10 наиболее интересных российских научных открытий 2013 года

В течение всего 2013 года корреспонденты «Научной России» внимательно следили за научной жизнью нашей страны и мира. Представляем вашему вниманию подборку наиболее интересных открытий, сделанных в уходящем году отечественными учёными или при их участии.

Третий радиационный пояс Земли

Почти полвека считалось, что Землю окружают два радиационных пояса: внутренний (на высоте от 1600 до 13 тыс. км) и внешний (на высоте от 19 до 40 тыс. км.). Третий был недавно обнаружен на внутреннем крае внешнего пояса на высоте от 19 до 22 тысяч километров от Земли. Состоит он исключительно из энергичных, ультрарелятивистских электронов (с энергиями более 2 мегаэлектронвольт), обладающих высокой проникающей способностью. Это открытие было сделано международной группой учёных под руководством выпускника МФТИ, в настоящее время профессора Сколковского института науки и технологий Юрия Шприца при участии сотрудников НИИ ядерной физики имени Д.В. Скобельцына Московского государственного университета. Радиационные пояса Земли могут представлять серьёзную угрозу для спутников и космических кораблей, вызывая как незначительные сбои аппаратуры, так и полный выход ее из строя. «Лучшее понимание природы излучения в околоземном пространстве поможет защитить людей и аппаратуру от радиационного воздействия», – отметил Юрий Шприц.

Челябинский метеорит

Взорвавшийся в середине февраля над Челябинском метеорит дал российским специалистам обильный материал для исследований. Астроном Виктор Гроховский из Уральского федерального университета и его научный коллектив быстро рассчитали траекторию падения метеорита и смогли определить то место, куда угодила большая часть его осколков —озеро Чебаркуль. Опираясь на эти расчеты, экспедиция Гроховского смогла извлечь из озера и с прилегающих к нему территорий сперва 5,5 килограммов осколков, а затем и крупный фрагмент со дна Чебаркуля массой в 570 килограмм. Благодаря небесному пришельцу, Виктор Гроховский попал в десятку самых заметных мировых ученых уходящего года, по версии журнала Nature.
В свою очередь, геохимики из Российской академии наук выяснили «биографию» этого бывшего 20-метрового астероида. Анализы его фрагментов, проведенные в Институте геохимии и аналитической химии имени Вернадского РАН, показали, что по своему составу челябинский «гость» относится к классу обыкновенных хондритов. По мнению специалистов из ГЕОХИ, возраст астероида составлял 4,56 миллиарда лет, что примерно равно возрасту Солнечной системы. Этот космический объект некогда откололся от относительно крупного «прародителя». Вдобавок астероид примерно 290 миллионов лет назад попал в «ДТП», столкнувшись с другим космическим телом — на это указал изотопный состав остатков астероида.  Ученые из Института геологии и минералогии Сибирского отделения считают, что по пути к Земле астероид, возможно, пролетел очень близко от Солнца. Они определили, что некоторые фрагменты астероида несут следы процессов плавления и кристаллизации, имевших место задолго до падения этого тела на Землю.

 Собаки могут различать цвета

Российские учёные доказали, что, вопреки распространенному заблуждению, собаки способны различать цвета. Команда исследователей из Лаборатории сенсорной обработки информации при Российской академии наук экспериментально установила, что наши четвероногие друзья способны воспринимать ограниченный цветовой диапазон и отличать объекты одинаковой формы друг от друга.
В ходе опыта с участием восьми собак различных пород учёные помещали листы бумаги определённых цветов (тёмно-синего, тёмно-жёлтого, светло-жёлтого и голубого) над мисками с кормом в отдельных ящиках. Так, тёмно-жёлтый лист они повесили над миской с сырым мясом. Вначале животные могли ознакомиться с содержимым всех кормушек и соотнести его с цветами листов, размещённых рядом. Трёх подходов оказалось достаточно для того, чтобы каждый пёс запомнил, что тёмно-жёлтый цвет указывает на самое вкусное (в других кормушках мяса не было). Следующим этапом исследователи решили проверить, ориентируются животные на яркость, или всё-таки на цвет. Они предложили собакам выбрать между светло-жёлтым и голубым цветами, одинаковым по яркости. Однако каждая собака выбрала светло-жёлтый лист, что свидетельствует о том, что их выбор основан на цвете.
Таким образом, отмечают авторы исследования, результаты эксперимента говорят о том, что собаки, конечно, различают яркость предметов, однако в условиях естественного освещения больше ориентируются именно на цвета. Ранее дрессировщики собак избегали использования окрашенных предметов, чтобы не сбивать с толку своих подопечных. Однако теперь, по мнению учёных, кинологи смогут более эффективно решать различные задачи, связанные с узнаванием тех или иных объектов.

