Научные открытия, технические прорывы и всевозможные изобретения открывают для человечества новые горизонты в познании мира. Кто знает, куда приведёт наука нас и наших детей? Коснёмся нескольких важных сфер современной жизни: астрономии и космологии, экологии и энергетики, бионики и кибермедицины. Здесь в последние годы наблюдались интересные научные факты и открытия.
Исследования Солнца и Марса
В современной космологии и астрофизике существенные подвижки в деле изучения объектов во Вселенной делаются благодаря космическим зондам. Небольшой, размером с легковой автомобиль, солнечный зонд Parker знаменит тем, что в одно из своих «заныриваний» в атмосферу звезды достиг солнечной короны и взял образец плазмы. На счету этого уникального исследователя – обнаружение на Солнце воронок, аномальных «кнутов» и системы колец. Зонд показал нам структуру солнечного ветра, зарегистрировал блуждающие магнитные поля и дожди из заряженных частиц, исследовал нестабильные плазменные волны. С его помощью впервые удалось на практике определить положение границы между внешней короной Солнца и свободным потоком солнечного ветра, так называемой критической поверхности Альвена.
Космический корабль НАСА Parker Solar Probe защищён от солнечной энергии и сохраняет прохладу при температуре около 1400 °C благодаря 11-сантиметровому тепловому экрану из углеродного композита. Во время восьмого приближения к короне Солнца Parker дважды стал рекордсменом: прошёл над звездой на минимальном удалении 10,4 млн км и развил скорость до беспрецедентного значения 532 тыс. км/ч. Солнечный зонд «Паркер» признан самым быстрым рукотворным объектом в истории человечества, который ближе всех подошел к светилу нашей системы.
Три текущие миссии человека на Марсе имеют различные цели, характеристики, инстурментарий и временные рамки. Например, роботизированный зонд ОАЭ «Норе» составляет глобальную карту погоды, получает данные о содержании водорода и кислорода в марсианской атмосфере, регистрирует влияние погодных изменений на испарение этих газов в космос.
Китайский беспилотный планетоход Zhurong создает топографическую карту планеты в районе равнины Утопии, самого большого известного марсианского ударного кратера северной низменности. Данные о залежах водяного льда, состоянии атмосферы и почвы передаются на орбитальную станцию «Тяньвэнь-1».
Ровер НАСА «Персеверанс» записывает звуки марсианской поверхности, изучает поверхность в районе кратера Езеро, пробурил в скале Рошетт отверстие длиной 6 см и извлёк образец камня.
К американскому марсоходу Perseverance был прикреплён мини-вертолёт Ingenuity (в переводе на русский язык — «изобретательность»). После отсоединения роботизированный беспилотник стал работать как дрон фоторазведки и оправдал своё название. Над поверхностью Красной планеты он совершил уже более двадцати полётов. В США за достижения в астронавтике присуждается премия Коллиера, которую в 2021 году получили создатели Ingenuity. Вертолётный дрон «Индженьюити» – первый летательный аппарат, совершивший управляемый полёт в атмосфере другой планеты.
Познание Вселенной
Новые данные, ставящие под сомнение теорию равномерного распределения материи во Вселенной, получили учёные американской лаборатории AAS. На основе анализа 40 тысяч ярких галактических ядер (квазаров) была обнаружена гигантская космическая структура – симметричная дуга из древних галактик, находящаяся от нас на расстоянии 9,2 млрд световых лет. Длина дуги составляет 3,3 млрд световых лет, ширина – около 330 млн световых лет.
До этого в нашей Галактике были обнаружены другие, более мелкие скопления: Стена Южного полюса размером около 1,4 млрд световых лет и Великая Стена Слоуна протяжённостью порядка 1,5 млрд световых лет. По общему правилу, свидетелем «неравномерности» Вселенной считается любая структура размером более 1,2 млрд световых лет. Теперь доказательств неравномерности распределения материи уже три. Так что придётся нам принять данные факты научного открытия в качестве опровержения до сей поры общепринятого космологического принципа однородности Вселенной.
Долгое время современные астрономы могли лишь предполагать, что за пределами Млечного Пути существуют экзопланеты. Традиционные методы поиска далёких планетных систем, используемые в нашей Галактике, здесь не работали. Обнаружить первую внегалактическую планету позволила новаторская методика анализа рентгеновского излучения двойной звездной системы M51-ULS-1.
Вращающаяся планета вызывает короткое затмение, временно блокируя рентгеновские лучи, испускаемые яркими внегалактическими источниками. Таким образом в спиральной галактике Водоворот, которая расположена от нас на расстоянии 28 млн световых лет, было обнаружено присутствие кандидата в экзопланеты. Она вращается вокруг чёрной дыры и по размерам сравнима с Сатурном. Первая внегалактическая планета пока никак не названа. Подтвердить её обнаружение должен следующий транзит, который может быть через несколько десятилетий.
Важная тема в современной науке – забота об окружающей среде
Экологи утверждают, что обезопасить нашу планету, ежегодно выбрасывающую в атмосферу почти 900 млн тонн вредоносного углекислого газа, призван «зелёный» водород. Климатически нейтральный H2 получают путем электролиза воды с использованием ВИЭ (возобновляемых источников энергии). Год от года наращиваются темпы развития водородных технологий, целью которых является снижение углеродного следа на Земле.
Специалисты считают, что пришло время активного внедрения проектов в сфере низкоуглеродной экономики:
- создание автономных энергоустановок на основе твердооксидных топливных элементов;
- оборудование водородных автозаправок;
- крупнотоннажное получение и хранение водорода;
- новые технологии переработки сырья растительного происхождения;
- разработка методик улавливания СО2 и последующего его использования для получения ценных химических продуктов и перспективных материалов.
