Книга "Астрономия: век XXI"
11.09.2007 13:51 | В. Г. Сурдин /ГАИШ, Москва
Астрономия: век XXI
Редактор-составитель В.Г.Сурдин
Фрязино: "Век 2", 2007, 608 с. ISBN 978-5-85099-175-3
Книга посвящена современным проблемам астрономии: от изучения Луны и планет до поисков гравитационных волн, темного вещества и темной энергии.
Ученые Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга (МГУ) рассказывают о том, какие важнейшие события произошли в астрономии на рубеже нового тысячелетия и над какими нерешенными проблемами сейчас работают исследователи. Условный исторический рубеж - начало нового тысячелетия - был отмечен несколькими важнейшими открытиями в изучении Вселенной. Поэтому последние годы без преувеличения можно назвать Великим десятилетием астрономии, возможно, началом ее нового "золотого века".
Книга адресована старшеклассникам, студентам и преподавателям, а также всем интересующимся современными проблемами естествознания. Стиль книги - "серьезный науч-поп". На всякий случай в "Приложении" помещен Толковый словарь терминов, применяемых в астрономии, астрофизике и космологии. Там же помещен и обширный справочный материал по состоянию на июнь 2007 г., необходимый как профессионалам, так и любителям, изучающим небо.
- Батурин Владимир Анатольевич, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Краснопресненской лаборатории ГАИШ.
- Гиндилис Лев Миронович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник отдела радиоастрономии ГАИШ.
- Ефремов Юрий Николаевич, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник отдела изучения Галактики и переменных звезд ГАИШ.
- Засов Анатолий Владимирович, доктор физико-математических наук, профессор кафедры астрофизики и звездной астрономии физического факультета МГУ, ведущий научный сотрудник ГАИШ, лауреат Государственной премии России.
- Миронова Ирина Владимировна, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Краснопресненской лаборатории ГАИШ.
- Попов Сергей Борисович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник отдела релятивистской астрофизики ГАИШ.
- Прохоров Михаил Евгеньевич, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник отдела релятивистской астрофизики ГАИШ.
- Родионова Жанна Федоровна, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник отдела исследований Луны и планет ГАИШ.
- Руденко Валентин Николаевич, доктор физико-математических наук, профессор физического факультета МГУ, зав. отделом гравитационных измерений ГАИШ.
- Сажин Михаил Васильевич, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник отдела релятивистской астрофизики ГАИШ.
- Самусь Николай Николаевич, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института астрономии РАН и ГАИШ.
- Сурдин Владимир Георгиевич, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник отдела изучения Галактики и переменных звезд ГАИШ, доцент физического факультета МГУ.
- Хованская Ольга Сергеевна, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник отдела астрометрии ГАИШ.
- Черепащук Анатолий Михайлович, доктор физико-математических наук, профессор и зав. астрономическим отделением физического факультета МГУ, директор ГАИШ, академик РАН, член Английского Королевского астрономического общества, вице-президент Европейского астрономического общества.
- Чернин Артур Давидович, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник отдела изучения Галактики и переменных звезд ГАИШ.
- Шевченко Вячеслав Владимирович, доктор физико-математических наук, профессор, зав. отделом исследований Луны и планет ГАИШ.
Астрономия и космология считалась довольно спокойной наукой. Это было связано с отсутствием активного инструмента для изучения Вселенной. Однако научные открытия в последние десятилетия полностью изменили эту картину.
Активные галактики
В прошлом веке были обнаружены так называемые активные галактики. Эти галактики излучают невероятно огромное количество энергии, которая свидетельствует о том, что на самом деле взрываются ядра.
Затем в 1962 году открыты (квази звездные радиоисточники) и показано, что квазары наиболее светящиеся объекты во Вселенной. Было обнаружено, что некоторые из них находятся на расстоянии миллиардов световых лет, и что они должно быть чрезвычайно активные ядра галактик.
Вскоре после этого в 1967 году, были обнаружены пульсары (пульсирующие звезды). являются звездами, выделяющие очень короткие всплески излучения на удивительно точной частоте. Ученые объяснили их как вращающиеся нейтронные звезды, которые имеют диаметр лишь около 16 километров и которые испускают пучок излучения как маяк. Их плотность настолько велика, что часть пульсара размером с мяч будет весить как океанский лайнер, а продолжительность свечения может быть с тысячную долю секунды.
