От солнечной фотосессии до свиного донорства: главные достижения науки в 2022 году

2022 год оказался богат на неожиданные открытия в самых разных областях передовой науки — от биологии и медицины до физики и астрономии. Флагманом прорывных исследований оказался телескоп Джеймса Уэбба, который присылает на Землю беспрецедентные изображения космоса, позволяющие увидеть то, что не могли разглядеть предыдущие инструменты. Однако не менее важными стал труд ученых, изучающих термоядерный синтез, и попытки хирургов совершить революцию в трансплантологии.

Получены первые изображения от космического телескопа Джеймса Уэбба

12 июля 2022 года космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба (JWST) предоставил самое глубокое и четкое инфракрасное изображение далекой Вселенной, запечатлев скопление галактик SMACS 0723. Это стало первой полноценной фотографией, сделанной JWST с момента его запуска 25 декабря 2021 года.

Телескоп позволил разглядеть не только тысячи галактик, которые входят в состав скопления, находящегося на расстоянии около четырех миллиардов световых лет, но и гораздо более далекие и тусклые объекты.

Позднее нидерландские исследователи из Университета Гронингена проанализировали это изображение, впервые обнаружив слабые источники инфракрасного излучения с длиной волны 7,7 микрометра. Эти объекты оказались галактиками, находящимися на экстремально далеком расстоянии — от 23 до 31 миллиарда световых лет. Это расстояние является собственным, то есть может быть измерено воображаемой линейкой, протянувшей от Земли до наблюдаемого объекта. Свет от этих галактик был испущен 12-13 миллиардов лет назад, но по мере его продвижения расстояние между ними и Млечным Путем растягивалось из-за ускоренного расширения Вселенной.

До запуска космического телескопа Джеймса Уэбба наблюдения в среднем инфракрасном диапазоне с длиной волны более пяти микрометров ограничивались такими внегалактическими источниками, как активные галактические ядра и яркие галактики, свет от которых был испущен 11,4 миллиарда лет назад. Ожидается, что в скором будущем JWST с его камерой MIRI (Mid-Infrared Instrument) произведет революцию в астрономических наблюдениях отдаленной Вселенной в инфракрасной области спектра.

Зонд сбил астероид с курса

Еще в 2021 году Европейское космическое агентство ESA запустило миссию DART — масштабный эксперимент, целью которого являлась проверка эффективности метода отклонения астероида, потенциально угрожающего Земле, от прежней орбиты.

Мишенью стал Диморф — околоземный астероид, который является спутником другого астероида — Дидима. Столкновение произошло 26 сентября 2022 года, при этом за десять дней до него от аппарата отделился спутник Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroids (LICIACube) итальянского космического агентства, который предназначен для визуального изучения места удара, а также для оценки массы астероида, его формы и эффекта отдачи от выбросов пород при столкновении.

Ученые НАСА подтвердили, что космическому аппарату удалось успешно отклонить небесное тело от первоначальной орбиты. До столкновения с DART Диморфу потребовалось 11 часов 55 минут, чтобы совершить оборот вокруг более крупного астероида Дидима. После столкновения время орбиты сократилось на 32 минуты и составило 11 часов 23 минуты с погрешностью плюс-минус две минуты. Ученые предсказывали, что минимальное изменение периода обращения должно составить 73 секунды, однако результат превзошел нижний порог более чем в 25 раз.

Специалисты до сих пор собирают данные с различных наземных и космических инструментов. Основное внимание будет уделено измерению эффективности передачи импульса при ударе DART о поверхность астероида на скорости примерно 22 530 километров в час. Для этого ученые проведут анализ массы породы, выброшенной в космос в результате удара и сработавшей как выхлоп, оттолкнувший небесное тело от прежней траектории.

Опубликованы максимально подробные фотографии Солнца

7 марта 2022 года аппарат Европейского космического агентства Solar Orbiter сделал самую подробную фотографию Солнца с помощью инструмента для формирования изображений в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне (Extreme Ultraviolet Imager, EUI), когда он находился на расстоянии всего 75 миллионов километров, что составляет половину расстояния между средней орбитой Земли и Солнцем. Зонд сделал 25 различных изображений, каждое с выдержкой почти десять минут, которые были объединены в одно изображение размером 9148 на 9112 пикселей (всего 83 миллиона пикселей). На полученной фотографии можно рассмотреть множество мелких деталей солнечной поверхности и короны, в том числе протуберанцы на краю диска.

Кроме того, инструмент Spectral Imaging of the Coronal Environment (SPICE) собрал данные в четырех длинах волн экстремального ультрафиолета: 102,5 нанометра, излучаемого водородом при температуре 10 тысяч градусов по Цельсию; 97,7 нанометра, излучаемых углеродом при температуре 32 тысячи градусов Цельсия; 103,2 нанометра, испускаемые кислородом при температуре 320 тысяч градусов Цельсия; и 77 нанометров, излучаемых неоном при температуре 630 тысяч градусов по Цельсию.

