2024 рік у науці: найважливіші відкриття та події, які сколихнули світ

Плідний рік науки

Цей рік був вельми багатим на наукові відкриття. Вчені зробили кілька проривів у термоядерній енергетиці, знайшли невідомі раніше види вимерлих людей, нарешті розгадали головну таємницю тихоходів, а також оголосили початок сонячного максимуму, здивувавши всю вчену спільноту. 24 Канал зібрав найцікавіше.

Дивіться також Найгучніші події та відкриття світу технологій у 2024 році

Проблеми з водою

Протягом усього року різні команди вчених говорили про проблеми водного балансу на Землі. З'ясувалося, що кругообіг води вийшов з рівноваги уперше в сучасній історії. Дослідники заявили, що ми більше не можемо покладатися на опади.

Зміна клімату й нераціональне використання водних ресурсів настільки зашкодили світовій водній системі, що тепер більше половини світового виробництва їжі знаходиться під загрозою краху в найближчі 25 років. Майже 3 мільярди людей тепер знаходяться в районах, яким загрожує засуха і неврожай. Усе це коштуватиме нам 8% світового ВВП до 2050 року.

Вчені також виявили, що запаси прісної води на поверхні швидко скорочуються по всій планеті, так само як і підземних вод. Глобальне потепління призводить до того, що атмосфера утримує більше водяної пари, замість того, щоб випадати дощем. Це накопичення згодом призводить до більш екстремальних опадів, коли за один раз випадає величезна кількість води, замість того, щоб випадати поступово порціями. Хоча загальна річна кількість дощу й снігу може не змінитися кардинально, довгі періоди між опадами дозволяють ґрунту висихати й ставати більш стиснутим. Це зменшує кількість води, яку земля може поглинути під час дощу. Вода просто стікає замість того, щоби вбиратися й поповнювати запаси підземних вод.

Експерти бачать, що зростання температури збільшує випаровування води з поверхні в атмосферу, а також підвищує водоутримуючу здатність атмосфери, збільшуючи частоту та інтенсивність посушливих умов.

Все це призводить до загального осушування планети, викликаного зміною клімату. Посушливість уже впливає на 40% сільськогосподарських угідь світу, загрожуючи посиленням лісових пожеж, занепадом сільського господарства та міграцією. До 2100 року від цього може постраждати п’ять мільярдів людей.

Термоядерна енергетика продовжує розвиток

Цього року ми мали дуже багато цікавих проривів у сфері термоядерної енергетики, яка може дати нам фактично безмежне джерело енергії – дешевої, екологічної, безпечної.

• Перш за все, найбільший у світі термоядерний реактор ITER нарешті завершено, однак він не запрацює ще років 15. Проблема в тому, щоб забезпечити необхідні тиск і температуру, на що ученим потрібні ще додаткові дослідження.
• Влітку з'ясувалося, що обмеження термоядерного синтезу, яке вважали законом, було помилкою. Річ у тім, що так звана межа Грінвальда була виміряна на конкретному реакторі, який показував певні граничні результати. Але тепер виявилось, що ця межа відсувається, залежно від характеристик реактора. Таким чином на іншому реакторі межу Грінвальда перевершили вдесятеро.
• У квітні південнокорейський термоядерний реактор розігрів плазму до 100 мільйонів градусів і зміг утримувати її рекордно довгий для такої температури час. Використання вольфрамових диверторів дозволило підвищити ефективність та досягти кращих результатів, ніж на інших установках. Вчені змогли утримувати плазму протягом рекордних 48 секунд. Попередній рекорд належав цьому ж реактору – він протримався 31 секунду.
• В іншому випадку на реакторі у Франції плазму розігріли на 50 мільйонів градусів за Цельсієм, утримуючи її протягом шести хвилин.
• Тим часом британський реактор побив рекорд виробництва енергії – 69,26 мегаджоуля, що перевищує попередній рекорд цієї ж установки в 59 мегаджоулів.
• Учені також відкрили новий метод контролю плазми, який підвищує безпеку реактора, і винайшли потужні високотемпературні магніти, які покращують роботу реакторів.

