отнести к какой-либо известной археологической культуре / ©Ciprian Ardelean
Казалось бы, ну и что с того? На самом деле, открытие резко меняет наше представление о древности. Если люди появились в Новом Свете настолько давно, выходит, что до поры до времени им там было не особо комфортно — иначе трудно объяснить, почему они стали многочисленны только после конца ледникового периода. Кажется, гипотеза, по которой первобытный человек был идеально приспособлен к ледниковому климату, дала течь. Как и общие наивные идеи о том, что стоит нашему виду куда-то попасть, как он непременно и быстро начнет там процветать.
Открытие указывает и на другой момент: в действительности первые люди в Новом Свете могли быть не предками индейцев, а потомками австралийских аборигенов. Как они туда попали? Новый Свет заселили вдвое раньше — но неизвестно кто.
№ 4 «Сигналы инопланетных цивилизаций» оказались звездами размером с город
С 2007 года астрономы фиксируют мощные и сверхкраткие — тысячные доли секунды — радиовсплески, исходящие, как правило, из источников за пределами Млечного Пути. Что это такое, понять было крайне сложно. Радиоизлучение от таких быстрых радиовсплесков за тысячные секунды выдавало столько же энергии, сколько наше Солнце за 80 лет свечения.
Эта энергия делала подобные события настолько бросающимися в глаза, что ряд ученых предположили: перед нами — сигналы могущественных внеземных цивилизаций. Другие выдвинули гипотезу: это следы от мощного космического транспортного средства, своего рода фотонного паруса, разгоняемого сверхмощным источником радиоизлучения.
Внегалактический быстрый радиовсплеск в представлении художника / ©Wikimrdia Commons
Правда, уже в 2014 году Юрий Любарский из Израиля предложил менее экзотическое и более логичное объяснение: быстрые радиовсплески — просто «звездотрясения» на магнетарах. Так называют нейтронные звезды (компактные объекты массивнее Солнца, но диаметром всего в 25 километров) с особо мощным магнитным полем. Иногда на нейтронных звездах могут происходить аналоги наших землетрясений.
При этом плотная кора нейтронной звезды лопается, и через трещину прорывается значительное количество протонов. Сверхмощное магнитное поле такой нейтронной звезды захватывает эти протоны, и они начинают излучать в радиодиапазоне. По расчетам все сходилось: расчетное сотрясение на магнетаре должно было давать примерно такие энергии, которые радиотелескопы и видели от быстрых радиовсплесков.
Магнетар в представлении художника / ©Wikimrdia Commons
Но только в 2020 году удалось зафиксировать быстрые радиовсплески в пределах Млечного Пути, а с меньшего расстояния изучать параметры события куда проще. За счет этого международная группа исследователей смогла подтвердить правоту гипотезы Любарского: быстрые радиовсплески — магнетары, иными словами — необычные и периодически сотрясающиеся нейтронные звезды.
№ 5 Японский лунный зонд подтвердил гипотезу российского физика об образовании Луны
Весной этого года в Science Advances вышла работа японских исследователей с итогами наблюдений лунного зонда «Кагуя». Им удалось показать ранее неизвестное: с каждого квадратного сантиметра лунной поверхности вылетает по 50 тысяч ионов углерода в секунду. Причем больше всего — из лунных базальтов, поднявшихся из недр Луны, а не из реголита, где может быть заметным вклад углеродных метеоритов.
Казалось бы, что за дело: ну есть там углерод, и что? Значимость этому открытию придает то, что его практически невозможно совместить с доминирующим представлением об образовании Луны в результате столкновения Земли и планеты Тейи. Такое столкновение надежно лишило бы будущий лунный материал всех легких элементов, включая углерод.
Если воду на Луне еще пытались объяснить кометным приносом, то с углеродом такое не работает: нужное его количество на спутник Земли просто не получилось бы доставить метеоритами. Выходит, углерод был на Луне с самого начала.
