Кроме того, были сделаны удивительные археологические находки. Так, в Калининградской области была найдена печать Владимира Мономаха.
Ежегодно ученые во всем мире публикуют миллионы научных работ. Многие из их открытий влияют на нашу жизнь уже сегодня, другие — повлияют завтра.
Начало работы космического телескопа "Джеймс Уэбб", первое изображение сверхмассивной черной дыры, новый механизм сопротивления бактерий антибиотикам, покрытие, которое позволит роботам осязать предметы, — это далеко не полный список научных достижений уходящего года. О них и о других научных событиях и открытиях 2022-го — в материале РЕН ТВ.
Первый снимок сверхмассивной черной дыры
12 мая на одновременно проведенных по всему миру пресс-конференциях астрономы показали первый снимок сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики. Изображение было получено международной коллаборацией "Телескоп горизонта событий" (EHT), которая увидела дыру при помощи глобальной сети радиотелескопов.
Сердце Млечного Пути — Стрелец A* или Sgr A* (собственная сверхмассивная черная дыра Млечного Пути, находящаяся в центре нашей галактики) — весит как 4 миллиона Солнц и находится от Земли на расстоянии около 27 000 световых лет.
Такой монстр прячется в самом центре каждой спиральной галактики, а вокруг него крутится вихрь из сотен миллиардов звезд. Он "проглатывает" все, до чего может дотянуться, даже свет. Поэтому увидеть его непросто, к тому же он скрыт от нас облаками космической пыли.
Фото: © Event Horizon Telescope
Видимый размер Стрельца A*на небе примерно соответствует размеру пончика на Луне, на который смотрят с Земли. Чтобы получить его изображение, восемь крупнейших радиообсерваторий планеты, объединившись в сеть, создали "Телескоп горизонта событий" – гигантский виртуальный телескоп размером с земной шар. Над проектом работали более трехсот исследователей из 80 институтов мира, составивших коллаборацию EHT.
Начало работы телескопа "Джеймс Уэбб"
Самые зрелищные и информативные научные кадры 2022 года были сделаны космическим телескопом "Джеймс Уэбб", который уже полгода работает на орбите и меняет наши представления о Вселенной.
Уже первое опубликованное фото "Джеймса Уэбба" показало раннюю Вселенную с самым высоким разрешением из когда-либо сделанных снимков. С этой картинки, облетевшей мир 11 июля, в астрономии началась новая эра. Изображение покрыло участок неба размером примерно с песчинку, которую человек на Земле держит на расстоянии вытянутой руки, но на снимке видны тысячи галактик — такими, какими они были 4,6 миллиарда лет назад.
Астрономы не ожидали увидеть в ранней Вселенной такое количество уже сформировавшихся правильных дисков галактик. А самая древняя галактика, попавшая в объектив "Уэбба", GLASS-z13, — неправильной формы, зато она еще гораздо древнее. Предполагают, что ей 13,5 миллиарда лет, то есть мы видим GLASS-z13 такой, какой она была всего через 300 миллионов лет после Большого взрыва!
Фото: © NASA, ESA, CSA, and STScI
Благодаря "Уэббу" мы увидели галактики и туманности совершенно по-новому. Перед объективами "Хаббла", который до "Уэбба" был главным телескопом, показывающим людям Вселенную, они представали как огромные скопления звезд. А для инфракрасных камер "Уэбба" галактики и туманности — это прежде всего скопления газа и пыли.
Еще его инфракрасное зрение помогает изучать атмосферу экзопланет и сулит много других открытий.
Новый механизм сопротивления бактерий антибиотикам
В июльском номере влиятельного журнала Molecular Cell была опубликована статья, которая объясняет новый механизм сопротивления бактерий антибиотикам. Исследование под руководством Джерри Райта было проведено в канадском Университете Макмастера.
Лабораторный эксперимент определил сложный механизм, который используют бактерии, чтобы защититься от антибиотиков группы рифамицинов. Его применяют при лечении инфекционно-воспалительных заболеваний, в том числе пневмонии и пиелонефрита.
Рифамицины действуют путем связывания с РНК-полимеразой, белком, необходимым для жизни бактерий. Резистентные бактерии, которые широко распространены в окружающей среде и некоторых патогенах человека, выработали белок, который может выбрасывать антибиотик из РНК-полимеразы. Как только рифамицин вытесняется, бактерии используют специально адаптированные белки, чтобы атаковать и уничтожить его.
Теперь доктор Райт и его коллеги анализируют другие образцы бактерий, чтобы понять, насколько распространен этот механизм. Их исследования помогут улучшить эффективность существующих лекарственных средств и разработать новые препараты.