ITER у Франції вже добудований / Фото ITER

Археологія

Не сиділи, склавши руки, й археологи. Ось кілька важливих відкриттів, про які вони оголосили у 2024 році:

• Перш за все, цього року штучний інтелект допоміг знайти місце поховання давньогрецького філософа Платона. Він зміг прочитати текст на обвугленому папірусі, знайденому в Геркуланумі. Також археологи вважають, що знайшли віллу, де помер перший імператор Риму. Виявилось, що ця будівля, опис якої міститься в давніх записах, розташована недалеко від Везувію. Там Август помер за 62 роки до виверження вулкана.
• Цей рік також приніс нам вельми багато реконструкцій стародавніх облич. Науковці застосовували сукупність різних методів – від цифрового сканування до ручного ліплення – щоб відтворити зовнішність неандертальців, мумії стародавнього єгиптянина і більш сучасних людей, серед яких були як простолюдини, так і знатні особи. Буквально чи не кожного місяця ми отримували одну-дві реконструкції від різних команд учених.
• Було знайдено найдавнішу в світі різьблену фігурку коня, якій 35 000 років. Вона створена в епоху верхнього палеоліту.
• У Середземному морі виявили один із найстаріших відомих кораблів, йому понад 3000 років.
• Поряд із Ватиканом розкопали стародавній сад римського імператора Калігули віком 2000 років.
• Нові розкопки в Помпеях засвідчили, що виверження Везувію було не єдиною катастрофою в той момент, адже його супроводжували сильні землетруси, які згубили частину мешканців міста, завалюючи їх уламками прямо в будинках.
• Восени вчені оголосили про неймовірний експеримент: тисячолітнє насіння, яке знайшли в Юдейській пустелі, проросло й стало деревом, яке згадується в Біблії, але сьогодні є вимерлим.

Але найважливішим відкриттям стало те, що вчені, здається, зрозуміли, як збудували не лише найпершу єгипетську піраміду, а й як їх будували загалом у більш пізні періоди. Хоча загадку розгадано не повністю, археологи кажуть, що відшукали ключовий її елемент. Вони знайшли висохлий рукав річки Ніл під назвою Ахрамат, що протікав поряд із більш ніж 30 пірамідами між 4700 і 3700 роками тому. Ця річка дозволяла транспортувати блоки до місць будівництва. Це пояснює, чому 31 піраміда була побудована помітним ланцюжком уздовж нині негостинної пустельної смуги в долині: просто раніше там була річка, яка дозволяла людям виживати й транспортувати. Але оскільки вона зникла, люди століттями вигадували різні теорії про те, як же будувалися піраміди.

На самому будівництві, можливо, працювала "сучасна гідравлічна система", що складалася з дамби, водоочисної станції та гідравлічного вантажного ліфта, які живилися енергією річки. Вчені знайшли принаймні біля однієї піраміди "загадкове укриття", яке могло працювати як структура, що уловлювала відкладення й воду.

Також цього року сталося вельми драматичне руйнування Титаніка: обвалилася одна з найлегендарніших частин корпусу – поручні, що фігурують у знаменитій сцені з фільму про затонулий корабель.

Носова частина зі зруйнованою секцією / Фото RMS Titanic, Inc

Крізь товщу води можна розгледіти поручні, що лежать на дні океану / Фото RMS Titanic, Inc

• Також науковці змогли розгадати таємничий код зі стародавніх храмів Ассирійської імперії, який не давав ученим спокою ще з дев'ятнадцятого століття. Дослідження показало, що символи можуть посилатися на сузір'я та царя, таким чином ніби роблячи його ім'я безсмертним.
• У Китаї знайшли майстерню стародавньої цивілізації, відомої вмінням працювати із самоцвітами, а в лісах Амазонки відшукали величезну мережу стародавніх міст, заснованих ще до нашої ери. В Аравійській пустелі знайшли гігантську фортецю бронзової доби: їй 4000 років, вона оточувала понад 1000 гектарів території та включала 180 бастіонів.
• Також з'ясувалося, що знаменитий золотий Скарб Вільєни, виявлений археологами в 1963 році, частково зроблений з інопланетного металу. Цьогорічні дослідження показали, що залізо, використане в двох артефактах, походить від метеорита, який впав на Землю близько 1 мільйона років тому.
• Нарешті, тепер вчені впевнені, що знайшли причину занепаду цивілізації мая. Головну провину вони покладають на тривалу посуху, яка своєю чергою спричинила громадянські конфлікти й політичний колапс. Унаслідок цих процесів люди з великих міст, імовірно, відступили до менших і безпечніших поселень.

Палеонтологія

Не менше цікавого трапилось і в палеонтології, яка дещо схожа з археологією, але вивчає вимерлі організми.

