Kometa, Smok i pływający dinozaur – naukowe podsumowanie 2020

Zanim stukniemy się kieliszkami, a nasza błękitna kulka rozpocznie kolejną rundkę dookoła Słońca – dobrym zwyczajem spójrzmy jeszcze raz za siebie i oceńmy mijające dwanaście miesięcy.

Zaraza. Koronawirus. Pandemia. Nie ma wątpliwości, że rok 2020 należał do SARS-Cov-19, który położył się cieniem na każdej dziedzinie życia, włączając w to naukę. Oczy lekarzy, chorych, dziennikarzy i polityków ze wszystkich stron świata – jak rzadko kiedy – śledziły każdy krok, komentowały każdą porażkę i świętowały każdy sukcesik badaczy próbujących ujarzmić miniaturowego wroga. Wyniki tego bezprecedensowego wyścigu laboratoriów z całego globu już znamy. Opracowaliśmy szczepionkę, która po raz kolejny dowiodła, że prawdziwi bohaterowie nie noszą peleryny, lecz białe fartuchy.

Ale o Covidzie napisano już chyba wszystko, dlatego obiecałem sobie, że w moim podsumowaniu po prostu go pominę. Zarówno dla higieny umysłu, jak również po to, aby przypomnieć, że mimo pandemii życie toczyło się dalej. Przecież teleskopy nie przestały obserwować, rakiety nadal latały w kosmos, a teoretycy wciąż wytężali umysły. Poniżej znajdziecie przegląd dwunastu okołonaukowych wydarzeń, które z różnych przyczyn zapisały się w mojej pamięci. Po jednym na każdy miesiąc.


Wiązanie chemiczne

I. Nagrano tworzenie wiązania chemicznego

Rok 2020 powitał nas pierwszym w historii nagraniem przedstawiającym proces powstawania i rozpadu wiązania między atomami. W eksperymencie przeprowadzonym przez ekipy Ute Kaiser z Uniwersytetu Ulm oraz Andrieja Khlobystova z Uniwersytetu Nottingham, wykorzystano dwa atomy renu, wpuszczone w węglową nanorurkę.

Obserwację prowadzono przy użyciu elektronowego mikroskopu transmisyjnego (TEM). Aparatura musiała być na tyle delikatna, aby wiązka elektronów nie uszkodziła nanorurki i nie “zdmuchnęła” atomów, ale wystarczająco silna, aby uzyskać zadowalający obraz. Długość widocznego na filmie wiązania mieści się między 0,1 a 0,3 nm – co odpowiada średnicy dwóch, trzech atomów wodoru. Co ciekawe, w trakcie nagrywania nie wszystko poszło zgodnie z planem i para atomów wydostała się poza nanorurkę. Przypadek okazał się korzystny, albowiem pozwolił na zarejestrowanie kilkukrotnego tworzenia oraz niszczenia wiązania.

Trudno w tym przypadku mówić o ważnym naukowym odkryciu, jednak trzeba przyznać, że podglądanie działania fizyki u samych podstaw, zawsze wywołuje dreszczyk podniecenia.

Polecane źródło: Walking with atoms: Chemical bond making and breaking recorded in action.

Cykliczne błyski radiowe FRB

II. Wysłuchano cyklicznych FRB

W lutowej publikacji kanadyjscy badacze ogłosili, że nasłuchiwane przez radioteleskop CHIME od września 2018, do października 2019 roku szybkie rozbłyski radiowe (FRB) można uznać za zjawisko cykliczne. Emisja oznaczona jako FRB 180916.J0158+65 trwała przez 4 dni, ucichła na kolejne 12, po czym wszystko zaczęło się od nowa. Jego źródło znajduje się pół miliarda lat świetlnych od Ziemi, w galaktyce SDSS J015800.28+654253.0. Parę miesięcy później do podobnych konkluzji doszli pracownicy radioteleskopu Lovella. Tyle tylko, że przypadku analizowanego przez nich FRB 121102 cykl trwał nie 16, lecz aż 157 dni, zaś na źródło typuje się galaktykę karłowatą, oddaloną o około 3 mld lat świetlnych.