Пилотные заводы с технологиями прямого захвата воздуха для удаления углекислого газа (DAC) уже есть в Исландии (Швейцарский флагман в области климата Clime Works), в американском штате Техас (канадская компания Carbon Engineering) и у американской Global Thermostat. В 2022-м последние испытания проходят самолеты с водородными топливными элементами (Технологический университет в Делфте, компании ZeroAvia и Universal Hydrogen из Калифорнии). Прогнозы таковы, что к 2030 году стоимость водородного топлива станет вполне доступной. Это значит, что пора с дизельного транспорта переходить на водородные двигатели.
Задача науки сегодня – максимально заменить ископаемые источники электрической энергии экологически чистым топливом. Недавно учёные презентовали несколько новых проектов по созданию альтернативного топлива.
В Швейцарии получено синтетическое топливо для использования в авиационной отрасли. Аналог керосина произведён из воды, углекислого газа и солнечной энергии, которую потребляет специальная башня. Производство углеродно-нейтрально, так как количество выделяемого CO2 равно тому, что необходимо для производства топлива на башне.
Разработка российского НИТУ «МИСиС» — синтезированное топливо, полученное в трубчатом реакторе методом парового пиролиза из отработанных автомобильных покрышек. На выходе получается жидкое углеводородное топливо, которое не становится вязким и не замерзает при температуре минус 52 °C. По сравнению с традиционным арктическое горючее имеет преимущества: в два раза быстрее воспламеняется, при сгорании выделяет меньше угарного и углекислого газов, оксидов серы и азота. В холодном климате «незамерзайка» может питать котельные и машины, способна заменить мазут и дизель.
Сделано уникальное научное открытие в сфере безопасного обращения с отходами: возможность утилизировать мусор без предварительного сжигания. Опытный образец «Пушки Фролова» разработан в Центре химической физики РАН. Мощность небольшая, до 1000 тонн мусора в год, но устройство экологичное и выступает в качестве альтернативы мусоросжигательным заводам. Поскольку в уничтожении мусора не участвует свободный кислород, изобретение доктора физико-математических наук Сергея Фролова дает на выходе чистый выхлоп, без диоксидов, формальдегидов и прочих примесей.
«Пушка Фролова» — это детонационная труба, которая работает при высоком давлении и экстремально высоких температурах. Поступившие органические отходы встречаются с тремя компонентами: природным газом, кислородом и водой. Образующийся раствор разлагает любую органику до простейших молекул CO и H2. Получается безвредный газ, который можно перерабатывать и использовать. Например, при производстве моторного топлива и метана. Устройство не требует дорогостоящих фильтров и сложной системы охлаждения, не потребляет электроэнергии.
Ученые Кольского научного центра и Полярно-альпийского ботанического сада РАН впервые за много лет смогли озеленить участок промышленной зоны, загрязненной вредными выбросами комбината цветной металлургии. Сделано это с помощью нефтепоглощающего сорбента серпентина. Минерал был получен из отходов горнодобывающей промышленности. Для повышения химической активности серпентин обожгли при 800 °С и измельчили до 0,5 мм. Высаженные на загрязненной почве травянистые растения, подпитанные магнием, кальцием и кремнием из сорбента, активно растут и преображают мертвую техногенную пустошь.
Бионика, инновационная медицина и улучшение качества жизни
Неотъемлемой частью жизни современного человека стали технологии виртуальной, дополненной и смешанной реальности. По данным Statistar, к 2024 году мировой рынок VR/AR/MR достигнет $300 млрд. Все вместе эти три технологии объединяются в один большой «пирог» — расширенная реальность XR (Extended Reality). Технологии XR – важные составляющие цифровизации в промышленности, строительстве, образовании, корпоративном обучении, здравоохранении.
Инновационная медицина сегодня – это не только хирургические роботы DaVinci, Star, Versius, Dexter. Врачи могут проводить диагностику с помощью различных манипуляторов, например, в капсульной эндоскопии применяется таблетка Pillcam с миниатюрной камерой. У среднего медперсонала есть специальные очки Evena для точного совершения инъекций.
Современные 3D-принтеры «печатают» ткани и органы; разработано первое в мире полностью автономное постоянное искусственное сердце для имплантаций AbioCor; нейроинтерфейс Stentrode Brain умеет «набирать» сообщения парализованного человека силой его мысли. Облегчают жизнь людей с ограниченными возможностями по здоровью:
- экзокостюмы и экзоскелеты;
- эндопротезы, биомеханические устройства и протезы с обратной связью (эмуляцией осязательных ощущений);
- шагающие кресла-коляски;
- ультразвуковые трости для слепых;
- очки с функциями распознавания и автофокусом.
Среди изобретений, призванных обеспечивать высокий жизненный комфорт человека, не только гаджеты для мониторинга здоровья (фитнес-трекеры, смарт-часы, умные весы, гарнитура для контроля калорийности пищи, электронные таблетницы). Другие примеры умных девайсов:
- очки, которые автоматически подстраиваются под зрение пользователя;
- столовые приборы, компенсирующие тремор рук и придающия еде нужный вкус;
- на разделочной доске Grabby удобно нарезать продукты одной рукой;
- кроссовки Nike GO FlyEase можно обувать, не наклоняясь.
Исаак Ньютон говорил, что в науке примеры полезнее правил. Интересные научные факты и открытия последних лет наглядно это демонстрируют. Любое современное открытие убедительно иллюстрирует мысли фантастов прошлого, которые всегда представляли XXI век временем торжества науки и высоких технологий.