Ранее в 20 веке было постулировано существование , которые являются областью пространства-времени, но плотнее, чем нейтронные звёзды. Однако косвенные свидетельства их существования доказано лишь в начале 1970-х. Черные дыры трудно обнаружить, потому что их гравитационное поле достаточно сильное, и оно не выпускает все излучения. В 1964 году открытие чрезвычайно единообразного космического микроволнового фонового излучения убедило большинство астрофизиков что Вселенная имеет конечный возраст и возникла как гигантский взрыв около 15 или 20 млрд лет назад в результате так называемого большого взрыва.
Инструменты наблюдения Вселенной
Все эти достижения в области астрономии и космологии стали возможны с помощью новых инструментов наблюдения. В 20 веке крупнейшим был только 5-метровый оптический телескоп. С тех пор наземные оптические телескопы увеличились в четыре раза и даже более крупные находятся в стадии строительства. Кроме того в 1990 году, космический телескоп Хаббл был направлен на орбиту. Он предоставил множество новой полезной информации о нашей Вселенной, например, как радиация не должна пройти через атмосферу Земли.
Спутники для исследований
За последние годы человечество пополнилось знаниями о нашей собственной солнечной системе и её бытие. Многие новые спутники и кольца вокруг планет были обнаружены и раскрыт характер комет. Впервые 12 ноября 2014 была осуществлена мягкая с космического аппарата «Розетта» спускаемого аппарата «Филы».
Начало космической эры произошло в 1957 году, когда был запущен первый спутник. Только спустя два года советская межпланетная станция смогла достичь небесный объект Луну. Луну обогнул беспилотный космический корабль, который послал фотографии оборотной стороны, которую никогда не видел человек. Эта миссия также подтвердила предсказания, которые были сделаны немного раньше: что солнце, в дополнение к его электромагнитному излучению, также испускает поток частиц различной интенсивности, так называемый Солнечный ветер. Это знание оказалось важным, потому что солнечный ветер влияет на атмосферу Земли.
В 1961 году был выполнен первый пилотируемый космический полет. С начала 1960-х спутники связи были отправлены на орбиту, делая возможным беспроводную связь во всем мире. За тот же период планетарные зонды были запущены в космос. Они предназначены для прохождения вблизи планет и затем отправку обратно информации о них. Со всех планет Солнечной системы с помощью зондов снята информация, которая значительно увеличила наши знания о них. Это было бы невозможно только наземными исследованиями и действительно привело к некоторым удивительным открытиям. Например, один из спутников Юпитера имеет вулканическую активность, первый случай, когда-либо наблюдаемый. Сложный рисунок радиационных поясов вокруг Земли теперь называется магнитосферой и показано, что магнитосфера имеет весьма важное значение для различных видов деятельности на земле.
Посадка на Луну и планеты зондов все возрастающей сложности начались с середины 60-х годов и продолжаются сегодня. Некоторые из них передали образцы, делая возможным углубленный химический анализ их состава. В 1969 году первый человек ступил на Луну, только двенадцать лет после того, как был запущен первый спутник.
Метеорологические и навигационные спутники
Хотя часто утверждается, что космические исследования имеют значение для наиболее насущных потребностей общества, и что космические исследования просто управляются национальным тщеславием и любопытством ученых, важно не упустить огромные преимущества таких исследований для людей во всем мире, особенно в сочетании с технологическим прогрессом в других областях.
Простым примером является разработка метеорологических спутников , которые стали незаменимыми для слежения за ураганами и другими природными катаклизмами. Так как эти катаклизмы еще потенциально разрушительны, своевременное предупреждение их спасло много жизней и помогли избежать неисчислимого материального ущерба. Еще одним примером является значение спутников Земли, которые стали неотъемлемой частью сбора геологических данных и предоставляют нам средства оценки ресурсов земли. Кроме того эти спутники передают информацию о лесных культурахи их росту и урожайности, другую практическую информацию, например о степени болезни сельскохозяйственных культур.
Огромное значение в последнее время имеет система глобального позиционированная разработанная с применением спутников Земли.
Таким образом, астрономия и космология с космическими исследованиями имеют огромное значение для решения наиболее насущных потребностей человечества
Хронология развития астрономии с конца XIX - на протяжении XX веков - и начала XXI века
(Важные для астрономии XX века события давшие толчок развития "новой" науки)
1860 г. напечатана книга «Химический анализ путем спектральных наблюдений» Кирхгофа и Бунзена, в которой были описаны методы спектрального анализа. Положено начало астрофизике.
1862 г. открыт спутник Сириуса, о котором в своих исследованиях говорил еще Бессель.