Квазичастица, умеющая считать

Квазичастицу левитон открыли французы. Но теоретически она была предсказана российским физиком Леонидом Левитовым, в честь которого и получила своё название. Квазичастицы представляют собой точечные возбуждения среды, которые ведут себя в некоторых случаях как квантовые частицы и имеют с ними ряд сходств и различий. Ранее не раз предполагалось, что применение квазичастиц поможет в создании квантовых компьютеров, которые в разы мощнее «классических», и для вычислений используют принципы квантовой механики.
Именно в этом направлении вела свой поиск группа исследователей из французского Института излучения и материи под руководством Жюли Дюбуа (JulieDubois). Им удалось экспериментально подтвердить теорию Леонида Левитова, бывшего сотрудника Института теоретической физики имени Ландау, предложенную им в 1996 году. Он предсказал, что, воздействуя на море Ферми (совокупность электронов в наноэлектроде) электрическим импульсом определённого типа, можно вызвать возбуждение лишь одного отдельного электрона из множества его «собратьев». Этот электрон создаст направленную высокоустойчивую волну – солитон, одну из разновидностей которого Дюбуа и её коллеги в своей статье назвали левитоном.

 

Океан на Марсе

Сейчас на поверхности Красной планеты работает американский марсоход Curiosity, на борту которого, в числе прочих научных приборов, расположен российский детектор нейтронов ДАН. Главной задачей этого аппарата является поиск на Марсе воды или хотя бы свидетельств её наличия в прошлом. Между тем специалисты Института космических исследований РАН, где был спроектирован детектор, нынешней осенью сообщили, что в результате их исследований было достоверно установлено: когда-то у нашей планеты-соседа имелся целый океан воды.  Было это около трёх миллиардов лет назад – эта эра в истории Марса носит название Гесперийской. По словам научного сотрудника ИКИ Михаила Иванова, этот водоём имел округлую форму и был расположен в районе так называемой равнины Утопия. По мнению планетологов, он имел импактное происхождение, то есть был образован при столкновении с поверхностью Марса крупного небесного тела.

Возможный предок всех многоклеточных животных

Учёные биологического факультета Московского государственного университета и их коллеги получили данные, которые могут помочь ответить на один из фундаментальных вопросов современной биологии: кто был общим предком многоклеточных животных? Согласно гипотезе ведущего научного сотрудника факультета Елены Темеревой, черты этого прародителя следует искать в форонидах – мелких животных, очень трудно поддающихся классификации.
Форониды определяют состав многих донных сообществ в Мировом океане, а их личинки являются заметной частью планктона. Но основной интерес представляет их строение, которое, по сути, представляет собой комбинацию признаков, свойственных для первичноротых и вторичноротых животных. Первая группа включает такие типы, как круглые черви, моллюски, членистоногие. Вторая же объединяет иглокожих (морские звезды, морские ежи), полухордовых, хордовых. Отличие, давшее название этим двум группам, наблюдается на ранних стадиях эмбрионального развития. Бластопор – первое отверстие, посредством которого полость тела зародыша сообщается с внешней средой у первичноротых, впоследствии становится ртом; у вторичноротых рот развивается из дополнительного отверстия, появляющегося на более поздней стадии.
Елена Темерева совместно с Евгением Цитриным из Института биологии развития РАН и австрийцем Андреасом Ваннингером из Венского университета изучили нервную и мускульную систему форонид и пришли к выводу: животные сохранили черты, которые могли быть свойственны общему предку обеих групп.

