2024 год в науке: важнейшие открытия и события, которые всколыхнули мир

Плодотворный год науки

Этот год был весьма богат научными открытиями. Ученые сделали несколько прорывов в термоядерной энергетике, нашли неизвестные ранее виды вымерших людей, наконец разгадали главную тайну тихоходов, а также объявили начало солнечного максимума, удивив все ученое сообщество. 24 Канал собрал самое интересное.

Смотрите также Самые громкие события и открытия мира технологий в 2024 году

Проблемы с водой

В течение всего года различные группы ученых говорили о проблемах водного баланса на Земле. Выяснилось, что круговорот воды вышел из равновесия впервые в современной истории. Исследователи заявили, что мы больше не можем полагаться на осадки.

Изменение климата и нерациональное использование водных ресурсов настолько навредили мировой водной системе, что теперь более половины мирового производства пищи находится под угрозой краха в ближайшие 25 лет. Почти 3 миллиарда человек теперь находятся в районах, которым грозит засуха и неурожай. Все это будет стоить нам 8% мирового ВВП к 2050 году.

Ученые также обнаружили, что запасы пресной воды на поверхности быстро сокращаются по всей планете, равно как и подземных вод. Глобальное потепление приводит к тому, что атмосфера удерживает больше водяного пара вместо дождя. Это накопление впоследствии приводит к более экстремальным осадкам, когда за один раз выпадает огромное количество воды, вместо того, чтобы выпадать постепенно порциями. Хотя общее годовое количество дождя и снега может не измениться кардинально, долгие периоды между осадками позволяют почве высыхать и становиться более сжатой. Это уменьшает количество воды, которую земля может поглотить во время дождя. Вода просто стекает вместо того, чтобы впитываться и пополнять запасы подземных вод.

Эксперты видят, что повышение температуры увеличивает испарение воды с поверхности в атмосферу, а также увеличивает водоудерживающую способность атмосферы, увеличивая частоту и интенсивность засушливых условий.

Все это приводит к общему осушению планеты, вызванному изменением климата. Засушливость уже затрагивает 40% сельскохозяйственных угодий мира, угрожая усилением лесных пожаров, упадком сельского хозяйства и миграцией. К 2100 году от этого может пострадать пять миллиардов человек.

Термоядерная энергетика продолжает развитие

В этом году у нас было очень много интересных прорывов в сфере термоядерной энергетики, которая может дать нам фактически безграничный источник энергии – дешевой, экологической, безопасной.

• Прежде всего, крупнейший в мире термоядерный реактор ITER наконец завершен, однако он не заработает еще лет 15. Проблема в том, чтобы обеспечить необходимые давление и температуру, на что ученым нужны еще дополнительные исследования.
• Летом выяснилось, что ограничение термоядерного синтеза, которое считали законом, было ошибкой. Дело в том, что так называемый предел Гринвальда был измерен на конкретном реакторе, который показывал определенные предельные результаты. Но теперь оказалось, что этот предел отодвигается, в зависимости от характеристик реактора. Таким образом на другом реакторе предел Гринвальда превзошли в десять раз.
• В апреле южнокорейский термоядерный реактор разогрел плазму до 100 миллионов градусов и смог удерживать ее рекордно долгое для такой температуры время. Использование вольфрамовых диверторов позволило повысить эффективность и достичь лучших результатов, чем на других установках. Ученые смогли удерживать плазму в течение рекордных 48 секунд. Предыдущий рекорд принадлежал этому же реактору – он продержался 31 секунду.
• В другом случае на реакторе во Франции плазму разогрели на 50 миллионов градусов по Цельсию, удерживая ее в течение шести минут.
• Тем временем британский реактор побил рекорд производства энергии – 69,26 мегаджоуля, что превышает предыдущий рекорд этой же установки в 59 мегаджоулей.
• Ученые также открыли новый метод контроля плазмы, который повышает безопасность реактора, и изобрели мощные высокотемпературные магниты, которые улучшают работу реакторов.

