10 naukowych wydarzeń na pożegnanie lat dziesiątych XXI wieku

Niebawem przyjdzie nam podjąć refleksję nad mijającym rokiem. Jednak zanim do tego dojdzie, zapraszam was na szerszy bilans, w którym przypomnimy sobie, czym żył świat nauki w latach 2010-2019.

Już za moment, już za chwilę rozpoczniemy kolejne okrążenie dookoła Słońca. Jednocześnie wkroczymy w lata 20. (nie mylić z trzecią dekadą) obecnego stulecia – a to skłania to przemyśleń. Czy czekają nas podobne przełomy i rewolucje, co naszych przodków sto lat temu? Czy zyskamy przywilej obserwowania narodzin wielkich teorii, które przewartościują nasze spojrzenie na wszechświat? Czy znów, tak jak w latach 20. XX wieku, pojawią się wizjonerzy pokroju Heisenberga lub Hubble’a, zdolni do zrewidowania fundamentów nauki?

To się okaże. Na razie możemy ocenić mijające lata 2010-2019. Oto dziesięć wydarzeń, które moim zdaniem (choć wspomogłem się sugestiami Kwantowiczów) najpoważniej wpłynęły na kształt nauk przyrodniczych w ciągu ostatnich dziesięciu lat, i które mają szansę przynieść dorodne owoce w przyszłości. Początkowo chciałem uszeregować je chronologicznie, ale ze względu na trudność ustalenia konkretnej daty dla niektórych zdarzeń, możecie traktować kolejność jako losową.


Kepler rozpruł wór z egzoplanetami

Planety pozasłoneczne to zagadnienie towarzyszące astronomii od niemal trzydziestu lat, czyli od pionierskich detekcji Wolszczana i Fraila oraz obserwacji tegorocznych noblistów – Mayora i Queloza. Były to jednak tylko wstydliwe przymiarki do właściwego polowania, jakie nastało wraz ze startem misji Kosmicznego Teleskopu Keplera. Do czasu umieszczenia tego wspaniałego urządzenia na orbicie liczba zidentyfikowanych egzoplanet nie przekraczała dwustu sztuk. Kepler gwałtownie powiększył tę kolekcję, samodzielnie dorzucając do niej ponad 2600 nowych obiektów.

Zasłużony staruszek przeszedł na emeryturę w 2018 roku, zastąpiony przez jeszcze sprawniejszy teleskop TESS. W momencie, gdy piszę te słowa znamy już 4150 planet pozasłonecznych, w tym co najmniej kilkanaście ciał ziemiopodobnych (co nie oznacza, że zdatnych do życia). Niewątpliwie najlepsze jeszcze przed nami, ale nie da się ukryć, że to właśnie ostatnie lata pozwoliły na prawdziwą eksplozję tej działki astronomii.

Miniaturyzacja zeszła do poziomu molekularnego

Miniaturyzacja stanowi naturalny i oczywisty kierunek rozwoju dla niemal każdej gałęzi technologii. Na końcu tej ścieżki znajdują się konstrukcje złożone z pojedynczych atomów. Molekularne urządzenia – nanoboty, jak mawiają futurolodzy – mogłyby wykonywać proste operacje w mikroskali, przemieszczając lub zmieniając struktury napotkanych cząsteczek. Flota sprawnych, najlepiej samoreplikujących się nanobotów byłaby w stanie skutecznie poprawiać Matkę Naturę, przenosząc chemię i medycynę na zupełnie inny poziom.

Brzmi jak melodia odległej przyszłości, ale pierwsze kroki zostały już dawno postawione. Nobel w dziedzinie chemii za rok 2016 przypadł tercetowi europejskich badaczy za osiągnięcia w dziedzinie “projektowania i syntezy maszyn molekularnych“. Fraser Stoddart, Bernard Fering i Jean-Pierre Sauvage pokazali światu jak odpowiednie konfiguracje cząsteczek mogą z powodzeniem pełnić funkcje miniaturowych silników, przekaźników, chwytaków, pomp oraz transporterów. Szczególnie zauroczył mnie projekt nanosamochodu, złożonego z siedmiuset atomów, spoczywających na czterech fulerenach, pełniących funkcję kół. Dwa lata temu odbyły się pierwsze molekularne wyścigi.

Nie brakuje również ciut większych, ale równie pożytecznych konstrukcji (mikrobotów?), sterowanych za pomocą manipulacji magnetycznych. Takie ustrojstwo będzie mogło z łatwością buszować, dajmy na to, po układzie pokarmowym i wyciąć bądź pochwycić fragment wybranej przez lekarza tkanki. Szerokie możliwości płynące z tego dobrodziejstwa już pukają do naszych drzwi.