Двойной астероид (90) Антиопа. Подобные тела возникают за счет того же мультиимпактного механизма, что и Луна / ©Wikimrdia Commons
«Углеродный след» на земном спутнике прямо указывает на правоту гипотезы физика Николая Горькавого, впервые высказанной им еще в 2007 году и затем независимо выдвинутой еще двумя научными группами: Луна образовалась в результате миллионов ударов крупных астероидов по древней Земле. Достаточно сильный удар непременно выбрасывает часть земного материала на орбиту, а там значительная его часть неизбежно попадает на поверхность Селены. Иными словами, механизм ее образования не мега-, а мультимпактный — то есть ровно такой же, как у крайне многочисленных спутников астероидов.
№ 6 Люди начнут вымирать уже через полвека — раньше, чем ожидалось до сих пор
Много десятков лет подряд человечество озабочено тем, что часто называют «перенаселением Земли». Как мы уже отмечали, на самом деле, на планете нет признаков перенаселения людьми в экологическом смысле этого слова: совершенно точно Земля может прокормить куда больше людей, чем живет на ней сегодня или будет жить завтра. Однако на это обычно отвечали: а вот послезавтра людей будет 15 миллиардов или больше, ну и что тогда?
Однако работа 2020 года, вышедшая в Lancet, показывает: мы боялись бумажного тигра, не замечая реального. Ее авторы смогли показать, что современное сокращение рождаемости настолько серьезно и глубоко, что уже с 2064 года численность людей начнет падать. Пожалуй, прав Илон Маск, утверждающий, что истинной проблемой XXI века будет не «перенаселение» (которого нет), а нехватка людей.
Двадцать лет назад Китай воспринимали как страну с бешено растущим населением: он лишь недавно отменил политику “одна семья — один ребенок”. Но рождаемость там упала так резко, что КНР займет третье место в мире по населению уже в этом веке, а кормить местных пенсионеров будет исключительно сложно. В будущем сходная судьба постигнет и Индию с Нигерией / ©BBC/Lancet
Причем во многих случаях очень острая: Китай, современная фабрика всего мира, к концу века может потерять половину своего населения. Многие страны пострадают сравнимым образом. По этой причине той немногочисленной молодежи, что у них есть, придется работать больше — или жить беднее, чем их предшественникам.
Впрочем, возможно, это еще самое невинное из последствий «Великого вымирания»: со значительной вероятностью оно завершится победой религиозных сил, поскольку именно ультрарелигиозные члены общества имеют все шансы естественным путем вытеснить светских граждан в незначительное меньшинство. Фонд Билла Гейтса профинансировал исследование, согласно которому люди в XXI веке начнут вымирать. Реальность может оказаться еще печальнее
№ 7 Открытие фосфина на Венере: на второй планете есть жизнь?
Сентябрьская работа, опубликованная в Nature Astronomy, показала, что на второй планете Солнечной системы, на высотах 50-60 километров, есть газ фосфин (РН3). Это соединение, которое не может устойчиво существовать на Венере, зато оно известно как признак жизни. Земные микробы могут вырабатывать фосфин и поддерживать его следы в атмосфере, даже несмотря на процессы, постоянно разлагающие это соединение.
Согласно расчетам американских и шведских исследователей, два-три миллиарда лет назад Венера могла выглядеть примерно так, то есть иметь глобальный океан, покрывающий основную часть ее поверхности / ©Wikimedia Commons
В облаках Венеры, на высоте 55 километров, температура и давление предельно похожи на земные — и, в принципе, жизнь там вполне возможна. Чем же она там питается и как все это связано с неожиданными метаниями «Роскосмоса»? Жизнь на Венере и разворот «Роскосмоса»: действительно ли фосфин говорит о населенности ближайшей планеты и почему Россия решила резко активизировать свои венерианские планы?
№ 8 Хейердал был прав: индейцы открыли Полинезию до европейцев
В середине прошлого века Тур Хейердал — человек, без полного высшего образования — выдвинул необычную гипотезу, согласно которой батат (и ряд других культур) и каменные статуи на полинезийских островах — результат «экспорта» туда культуры доколумбовой Америки. Он предположил, что южноамериканские индейцы на своих плотах достигали Полинезии, и именно оттуда в нее попали хлопчатник, масса съедобных растений и калебасы (тыквообразные плоды, чьи высушенные оболочки служили бутылками).