1872 г. американец Г. Дрепер сделал первую фотографию спектра звезды.
1873 г. Дж. К. Максвелл публикует «Трактат об электричестве и магнетизме», в котором обозначил так называемые уравнения Максвелла, тем самым предсказав существование электромагнитных волн и эффекта "Давление света".
1877 г. А. Холл обнаружил спутники Марса – Деймос, Фобос. В этом же году были открыты марсианские каналы итальянцем Дж. Скиапарелли.
1879 г. английский астроном Дж. Х. Дарвин опубликовал гипотезу о приливном происхождении Луны. С. Флеминг предлагает разделить Землю на часовые пояса.
1884 г. 26 стран ввели поясное время, предложенное Флемингом. Международным соглашением выбран Гринвич в качестве нулевого меридиана.
1896 г. обнаружен спутник у Проциона, предсказанный Бесселем.
1898 г. У. Г. Пикеринг открыл спутник Сатурна – Фебу с его способностью вращаться в обратную сторону относительно своей планеты.
Нач. XX века учеными Г. фон Цейпелем и Г. К. Пламмером были построены первые модели звездных систем.
1908 г. Джордж Хейл впервые обнаружил магнитное поле у внеземного объекта, которым стало Солнце.
1915-1916 гг. Эйнштейн вывел общую теорию относительности, определив новую теорию гравитации. Ученый сделал вывод, что изменение скорости действует на тела подобно силе гравитации. Если Ньютон в свое время назвал орбиты планет фиксированными вокруг Солнца, то Эйнштейн утверждал, что у Солнца есть гравитационное поле, вследствие чего орбиты планет делают медленный дополнительный поворот.
1918 г. американец Харлоу Шепли на основе наблюдений разработал модель структуры Галактики, в ходе чего выяснилось реальное местоположение Солнца - край Галактики.
1926-1927 - Б. Линдблад и Ян Оорт, анализируя движение звёзд, приходят к выводу о вращении Галактики.
1931 г. начало радиоастрономии положили эксперименты К. Янского.
1932 г. Янский открыл радиоизлучение космического происхождения. Первым радиоисточником непрерывного излучения был назван источник в центре Млечного Пути.
1937 г. американец Г. Ребер сконструировал первый параболический радиотелескоп, диаметр которого составлял 9,5 м.
1950-х гг. обнаружено рентгеновское излучение, исходящее от Солнца. Положено начало рентгеновской астрономии.
1950-е гг. формирование современной инфракрасной астрономии. Изучение информации в диапазоне между видимым излучением.
1953 г. Ж. де Вокулер открыл первое сверхскопление галактик, которое также называют Местным.
1957 г. начинается космическая эра запуском искусственных спутников Земли.
1961 г. первый запуск человека в космос. Первым космонавтом стал Юрий Гагарин.
1962 г. запущена Орбитальная солнечная обсерватория, с помощью которой стало возможным систематически проводить наблюдения относительно ультрафиолетового излучения, что дало старт развитию ультрафиолетовой астрономии.
1962 г. обнаружен первый рентгеновский источник вне Солнечной системы - Скорпион X-1.
1965 г. первый выход человека в открытый космос, совершенный Алексеем Леоновым. Длительность выхода составила 23 мин. 41 сек.
1969 г. Нога человека ступила на поверхность Луны. Первым космонавтом на поверхности Луны был Нил Армстронг.
1991 г. запуск Гамма-обсерватории “Комптон”, которая дала мощный толчок для развития гамма – астрономии.
Нач. XXI в. дало миру ограниченные варианты квантовых компьютеров, с помощью которых возможно совершать сверхскоростные вычисления.
2009 г. ознаменовался сборкой американскими физиками первого программируемого квантового компьютера.
2012 г. разработан фотонный квантовый компьютер, который способен проводить вычисления не последовательно, как классические ЭВМ, а одновременно, что увеличивает скорость получения результата.
Введение
Примечание редактора: В рамках научного уик-энда на телеканале Дискавери 20 февраля в 21:00 состоится премьера фильма «Телескоп», энергичное путешествие за кулисы следующего шага в эволюции телескопов – космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА, снятый номинированным на Оскар режиссером Натаниелем Каном. Телескоп Джеймса Уэбба будет в 100 раз мощнее, чем НАСА/ЕКА космический телескоп Хаббл (изображенный здесь). «Телескоп» расскажет об этой эпической миссии и всей истории астрономии.