ITER во Франции уже достроен / Фото ITER

Археология

Не сидели, сложа руки, и археологи. Вот несколько важных открытий, о которых они объявили в 2024 году:

• Прежде всего, в этом году искусственный интеллект помог найти место захоронения древнегреческого философа Платона. Он смог прочитать текст на обугленном папирусе, найденном в Геркулануме. Также археологи считают, что нашли виллу, где умер первый император Рима. Оказалось, что это здание, описание которого содержится в древних записях, расположено недалеко от Везувия. Там Август умер за 62 года до извержения вулкана.
• Этот год также принес нам весьма много реконструкций древних лиц. Ученые применяли совокупность различных методов – от цифрового сканирования до ручной лепки – чтобы воссоздать внешность неандертальцев, мумии древнего египтянина и более современных людей, среди которых были как простолюдины, так и знатные особы. Буквально едва ли не каждый месяц мы получали одну-две реконструкции от разных команд ученых.
• Была найдена самая древняя в мире резная фигурка лошади, которой 35 000 лет. Она создана в эпоху верхнего палеолита.
• В Средиземном море обнаружили один из старейших известных кораблей, ему более 3000 лет.
• Рядом с Ватиканом раскопали древний сад римского императора Калигулы возрастом 2000 лет.
• Новые раскопки в Помпеях показали, что извержение Везувия было не единственной катастрофой в тот момент, ведь его сопровождали сильные землетрясения, которые погубили часть жителей города, заваливая их обломками прямо в домах.
• Осенью ученые объявили о невероятном эксперименте: тысячелетнее семя, которое нашли в Иудейской пустыне, проросло и стало деревом, которое упоминается в Библии, но сегодня является вымершим.

Но самым важным открытием стало то, что ученые, кажется, поняли, как построили не только самую первую египетскую пирамиду, но и как их строили в целом в более поздние периоды. Хотя загадка разгадана не полностью, археологи говорят, что отыскали ключевой ее элемент. Они обнаружили высохший рукав реки Нил под названием Ахрамат, который протекал рядом с более чем 30 пирамидами между 4700 и 3700 годами назад. Эта река позволяла транспортировать блоки к местам строительства. Это объясняет, почему 31 пирамида была построена заметной цепочкой вдоль ныне негостеприимной пустынной полосы в долине: просто раньше там была река, которая позволяла людям выживать и транспортировать. Но поскольку она исчезла, люди веками придумывали различные теории о том, как же строились пирамиды.

На самом строительстве, возможно, работала "современная гидравлическая система", состоящая из плотины, водоочистной станции и гидравлического грузового лифта, которые питались энергией реки. Ученые нашли по крайней мере возле одной пирамиды "загадочное укрытие", которое могло работать как структура, улавливавшая отложения и воду.

Также в этом году произошло весьма драматическое разрушение Титаника: обрушилась одна из самых легендарных частей корпуса – перила, фигурирующие в знаменитой сцене из фильма о затонувшем корабле.

Носовая часть с разрушенной секцией / Фото RMS Titanic, Inc

Сквозь толщу воды можно разглядеть перила, лежащие на дне океана / Фото RMS Titanic, Inc

• Также ученые смогли разгадать таинственный код из древних храмов Ассирийской империи, который не давал ученым покоя еще с девятнадцатого века. Исследование показало, что символы могут ссылаться на созвездие и царя, таким образом делая его имя бессмертным.
• В Китае нашли мастерскую древней цивилизации, известной умением работать с самоцветами, а в лесах Амазонки отыскали огромную сеть древних городов, основанных еще до нашей эры. В Аравийской пустыне нашли гигантскую крепость бронзового века: ей 4000 лет, она окружала более 1000 гектаров территории и включала 180 бастионов.
• Также выяснилось, что знаменитое золотое Сокровище Вильены, обнаруженное археологами в 1963 году, частично сделано из инопланетного металла. Исследования этого года показали, что железо, используемое в двух артефактах, происходит от метеорита, который упал на Землю около 1 миллиона лет назад.
• Наконец, теперь ученые уверены, что нашли причину упадка цивилизации майя. Главную вину они возлагают на длительную засуху, которая в свою очередь вызвала гражданские конфликты и политический коллапс. В результате этих процессов люди из крупных городов, вероятно, отступили в более мелкие и безопасные поселения.

Палеонтология

Не менее интересного случилось и в палеонтологии, которая несколько схожа с археологией, но изучает вымершие организмы.