NASA posłała Curiosity na Marsa

21:50 wielka radość po siedmiu minutach grozy

Doskonale pamiętam medialny zgiełk jaki towarzyszył początkom misji Mars Science Laboratory. Gdy 6 sierpnia 2012 roku Curiosity Rover przebijał się przez rzadką atmosferę Czerwonej Planety (“siedem minut grozy”) pół cywilizowanego świata wstrzymywało oddech. Wszyscy mieli nadzieję, że masywny łazik wreszcie odsłoni najskrytsze tajemnice Marsa, nie wyłączając najważniejszej – dotyczącej śladów pozaziemskiego życia.

Tego ostatniego co prawda nie udało się osiągnąć, ale Ciekawość i tak powiedział nam o sąsiednim globie więcej niż trzy poprzednie roboty NASA (Mars Pathfinder, Spirit, Opportunity).

Po siedmiu latach urządzenie przemierzyło 21 kilometrów, zbliżając się ku wzniesieniom okalającym krater Gale’a. Tempo nie imponuje, ale podczas żmudnej wędrówki autonomiczne laboratorium przesłało nam tysiące fotografii, wykonało setki odwiertów, przeanalizowało miejscową atmosferę i bezlik próbek gruntu. Co nam to dało? Już w pierwszych miesiącach Curiosity zidentyfikował złożone cząsteczki organiczne (tiofeny, benzen, toluen) uwięzione w depozytach skalnych, mogące stanowić pozostałość po materii ożywionej. Potwierdził również, że rdzawe pustkowia musiały w dalekiej przeszłości obfitować w wodę – a jedno z jezior niewątpliwie wypełniało eksplorowany krater Gale’a. Ostatnie z interesujących odkryć, dotyczyło tajemniczych, sezonowych wahań stężenia metanu w marsjańskiej atmosferze.

Trudno powiedzieć ile burz piaskowych Curiosity jeszcze przetrwa, ale wiadomo, że już w przyszłym roku NASA wyśle mu towarzystwo.

LHC wyłapał bozon Higgsa

Pamiętna konferencja w CERN. Wzruszenie obecnego na auli Petera Higgsa mówi wszystko.

Czym jest masa? Wbrew pozorom to bardzo złożone pytanie, na które można udzielić co najmniej kilku równie dobrych odpowiedzi. Starsze definicje utożsamiały ją z prostą miarą materii. To jednak nie wystarczyło dociekliwym fizykom mikroświata, którzy zapragnęli uchwycić sedno tego fenomenu. Chcieli wiedzieć, dlaczego w ogóle istnieje taka właściwość i co decyduje o tym, że jedna cząstka elementarna posiada masę większą od drugiej, a trzecia w ogóle jest jej pozbawiona.

Zadowalający model został zaproponowany w 1964 roku. Co istotne – a co ignoruje większość popularnych opracowań tematu – zagadka masy doczekała się w nim rozwiązania niejako przy okazji. W pierwszej kolejności teoretycy mieli nadzieję na zrozumienie istoty słabego oddziaływania jądrowego. Opisane przez nich pole Higgsa i związany z nim bozon, za jednym zamachem rozwiązywał zagadkę zjawiska skrętności, rozpadów cząstek elementarnych i wreszcie samej masy.

Czterdzieści osiem lat i siedem miliardów euro później teorię potwierdziły detektory Wielkiego Zderzacza Hadronów. Na konferencji zorganizowanej latem 2012 roku eksperymentatorzy przedstawili wyniki kolizji o energii 125 GeV, na których dostrzeżono ślad nieznanej, neutralnej elektrycznie drobiny o zerowym spinie. Były to przewidywane odciski bozonu Higgsa. W roku następnym wiekowi teoretycy, François Englert i Peter Higgs, otrzymali zasłużonego Nobla. Zaszczyty ominęły Roberta Brouta, który zmarł zaledwie kilkanaście miesięcy przed eksperymentem.

Kosmos przejęli wizjonerzy i szaleńcy

Relacja misji ORBCOMM-2, podczas której Falcon 9 wyniósł na orbitę jedenaście satelitów, a pierwszy stopień zaliczył w pełni udane lądowanie.