Фото: © Global Look Press/Waltraud Grubitzsch
Первый "разумный" искусственный мозг
Международной команде ученых удалось вырастить в лабораторных условиях колонию клеток мозга, которые "освоили" видеоигру 70-х годов Pong, чем-то напоминающую теннис.
Как утверждает в своей статье в журнале Neuron доктор Бретт Каган из компании Cortical Labs, они с коллегами создали в чашке Петри первый "разумный" искусственный мозг, то есть, возможно, и не "наделенный сознанием", но как минимум способный воспринимать окружающий мир и взаимодействовать с ним.
Как объясняет сам доктор Каган, "придумать лучший термин для описания нашего творения мы не смогли, ведь оно способно получать информацию из внешнего источника, обрабатывать ее и реагировать в режиме реального времени".
Ученые вырастили колонию из примерно 800 тысяч клеток головного мозга человека при помощи "универсальных" стволовых клеток и (частично) клеток зародышей мыши. А затем с помощью электродов подключили этот мини-мозг к внешнему источнику, а именно – к видеоигре, где нужно перебрасывать мячик с одной стороны поля на другую.
В ответ клетки стали проявлять собственную электрическую активность. По мере продолжения игры эта активность ослабевала, но после перезагрузки, когда мячик оказывался в неожиданном месте, клетки вновь возбуждались, реагируя на непредсказуемую ситуацию.
Фото: © cell.com
Любопытно, что мини-мозг обучился игре всего за пять минут. И, хотя он часто промазывал по мячику, число успешных попаданий было значительно выше среднего.
Бретт Каган надеется, что в будущем это исследование поможет в лечении нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.
Секрет скрипок Страдивари
Итальянские ученые раскрыли секрет превосходного звучания скрипок Антонио Страдивари. Выяснилось, что перед тем как нанести лак, мастер покрывал древесину компонентами из животного белка, заполняя так неровности.
Известно, что Страдивари обрабатывал древесину в несколько этапов и использовал различные составы, которые влияли на звучание скрипок, альтов и виолончелей.
Итальянские исследователи применили Фурье-спектроскопию – совокупность методов измерений спектров различной природы. Затем компьютер собрал и обработал полученную информацию. Ученые выяснили, что между древесиной и лаком находится секретный слой, влияющий на резонанс. Он состоит из коллагена, который является компонентом соединительных тканей животных. Этот животный белок образует микроскопические сгустки и хорошо заполняет неровности на поверхности древесины.
Итальянские специалисты исследовали две скрипки – "Сан-Лоренцо", изготовленную в 1718 году, и "Тоскано", которую мастер сделал в 1690-м. Возможно, покрытие инструментов животным белком было сделано для дополнительного высушивания инструмента.
Фото: © Analytical Chemistry
Всего Страдивари изготовил около 650 инструментов, из них 450 скрипок. До сих пор составы и методы обработки древесины остаются неизвестными. Но с возникновением новых технологий у исследователей появляется шанс узнать секреты непревзойденного звучания самых лучших скрипок мира.
Сверхпрочные стали
Специалисты Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов (ВИАМ) Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" разработали новые теплостойкие высокопрочные конструкционные стали с повышенными характеристиками прочности, усталостной долговечности и жаропрочности, а также технологии их производства, термической и химико-термической обработки.
Материалы созданы для решения вопроса длительного ресурса работы деталей планера и двигателей, в том числе валов газотурбинных двигателей и деталей подшипников.
Сотрудники ВИАМ также разработали серийную технологию трехмерной печати лопаток для вертолетных двигателей. Традиционная технология из-за своей сложности неизбежно приводила к довольно высокой доле брака, который теперь практически исключен. При этом время изготовления одного моторкомплекта лопаток уменьшилось со 120 до 20 дней. Опытные партии лопаток успешно прошли стендовые и ресурсные испытания в составе двигателя.
Фото: © viam.ru
Ядерные "пули" против рака
Исследователи из Института геохимии и аналитической химии (ГЕОХИ) им. Вернадского РАН совместно с Научно-исследовательским институтом ядерной физики (НИИЯФ) МГУ им. Ломоносова первыми в мире разработали метод быстрого получения медицинского радиоактивного изотопа лютеция-177, благодаря которому противораковые препараты на его основе станут доступнее.
Лютеций-177 получают при облучении мишеней в реакторе или на циклотроне, однако растущий мировой спрос на этот изотоп заставляет искать новые пути его получения.
Химики ГЕОХИ вместе с физиками НИИЯФ научились получать лютеций-177 фотоядерным методом, при котором мишень из оксида гафния облучалась так называемыми тормозными фотонами, возникающими при работе ускорителя электронов.
