Вода на Марсе, 3D-сердце и первое фото черной дыры: главные открытия науки за 10 лет

10 лет – это много или мало?  По сравнению с тем, сколько человечество существует на Земле, этот период ничтожен. Но в более узких временных рамках он выглядит уже гораздо более значимым. За десять лет многое может измениться до неузнаваемости: общественные устои, тенденции в искусстве и моде, религиозные и философские течения, политика разных стран и отношения между ними. Но все это меркнет в сравнении с теми изменениями, которые происходят в науке. 

Эта сфера развивается стремительными темпами, и, кажется, вот-вот мы достигнем технологической сингулярности – момента, когда мощность компьютера и человеческого мозга сравняются, и появится искусственный интеллект, способный самостоятельно обучаться и создавать себе подобных. Достижения современных ученых наглядно демонстрируют: сегодня мир как никогда близок к воплощению самых смелых грез писателей-фантастов.

Стоя на пороге нового года, мы неизбежно оборачиваемся назад и вспоминаем, что принес нам год прошедший. «МИР 24» решил развить ностальгическую тематику и поговорить о самых выдающихся открытиях и изобретениях, которым мы удивлялись с 2010-го по 2020-й год.

Первый снимок черной дыры

Пожалуй, одно из самых громких открытий уходящего года, разделивших мировую науку на «до» и «после». 10 апреля 2019 года была опубликована первая в мире фотография черной дыры. Ее сделали специалисты Европейской южной обсерватории. Уникальный снимок удалось сделать с помощью глобальной сети телескопов Event Horizon Telescope (EHT), в которую входят восемь обсерваторий по всему миру. Они действуют как один виртуальный телескоп, диаметр которого достигает 10 тысяч километров.

В этом амбициозном проекте принимали участие 200 ученых. Астрономы получили фотографию сверхмассивного коллапсара в центре галактики Messier 87, расположенной на расстоянии 54 миллионов световых лет от Земли. Размеры черной дыры на фотографии превышают всю Солнечную систему. 

До этого считалось, что наблюдать за черными дырами непосредственно невозможно, поскольку их гравитационное поле обладает такой силой, что его пределы не может покинуть даже свет. Однако команда ЕНТ направила телескопы туда, где, по расчетам, должен находиться горизонт событий черной дыры (граница, за пределы которой не может вырваться никакой объект или излучение). Астрофизики не ошиблись: вокруг горизонта события они увидели кольцо радиации – материю перед тем моментом, когда она попадает в черную дыру. Таким образом, ученым удалось заснять «тень» черной дыры и фактически впервые подтвердить Общую теорию относительности Эйнштейна, предсказывающую существование таких объектов.

Фотографии Плутона

Еще совсем недавно этот космический карлик был в числе аутсайдеров. В 2006 году Международный астрономический союз лишил Плутон статуса полноценной планеты, причислив его к карликовым планетам. Долгое время лучшими снимками Плутона, которыми мы располагали, были расплывчатые фотографии с космического телескопа Хаббл. Однако в 2015 году экипаж космического корабль НАСА «Новые горизонты» впервые смог заснять крупный план Плутона. Фотографии показали планету во всей красе, отобразив ее туманную атмосферу, гладкие равнины и замерзшие горы. Изображения быстро разошлись по интернету, и вскоре Плутон обрел настоящую армию поклонников на Земле.

Нейронные сети

Нейронные сети произвели настоящую революцию в мире технологий. За последние 10 лет компьютеры научились многому: обыгрывать профессионалов в шахматы и го, переводить тексты на тысячи иностранных языков, распознавать человеческий голос, превращать фотоснимки в картины и даже обыгрывать профессионалов в шахматы и другие сложнейшие интеллектуальные игры.

Мы помним, что еще в 1997 году разработанный IBM компьютер Deep Blue обыграл прославленного гроссмейстера Гарри Каспарова в шахматы. А в марте 2016 года нейронная сеть AlphaGo производства компании Google одержала победу над одним из сильнейших игроков мира в го – южнокорейцем Ли Седолем. Всего было запланировано пять партий, но нейросеть сумела одолеть чемпиона три раза подряд. После этого Седоль объявил о завершении карьеры.