сайт будут плотно следить за этим событием, и перед премьерой предоставят соответствующие статьи и галереи об истории астрономии и невероятные подвиги Хаббла, продолжающиеся уже более 25 лет после запуска. Прочитайте, вкратце, о 10 лучших моментах в истории астрономии, которые помогут нам понять конструкцию космического телескопа НАСА следующего поколения…
Наши древнейшие предки полагались на небо в отслеживании изменения сезонов. По нему они знали, когда можно охотиться на определенные виды зверей. При достижении развития сельского хозяйства, как это было в Древнем Египте, звёзды использовали для прогноза, когда сеять зерно и когда его собирать. Мы используем небо, как огромные часы, чтобы определять время в течение года. Когда появлялись такие небесные явления, как затмения или кометы, они представлялись, как непредсказуемые события созданные богами. Сегодня мы знаем, что это происходит из-за вращений и гравитационных взаимодействий в космосе.
Со временем, некоторые умные люди заметили, что существуют звезды, движущиеся по небу по предсказуемому пути. Они путешествовали по тому же пути, что и Солнце, передвигаясь по звездному фону. Теперь мы называем эти объекты планетами (в вольном переводе с греческого – «странники»). Во многих культурах, планеты называли в честь богов. Даже наши названия – , , , и (пять планет известных в древние времена) - произошли в честь высших существ.
Ранее верили (основываясь на религии), что Земля – это центр Вселенной. Когда древние астрономы наблюдали небо, было много вещей, которые они не понимали. Например, почему Марс иногда изменяет направление движения по небу, а потом возобновляет идти в том же направлении, что и другие планеты? Некоторые астрономы придумали сложные геометрические модели названые эпициклы, которые предназначались для предсказания хаотического движения планет.
Более простое решение было предложено в 16 веке, опубликовавшем материалы, где Солнце находится в центре Вселенной, а Земля вращается вокруг него, как и другие планеты. То же самое предполагал в третьем веке, но его труды, в то время, не были хорошо известны в западном мире. Это решило проблему эпициклов, и было подкреплено другими доказательствами. Например, открытие Галилео лун, вращающихся вокруг Юпитера в 1610 году, доказывало, что не все вращается вокруг Земли. Религиозные власти были не довольны этим открытием, но со временем доказательства превысили аргументы.
По мере развития телескопических технологий, в конце концов, мы узнали, что Солнце не является центром Вселенной. В 1750 году, считалось, что это большое скопление звезд со своим центром. К началу 20 века, наблюдение новых звезд (звездообразований) в других галактиках показали, что они находятся намного дальше Млечного Пути. Позже астроном Эдвин Хаббл нашел доказательства того, что Вселенная постоянно расширяется, и у нее нет настоящего центра.
Хотя мы видели движение планет, что заставляет их двигаться, было мало изучено на протяжении тысячелетий. Все изменилось в 17 веке, когда Сэр начал применять математические теории в наблюдении Вселенной. Он рассчитал три основных закона движения, а также закон всемирного тяготения, который говорит, что любые два объекта во Вселенной притягиваются друг к другу. У планет большая сила притяжения, а у небольших камней из маленькая.
В начале 20 века наше понимание гравитации изменилось с помощью наблюдений физиков, таких как , который обнаружил, что время может изменяться в зависимости от вашего движения. Если вы путешествуете со скоростью близкой к скорости света, ваше чувство времени замедлится по сравнению с чувством людей на Земле. Время стало четвертым измерением (после длины, ширины и высоты), что позволило понять экстремальные гравитационные условия вокруг черных дыр и других объектов с массивной гравитацией. Гравитация объектов затем объяснялась как изменение пространства-времени во Вселенной, с объектами, измененными под действием силы тяжести.
В начале 2016 года, Лазерной Интерферометрической Гравитационно-волновой Обсерваторией (ЛИГО) были обнаружены гравитационные волны. Это, по существу, пульсация в пространстве-времени созданная вращающимися друг вокруг друга массивными объектами, как . Эйнштейн предвидел их существование, и астрономы пытались их обнаружить в течение 50 лет.
Телескоп позволил обнаружить много мелких объектов не доступных человеческому глазу. случайно открыл Уран в 1781 году, когда проверял звезды по каталогу, он не нашел величиной 8 (слабее возможности человеческого глаза) или ярче. В этот момент Гершель понял, это Уран движется по звездному небу. Он планировал назвать её Король Георг III, но другие астрономы решили назвать планету в честь бога, как и все остальные.