Po zakończeniu programu Apollo (nie tak dawno obchodziliśmy 50-lecie lądowania na Księżycu) i wygaśnięciu sowiecko-amerykańskiego wyścigu kosmicznego, rozwój astronautyki wyraźnie oklapł. Mimo upływu półwiecza, nie tylko nie polecieliśmy na Marsa i nie wróciliśmy już na Księżyc – ale w ogóle przestaliśmy wyściubiać nos poza niską orbitę okołoziemską.

Jednak od jakiegoś czasu zachodzą zmiany, które pozwalają patrzeć w przyszłość z większym optymizmem. Mówię oczywiście o rozbujaniu skostniałej branży przez nowych graczy, na czele z przedsiębiorstwami Blue Origin oraz SpaceX.

Kiedy Elon Musk po raz pierwszy wyskoczył ze swoją wizją relatywnie tanich rakiet wielokrotnego użytku – odpowiedziało mu tsunami szyderstw i żartów. Obserwatorzy zastanawiali się, czy miliarder jest bardzo cwanym hochsztaplerem, czy po prostu fantastą, który przeliczył się z możliwościami. I rzeczywiście, początki wskazywały na rychłą porażkę odważnej wizji. Pierwsze próby z lądowania Falcona 9 (najpierw z użyciem spadochronów) przeprowadzone w 2010 roku, zakończyły się kompletnym fiaskiem. Kolejne miesiące przynosiły miliardowe straty, które doprowadziły spółkę na skraj bankructwa. Jednak upór został nagrodzony. W grudniu 2015 roku pierwszy stopień rakiety z gracją akrobaty osiadł na lądowisku LZ-1.

Nie ważne jaki mamy stosunek do osoby Muska i czy wierzymy w jego huraoptymistyczne obietnice dotyczące przyszłości transportu i kolonizacji Marsa. Czy nam się to podoba, czy nie, pomysł odzyskiwania kosztownych komponentów rakiet stał się długo wyczekiwanym novum i kompletnie odmienił oblicze przemysłu kosmicznego.

Rosetta odwiedziła kometę

“Ambicja”, czyli efektowny krótkometrażowy film nakręcony dla promocji Rosetty. Wciąż zachwyca.

Nie chciałem aby podsumowanie zdominowały bezzałogowe misje kosmiczne, toteż z ciężkim sercem dokonałem selekcji. Dokładniej rzecz biorąc zrzuciłem ciężar decyzyjny na was, organizując na facebooku stosowną ankietę, w której poprosiłem was o wybór pomiędzy Rosettą a New Horizons. Choć rywalizacja była zażarta, niewielką przewagę uzyskała flagowa misja Europejskiej Agencji Kosmicznej. Myślę, że to słuszna decyzja, bo choć sonda NASA ukazała nam inne oblicze Plutona, zabrakło jej pierwiastka niezwykłości i przebojowości, jaka wręcz bije od ekspedycji Rosetty.

Celem europejskiej sondy było pierwsze w historii zbliżenie się do komety. Po dekadzie wojaży i pokonaniu 6,5 miliarda kilometrów, jesienią 2014 roku Rosetta wreszcie trafiła w okolice obiektu 67P/Czuriumow-Gierasimienko. Jakby tego było mało, sonda wypuściła próbnik Philae, który po powolnym, siedmiogodzinnym opadaniu wylądował na powierzchni komety. Jak stwierdził dyrektor agencji, Thomas Reiter: “mieliśmy do czynienia z ciągłym wyzwaniem operacyjnym, wymagającym innowacyjnego podejścia, precyzji oraz lat doświadczeń”.

To i tak bardzo skromne podsumowanie wielkiego sukcesu. Zbadanie odległego i maleńkiego kawałka skały, o słabym przyciąganiu grawitacyjnym i nieregularnych kształtach, wymagało multum ekwilibrystycznych manewrów i niesłychanej precyzji. Było to na pewno najbardziej ambitne przedsięwzięcie w dotychczasowej historii ESA, jak również jedna z najciekawszych misji bezzałogowych XXI wieku.

LIGO zarejestrowało fale grawitacyjne

Sympatyczne wystąpienie Rainera Weissa, fizyka, który wraz z Barrym Barishem i Kipem Thornem otrzymali Nobla za swój wkład w powstanie detektorów LIGO.

Chyba jedyny punkt, obok bozonu Higgsa, który bezsprzecznie musiał pojawić się w tym zestawieniu. 14 września 2015 roku kompleksy LIGO odnotowały lekką anomalię, manifestującą się w zmianie długości ramion dwóch olbrzymich interferometrów. Wielkość wahnięcia nie przekroczyła średnicy protonu, ale to wystarczyło aby rozgorączkować tysiące ludzi zaangażowanych w projekt (z jednym z nich nawet przeprowadziłem wywiad).