Каменные статуи Маркизских островов / ©Wikimedia Commons
Гипотеза его была встречена в штыки: наука того времени полагала, что доколумбова Америка не была землей мореходов. И открытие ими Полинезии поэтому считалось нереальным. В 2020 году в Nature вышла статья, которая показала: Хейердал все же был прав. В генах полинезийцев есть явные следы доколубмова смешения с генами южноамериканских индейцев, причем довольно обширного и древнего.
К сожалению, научно-популярное изложение открытия сотрудниками «популярной» части Nature оказалось удручающе неточным. Они не читали работ Хейердала, поэтому написали, что тот все же был неправ. По их словам, норвежец считал Полинезию колонизированной южноамериканцами, а полинезийцев — потомками именно индейцев. Почему это не так и отчего Тур Хейердал в самом деле был прав? Великие мореходы Хейердала.
№ 9 Неандертальцы могли делать метательное оружие?
Этой весной в Scientific Reports появилась статья, посвященная необычной находке на юге Франции — шнуре, который был сделан прядением, причем еще неандертальцами. Прядение — технология продвинутая сама по себе, и одно это было бы значимым открытием.
Найденный фрагмент шнура под разными увеличениями. Схема в центре сверху рисованная, для показа схемы плетения шнура / ©M-H. Mancel
Но еще важнее то, что, скорее всего, пряжа эта была не для одежды, а для создания сложного метательного оружия. Наличие такого — признак технологического развития, не уступающего Homo sapiens. Тем таинственнее выглядит вытеснение неандертальцев нашими предками — впрочем, в тексте ниже есть и предположения о том, почему выходцы из Африки все-таки победили европейских аборигенов. Неандертальцы: пряли, чтобы убивать?
№ 10 Ранняя Земля имела атмосферу Марса — и это очень хорошая новость, с важными практическими последствиями для всех нас
Один из самых страшных кошмаров научного мира, которого опасался еще Стивен Хокинг, — неудержимый парниковый эффект. Так называют настолько сильное влияние парниковых газов, при котором вода начинает попадать в стратосферу, где озоновый слой уже не защищает ее от расщепления ультрафиолетом. От этого она может распасться на кислород и водород, а последний, как весьма легкий газ, утекает в космос.
Считается, что первоначально Венера обладала океанами, и лишь чрезмерное количество СО2 в атмосфере заставило их выкипеть, сделав планету безжизненной / ©dailygalaxy.com
Именно такой сценарий сделал поверхность современной Венеры пустыней, где так жарко, что плавится свинец. Ученые высказывали опасения, что современные выбросы углекислого газа нашей цивилизацией могут привести к столь же бесславному концу и на Земле.
Работа, опубликованная зимой 2020 года в Science Advances, показывает: нам нечего опасаться. Для Земли этот сценарий нереален во всем обозримом будущем. Все дело в том, что 2,7 миллиарда лет назад на нашей планете атмосфера на >70% состояла из СО2. Это крайне близко к составу марсианской сегодня (впрочем, на Марсе она куда менее плотная). Земля имела атмосферу Марса — и поэтому не станет Венерой
На нашей планете добиться столь же высокой концентрации углекислого газа, что и 2,7 миллиарда лет назад, нереально. Поэтому, даже несмотря на то, что Солнце за эти миллиарды лет стало светить на 20% ярче, никакого «безудержного парникового эффекта» на Земле не будет — и это хорошая новость. Выходит, 2020 год смог принести и добрые вести.
(голосование доступно на сайте. На Пикабу его не прикрутить к посту).
Источник: Вакцина, лопающиеся нейтронные звезды и слишком умные неандертальцы: выбери свое главное научное событие 2020 года
Автор: Александр Березин
От себя лично хочу поздравить Naked Science с присуждением литературной премии имени Александра Беляева (Беляевская премия)