Это позволило создать полные «водородные» изображения Солнца за последние 50 лет, создаваемые атомами водорода на разных расстояниях от Солнца. Известно, что более высокие температуры возникают дальше от поверхности Солнца, температура которого составляет всего около пяти тысяч градусов по Цельсию.

Ожидается, что Solar Orbiter поможет лучше понять динамику поверхности и атмосферу Солнца, а также механизмы вспышек и корональных выбросов массы.

Сердце свиньи пересадили человеку

10 января 2022 года врачи Школы медицины Мэрилендского университета сообщили, что они успешно пересадили человеку сердце трансгенной свиньи. Пациентом стал 57-летний Дэвид Беннет, который страдал опасной для жизни аритмией, из-за чего получил отказ в проведении стандартной трансплантации. Операция впервые продемонстрировала, что генетически модифицированное сердце животного может функционировать как человеческое без немедленного отторжения организмом.

Для предотвращения отторжения специалисты использовали не только обычные средства, но и экспериментальный препарат производства компании Kiniksa Pharmaceuticals. У свиньи-донора UHearts™, разработанной компанией регенеративной медицины Revivicor, были подавлены три гена, которые, как показали исследования, связаны с отторжением органа животного человеческим организмом. Был также нокаутирован ген, способствующий чрезмерному росту сердечных тканей. Кроме того, в геном животного были вставлены шесть человеческих генов, помогающих иммунной системе пациента принять чужеродный орган. Однако через несколько месяцев после операции Беннет умер из-за диастолической сердечной недостаточности.

Вскрытие показало, что причиной мог стать сложный комплекс факторов, включая утолщение сердечной мышцы, а также инфекция цитомегаловируса. Дальнейшие исследования продемонстрировали аномалии в кривой ЭКГ, что указывало на серьезные сбои в работе клеточных систем, отвечающих за передачу электрических импульсов в сердечных тканях.

Обнаружено голое пульсирующее ядро звезды

31 октября в журнале Nature Astronomy ученые сообщили об открытии первого в своем роде обнаженного ядра звезды, которое ранее считалось типичной бело-голубой звездой. γ Columbae располагается на расстоянии около 870 световых лет от Солнца в созвездии Голубя и представляет собой двойную систему, главным компонентом которой является пульсирующая звезда спектрального класса B, масса которой в шесть раз превышает массу Солнца. Содержание гелия, углерода и азота во внешней оболочке резко отличается от обычных звезд и соответствует тому, что возникает из-за термоядерных реакций в звездном ядре.

Ранее считалось, что звезды могут обнажать свои внутренние ядра лишь в очень редких случаях, когда они эволюционируют в необычные типы звезд. Например, сильный звездный ветер сдувает внешнюю оболочку у звезд Вольфа-Райе, которые представляют собой позднюю стадию жизни некоторых массивных звезд. Однако стало ясно, что обычные звезды тоже могут лишиться оболочки при некоторых обстоятельствах.

В случае Гаммы Голубя звезда начала расширяться, превращаясь в гиганта, и второй компаньон, погрузившись в ее внешнюю оболочку, начал сближаться с ней по спиральной траектории. В конечном итоге это привело к удалению оболочки, которая оставила после себя ободранное ядро. В таком состоянии звезда проживет всего 10 тысяч лет, закончив свою жизнь в виде сверхновой.

Впервые запущена безубыточная управляемая термоядерная реакция

В ходе эксперимента, проведенного 5 декабря 2022 года в Ливерморской национальной лаборатории, была впервые запущена управляемая реакция синтеза, которая генерировала в полтора раза больше энергии, чем было потрачено на ее запуск. Ученым удалось добиться этого на установке National Ignition Facility (NIF), где производится инерциальный управляемый термоядерный синтез. В отличие от тороидальных установок, где плазма удерживается магнитными полями, в NIF используются лазеры, которые сжимают и нагревают мишень с топливом из изотопов водорода. При этом используется непрямой привод, когда лазеры нагревают внутренние стенки полого цилиндра, называемого хольраум, не задевая находящуюся в нем капсулу с топливом.

Такой метод не требует запускающей реакции деления, как в водородных бомбах, чья конструкция непрактична для получения электроэнергии из-за огромных размеров и слишком большой мощности взрыва. В NIF масса капсулы с топливом достигает всего 10 миллиграммов, а взрыв не способен разрушить экспериментальную установку.

Ученые показали, что в результате реакции было высвобождено около 3,15 мегаджоуля энергии, что более чем вдвое превышает предыдущий рекорд в 1,3 мегаджоуля. Непосредственно на нагрев мишени было потрачено 2,05 мегаджоуля, однако это не учитывает издержек, связанных с недостатками конструкции и ходом самого эксперимента. Чтобы инерциальный термоядерный синтез стал экономически целесообразным, необходимо увеличить выход энергии реакции на два порядка.