Стремительно последовали другие открытия. (тогда её считали астероидом, а не карликовой планетой) была открыта в 1801 году, первая из тысяч известных сегодня. Нептун был открыт в 1846 году, а (изначально признанный планетой) в 1930. Солнечная система стала более вместительной, чем считалось ранее. Со временем, модели спрогнозировали, что кометы, скорее всего, находятся за орбитой Нептуна, в районе ледяных объектов, названных . В начале 21 века, несколько новых объектов размером с Плутон в Поясе Койпера побудили Международный Астрономический Союз создать новую категорию объектов – «карликовые планеты», и поместить в эту категорию Плутон и Цереру.
Не менее поразительным было открытие планет . Сначала астрономы нашли 3 планеты, вращающиеся вокруг пульсара PSR B1257+12, в 1992 году, после огромную экзопланету, вращающуюся вокруг звезды главной последовательности 51 Пегаса в 1995. Сейчас мы знаем более 1000 подтвержденных за пределами Солнечной Системы, с тысячами не подтвержденных. Основная часть из них, были обнаружены с помощью космического телескопа НАСА Кеплера, запущенного в 2009 году.
Мы используем скорость света, как единственную единицу измерения Вселенной. Мы рассчитывали её на протяжении веков и знаем, что скорость света в вакууме около 300 тысяч километров (186 тысяч миль) в секунду. Солнце находится на расстоянии 8 световых минут от Земли. Расстояние до ближайшей звёздной системы (Альфа Центавра) приблизительно 4 световых года, а до ближайшей крупной галактики () 2,5 миллионов световых лет.
И хотя у нас существуют мечты "Звездного пути" о путешествиях через Вселенную к этим дальним пунктам назначения, сейчас мы ограничены законами физики. Другое открытие Эйнштейна было об отношении массы и энергии, показанное в уравнении E=mc2. Если вы летите со скоростью приближенной к скорости света, энергия необходимая для её достижения увеличивает вашу массу (и транспорт на котором вы путешествуете). Перед точкой достижения скорости света, масса становится равна бесконечности. Невозможно двигаться быстрее.
Все равно, ученые предполагают некоторые умные рациональные способы. Возможно, во Вселенной есть червоточины, по которым можно беспрепятственно путешествовать сквозь пространство и время. Возможно, существуют способы общения быстрее скорости света, так запутанные квантовые частицы могут мгновенно взаимодействовать, не зависимо как далеко находятся друг от друга (это часто называют «жуткое взаимодействие на расстоянии»). Но, насколько мы знаем, скорость света самая большая скорость, на которой можно путешествовать.
Если Вселенная началась как одно целое и потом начала расширяться (явление, называемое Большой Взрыв), это должно произойти при невообразимой энергии. Со временем, когда Вселенная стала больше, энергия рассеялась, охладилась и конденсировалась в материю, которая заполнила космос.
Сейчас мы наблюдаем следы этого огромного взрыва, после случайного открытия в 1965 году. В то время, когда фоновое излучение было предсказано Ральфом Альфером в 1948 году, два исследователя из Телефонной Лаборатории Белла нашли их только через десятилетие, когда обнаружили помехи на строившемся радиоприемнике. Арно Пензиас и Роберт Уилсон сделали открытие, в то же время, когда другая команда пыталась его обнаружить, в результате в 1965 году в Астрофизическом журнале опубликовали две работы (от каждой из команд).
Астрономы теперь знают, существуют крошечные колебания температуры (так называемые анизотропии) в космическом микроволновом фоне, которые показывают колебания незначительной плотности, вызванные в древней Вселенной. Эти крошечные колебания, могут быть обнаружены с помощью очень чувствительных приборов, таких как космический Микроволновой Анизотропный Зонд Вилкинсона НАСА и Европейский космический телескоп Планк. Считается, что выявление этих отклонений, поможет понять, как сформировалась Вселенная, крупномасштабность её структуры и природу создания древних галактик.
В 1929 году обнаружил, что Вселенная расширяется. Он был активным и усердным исследователем, используя новый 100-дюймовый телескоп, находящийся на горе Уилсон в Калифорнии, он сделал много открытий, включая реальные расстояния до галактик. Он сделал это, наблюдая новые звезды в этих галактиках, оценивая их яркость, а потом вычислял, как яркость относится к расстоянию. Затем, основываясь на работах астронома Весто Слайфера, Хаббл измерил движение галактик и опубликовал статью, которая в итоге показала, что Вселенная расширяется.
