รวมผลงานทางวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่นของโลกในปี พ.ศ. 2564

ความพากเพียรไม่ใช่หุ่นยนต์ตัวแรกของ NASA ที่ทำงานบนดาวเคราะห์สีแดง แต่มันเป็นก้าวย่างที่ยิ่งใหญ่ในการแสวงหาการพิชิตอวกาศ นี่เป็นครั้งแรกที่ US Space Agency ได้ส่งเฮลิคอปเตอร์ขนาดเล็กชื่อ Ingenuity ไปยังดาวอังคาร อุปกรณ์ขนาดประมาณนกพิราบอยู่ใต้ท้องของความเพียร

เมื่อวันที่ 19 เมษายน หลังจากสองเดือนของการลงจอดบนโลกและทำการทดสอบกับใบพัดในสถานที่ Ingenuity ได้ออกจากพื้นผิวอย่างเป็นทางการแล้วบินขึ้นไปที่ความสูง 3 เมตรและลงจอดหลังจากนั้นประมาณ 40 วินาที เสร็จสิ้นการบิน คนแรกขับเคลื่อน บินเหนือโลก จนถึงปัจจุบัน อุปกรณ์ดังกล่าวประสบความสำเร็จในการบินสาธิตเทคโนโลยี 17 เที่ยวบิน และสนับสนุนหุ่นยนต์ Perseverance ในการสำรวจภูมิประเทศ

 

หลังจากนาซา ประเทศจีนประสบความสำเร็จในการลงจอดหุ่นยนต์ขับเคลื่อนด้วยตนเองของ Zhu Rong บนพื้นผิวดาวอังคารเมื่อวันที่ 15 พฤษภาคม กลายเป็นประเทศที่สองรองจากสหรัฐฯ ที่มีการสำรวจเพื่อลงจอดบนดาวเคราะห์ดวงนี้ตั้งแต่ปี 1973

หลังจากทำการทดสอบวินิจฉัยในสถานที่ทำงานสองสามวัน หุ่นยนต์ Chuc Dung เมื่อวันที่ 22 พฤษภาคม ได้ปล่อยยานลงจอดอย่างเป็นทางการเพื่อสำรวจที่ราบ Utopia Planitia อันกว้างใหญ่ทางเหนือของดาวอังคารผ่านภาพถ่าย รวบรวมข้อมูลทางภูมิศาสตร์และวิเคราะห์ตัวอย่างหิน

ภารกิจดาวอังคารที่ประสบความสำเร็จเป็นก้าวที่ยิ่งใหญ่สำหรับจีนในการปิดช่องว่างกับสหรัฐฯ ในการแข่งขันเพื่อพิชิตอวกาศ หน่วยงานอวกาศของประเทศในเดือนเมษายนยังประสบความสำเร็จในการเปิดตัวโมดูลแรกของสถานีอวกาศ Tiangong และส่งนักบินอวกาศสามคนไปยังสถานีในเดือนพฤษภาคมซึ่งเป็นก้าวสำคัญของการส่งชาวจีนคนแรกที่เหยียบดวงจันทร์ อนาคต

ท่องเที่ยวอวกาศเฟื่องฟู

หลังจากการแข่งขันเพื่อพิชิตดาวอังคาร มหาเศรษฐีจำนวนมากในโลกยังใช้ความกระตือรือร้นและเงินจำนวนมากเพื่อพัฒนาบริการการท่องเที่ยวในอวกาศ

เมื่อวันที่ 11 กรกฎาคม ริชาร์ด แบรนสัน มหาเศรษฐีชาวอังกฤษวัย 70 ปี ได้บินไปยังขอบอวกาศเป็นครั้งแรกกับอีกห้าคนในเครื่องบินอวกาศที่พัฒนาโดยบริษัทเวอร์จิน กาแลกติกของเขา แบรนสันอธิบายว่าเป็น "ประสบการณ์ครั้งหนึ่งในชีวิต"

ประมาณหนึ่งสัปดาห์หลังแบรนสันในการแข่งขันท่องเที่ยวในอวกาศ เจฟฟ์ เบโซส มหาเศรษฐีชาวอเมริกันและผู้โดยสารสามคนได้บินไปยังขอบอวกาศในวันที่ 20 กรกฎาคม โดยใช้ระบบบูสเตอร์และแคปซูลผู้โดยสารของ Blue Origin ซึ่งเป็นบริษัทที่ก่อตั้งโดยตัวเขาเอง