• Одним из самых интересных открытий стало то, что многоклеточная жизнь оказалась несколько старше, чем мы всегда думали. Новые окаменелости отодвигают время ее появления на 70 миллионов лет назад. Таким образом, теперь мы знаем, что 1,65 миллиарда лет назад жизнь перешла от одноклеточных форм к более сложным.
• Другое открытие уточнило время появления жизни на Земле. Согласно ему, общий предок всех живых организмов на Земле появился 4,2 миллиарда лет назад, а не 3,9 миллиарда лет назад. Бактерия LUCA была похожа на прокариоты, не зависела от кислорода и имела раннюю иммунную систему, что указывает на то, что она уже тогда боролась с вирусами.
• Также нашли древнейшего предка всех млекопитающих, раскрыв также место их происхождения. Ученые не смогли установить его точный вид, потому что останки очень фрагментированы. Они только отнесли его к группе горгонопсисов, которая включает в себя целый ряд родов, видов и подотрядов. Как бы то ни было, а это было четвероногое позвоночное существо.
• Летом был найден один из старейших скелетов динозавров в истории, а также выяснилось, что тиранозавры могли быть значительно больше, чем мы все время думали. Кроме того, ученые подтвердили существование "нанотиранозавров", о которых давно спорили. Многие считали, что найденные останки принадлежат детенышам тиранозавров, но теперь мы знаем, что это отдельный вид – просто очень похожий, но миниатюрный.
• Что касается растительного мира, то был найден самый старый пример фотосинтеза, окаменелые останки дерева возрастом 350 миллионов лет, которое до сих пор не встречалось в летописи окаменелостей, и раскопан самый старый окаменелый лес, который показал, какими были ландшафты древней Земли.
• А в Антарктиде впервые обнаружили янтарь, который рассказал ученым о существовании лесов в далеком прошлом на этой территории. Хотя сегодня материк укрыт льдом, очень давно он был зеленым и давал приют многочисленным животным.

Исследование вымерших видов людей

Кое-что интересное было и в сфере исследования нас самих, людей. Объявление, сделанное в начале 2024 года, предполагает, что Homo sapiens появились в Европе раньше, чем считалось до сих пор, и что мы сосуществовали с неандертальцами в Европе более 5000 лет.

Также в этом году мы узнали, как людям удалось выжить после того, как 900 тысяч лет назад они почти вымерли из-за резкого изменения климата, к которому никто не был готов. Согласно результатам геномного исследования, предки современного человечества в определенный момент истории сократились до популяции, едва насчитывавшей 1300 особей. Это поставило нас на грань разрушения в так называемом "узком месте", как его называют ученые.

Невероятную находку сделали археологи на территории современной Украины, глубоко в осадочных породах археологического памятника Королево, что на западе. Они раскопали каменные орудия, которые изготовили не современные люди, а, вероятно, вид Homo erectus 1,4 миллиона лет назад. И это буквально переписывает историю миграции людей: ученые говорят, что эти артефакты могут быть древнейшими достоверными свидетельствами присутствия человека в Европе. И, напомним, они именно в Украине.

Артефакты из Королево / Фото Яна Плавец, Отдел внешних связей Аппарата CAS/Роман Гарба/Виталий Усик

Погода сошла с ума

В июне ученые объявили, что прошел целый год, в котором каждый месяц побил температурные рекорды. То есть условный январь стал самым теплым январем с момента начала наблюдений. Затем февраль, март и так далее. 21 июля стало самым теплым днем, когда-либо зарегистрированным в мире.

2024-й точно назовут самым теплым годом с начала наблюдений. Об этом уже говорят, хотя и ждут официального завершения года и подведения итогов. Ученые также говорят, что мы уже пересекли границу в 1,5 градуса, предусмотренную Парижским климатическим соглашением. К сожалению, нам не удалось сдержать потепление в желаемых рамках, поэтому впереди нас ждут очень тяжелые годы, которые будут сопровождаться вымиранием целых экосистем и видов животных, разрушением пищевых цепей, тепловыми волнами, засухами, падением урожайности и т.д. Однако пока предел в 1,5 градуса пересекли не все месяцы. Поэтому встретимся в итогах 2025 года.

• Тем временем Венесуэла потеряла свой последний ледник, став первой постледниковой страной в Андах.
• Весенние цветы начали расцветать на несколько недель раньше, нарушая важные циклы. Поскольку пчелы за тысячи, если не миллионы лет успели привыкнуть к определенному времени пробуждения цветов, то они прилетают на опыление уже после того, как цветы завяли, так и не дождавшись своих опылителей. Это потенциально может привести к вырождению и вымиранию целых видов.
• Наряду с этим ураганы достигли такой мощи, что нам нужно внедрить новую категорию – имеющихся уже недостаточно. В этом году ураганы в США показали, что их сила растет с каждым годом. Причиной является глобальное потепление.