Это открытие было поразительным, но удивление продолжилось, когда позже в конце 1990-х, установили, что Вселенная ускоряется во время расширения. Астрономы измерили сверхновые в дальних галактиках и обнаружили, что они менее яркие, чем должны были быть, судя по их красному смещению (указывая на то, что они движутся от нас). Это открытие, в итоге, принесло исследователям Нобелевскую Премию.
Ускоряемое расширение Вселенной было загадкой для астрономов, и они предположили, что должна быть сила, которая толкает её вперед. На сегодня главная теория состоит в том, что существует сила, называемая , которую невозможно обнаружить современными астрономическими технологиями.
Существует несколько теорий, что такое темная энергия. Возможно это само космическое пространство. Во время расширения пространства, создается больше темной энергии, распространяя расширение ещё дальше. Другое возможное объяснение происходит от теории квантовой материи, по которой квантовые частицы появляются и исчезают, создавая энергию.
Считается, что темная энергия составляет около 68% от массы известной Вселенной, а темная материя 27%. Ученые не уверены, что такое темная материя, но они осознают, что по гравитационным расчетам большая часть Вселенной не видима нам. Мы можем косвенно наблюдать темную материю по влиянию силы тяжести. Одним из примеров, является преломление света, через такое явление, как гравитационная линза. Остальная часть Вселенной, менее 5%, состоит из энергии и материи, которую мы можем видеть с помощью телескопов.
Вода считается ключевым элементом жизни, и с течением времени мы узнаем, что это универсальный элемент в Солнечной Системе, и во всей Вселенной. Первые наблюдения космических аппаратов в 1970-х и 1980-х годах, показали существование ледяных миров за пределами Земли. Открытие ледяных спутников вблизи Юпитера и Сатурна и за их пределами стало неожиданностью, так как мы привыкли наблюдать лишенный атмосферы спутник Земли, но со временем научились оценивать их сложный химический состав.
Эти миры (как Юпитера и Сатурна) считаются наиболее пригодными для жизни вне Земли, которые мы знаем в Солнечной Системе. Также можно отметить, что вода может быть внутри этих спутников в жидком виде. Одним из примеров является Сатурна, который наполнен углеводородами (один из строительных элементов жизни) и существует вариант, при которой может существовать жидкий океан под его поверхностью.
Более современные наблюдения в 1990-х и в последующий период выявили водяной лед в некоторых неожиданных местах. Оказалось, что водяной лед может сохраниться на безвоздушном спутнике и даже на Меркурии (ближайшая планета к Солнцу), пока он находится в затененных кратерах или под защитным слоем пыли. Марс также имеет полярные шапки, частично состоящие из водяного льда. Водяной лед присутствует на кометах и некоторых небольших мирах, наподобие карликовой планеты Церера.
Астрономия только собирается узнать много интересного, после улучшения телескопов для зондирования происхождения Вселенной, и поиска других миров. Например, планируется запустить Космический Телескоп Джеймса Уэбба НАСА (приемник Космического Телескопа Хаббла) в 2018 году, чтобы посмотреть на происхождение и эволюцию галактик, как появились звезды, и обстоятельство происхождение «первого света» (когда сразу после образования Вселенной появился первый луч света).
Европейский Чрезвычайно Большой Телескоп, который собираются закончить в 2024 году, будет отслеживать секреты Вселенной с Pемли. С помощью него планируют рассмотреть экзопланеты, ранние дни Вселенной, сверхмассивные черные дыры и таинственную природу темной материи и темной энергии. ЕЧБТ, Джеймс Уэбб и следующее поколение телескопов будут искать планеты похожие на Землю в других звездных системах, включая изучение их происхождения, атмосфер и орбит.
За 15 лет с начала нового тысячелетия люди и не заметили, что попали в иной мир: мы живем в другой Солнечной системе, умеем ремонтировать гены и управлять протезами силой мысли. Ничего этого в XX столетии не было
Генетика
Геном человека полностью секвенирован
Робот сортирует ДНК человека в чашках Петри для проекта The Human Genome
Проект «Человеческий геном» (The Human Genome Project
) начался в 1990 году, в 2000-м был выпущен рабочий черновик структуры генома, полный геном - в 2003 году. Однако и сегодня дополнительный анализ некоторых участков еще не закончен. В основном он был выполнен в университетах и исследовательских центрах США, Канады и Великобритании. Секвенирование генома имеет решающее значение для разработки лекарств и понимания того, как устроено человеческое тело.