Temat szybkich rozbłysków radiowych powraca od kilku lat, uparcie przypominając nam jak wiele kosmicznych fenomenów wciąż czeka na zrozumienie. Co wywołuje FRB? Możemy tylko przypuszczać, że tak gwałtowne emisje pozostają jakoś powiązane z czarnymi dziurami, blitzarami lub magnetarami. Na chwilę obecną, faworytem wydaje się ostatnia opcja.

Polecane źródła: Detection of Repeating FRB 180916.J0158+65 Down to Frequencies of 300 MHz; Possible periodic activity in the repeating FRB 121102.

CRISPR w ludzkim ciele

III. Zastosowano CRISPR w ludzkim ciele

Metoda edycji genomu CRISPR/Cas9 towarzyszy nam już jakiś czas, ale w mijającym roku jej pozycja uległa dodatkowemu potwierdzeniu. W październiku twórczynie CRISPR – Jennifer Doudna i Emmanuelle Charpentier – otrzymały w pełni zasłużoną Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii. Wcześniej, w marcu, ich narzędzie zostało po raz pierwszy użyte do dokonania manipulacji genetycznej już w ciele człowieka. Dotąd badacze pracowali na materiale pozyskanym z organizmu, modyfikując go w środowisku zewnętrznym.

Metody użyto do leczenia wrodzonej ślepoty Lebera, spowodowanej uszkodzeniem genu CEP290, odpowiedzialnego za produkcję białka niezbędnego w procesie widzenia. Człowiek z taką wadą może urodzić się pozbawiony wzroku, bądź traci go w przeciągu paru lat. W badaniu klinicznym przeprowadzonym w OHSU Casey Eye Institute pacjentowi nacięto tylną część oka i podano niewielką ilość płynu, zawierającego kopie specjalnie przygotowanego wirusa. Zmiana, jaką wirus spowodował w konkretnym genie, usunęła szkodliwą mutację i w efekcie przywróciła zdolność produkcji właściwego białka.

Pacjent wciąż jest obserwowany, ale w kolejce na udział w badaniu klinicznym Brilliance czeka już kolejne kilkanaście osób.

Polecane źródła: CRISPR treatment inserted directly into the body for first time; Using CRISPR/Cas9 as a Therapeutic Approach for Leber Congenital Amaurosis 10 (LCA10).

Wodny spinozaur

IV. Wykopano ogon spinozaura

Na tym blogu nieczęsto możecie poczytać o paleontologii, ale dla odkrycia Nizara Ibrahima warto uczynić wyjątek. Jego wykopaliska finansowane przez National Geographic pozwoliły na skompletowanie szkieletu spinozaura, poprzez odnalezienie brakującego fragmentu… ogona. Może nie brzmi to jak epokowe odkrycie, ale znalezisko okazało się mieć spore znaczenie dla właściwego zrozumienia ewolucji dinozaurów.

Spinozaur jest pierwszym tak dobrze poznanym dinozaurem wodnym (znane powszechnie plezjozaury i ichtiozaury zgodnie z systematyką dinozaurami nie były), natomiast ogon stanowił brakujący element układanki. Gdy w 1910 roku na kości tego stwora po raz pierwszy natknął się paleontolog Ernst Stromer, sądził, że należą one do kolejnego lądowego teropoda, kroczącego na dwóch kończynach, z ogonem podpierającym sylwetkę. Ten pogląd trudno było zweryfikować, ponieważ podczas II wojny światowej, skamieniałości przechowywane w monachijskim muzeum uległy zniszczeniu. Rewolucję przyniosły dopiero ostatnie lata.

Podejrzenia o wodnym trybie życia spinozaura zyskały całkiem silne podłoże już w roku 2014 – po odkryciu sporych rozmiarów żagla grzbietowego, najpewniej służącego stabilizacji podczas pływania. Hipotezę wspierała czaszka przypominająca kształtem krokodylą, a także zakrzywione pazury, utrudniające poruszanie się po ziemi, za to doskonale sprawdzające się w chwytaniu podwodnej zdobyczy. Ogon ostatecznie potwierdził, że spinozaur był świetnie zaadaptowany do przemierzania systemu rzecznego, jaki pokrywał Afrykę 95 mln lat temu. Nieskromny Nazir Ibrahim podsumował swoje badania w następujący sposób: “To będzie symbol, ikona afrykańskiej paleontologii”.