Еще одно достижение нейросетей нового поколения – способность создавать реалистичные фотографии несуществующих людей. Эта разработка основана на генеративно-состязательных нейросетях и напоминает работу нервных клеток живого организма. Перерабатывая большой объем данных (в данном случае – фотографий), одна часть системы генерирует фальшивые данные, а другая анализирует их, сравнивая получившуюся работу с подлинниками. Всего за пару секунд создается реалистичный портрет человека, почти неотличимый от настоящего. При этом все лица уникальны и ни разу не повторяются.

Жизнь на Марсе

Есть ли жизнь за пределами нашей планеты? Этим вопросом ученые стали задаваться еще в древности – задолго до того, как были сделаны первые открытия в области космологии. Одним из главных кандидатов на звание второй живой планеты в нашей Солнечной системе по сей день является Марс. В 2015 году было сделано открытие, которое подкрепило эту теорию: на Марсе нашли воду. Точнее, нашли горы с темными полосами у подножия, зафиксированные на снимках NASA. Эти полосы то появляются, то пропадают – в зависимости от сезона. По словам ученых, эти полосы являются неопровержимым доказательством того, что на Красной планете есть вода в жидкой форме.

А уже в этом году марсоход Curiosity зафиксировал в атмосфере Марса высокое содержание метана. Этот газ также может свидетельствовать о существовании жизни на планете.

Печать органов на 3D-принтере

Немало прорывов за последнее десятилетие произошло и в медицине. Одним из главных достижений в этой области стала печать органов на 3D-принтере. Если изначально технологии трехмерной печати использовались в основном в промышленности, инженерии и искусстве, то сегодня они широко применяются и в медицине. Методы 3D-биопечати сегодня используются для выращивания и трансплантации человеческой кожи, тканей, внутренних органов, костей, сосудов и т.д. Кроме того, 3D-биопечать помогает создавать ткани с высокими фармакодинамическими показателями в исследовательских целях и разрабатывать новые лекарства.

Настоящую сенсацию произвела работа израильских ученых, которые в этом году впервые напечатали на 3D-принтере человеческое сердце с кровеносными сосудами и клетками. Пока что это не полноразмерный орган, а всего лишь миниатюра, но, как утверждают создатели, для печати сердца обычного размера может быть использована та же самая технология. Напечатанный орган состоит из жировых клеток пациента, которые были преобразованы в стволовые клетки сердечно-сосудистой мышцы, а затем смешаны с соединительной тканью и помещены в 3D-принтер.

Портреты древних людей

Еще один важный рывок мы не так давно наблюдали в палеонтологии. В 2012 году группе ученых из Дании удалось восстановить внешность женщины-неандертальца благодаря... жвачке! Находка была сделана во время раскопок на датском острове Лолланн. Среди орудий труда и костей животных археологи также обнаружили маленький комок жевательной смолы – судя по всему, березовой. Палеогенетики решили поэкспериментировать со смолой и узнали много интересного о том, кто ее жевал. На смоле были обнаружены остатки человеческой ДНК, а также следы геномов микроорганизмов из полости рта древнего человека.

Ученые выяснили, что человек, который жевал смолу, жил на юге современной Дании около 5700 лет назад. Это была женщина (скорее всего, молодая девушка), темнокожая, темноволосая, с голубыми глазами. Как поясняют ученые, это – типичный портрет западноевропейского мезолитического охотника, но никак не скандинава: даже более ранние люди, жившие на территории современных Швеции и Норвегии, по данным генетики, обладали светлой или, по крайней мере, промежуточного цвета кожей.

Но все прояснил анализ генетической родословной: самыми близкими родственниками Лолы (так ее назвали в честь острова, где была обнаружена смола) оказались западноевропейские охотники-собиратели. Отсюда специалисты сделали вывод, что девушка была потомком мигрантов с юга. Более того, продолжив исследование смолы, генетики выяснили, что при жизни Лола страдала пародонтозом и пневмонией, а питалась в основном фундуком и дикой уткой. Вот сколько интересного современным ученым может рассказать один крохотный кусочек смолы!