Генная инженерия вышла на новый уровень
В последние годы был разработан революционный метод манипуляции ДНК при помощи так называемого CRISP -механизма. Эта методика позволяет избирательно редактировать определенные гены, что раньше было невозможно.
Математика
Доказана теорема Пуанкаре
В 2002 году российский математик Григорий Перельман доказал теорему Пуанкаре, одну из семи задач тысячелетия (важные математические проблемы, решение которых не найдено в течение десятков лет). Перельман показал, что исходная трехмерная поверхность (если в ней нет разрывов) обязательно будет эволюционировать в трехмерную сферу. За эту работу он получил престижную «медаль Филдса», аналог Нобелевской премии в математике.
Астрономия
Открыта карликовая планета Эрида
Впервые Эриду сфотографировали еще 21 октября 2003 года, но заметили на снимках только в начале 2005-го. Ее открытие стало последней каплей в спорах о судьбе Плутона (продолжать ли его считать планетой или нет), что изменило привычный образ Солнечной системы (см. стр. 142–143).
Обнаружена вода на Марсе
В 2005 году аппарат «Марс Экспресс» Европейского космического агентства обнаружил большие залежи водяного льда недалеко от поверхности - это очень важно для последующей колонизации Красной планеты.
Физика
Глобальное потепление - быстрее, чем ожидалось
В 2015 году ученые из Всемирного центра мониторинга ледников при Цюрихском университете (Швейцария) под руководством доктора Михаэля Цемпа, работая совместно с коллегами из 30 стран, установили, что темп таяния ледников на Земле к настоящему времени, по сравнению c усредненными показателями за XX век, вырос в два-три раза.
Обнаружена квантовая телепортация
Такая телепортация отличается от телепортации, о которой любят говорить фантасты, - при ней материя или энергия не передаются на расстояние. Эксперименты по передаче квантовых состояний на большие расстояния были удачно проведены за последние 15 лет не менее чем десятком научных групп. Квантовая телепортация очень важна для создания сверхзащищенных шифров и квантовых компьютеров.
Экспериментально подтверждено существование графена
Его двумерная (толщиной в один атом) кристаллическая решетка проявляет необычные электрофизические свойства. Впервые графен был получен Андреем Геймом и Константином Новоселовым в 2004 году (Нобелевская премия за 2010-й). Его планируется использовать в электронике (в сверхтонких и сверхбыстрых транзисторах), композитах, электродах и т. д. Кроме того, графен - второй по прочности материал на свете (на первом месте - карбин).
Доказано существование кварк-глюонной плазмы
В 2012 году эксперименты физиков, работающих с ускорителем RHIC в Брукхейвенской национальной лаборатории (США), попали в Книгу рекордов Гиннесса с формулировкой «за самую высокую температуру, полученную в лабораторных условиях». Сталкивая ионы золота на ускорителе, ученые добились возникновения кварк-глюонной плазмы с температурой 4 триллиона °С (в 250 тысяч раз горячее, чем в центре Солнца). Спустя примерно микросекунду после Большого взрыва Вселенная была наполнена как раз такой плазмой.
Найден бозон Хиггса
Существование этой элементарной частицы, отвечающей за массу всех прочих частиц, теоретически было предсказано Питером Хиггсом еще в 1960-х годах. А найдена она была во время экспериментов на Большом адронном коллайдере в 2012-м (за что Хиггс, совместно с Франсуа Энглером, получил Нобелевскую премию 2013 года).
Биология
Людей поделили на три энтеротипа
В 2011 году ученые из Германии, Франции и нескольких других исследовательских центров доказали, что по генетике населяющих нас бактерий люди делятся на три категории, или энтеротипа. Энтеротип человека проявляется в разной реакции на еду, лекарства и диеты, и потому стало ясно, что никаких универсальных рецептов в этих областях существовать не может.
Создана первая синтетическая бактериальная клетка
В 2010 году ученые из Института Крейга Вентера (был одним из лидеров гонки по расшифровке человеческого генома) создали первую полностью синтетическую хромосому с геномом. Когда ее встроили в бактериальную клетку, лишенную генетического материала, она начала функционировать и делиться по предписанным новым геномом законам. В перспективе синтетический геном позволит создавать вакцины против новых вирусных штаммов за часы, а не за недели, производить эффективное биотопливо, новые пищевые продукты и т. д.
Удачно записаны и перезаписаны воспоминания
Начиная с 2010 года несколько исследовательских групп (США, Франция, Германия) научились записывать в мозг мышей ложные воспоминания, стирать реальные, а также превращать приятные воспоминания в неприятные. До человеческого мозга дело пока не дошло, но осталось недолго.