• Одним із найцікавіших відкриттів стало те, що багатоклітинне життя виявилось дещо старшим, ніж ми завжди думали. Нові скам'янілості відсовують час його появи на 70 мільйонів років назад. Таким чином тепер ми знаємо, що 1,65 мільярда років тому життя перейшло від одноклітинних форм до складніших.
• Інше відкриття уточнило час появи життя на Землі. Згідно з ним, спільний предок усіх живих організмів на Землі з'явився 4,2 мільярда років тому, а не 3,9 мільярда років тому. Бактерія LUCA була подібна до прокаріотів, не залежала від кисню та мала ранню імунну систему, вказуючи на те, що вона вже тоді боролася з вірусами.
• Також знайшли найдавнішого предка всіх ссавців, розкривши також місце їхнього походження. Вчені не змогли встановити його точний вид, оскільки рештки дуже фрагментовані. Вони лише віднесли його до групи горгонопсисів, яка включає цілу низку родів, видів та підрядів. Хай там як, а це була чотиринога хребетна істота.
• Влітку було знайдено один із найдавніших скелетів динозавра в історії, а також з'ясовано, що тиранозаври могли бути значно більшими, ніж ми весь час вважали. Крім того, вчені підтвердили існування "нанотиранозаврів", про яких давно сперечалися. Багато хто вважав, що знайдені рештки належать дитинчатам тиранозаврів, але тепер ми знаємо, що це окремий вид – просто дуже схожий, але мініатюрний.
• Що стосується рослинного світу, то було знайдено найдавніший приклад фотосинтезу, скам'янілі рештки дерева віком 350 мільйонів років, яке досі не зустрічалося в літописі скам'янілостей, і розкопано найстаріший скам'янілий ліс, який показав, якими були ландшафти стародавньої Землі.
• А в Антарктиді вперше виявили бурштин, який розповів ученим про існування лісів у далекому минулому на цій території. Хоча сьогодні материк укритий льодом, дуже давно він був зеленим і давав прихисток численним тваринам.

Дослідження вимерлих видів людей

Дещо цікаве було й у сфері дослідження нас самих, людей. Оголошення, зроблене на початку 2024 року, свідчить, що Homo sapiens з'явилися в Європі раніше, ніж досі вважалося, і що ми співіснували з неандертальцями в Європі понад 5 000 років.

Також цього року ми дізналися, як людям вдалося вижити після того, як 900 тисяч років тому вони майже вимерли через різку зміну клімату, до якої ніхто не був готовий. Згідно з результатами геномного дослідження, предки сучасного людства у певний момент історії скоротилися до популяції, що заледве налічувала 1300 особин. Це поставило нас на межу знищення у так званому "вузькому місці", як це називають учені.

Неймовірну знахідку зробили археологи на території сучасної України, глибоко в осадових породах археологічної пам'ятки Королево, що на Заході. Вони розкопали кам'яні знаряддя, що виготовили не сучасні люди, а, ймовірно, вид Homo erectus 1,4 мільйона років тому. І це буквально переписує історію міграції людей: учені кажуть, що ці артефакти можуть бути найдавнішими достовірними свідченнями присутності людини в Європі. І, нагадаємо, вони саме в Україні.

Артефакти з Королево / Фото Яна Плавець, Відділ зовнішніх зв'язків Апарату CAS/Роман Гарба/Віталій Усик

Погода зійшла з розуму

У червні вчені оголосили, що минув цілий рік, у якому кожен місяць побив температурні рекорди. Тобто умовний січень став найтеплішим січнем з моменту початку спостережень. Потім лютий, березень і так далі. 21 липня стало найтеплішим днем, коли-небудь зареєстрованим у світі.

2024-й точно назвуть найтеплішим роком з початку спостережень. Про це вже говорять, хоч і чекають офіційного завершення року й підбиття підсумків. Учені також кажуть, що ми вже пересікли межу в 1,5 градуса, передбачену Паризькою кліматичною угодою. На жаль, нам не вдалося стримати потепління в бажаних рамках, тому попереду на нас чекають дуже важкі роки, які супроводжуватимуться вимиранням цілих екосистем і видів тварин, руйнуванням харчових ланцюгів, тепловими хвилями, засухами, падінням урожайності тощо. Однак поки що межу в 1,5 градуса пересікли не всі місяці. Тож зустрінемось у підсумках 2025 року.

• Тим часом Венесуела втратила свій останній льодовик, ставши першою постльодовиковою країною в Андах.
• Весняні квіти почали розквітати на кілька тижнів раніше, порушуючи важливі цикли. Оскільки бджоли за тисячі, якщо не мільйони, років встигли звикнути до певного часу пробудження квітів, то вони прилітають на запилення вже після того, як квіти зів'яли, так і не дочекавшись своїх запилювачів. Це потенційно може призвести до вироджування й вимирання цілих видів.
• Поряд із цим урагани досягли такої потужності, що нам потрібно впровадити нову категорію – наявних уже недостатньо. Цьогорічні урагани в США показали, що їхня сила зростає з кожним роком. Причиною є глобальне потепління.