Polecane źródło: Bizarre Spinosaurus makes history as first known swimming dinosaur.

Dokowanie kapsuły Crew Dragon

V. Zacumowano Smoka do ISS

Na początku maja Stany Zjednoczone przypomniały sobie jak to jest samodzielnie wysyłać ludzi w kosmos. W ramach misji SpaceX DM-2 rakieta Falcon 9 wyniosła na orbitę kapsułę Crew Dragon wraz z astronautami Robertem Behnkenem i Douglasem Hurleyem. Statek bez niespodzianek zadokował do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, a po dwóch miesiącach powrócił na Ziemię.

Jakby wstydliwie to nie brzmiało, była to pierwsza amerykańska załogowa wyprawa w kosmos od 2011 roku, kiedy zakończono program wahadłowców. Od tamtej pory Waszyngton pozostawał zmuszony do regularnego korzystania z (drogiej) pomocy Rosjan. Przełamanie tej niemocy stało się możliwe przy udziale rosnącego w siłę sektora prywatnego. Największym wygranym okazał się oczywiście Elon Musk, który na ostatniej prostej wyprzedził Boeinga i prawdopodobnie przez wiele lat będzie dla NASA głównym partnerem biznesowym oraz technologicznym.

Kolejna załogowa misja współorganizowana przez SpaceX – tym razem już nie testowa – wystartowała 16 listopada. Tym razem Crew Dragon z powodzeniem zabrał na ISS aż czwórkę ludzi: Shannon Walker, Victora Glovera, Mike’a Hopkinsa i Sōichi Noguchi.

Polecane źródło: NASA’s SpaceX Demo-2 Resources Archive.

Tetrakwark złożony z czterech kwarków powabnych

VI. Złożono powabnego tetrakwarka

Latem otrzymaliśmy kilka interesujących doniesień z CERN-u. Najpierw organizacja wydała raport formalnie potwierdzający, że powoli czynione są przymiarki pod przyszłą budowę nowego, jeszcze potężniejszego akceleratora cząstek (ale spokojnie, same prace rozpoczną się dopiero w 2038). Niedługo później fizycy pracujący przy Wielkim Zderzaczu Hadronów ogłosili odkrycie pierwszego tetrakwarka złożonego z czterech kwarków powabnych. Nie był to co prawda pierwszy zarejestrowany w Genewie tetrakwark w ogóle (jak sugerowały niektóre nagłówki), ale pierwszy złożony z czterech cząstek tego samego rodzaju.

W przyrodzie kwarki nigdy nie występują samodzielnie, łącząc się w pary (mezony) lub trójki (bariony, w tym pospolite protony i neutrony). Dlatego każdy tetrakwark to twór sztuczny i egzotyczny, ale przez to mówiący nam wiele o naturze oddziaływania silnego oraz zachowaniu najmniejszych cegiełek materii.

Polecane źródło: LHCb discovers a new type of tetraquark at CERN.

Kometa C/2020 F3 (NEOWISE)

VII. Podziwiano kometę NEOWISE

Kto jak kto, ale amatorzy astronomii nie mieli w 2020 roku powodów do narzekania. Mogli podziwiać m.in. ciuchcię Elona Muska (tj. satelity Starlink), najciekawszą od czterystu lat koniunkcję Saturna i Jowisza, a także najjaśniejszą od dawna kometę. Ba, niewiele brakowało aby nawiedziły nas dwie spektakularne komety, ale bardzo obiecująca C/2019 Y4 (ATLAS) uległa rozpadowi jeszcze zanim stała się widoczna dla ziemskich obserwatorów.

Natura zrekompensowała nam tę stratę już po kilku miesiącach, przelotem C/2020 F3 (NEOWISE). Obiekt odkryto 27 marca, ale najbliżej naszej planety znalazł się latem. Na początku lipca kometa wypuściła przepiękny warkocz, który przy sprzyjających można dało się dostrzec nieuzbrojonym okiem, a przy mniej sprzyjających (jak w moim przypadku) zwykłą lornetką. Było to pierwsze tego rodzaju astronomiczne widowisko od 1997 roku i popisu C/1995 O1, znanej jako kometa Hale’a-Boppa. Sama C/2020 F3 należy do komet długookresowych i nie powróci na nasze niebo szybciej niż za 6700 lat.