 Жизнь под многокилометровой толщей льда

Одним из достижений российских учёных в 2012 году, безусловно, стало успешное бурение скважины к антарктическому озеру Восток, скрытому под многокилометровой толщей льда. А в 2013 году наши специалисты доказали: даже в таких местах на Земле возможна жизнь.
«Подледниковое озеро Восток: обнаружен новый тип бактерий» – так был озаглавлен пресс-релиз Арктического и Антарктического научно-исследовательского института Росгидромета (ААНИИ), вышедший 11 марта уходящего года. Об этом заявили начальник Российской антарктической экспедиции Валерий Лукин и заведующий лабораторией крио- и астробиологии Петербургского института ядерной физики Сергей Булат. А в июле и американские учёные, получившие образцы льда озера Восток, заявили об обнаружении в них генетического материала бактерий, часто сопутствующих морским моллюскам, ракообразным и даже рыбам. Находка особо ценна тем, что антарктическое озеро является единственным в своём роде аналогом подлёдных океанов на ледовых спутниках Юпитера (Европа, Ганимед, Каллисто) или Сатурна (Энцелад).
Работами на озере Восток заинтересовались не только биологи, но и физики. Дело в том, что полученный при бурении лёд образовывал очень чистые, прозрачные и необычайно крупные кристаллы (размером в несколько метров), имеющие исключительно правильную форму.

Пирамиды, которых боится теория

Пирамиданы – так называются элементоорганические соединения, в изучении которых совершили прорыв химики японского университета Цукубы и наши соотечественники из НИИ физической и органической химии Южного федерального университета. Основываясь на расчётах, произведённых ростовчанами, учёные Страны восходящего солнца смогли синтезировать два таких вещества.
Ещё 35 лет назад младший научный сотрудник Ростовского университета, а ныне завлаб НИИ ФОХ ЮФУ Руслан Миняев теоретически обосновал возможность существования удивительной неклассической структуры органического соединения с  пирамидальным тетракоординированным атомом углерода. За форму молекулы, похожую на пирамиду Хеопса, гипотетическое вещество назвали «пирамиданом»; его номенклатурное название – тетрациклопентан. Классическая теория отвергает возможность существования подобной структуры, но проведённые квантовомеханические расчеты, сначала на простейшем доступном в то время уровне, а затем и с использованием высоких уровней приближения, подтвердили правильность предположения. Сам пирамидан 1 – архетип органических структур с пирамидальным углеродом – до сих пор не получен. Однако в результате недавнего совместного исследования научный сотрудник НИИ ФОХ Ольга Гапуренко теоретически рассчитала, а её коллеги из Цукубы синтезировали два ближайших аналога этого соединения – пирамиданы 2 и 3, в которых один из атомов углерода заменён германием или оловом.

Разрыв спинного мозга излечим

Значительный шаг вперёд в лечении считающихся сейчас безнадёжными травм сделала группа учёных под руководством заслуженного изобретателя РФ, доктора медицинских наук, профессора Красноярского государственного медицинского университета Игоря Большакова. Им удалось в 95-процентном объёме восстановить функциональность опорно-двигательной и иных систем крысы, обездвиженной в результате полного разрыва спинного мозга.
Это стало возможным благодаря нейрональной матрице, способной свободно интегрироваться в места разрыва спинного мозга. Она была создана красноярскими биотехнологами в результате экспериментов с эмбриональными стволовыми клетками. «После пересадки в спинной мозг крысы матрицы с предшественниками клеток центральной нервной системы, полученных из стволовых клеток мыши, мы наблюдаем животное в течение двадцати недель. В срок после третьей недели в крупных суставах задних конечностей, которые были полностью парализованы, начинаются движения. Через четыре недели мы уже видим явное начало восстановления, в том числе в восстановлении функций желудочно-кишечного тракта и мочеполовой системы. Восстановление прогрессирует в течение двадцати недель и выходит на фазу стабильности, к этому времени мы уже вновь наблюдаем отсутствовавшие ранее функции спинного мозга: полноценное движение животных, чувствительность мягких тканей ниже травмы спинного мозга, работают все внутренние органы», – рассказал профессор Большаков.
Следующей задачей красноярских ученых станет подготовка подобной матрицы для человека. Они планируют проследить в искусственных системах, что происходит с матрицей, когда в неё вводятся стволовые клетки человека, получающие химические сигналы извне. Готовый бесклеточный продукт по возможности будет сертифицирован. В дальнейшем они рассчитывают получить разрешение на трансплантацию матрицы с предшественниками нервных клеток пациента в его спинной мозг.