В России обнаружили семью неандертальцев

Ученые Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка в Германии впервые обнаружили семью неандертальцев, обитавших на территории современного Алтайского края.

Исследователи изучили генетический материал, извлеченный из 17 останков возрастом более 50 тысяч лет, найденных в пещерах Чагырская и Окладникова

Был использован метод гибридизационного захвата, в ходе которого ДНК-зонды связывались с интересующими областями генома. В результате были получены библиотеки последовательностей ядерной, митохондриальной и Y-хромосомальной ДНК, которые использовались для дальнейшего анализа. Выяснилось, что 17 останков принадлежали 13 неандертальцам — семи мужчинам и шести женщинам, из которых восемь являлись взрослыми, а пятеро — детьми и подростками.

Оказалось, что останки, найденные в Чагырской пещере, принадлежали взрослому мужчине, который, исходя из степени сходства ядерной ДНК, приходился ближайшим родственником девочке-подростку. Так как их митохондриальная ДНК была разной, исследователи пришли к выводу, что это были отец и дочь. Однако митохондриальная ДНК мужчины была идентична таковой еще у двух особей мужского пола, что означает, что они являлись близкими родственниками по женской линии — например, имели общую бабушку. В целом все чагырские неандертальцы были частью одного и того же социального сообщества.

Открыта самая древняя планетарная туманность

Астрономы обнаружили планетарную туманность IPHASX J055226.2+323724, расположенную внутри рассеянного звездного скопления M37, которая является самым древним объектом такого рода из известных.

Она находится на расстоянии более четырех тысяч световых лет, а кинематический возраст туманности оценивается в 70 тысяч лет, что основано на скорости расширения туманности при допущении, что скорость практически не изменилась с самого начала, когда родительская звезда впервые сбросила внешнюю газовую оболочку. Считается, что газовые туманности обычно живут не более 5-25 тысяч лет. Необычная продолжительность жизни IPHASX J055226.2 может объясняться расположением туманности в звездном скоплении.

Планетарная туманность представляет собой облако ионизированного газа, окружающего белый карлик. В Млечном Пути известно около четырех тысяч планетарных туманностей, однако объект IPHASX J055226.2+323724 является лишь третьей туманностью, связанной с рассеянным скоплением. Как и ее аналоги, является биполярной, то есть имеет форму бабочки. Она также обладает химическим составом I типа, то есть обогащена элементами тяжелее гелия. Все это указывает на то, что звезда-прародитель обладала массой около 2,8 массы Солнца.

Впервые обнаружен газовый диск вокруг гигантской планеты

Астрофизики Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) провели наблюдения за звездой AS 209, расположенной на расстоянии 395 световых лет в направлении созвездия Тельца, с помощью комплекса радиотелескопов ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) в Чили. Эту звезду окружает околозвездный, или протопланетный диск, однако исследователи заметили в нем кольцевой зазор, который указывал на формирование планеты-гиганта. Вокруг нее астрономы нашли признаки околопланетного газового диска, который притягивается из околозвездного диска.

Кандидат в околопланетный диск удален от родительской звезды на 200 астрономических единиц, а его диаметр достигает приблизительно 14 астрономических единиц. Масса вещества диска оценивается в 30 масс Земли, а его температура более чем на 35 Кельвинов выше температуры околозвездного диска. Это указывает на некий механизм нагрева, который может поддерживаться аккрецией газа или за счет ударного взаимодействия с материалом околозвездного диска.

Органы мертвых свиней впервые оживили

Ученые Йельского университета впервые смогли «оживить» органы и ткани свиней через час после смерти животных. Это удалось сделать благодаря технологии OrganEx, которая доставляет специальную жидкость, восстанавливая физиологические функции и предотвращая гибель клеток. Она представляет собой модификацию экстракорпоральной системы пульсирующей перфузии BrainEx, которая ранее использовалась для предотвращения разрушения мозговых тканей у мертвых свиней.

В отличие от BrainEx, новая технология адаптирована для перфузии тканей не отдельного органа, а тела крупного животного. Она предусматривает применение перфузионного устройства, похожего на аппараты искусственного кровообращения, и экспериментальных растворов, содержащих соединения, которые могут способствовать здоровью клеток и подавлять воспаление в организме. В ходе эксперимента оценивалась эффективность технологии в течение шести часов после одного часа ишемии, вызванной остановкой кровообращения из-за фибрилляции желудочков сердца.

Применение технологии сохранило целостность тканей, уменьшило гибель клеток и восстановило отдельные молекулярные и клеточные процессы во многих жизненно важных органах. Например, были выявлены признаки электрической активности сердца, которое сохранило способность сокращаться. Ученые также наблюдали продукты экспрессии генов, которые характерны при молекулярной и клеточной репарации.

Ещё кое-что о науке:

• Технологии здоровья: какие вершины покорила мировая медицина в 2022 году?
• Под защитой добрых инопланетян

По инф. lenta.ru