Gdzieś we wszechświecie doszło do zderzenia dwóch czarnych dziur. Zjawisko to wyzwoliło monstrualną energię, której część rozeszła się po kosmosie pod postacią zniekształceń geometrii czasoprzestrzeni. Grawitacyjny “świergot” stanowiący ledwie słyszalne echo tego dramatycznego zdarzenia, przeniknęło Ziemię, zostawiając ślad w naszych instrumentach.

Program LIGO to nie tylko kosztowny test dla ogólnej teorii względności. To nieoptyczny, unikatowy rodzaj obserwatorium, zdolny do analizy najbardziej wstrząsających zjawisk astronomicznych, związanych z czarnymi dziurami, pulsarami czy rozbłyskami gamma. W chwili, gdy czytacie te słowa trwa trzeci “sezon” badawczy. Pierwsza dwa zaowocowały tuzinem detekcji, w tym również zdarzeń, które potwierdzono innymi metodami.

Podkręciliśmy atmosferę

Prosty gif Eda Hawkinsa z Uniwersytetu w Reading, obrazujący skalę wzrostu globalnych temperatur.

Odkrycia odkryciami, ale czuję, że kompletne pominięcie wątku zmian klimatycznych byłoby niewłaściwe. To też sprawa nauki. A poza tym, czy istnieje inne zagadnienie naukowe, które w ostatnich latach wzbudziłoby podobne emocje wśród rządzących, publicystów i zwykłych zjadaczy chleba?

Oczywiście o globalnym wzroście temperatur wiemy od bardzo dawna, jednak dopiero w ostatnim czasie sprawa stanęła na ostrzu noża. Za pewną cezurę należy uznać maj 2015 roku, gdy gruchnęła wiadomość o przekroczeniu bariery 400 ppm CO2 w atmosferze (czyli 400 cząsteczek CO2 na każdy milion cząsteczek powietrza). Po czterech latach wartość podskoczyła do 415 ppm i wciąż gwałtownie rośnie. Żeby lepiej zrozumieć powagę sytuacji, powinniśmy pamiętać, że u zarania epoki przemysłowej stężenie dwutlenku węgla nie przekraczało 300 ppm.

W parze z emisją gazów cieplarnianych postępuje, a właściwie galopuje wzrost średnich temperatur. Zresztą trudno o tym zapomnieć, słysząc co rusz o napływających z całego świata (nie wyłączając z tego grona Polski) rekordowych upałach. Co na to rządzący? Sygnatariusze głośnego Porozumienia Paryskiego z 2015 roku zgodzili się, że mamy problem i powinniśmy zrobić wszystko, aby globalna średnia temperatur nie wzrosła bardziej niż 2°C w stosunku do poziomu sprzed epoki przemysłowej. Nie żebym był pesymistą, ale realizacja tego postulatu już teraz wydaje się nierealna.

CRISPR/Cas9 pocięło DNA

Metoda CRISPR/Cas9 w wersji muzycznej.

“Obecnie pierwszy raz w dziejach posiedliśmy zdolność edycji DNA nie tylko każdego żyjącego człowieka, ale także przyszłych pokoleń, czyli w gruncie rzeczy kierowania ewolucją własnego gatunku” – pisała jedna z pionierek metody CRISPR/Cas9, Jennifer Doudna z Berkeley. Nawet jeżeli ją poniosło, to tylko odrobinę. Chociaż uczeni ingerują w genetykę od dawna (metody TALEN i ZFN), to dopiero CRISPR pozwolił czynić to z taką łatwością, precyzją i stosunkowo niskim kosztem.

Zaczęło się od pospolitej bakterii E. coli. Badający jej genom Yoshizumi Ishino wypatrzył tajemniczą sekwencję krótkich, powtarzających się fragmentów DNA. Właśnie tym elementom nadano nazwę CRISPR. Po wielu latach inni uczeni zauważyli, że odkryte sekwencje to w istocie DNA należące do… wirusów. Był to naturalny odpowiednik antywirusowej bazy danych. CRISPR służy naturze identyfikowaniu wrogich łańcuchów, podczas gdy towarzyszący mu gen Cas wytwarza właściwy enzym, zdolny do jego przecięcia.