О, і є хороші новини: країни G7 відмовляться від вугілля вже до початку 2030-х років. Сподіваємось, із цим людство впорається краще, ніж із домовленістю про скорочення викидів, яку ми повністю провалили. На жаль, відмова від вугілля – це крапля в морі.

Сонячний максимум уже тут

NASA та NOAA оголосили про досягнення сонячного максимуму в межах поточного 25-го циклу активності.

Наше Сонце живе за кількома різними циклами. Найважливішим і найбільш впливовим для нас є 11-річний цикл активності, який полягає у коливанні від незначної (сонячний мінімум) до високої (сонячний максимум) активності. Це тривалий процес наростання й спадання, кожен з яких окремо триває по 5,5 року.

Хоча ми й знаємо приблизні часові рамки цього процесу, наші технології не здатні передбачити його точний початок і завершення. Сучасна наука може лише робити висновки з поточних спостережень, тобто постфактум. Згідно з даними від жовтня, наша зоря вже досягла максимальної фази.

Заява вчених стала для всіх великою несподіванкою. Хоча багато експертів підозрювали, що максимум настав ще на початку року чи близько того, але дослідники зазвичай не роблять подібних оголошень, поки ця активна фаза не почне згортатися. Вони чекають кілька місяців після того, як сонячна активність починає спадати, щоб оголосити точні дати початку й завершення сонячного максимуму. Незвично раннє оголошення могло бути спричинене серією екстремальних космічних погодних явищ, які ми спостерігали ще з травня.

Вчені кажуть, що найгірші прояви сонячної активності можуть бути ще попереду, зокрема й тому, що ми наближаємося до так званої "зони бойових дій Сонця", коли магнітне поле зорі перебуває в особливому стані. В цілому максимум триватиме близько року, спричиняючи сонячні плями, спалахи, корональні викиди маси і магнітні бурі тут, на Землі.

Варто зазначити, що незадовго до цього оголошення, а саме в серпні, вчені зафіксували рекордну кількість сонячних плям, видимих одночасно, в поточному сонячному циклі.

Магнітні бурі б'ють рекорди

У 2024 році Сонце продемонструвало значну активність, що призвело до потужних сонячних спалахів, корональних викидів маси та геомагнітних бур на Землі. Найпотужніші інциденти ми спостерігали у травні, коли Сонце випустило спалах класу X8.7. Хоча він був не найпотужнішим у цьому році (його спочатку перевершив спалах класу X9.7, а потім X12, який стався з протилежного боку Сонця), все ж цей травневий вибух спричинив настільки сильну магнітну бурю, що полярні сяйва дійшли та навіть переступили екватор планети!

Свідки тоді сфотографували сяйва аж у Новій Каледонії, що в Південній півкулі. Востаннє полярні сяйва в цьому регіоні бачили під час події Керрінгтона (X45) у вересні 1859 року, яка була катастрофічно сильною магнітною бурею, що призвела до значних наслідків для тодішніх примітивних технологій.

Цьогорічна буря побила не лише рекорди цього циклу активності, а й стала найсильнішою за понад 20 років.

Південне полярне сяйво у Новій Каледонії / Фото Фредерик Демулен

Південне полярне сяйво у Новій Каледонії / Фото Фредерик Демулен

Геомагнітна буря у травні була настільки сильною, що магнітні збурення також були зафіксовані обсерваторіями на морському дні біля атлантичного і тихоокеанського узбережжя Канади на глибині до 4,3 кілометра, але найсильніше на глибині 25 метрів.

І коротко про інше головне

Науковці багато років досліджують тихоходів, щоб позичити у них їхні унікальні здібності – можливість переносити найекстремальніші умови, такі як радіація, холод, спека, вакуум та інше. Якщо нам вдасться це зробити, ми зможемо покращити наші харчові культури, підвищивши їхню стійкість до хвороб і несприятливих погодніх умов.

• Нарешті цього року вчені знайшли три ключові механізми, які керують стійкістю до радіації, що відкриває можливості генетичної модифікації самих людей для далеких космічних польотів і колонізації планет, які не мають потужного магнітного поля й атмосфери. З'ясувалося, що тихоходи комбінують ці три механізми: нейтралізацію шкідливих молекул, швидке відновлення і забезпечення енергією.
• Ще одне дослідження розкрило можливість тихоходів легко переносити повну відсутність води. Автори статті, що вийшла у січні 2024 року, кажуть, що знайшли гени, які відповідають за цю здібність, а отже тепер ми можемо з ними експериментувати.