Polecane źródła: NEOWISE: Rare Image of a Comet’s Sodium Tail; One of the brightest comets in decades is passing Earth. Here’s how to see it.

Rozpad bozonu Higgsa na miony

VIII. Uchwycono kolejny rozpad bozonu Higgsa

Cząstka Higgsa to mocno nietrwały byt podlegający rozkładowi w czasie krótszym niż 10-22 sekundy. To przy jakich energiach, z jakim prawdopodobieństwem i w jaki sposób rozpada się bozon, stanowi dla fizyków główne (żeby nie powiedzieć jedyne) źródło wiedzy o jego właściwościach. W dotychczasowej, ośmioletniej już historii badań prowadzonych w Wielkim Zderzaczu Hadronów, obserwowano głównie jak z higgsonu wykluwają się pary fotonów lub pary kwarków niskich. Na tegorocznej konferencji w Genewie ogłoszono natomiast wyniki pierwszego eksperymentu, który przyniósł rozpad na dwa miony.

Wedle teorii taki kanał rozpadu powinien występować bardzo rzadko, bo raz na 5 tysięcy zderzeń. Uzyskane cząstki to przedstawicielki drugiej generacji leptonów (do pierwszej należą lżejsze elektrony, do trzeciej cięższe taony). Tegoroczna detekcja była więc nie tylko oczekiwanym potwierdzeniem sprzężenia pola Higgsa z mionami, ale z cząstkami drugiej generacji w ogóle – co stanowi kolejny triumf modelu standardowego. Sami eksperymentatorzy podkreślają dumę z osiągniętej precyzji pomiarów i mówią o nadziejach na zarejestrowanie kolejnych, równie niecodziennych rozpadów.

Polecane źródło: CERN experiments announce first indications of a rare Higgs boson process.

Czarne dziury o masach pośrednich

IX. Wypełniono lukę w populacji czarnych dziur

Większość populacji czarnych dziur to obiekty o masie kilkunastu, kilkudziesięciu mas Słońca, zrodzone w ogniu umierających gwiazd. Po drugiej stronie spektrum mamy supermasywne czarne dziury, despotyczne władczynie galaktyk, których masy idą już w miliony, a nawet miliardy Słońc. Czy jest coś pomiędzy nimi? Czy istnieją czarne dziury o masach pośrednich? Dzięki detektorom LIGO wiemy już, że tak.

Nowych danych dostarczyło nam zdarzenie GW190521, odnotowane w maju 2019 i analizowane przez kolejne kilkanaście miesięcy. Zarejestrowane fale grawitacyjne pochodziły z odległej kolizji dwóch czarnych dziur o masach 66 i 85 mas Słońca, której efektem było powstanie nowej dziury o masie 142 Słońc. Wszystkie te obiekty – zarówno składniki fuzji, jak i jej produkt – wydają się zbyt duże jak na pospolite pozostałości martwych gwiazd i najpewniej możemy je zakwalifikować do kategorii czarnych dziur o masie pośredniej. Nie dość więc, że wreszcie odnaleźliśmy brakujące ogniwo astrofizyki, to jeszcze po raz pierwszy byliśmy świadkami narodzin tak dorodnego obiektu.

PS Pewnie większość czytelników spodziewało się uwzględnienia wrześniowej konferencji Royal Astronomical Society, gdzie gruchnęła wieść o wykryciu fosforowodoru w atmosferze Wenus. Rzeczywiście, szum był wielki, jednak praca doczekała się szybkiej krytyki środowiska i na chwilę obecną najrozsądniej cierpliwie czekać na misję kosmiczną, która ponad wszelką wątpliwość rozstrzygnie wszystkie spory.

Polecane źródło: Virgo i LIGO odkrywają nową i niezwykłą populację czarnych dziur.

Nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej i wysokim ciśnieniu

X. Uzyskano nadprzewodnictwo w niepokojowym ciśnieniu

W październikowym numerze czasopisma Nature, opublikowano artykuł, którego tytuł na pewno przyśpieszył tętno wielu inżynierom i fizykom. Zespół Elliota Snidera pochwalił się uzyskaniem nadprzewodnictwa w temperaturze pokojowej, a konkretniej przy 15℃. Badaną substancją był związek wodoru, węgla i siarki, który umieszczono w “kowadełku” pomiędzy krawędziami dwóch diamentów i popieszczono laserem.