Co nam z tego? Od 2012 roku intensyfikowano wysiłki nad odwzorowaniem tego mechanizmu i wykorzystaniem do własnych celów. W efekcie uzyskano sgRNA, zdolne do zlokalizowania konkretnego odcinka łańcucha DNA, które następnie może zostać przecięte przez enzym Cas9. W powstałą lukę naukowcy mogą wkleić co im się tylko podoba lub nie robić nic i po prostu “wyłączyć” dany gen. W momencie ujarzmienia CRISPR/Cas9 modyfikowanie genetyczne ludzi i zwierząt stało się proste jak nigdy przedtem.

EHT zajrzał w czeluść czarnej dziury

Konferencja, podczas której pokazano oblicze M87.

Przedstawienie pierwszego w dziejach optycznego śladu czarnej dziury M87 było wydarzeniem, które odbiło się echem sięgającym daleko poza środowisko fizyków i astronomów. Nie tylko udało nam się zajrzeć w paszczę potwora o masie 6,5 miliarda Słońc, ale również potwierdzić większość dotychczasowych przypuszczeń dotyczących horyzontu zdarzeń i towarzyszących mu efektów.

Sądzę jednak, że sukces międzynarodowego zespołu astronomów zasługuje na upamiętnienie również w związku z samą metodą obserwacji. Otrzymana ilustracja była produktem skoordynowanej pracy dziewięciu radioteleskopów rozsianych po całym globie: od Grenlandii po Antarktydę. Nasłuch zaowocował petabajtami danych, które przez kolejne miesiące podlegały analizie i obróbce przez setki osób pracujących w kilkunastu placówkach. W ten sposób Event Horizon Telescope – jak nazwano projekt “wirtualnego obserwatorium” – był w stanie dojrzeć pojedynczy obiekt leżący w sercu obcej galaktyki, oddalonej o 55 milionów lat świetlnych. To jedna z najbardziej niesamowitych obserwacji w historii astronomii.

To jednak dopiero początek. Już teraz wiadomo, że sieć EHT będzie rozbudowywana. Najpierw dołączone zostaną kolejne radioteleskopy naziemne, a w dalszej przyszłości, zapewne również obserwatoria orbitalne. Dzięki temu będziemy w stanie wejrzeć głębiej i dalej niż kiedykolwiek nam się śniło.


Ostatnie lata były bez wątpienia pracowite. Podziwialiśmy nieprawdopodobne popisy inżynierów, zaobserwowaliśmy fantastyczne zjawiska, a także potwierdziliśmy kilka fundamentalnych koncepcji. A jednak – nie wiem czy się zgodzicie – nie byliśmy świadkami przełomu porównywalnego z początkiem poprzedniego stulecia. Nauka nie zrodziła dzieła o wadze teorii względności, mechaniki kwantowej, modelu atomu, czy wielkiego wybuchu. Takie sukcesy jak uchwycenie bozonu Higgsa czy detekcja fal grawitacyjnych było w istocie tylko (i aż) ugruntowaniem genialnych teorii ukutych wiele dekad temu.

Ale czy to oznacza, że weszliśmy w okres stagnacji? Być może to tylko cisza przed burzą, a tuż za rogiem czai się rewolucja, która postawi współczesną strukturę nauki na głowie. Tak byłoby ciekawie.

Literatura uzupełniająca:
M. Dworniczak, Maszyny molekularne: inżynieria przyszłości, [online: www.granicenauki.pl/maszyny-molekularne-inzynieria-przyszlosci-150877];
D. Castelvecchi, Drivers Gear Up for World’s First Nanocar Race, [online: www.scientificamerican.com/article/drivers-gear-up-for-worlds-first-nanocar-race];
Misja wykonana: Podróż Rosetty zakończona brawurowym lądowaniem na komecie, [online: www.esa.int/Space_in_Member_States/Poland/Misja_wykonana_Podroz_Rosetty_zakonczona_brawurowym_ladowaniem_na_komecie];
Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger, “Physical Review Letters”, Vol. 116, Iss. 6, 12 II 2016;
CO2 at NOAA’s Mauna Loa Observatory reaches new milestone: Tops 400 ppm, [online: www.esrl.noaa.gov/gmd/news/pdfs/7074.pdf];
G. Lindenberg, Ludzkość poprawiona. Jak najbliższe lata zmienią świat, w którym żyjemy, Kraków 2018.
Chicxulub – poznajmy mordercę dinozaurów Czym była “mysz” towarzysząca misji Crew Dragona? ASASSN-15lh – Ależ to był wybuch!