О, и есть хорошие новости: страны G7 откажутся от угля уже к началу 2030-х годов. Надеюсь, с этим человечество справится лучше, чем с соглашением о сокращении выбросов, которое мы полностью провалили. К сожалению, отказ от угля – это капля в море.

Солнечный максимум уже здесь

NASA и NOAA объявили о достижении солнечного максимума в рамках текущего 25-го цикла активности. 

Наше Солнце живет в нескольких разных циклах. Самым важным и наиболее влиятельным для нас является 11-летний цикл активности, который заключается в колебании от незначительной (солнечный минимум) до высокой (солнечный максимум) активности. Это длительный процесс нарастания и убывания, каждый из которых отдельно длится по 5,5 года.

Хотя мы и знаем приблизительные временные рамки этого процесса, наши технологии не способны предсказать его точное начало и завершение. Современная наука может только делать выводы из текущих наблюдений, то есть постфактум. Согласно данным от октября, наша заря уже достигла максимальной фазы.

Заявление ученых стало для всех большой неожиданностью. Хотя многие эксперты подозревали, что максимум наступил еще в начале года или около того, но исследователи обычно не делают подобных объявлений, пока эта активная фаза не начнет сворачиваться. Они ждут несколько месяцев после того, как солнечная активность начнет снижаться, чтобы объявить точные даты начала и окончания солнечного максимума. Необычно раннее объявление могло быть вызвано серией экстремальных космических погодных явлений, которые мы наблюдали с мая.

Ученые говорят, что худшие проявления солнечной активности могут быть еще впереди, в том числе и потому, что мы приближаемся к так называемой "зоне боевых действий Солнца", когда магнитное поле зари находится в особом состоянии. В целом максимум продлится около года, вызывая солнечные пятна, вспышки, корональные выбросы массы и магнитные бури здесь, на Земле.

Стоит отметить, что незадолго до этого объявления, а именно в августе, ученые зафиксировали рекордное количество солнечных пятен, видимых одновременно, в текущем солнечном цикле.

Магнитные бури бьют рекорды

В 2024 году Солнце продемонстрировало значительную активность, что привело к сильным солнечным вспышкам, корональным массовым выбросам и геомагнитным бурям на Земле. Самые мощные инциденты мы наблюдали в мае, когда Солнце выпустило вспышку класса X8.7. Хотя она была не самой мощной в этом году (ее сначала превзошла вспышка класса X9.7, а затем X12, которая произошла с противоположной стороны Солнца), все же этот майский взрыв вызвал настолько сильную магнитную бурю, что полярные сияния дошли и даже перешагнули экватор планеты!

Свидетели тогда сфотографировали сияния аж в Новой Каледонии, что в Южном полушарии. Последний раз полярные сияния в этом регионе наблюдались во время события Кэррингтона (X45) в сентябре 1859 года, которое было катастрофически сильным магнитным штормом, который привел к значительным последствиям для тогдашних примитивных технологий.

В этом году буря побила не только рекорды этого цикла активности, но и стала самой сильной за более чем 20 лет.

Южное полярное сияние в Новой Каледонии / Фото Фредерик Демулен

Южное полярное сияние в Новой Каледонии / Фото Фредерик Демулен

Геомагнитная буря в мае была настолько сильной, что магнитные возмущения также были зафиксированы обсерваториями на морском дне возле атлантического и тихоокеанского побережья Канады на глубине до 4,3 километра, но сильнее всего на глубине 25 метров.

И коротко о другом главном

Ученые много лет исследуют тихоходов, чтобы одолжить у них их уникальные способности – возможность переносить самые экстремальные условия, такие как радиация, холод, жара, вакуум и прочее. Если нам удастся это сделать, мы сможем улучшить наши пищевые культуры, повысив их устойчивость к болезням и неблагоприятным погодным условиям. 

• Наконец в этом году ученые нашли три ключевых механизма, которые управляют устойчивостью к радиации, что открывает возможности генетической модификации самих людей для дальних космических полетов и колонизации планет, не имеющих мощного магнитного поля и атмосферы. Выяснилось, что тихоходы комбинируют эти три механизма: нейтрализацию вредных молекул, быстрое восстановление и обеспечение энергией.
• Еще одно исследование раскрыло возможность тихоходов легко переносить полное отсутствие воды. Авторы статьи, вышедшей в январе 2024 года, говорят, что нашли гены, которые отвечают за эту способность, а значит теперь мы можем с ними экспериментировать.