Obecnie dostępne nadprzewodniki (np. związki żelaza i arsenu) wymagają niedorzecznych temperatur, nierzadko niższych niż -200℃. Opracowanie materiału wykazującego podobne właściwości w “normalnych” warunkach byłoby jedną z największych rewolucji ostatnich dekad. Niestety, sukces ekipy Snidera jest co najwyżej połowiczny. Analizowany związek chemiczny naprawdę nie wymaga nawet lodówki, ale za to należy zapewnić mu ciśnienie… 267 gigapaskali. To wartość bliższa warunkom panującym we wnętrzu Ziemi niż w naszych domach, co czyni odkrycie mocno niepraktycznym. Nie zmienia to jednak faktu, że przeprowadzony eksperyment może wskazać uczonym nowe ścieżki i pchnąć do dalszych prób.

Polecane źródło: Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride.

Zniszczony radioteleskop Arecibo

XI. Pożegnano Arecibo

“Gigantyczny teleskop w tym wilgotnym pejzażu, bezpiecznie usadowiony, niczym honorowy gość”. Tak Arecibo wspominał w swojej książce były dyrektor kompleksu, Frank Drake. Obserwatorium znane z monstrualnej 305-metrowej czaszy działało przez długie 57 lat, biorąc udział w programie SETI oraz w niezliczonych badaniach pulsarów i mgławic. Niestety w ostatnim czasie portorykańska konstrukcja coraz szybciej popadała w ruinę, nawiedzana przez kolejne huragany i pożary. Po tym jak w listopadzie uszkodzeniu uległy stalowe liny zabezpieczające 900-tonową aparaturę dyndającą ponad talerzem, groźba zawalenia stała się na tyle duża, że Narodowa Fundacja Nauki podjęła formalną decyzję o zamknięciu placówki.

Epilog nastąpił już na początku grudnia. Konstrukcja zgodnie z przewidywaniami uległa sile grawitacji. Masywna platforma runęła dewastując znajdujące się pod nią zwierciadło. Arecibo zakończyło swoje działanie z dosłownym hukiem.

Polecane źródła: NSF begins planning for decommissioning of Arecibo Observatory’s 305-meter telescope due to safety concerns; Miska na 357 milionów paczek płatków. Wspomnienie radioteleskopu Arecibo.

Misja Hayabusa 2

XII. Dostarczono próbkę planetoidy Ryugu

Końcówka roku należała do Azjatów. Z jednej strony mieliśmy Chińczyków i misję Chang’e 5, w ramach której próbnik nie tylko stanął na powierzchni Srebrnego Globu, ale również powrócił na Ziemię wraz z dwoma kilogramami księżycowych skał. Z drugiej, doczekaliśmy się szczęśliwego finału wyprawy Hayabusy 2.

Japońskie urządzenie zostało wystrzelone sześć lat temu z kosmodromu Tanegashima i dwa lata temu dotarło do swojego głównego celu, czyli planetoidy (162173) Ryugu. Sonda pozostawiła na niewielkim obiekcie cztery próbniki, zebrała cenny materiał badawczy i ruszyła w drogę powrotną. W grudniu tego roku, Hayabusa 2 zgodnie z planem minęła Ziemię wypuszczając małą kapsułę zawierającą próbki. Pojemnik wylądował na terytorium Australii, a jego zawartość już trafiła do laboratoriów. JAXA dała tym samym prawdziwy popis swoich możliwości, pokazując jak wiele można zrobić przy relatywnie niewielkich nakładach finansowych. Sama sonda nadal działa i prawdopodobnie zostanie wykorzystana do badania kolejnego obiektu.

Polecane źródła: Japan’s Hayabusa 2 mission returns asteroid sample to Earth; 5 rzeczy, które powinieneś wiedzieć o misji Hayabusa 2.

5 rzeczy, które powinieneś wiedzieć o liczbach pierwszych (i hipotezie Riemanna) Trzy argumenty za Noblem dla bozonu Higgsa Szanowny panie, potrzebujemy bomby!