Протеом человека как итог года

Российские учёные в рамках международного проекта «Протеом человека» успешно завершили инвентаризацию основных белков, кодируемых генами 18-й хромосомы. Этот проект выполняется с 2010 года и является масштабным продолжением завершившегося в 2001 году проекта «Геном человека». В соответствии с хромосомоцентричным подходом, основная его цель – инвентаризация всех белков человека в соответствии с кодирующими их генами и выяснение взаимодействий между ними. Предполагается, что накопленные знания будут способствовать созданию дешёвых и доступных методов ранней диагностики самых разных заболеваний.
«Россия в рамках международного проекта выбрала 18-ю хромосому и, согласно дорожной карте, к концу 2013 года должно было быть закончено исследование основных (немодифицированных) белков. Что и было сделано», – сообщила Елена Пономаренко, заведующая лабораторией анализа постгеномных данных НИИ биомедицинской химии имени Ореховича РАМН. По её словам, более 90% кодируемых на 18-й хромосоме (250 из 277) белков было идентифицировано в образцах (плазме крови, клетках печени человека и клетках линии HepG2) до ноября нынешнего года участниками российского консорциума. Эти результаты представлены в отчетной публикации в Journal of Proteome Research. За ноябрь и декабрь с помощью модифицированного протокола подготовки образцов удалось дополнительно обнаружить ещё 18 белков.
«На данный момент не удалось детектировать только 9 белков из 277. Вероятно, это следствие недостатка чувствительности аналитических методов, отсутствия экспрессии этих белков в выбранных типах биоматериала или ещё каких-то причин – пока неизвестно», – сказала Пономаренко.

Основой появления физики как самостоятельной науки в России было естествознание. Желание людей объяснить с научной точки зрения явления окружающего мира переросло в систему многочисленных опытов и доказательств. Рождением физики как самостоятельной науки можно считать 1725 год, когда была создана первая Академия Наук в Санкт-Петербурге.

Преподавателями в Академии стали известные ученые из стран Европы. Они внесли огромный вклад в развитие науки и воспитали большое количество учеников, ставших впоследствии светлыми умами российской физики, и оставивших свой след в мировой истории физической науки. Первыми преподавателями в академии стали Х. Мартини, Г. Бильфингер и Л. Эйлер.

В те годы в Академии работало много замечательных ученых, в их число входили Иоган Лейтман, который занимался темами оптики и применением сверхточных весов. Исаак Брюкнер и Иван Кулибин, который создал много интересных и полезных изобретений. Георг Крафт занимался обустройством физического кабинета и созданием условий для проведения экспериментов, помимо этого он интересовался астрологией и метеорологией, составлял календари и прогнозы погоды

М. В. Ломоносов преподавал в Петербургской Академии химию, но вместе с тем читал лекции по физике на русском языке, переводил книги иностранных ученых физиков, написал ряд интересных научных трудов в области физики о теории атомно-молекулярного состава вещества, механической теории тепла и оптике. Он изобрел некоторые приборы и ставил опыты с использованием атмосферного электричества. Его по праву можно считать основоположником русского научного языка и терминологии.

Огромный вклад привнесли в развитие физики в России немцы. Их плодотворное сотрудничество с нашими учеными продолжалось вплоть до прихода к власти Гитлера, что произошло в самый расцвет физических изысканий и нанесло невосполнимый урон последующему развитию российской науки.

Большую роль для российской физики сыграли работы иностранных ученых Гейзенберга, Борна, Иордана, Шредингера, Дирака. Используя их знания и труды, молодые русские ученые смогли продолжить исследования в области квантовой механики и привнести свою лепту в это направление физических исследований.

Поначалу физика в России значительно отставала от таких наук как математика и химия, которые прославились трудами замечательных ученых Чебышева, Ляпунова, Лобачевского, Менделеева. А вот первыми серьезными трудами в области физики в России стали работы Столетова в конце 19 века, посвященные электрическим и магнитным излучениям. Позднее свой неоспоримый вклад в развитие науки внесли П. Н. Лебедев с теорией давления света и А. С. Попов, который стал основоположником радиофизики.

П. Н. Лебедев в знак протеста против действия министра просвещения ушел из Московского университета и открыл собственную школу физика-экспериментатора. Эта школа позволила в сложных условиях нестабильности политического положения в стране провести ряд важных для науки работ, а также воспитать новое поколение молодых ученых, которые много сделали для развития физики в России.

В этот период по всей России стали открывать многочисленные технические институты, их филиалы и физические лаборатории, велась активная научная деятельность. Был открыт институт оптики и знаменитая криогенная лаборатория под руководством Шубникова, которая находилась при физтехинституте в Харькове. Проводились всесоюзные научные конференции.

Дополнительным стимулом для сотрудничества наших ученых с мировым научным сообществом стал выпуск первого в России научного физического журнала на иностранном языке. Его основателями стали Лейпуновский и Иванченко. Этот журнал сыграл важную роль в жизни всех российских ученых физиков, он смог объединить их с учеными из других стран.