Также в 2024 году исследователи выяснили, что бездумная выкачка подземных вод повлекла перераспределение массы на Земле. Это замедлило скорость ее вращения и сместило ось. Распределение воды влияет на ось вращения Земли, подобно изменению точки тяжести на волчке: разместите вес не там, и вся конструкция просто упадет. Поскольку Земля в космосе упасть не может, то ее ось переместилась на 80 сантиметров. Это немного, но если так будет продолжаться и дальше, результаты могут быть весьма драматичными, изменяя количество тепла, которое попадает на планету. Также безответственное использование воды влияет на уровень мирового океана, повышая его.

В июне ученые объявили, что эволюция может быть не такой случайной, как мы думали, она имеет определенные предсказуемые элементы, по крайней мере, в некоторых случаях. Исследование палочкокрылых насекомых показало, что эволюция их камуфляжа происходит предсказуемым образом. Но работает ли это для других живых организмов пока неясно.

Также выяснилось, что пресная вода появилась на Земле уже через 200 миллионов лет после формирования планеты, а континенты – через 600 миллионов лет. Ученые обнаружили минералы цирконы с признаками пресной воды, что указывает на появление участков суши, поскольку одно без другого существовать не могло. Цирконы датируются от 1,85 до 4 миллиардов лет назад. Это идет вразрез с тем, как мы раньше представляли процесс образования нашей планеты.

Печальной новостью стало то, что Агентство по охране окружающей среды США отменило план, согласно которому до 2035 года планировался запрет тестирований на млекопитающих и переход к компьютерным моделям. Этот шаг означает, что тестирование на животных – например, лекарств – останется стандартом для ученых.

Есть также две отличные новости о свете:

• Во-первых, свет может иметь массу. Обнаружение этой массы может существенно повлиять на наше понимание физики и Вселенной. Согласно расчетам, верхний предел этой массы составляет 9,52×10^-46 килограммов, и пусть вас не вводит в заблуждение слово "килограммы", поскольку это значение чрезвычайно мало.
• Во-вторых, теперь мы, кажется, знаем точную форму фотона, отдельной частицы света. Ученые искали ответ на совершенно другой вопрос, но его разгадка дала "побочный эффект": математическую формулу, которая фактически позволила описать конкретные границы фотона и узнать, какую форму он имеет.

Форма фотона с обозначенными полями электромагнетизма / Фото Бенджамин Юэн

Что случилось с Аресибо

Отдельным и последним пунктом этих итогов вспоминаем об обсерватории Аресибо. Это был необычный научный инструмент, который давал нам массу ценных знаний о космосе. Но в 2020 году после длительных проблем телескоп был разрушен: тяжелый прибор, который нависал над гигантской тарелкой на тросах, оборвался и упал вниз, разбив поверхность тарелки. Долгое время целая команда экспертов исследовала этот вопрос и наконец в 2024 году выпустила книгу на почти 100 страниц о том, почему обсерватория потерпела крах.

Обсерватория Аресибо весной 2019, еще до обрыва кабелей / Фото UCF Today

Как выяснилось, она разрушилась из-за сочетания гнилого цинка в кабельных гнездах телескопа и предыдущих повреждений от урагана Мария. Фактически, кабели больше не могли удерживать тяжелый прибор в центре, подвешенный на тросах.

Один из кабелей свисает вниз после обрыва. Снимок с дрона сделан 6 ноября 2020 года / Фото UCF Today

Кабели начали выходить из строя задолго до обвала, но на это, судя по всему, не обращали внимания. Никто не проводил исследований, не создавал отчетов с выводами об износе цинка в кабельных гнездах.

Комитет пришел к выводу, что "последовательность разрушений" длилась 39 месяцев и началась с последствий урагана Мария в сентябре 2017 года. Согласно отчету, проверки, проведенные после урагана, выявили признаки соскальзывания кабеля, но никто не проводил дальнейших расследований и не реагировал на проблему.

Но это еще не все. Помимо того, что цинк сам по себе был "ползучим", как это называют ученые, его разрушение ускорилось в условиях уникально мощного электромагнитного излучения телескопа Аресибо. То есть телескоп в определенной степени разрушил сам себя. Прибор упал вниз, образовав в тарелке дыру размером 30 метров.

К сожалению, восстановлению Аресибо не подлежит и будет преобразован в образовательный центр.