Получены «этичные» (не из эмбрионов) плюрипотентные стволовые клетки
В 2012 году Синъя Яманака совместно с Джоном Гёрдоном стали лауреатами Нобелевской премии за открытие 2006 года - получение плюрипотентных стволовых клеток мыши путем эпигенетического перепрограммирования. За последующее десятилетие не менее десятка научных групп добились впечатляющих успехов в данной области, в том числе с человеческими клетками. Это предвещает скорые прорывы в терапии рака, регенеративной медицине, а также в клонировании человека (или его органов).
Палеонтология
Впервые обнаружены мягкие ткани динозавра
Мэри Швейцер руководила научной группой, которая описала коллаген, выделенный из бедренной кости Tyrannosaurus reх
Молекулярный палеонтолог Университета Северной Каролины Мэри Швейцер в 2005 году в окаменевшей конечности подростка-тираннозавра из Монтаны (возрастом 65 млн лет) обнаружила мягкие ткани. Ранее считалось, что любые белки разложатся максимум за несколько тысяч лет, поэтому никто их в окаменелостях и не искал. После этого мягкие ткани (коллаген) были обнаружены и в других древнейших образцах.
У людей обнаружены гены неандертальцев и «денисовского человека»
Участники международного симпозиума «Переход к верхнему палеолиту в Евразии: культурная динамика и развитие рода Homo
» осматривают место раскопок в центральном зале Денисовой пещеры
Из работ двух научных групп стало ясно, что от 1 до 3% генома среднестатистического европейца или азиата восходит к неандертальцам. Но у каждого современного индивидуума присутствуют несхожие неандертальские аллели (различные формы одного и того же гена), поэтому общая сумма «неандертальских» генов куда выше, до 30%. «Наследники» неандертальцев (скрещивание происходило около 45 тысяч лет назад) - в основном европейцы; у азиатов в геноме присутствуют следы скрещивания с еще одним гоминидом - «денисовским человеком». Самые «чистые» Homo sapiens - уроженцы Африканского континента.
Медицина
По дыханию распознана ранняя стадия рака легких
Год назад группа израильских, американских и британских ученых разработала устройство, которое способно точно идентифицировать рак легких и определить, в какой стадии он находится. Основой устройства стал анализатор дыхания со встроенным наночипом NaNose
, способный «вынюхать» раковую опухоль с 90-процентной точностью, даже когда раковый узелок практически незаметен. В скором времени стоит ожидать анализаторов, которые смогут по «запаху» определять и другие виды рака.
Разработано первое полностью автономное искусственное сердце
Специалисты американской компании Abiomed разработали первое в мире полностью автономное постоянное искусственное сердце для имплантаций (AbioCor ). Искусственное сердце предназначено для пациентов, у которых невозможно лечение собственного сердца или имплантация донорского.
Бионика
Созданы биомеханические устройства и протезы, контролируемые усилием мысли
Американец Зак Вотер испытал бионический ножной протез, поднявшись по лестнице на 103-й этаж небоскреба Уиллис-тауэр, расположенного в Чикаго
В 2013 году появились первые опытные образцы «умных» протезов с обратной связью (эмуляцией осязательных ощущений), которые позволяют человеку чувствовать то, что «ощущает» протез. В 2010-х годах созданы и отдельные от человека устройства, управляемые только через мысленный интерфейс (иногда с инвазивными контактами, но чаще это похоже на головной обруч с сухим электродом), - компьютерные игры и тренажеры, манипуляторы, транспорт и пр.
Электроника
Перейден петафлопсный барьер
В 2008 году новый суперкомпьютер в Лос-Аламосе (США) заработал со скоростью более квадриллиона (тысяча триллионов) операций в секунду. Следующий барьер, эксафлопсный (квинтиллион операций в секунду) будет достигнут в ближайшие годы. Системы с такой невероятной скоростью необходимы в первую очередь для высокопроизводительных вычислений - обработки данных научных экспериментов, климатического моделирования, финансовых операций и т. д.
Фото: Alamy, SPL, Newscom / Legion Media, SPL / Legion Media (X2), Photo courtesy of North Carolina State University, Reuters / Pix- Stream, Александр Кряжев / РИА Новости, Reuters / Pix-Stream, Michael Hoch, Maximilien Brice / © 2008 CERN, for the benefit of the CMS Collaboration, AP / East News