Довольно яркой фигурой в то время был С. И. Вавилов, он стоял у истоков нелинейной оптики, а также нашел объяснение большому количеству физических явлений с помощью теории миграции энергий. Учился и позже преподавал С.И. Вавилов в Московском университете, но, как и П. Н. Лебедев, покинул университет в знак протеста против действий министра просвещения, после чего организовал собственную лабораторию люминесценции. С. И. Вавилов писал книги, был редактором некоторых научных изданий и физического журнала на английском языке, который пришел на смену первому журналу.

Общение ученых из разных стран мира, посещение институтов и международных конференций всегда оказывало положительный эффект на развитие физики. Многие российские ученые покидали страну, чтобы работать под руководством знаменитых в то время физиков, набираться опыта и повышать свою квалификацию.

Переломным периодом для физики стал момент открытия нейтрона, который положил начало углубленному изучению строения атома ядра и зарождению нового направления науки – ядерной физики и изучению радиоактивных свойств веществ. Это дало новый толчок развитию науки и стало основой для дальнейших опытов российских ученых. Иванченко стал руководителем нового ядерного отдела - центра ядерных исследований для физиков всей страны.

Позже в Брюсселе состоялся первый международный ядерный конгресс, который собрал всех знаменитых ученых того времени. Объединив свои усилия Иванченко и Тамм положили начало первой теории ядерных сил, а сам Иванченко создал протон-нейтронную модель ядра атома, которая легла в основу ядерной физики.

Дальнейшее изучение элементарных частиц и ядерной теории, позволило провести разнообразные ядерные реакции, создать первую атомную станцию и ядерное оружие. Огромную работу по изучению ядерных реакций проводил Курчатов, а потом ее продолжили его ученики. Российские ученые внесли ни с чем не сравнимый вклад в мировую ядерную физику.

События, последовавшие за первым применением ядерного оружия, заставили ученых всерьез задуматься над опасностью, которую таит в себе радиация. Поэтому они стали вести активную работу по предотвращению подобной угрозы. Необходимо было запретить ядерные испытания в атмосфере и сократить подземные ядерные испытания, особо встал вопрос о захоронении ядерных отходов. Впоследствии авария на Чернобыльской атомной электростанции подтвердила их опасения и заставила принять серьезные меры.

Во время Великой отечественной войны все исследования ученых были направлены на разработку и усовершенствование оружия. Создавались целые научные городки, которые были строго засекречены. На их территории велись сверхсекретные разработки. Гонка вооружений и холодная война способствовали развитию физики в России, и вложению огромных финансовых средств в науку.

Новым этапом для ученых физиков стало время освоения космоса. Это дало возможность ученым проводить новые исследования. Создание космических аппаратов, полет человека в космос, выход в открытый космос дало много новых перспектив для развития физики. Появились новые разделы физики, изучающие планеты, звезды и другие космические тела. Сейчас ученые изобретают все новые устройства для освоения космического пространства, спутники, зонды и марсоходы. Основным направлением современных исследований является получение знаний о строении Вселенной.

Не менее важным достижением в физике стало изобретение лазера. Лазерная физика - очень перспективное направление, ни у кого в мире не возникает сомнения в том, что российские ученые занимают здесь передовые позиции. Отечественные ученые-физики принимали непосредственное участие в самом процессе изобретении лазера и сейчас ведут активные исследования во всех мировых институтах. Применение лазерных технологий и лазерных приборов на сегодняшний день настолько велико, что этому посвящено немало исследований и трудов. Лазерные технологии применяют в промышленности, микроэлектронике, геофизике, медицине, биологии, авиации и оборонно-промышленном комплексе страны.

 

Омский государственный технический университет, ОмГТУ – крупный научно-образовательный комплекс. Он начал свою работу в 1942 году как Омский машиностроительный институт, в состав которого входило всего 2 факультета: технологический и механический. Сегодня в ОмГТУ 7 факультетов: информационных технологий и компьютерных систем; транспорта, нефти и газа; радиотехнический факультет; экономики и управления;  гуманитарного образования; элитного образования и магистратуры, а также факультет довузовской подготовки. Кроме того, в составе омского технического университета работает 5 институтов. А филиалы ОмГТУ расположены еще в трех городах России: Сургуте. Нижневартовске и Нефтеюганске.