А в Курчатовском институте придумали, как эффективнее и притом доступнее получать другой медицинский радионуклид тербий-155. Новый способ доступен на множестве ускорителей – циклотронов, не требует дорогостоящих материалов и методик, а также позволяет получать очень чистый продукт.
Фото: © Минобрнауки России
Защита от кибератак
Ученые из Санкт-Петербургского политехнического университета разработали систему защиты от кибератак, в основе которой лежит своего рода "иммунизация" современной информационной инфраструктуры для защиты от кибератак.
Суть новой разработки в том, что в ответ на каждое несанкционированное действие система автоматически вырабатывает симметричный ответ, нейтрализующий ущерб от атаки на критически важные узлы или уменьшающий его. Причем использование механизмов искусственного интеллекта дает возможность оптимизировать выбор наиболее подходящих сценариев ответа на атаку.
Синтез аналога самого сложного минерала
Аналог самого сложного минерала на Земле синтезировали кристаллографы СПбГУ с коллегами из других университетов. Речь идет о юингите. Он был обнаружен в середине 2010‑х в урановой шахте Плавно в Чехии. Это наиболее сложный по структуре из всех известных минералов. Основу его кристаллической структуры составляют нанокластеры из атомов урана и карбонатных групп. Такое до юингита не встречалось ни в природе, ни среди синтетических соединений.
Сейчас исследователи, сочетая низкотемпературный гидротермальный синтез и испарения при комнатной температуре, получили синтетический аналог. Правда, устойчивость синтетического минерала несколько ниже, но ученые полагают, что в условиях окружающей среды он перекристаллизуется в более устойчивую форму.
Фото: © spbu.ru
Покрытие, которое поможет роботам осязать предметы
Покрытие, созданное в пермском Политехе, это гибкий тонкий слой полимерного материала со встроенной сетью оптоволоконных датчиков.
На поверхности расположен слой специальных ворсинок, при контакте с каким‑либо предметом они деформируются и механически воздействуют на датчик. Тот преобразует информацию о прикосновениях в оптические сигналы, которые можно обработать с помощью искусственного интеллекта.
Разработка сможет повысить чувствительность измерительных приборов с сенсорными покрытиями, а в будущем стать "второй кожей" для человекоподобных роботов, бионических протезов и искусственных органов.
Высокоэффективные квантовые вычисления
Ученые из Московского физико-технического института (МФТИ) и Университета науки и технологий МИСиС впервые в России создали так называемый четырехкубитный квантовый вычислитель и продемонстрировали на нем точность двухкубитных операций более 97% (кубит – наименьшая единица информации в квантовых устройствах).
Столь высокоэффективные квантовые операции стали уникальным достижением для российских квантовых технологий. В эксперименте использовалась разработанная и изготовленная сотрудниками МФТИ сверхпроводниковая интегральная квантовая микросхема. При ее создании были отработаны важные особенности технологического процесса, что позволило существенно улучшить ключевые характеристики кубитов.
Как отмечают ученые, результаты эксперимента показали, что достигнутый уровень развития технологии и экспериментальной базы достаточен для создания среднемасштабных квантовых устройств без коррекции ошибок. Следующим этапом совместного проекта станет разработка и испытания 8-кубитных симуляторов и процессоров.
Фото: © misis.ru
Археологические находки
За исследованиями, имеющими прикладную направленность, не теряются фундаментальные земные, а точнее, "подземные" достижения – речь о результатах работ российских археологов. В 2022 году их ждали любопытные находки.
В частности, в Калининградской области была найдена печать Владимира Мономаха, эта находка расширяет представления ученых о культурных и политических взаимоотношениях между пруссами и Древней Русью времен Средневековья.
Фанагорийская археологическая экспедиция в ходе раскопок на Таманском полуострове Кубани минувшим летом обнаружила захоронение, предположительно, жрицы богини Афродиты, а также иранский меч, свидетельствующий об активном участии древней Фанагории в политических процессах в регионе.
Фото: © archaeolog.ru
В Республике Алтай, в урочище Калбак-Таш Онгудайского района, в нижнем течении реки Чуи ученые обнаружили новый петрографический памятник с гравированными изображениями животных. Археологи выяснили, что композиция выполнена в технике граффити (выцарапана на стенах) и датируется VIII—VII веками до новой эры.
А в Венгеровском районе Новосибирской области при раскопках в Усть-Тартасском могильнике археологи впервые в своей практике обнаружили пять непотревоженных и неразграбленных захоронений. В них были найдены уникальные предметы, в том числе женские головные уборы, комплекс сосудов, украшения из бронзы и золота и даже костяная скульптура кабана. Ученые отметили, что такие же фигурки, только из золота, встречаются в скифских захоронениях на западе.