Також у 2024 році дослідники з'ясували, що бездумне викачування підземних вод спричинило перерозподіл маси на Землі. Це сповільнило швидкість її обертання й змістило вісь. Розподіл води впливає на вісь обертання Землі, подібно до зміни точки ваги на дзиґу: розмістіть вагу не там, і вся конструкція просто впаде. Оскільки Земля в космосі впасти не може, то її вісь перемістилася на 80 сантиметрів. Це небагато, але якщо так триватиме й надалі, результати можуть бути вельми драматичними, змінюючи кількість тепла, яка потрапляє на планету. Також безвідповідальне використання води впливає на рівень світового океану, підвищуючи його.

У червні вчені оголосили, що еволюція може бути не такою випадковою, як ми вважали, вона має певні передбачувані елементи принаймні в деяких випадках. Дослідження паличкокрилих комах показало, що еволюція їхнього камуфляжу відбувається у передбачуваний спосіб. Але чи працює це для інших живих організмів, поки неясно.

Також з'ясувалося, що прісна вода з'явилася на Землі вже через 200 мільйонів років після формування планети, а континенти – через 600 мільйонів років. Учені виявили мінерали циркони з ознаками прісної води, що вказує на появу ділянок суші, оскільки одне без іншого існувати не могло. Циркони датуються від 1,85 до 4 мільярдів років тому. Це йде врозріз із тим, як ми раніше уявляли процес утворення нашої планети.

Сумною новиною стало те, що Агентство з охорони навколишнього середовища США скасувало план, згідно з яким до 2035 року планувалась заборона тестувань на ссавцях і перехід до комп’ютерних моделей. Цей крок означає, що тестування на тваринах – наприклад, ліків – лишатиметься стандартом для вчених.

Є також дві чудові новини про світло:

• Перша полягає в тому, що світло може мати масу. Виявлення цієї маси може суттєво вплинути на наше розуміння фізики та Всесвіту. Згідно з розрахунками, верхня межа цієї маси становить 9,52×10^-46 кілограмів, і нехай вас не вводить в оману слово "кілограми", оскільки це значення надзвичайно мізерне.
• По-друге, ми тепер, здається, знаємо точну форму фотона, окремої частинки світла. Науковці шукали відповідь на зовсім інше питання, але його розгадка дала "побічний ефект": математичну формулу, яка фактично дозволила описати конкретні межі фотона й дізнатися, яку форму він має.

Форма фотона з позначеними полями електромагнетизму / Фото Бенджамін Юен

Що сталося з Аресібо

Окремим і останнім пунктом цих підсумків згадуємо про обсерваторію Аресібо. Це був надзвичайний науковий інструмент, який давав нам масу цінних знань про космос. Але у 2020 році після тривалих проблем телескоп був зруйнований: важкий прилад, який нависав над гігантською тарілкою на тросах, обірвався й упав донизу, розбивши поверхню тарілки. Довгий час ціла команда експертів досліджувала це питання й нарешті у 2024 році випустила книгу на майже 100 сторінок про те, чому обсерваторія зазнала краху.

Обсерваторія Аресібо навесні 2019 року, ще до обриву кабелів / Фото UCF Today

Як з'ясувалося, вона зруйнувалась через поєднання гнилого цинку в кабельних гніздах телескопа та попередніх пошкоджень від урагану "Марія". Фактично кабелі більше не могли втримати важкий прилад у центрі, підвішений на тросах.

Один із кабелів звисає донизу після обриву. Знімок з дрона зроблено 6 листопада 2020 року / Фото UCF Today

Кабелі почали виходити з ладу задовго до обвалу, але на це, судячи з усього, не звертали уваги. Ніхто не робив досліджень, не створював звітів із висновками про зношення цинку в кабельних гніздах.

Комітет дійшов висновку, що "послідовність руйнувань" тривала 39 місяців і почалася з наслідків урагану "Марія" у вересні 2017 року. Згідно зі звітом, перевірки, проведені після урагану, виявили ознаки зісковзування кабелю, але ніхто не проводив подальших розслідувань і не реагував на проблему.

Але це ще не все. Крім того, що цинк сам по собі був "повзучим", як це називають учені, його руйнація прискорилася в умовах унікально потужного електромагнітного випромінювання телескопа Аресібо. Тобто телескоп певною мірою зруйнував сам себе. Прилад упав донизу, утворивши в тарілці діру розміром 30 метрів.

На жаль, відновленню Arecibo не підлягає і буде перетворений на освітній центр.