ทั้งสองบริษัทนำเสนอประสบการณ์ไร้แรงโน้มถ่วงแก่ผู้โดยสารเป็นเวลา 3-4 นาที และชมวิวโลกจากมุมสูง อย่างไรก็ตาม ประสบการณ์การบินที่นำเสนอโดย Blue Origin และ Virgin Galactic ยังคงมีความแตกต่างที่สำคัญ เช่น วิธีการปล่อยและระดับความสูงสูงสุด

ในขณะเดียวกัน บริษัท SpaceX ก็ได้ส่งนักบินอวกาศสมัครเล่นขึ้นสู่อวกาศเป็นครั้งแรกในวันที่ 16 กันยายน Jared Isaacman มหาเศรษฐีชาวอเมริกันซื้อตั๋วเครื่องบินจาก SpaceX เพื่อระดมทุน 200 ล้านดอลลาร์เพื่อการวิจัยโรคมะเร็งในวัยเด็ก จากนั้นมอบตั๋ว 3 ใบให้กับผู้ที่มีเรื่องราวที่สร้างแรงบันดาลใจ พวกเขาโคจรรอบโลกเป็นเวลาสามวันแล้วลงสู่ทะเล

การเติบโตของการท่องเที่ยวในอวกาศในปีนี้ถือเป็นก้าวใหม่ของการพิชิตอวกาศของมนุษยชาติ และแสดงถึงการเติบโตของบริษัทเอกชนในภาคการบินและอวกาศ บริษัทเหล่านี้กำลังทำให้การเข้าถึงพื้นที่ถูกลงและเป็นไปได้มากขึ้น ซึ่งทำให้เข้าถึงพื้นที่ได้อย่างกว้างขวางมากขึ้น

หุ่นยนต์มีชีวิตตัวแรกของโลกที่สามารถสืบพันธุ์ได้

นักวิทยาศาสตร์ที่สร้างซีโนบอท ซึ่งเป็นหุ่นยนต์ที่มีชีวิตตัวแรกจากสเต็มเซลล์ ได้ค้นพบว่าพวกมันสามารถสืบพันธุ์ได้ในแบบที่ไม่เคยเห็นมาก่อนในพืชและสัตว์ เกิดขึ้นจากเซลล์ต้นกำเนิดจากกบเล็บแอฟริกัน (Xenopus laevis) ซีโนบอทเป็นหุ่นยนต์ที่มีชีวิตที่มีความกว้างน้อยกว่ามิลลิเมตร Xenobot เปิดตัวครั้งแรกในปี 2020 หลังจากการทดลองแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถเคลื่อนไหว ร่วมมือกันเป็นกลุ่ม และรักษาตัวเองได้ ตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์ที่พัฒนาซีโนบอทที่มหาวิทยาลัยเวอร์มอนต์ มหาวิทยาลัยทัฟส์ และสถาบัน Wyss for Bioengineering ที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด กล่าวว่า พวกเขาได้ค้นพบรูปแบบใหม่ของการสืบพันธุ์ทางชีววิทยาโดยสิ้นเชิงซึ่งแตกต่างจากสัตว์ชนิดอื่น พืชชนิดใด

ในขณะที่ความคาดหวังของเทคโนโลยีชีวภาพที่จำลองตัวเองได้อาจทำให้เกิดความกังวล นักวิจัยกล่าวว่าเครื่องจักรที่มีชีวิตได้รับการควบคุมอย่างสมบูรณ์ในห้องปฏิบัติการและถูกทำลายได้ง่ายเนื่องจากสามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพและอยู่ภายใต้การดูแลของผู้เชี่ยวชาญ การศึกษาได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร PNAS

การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศส่งผลกระทบต่อโลก

การพัฒนาอย่างต่อเนื่องพร้อมกับชุดของผลกระทบจากกิจกรรมทางเศรษฐกิจและการแสวงประโยชน์จากทรัพยากรมนุษย์ทำให้การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศมีความชัดเจนมากขึ้น

ผลการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสารNature Geoscienceเมื่อปลายเดือนกุมภาพันธ์ได้เตือนถึงการหมุนเวียนของมหาสมุทรแอตแลนติก (AMOC) ซึ่งเป็นระบบการไหลที่มีบทบาทสำคัญในการกระจายความร้อนในมหาสมุทรและบรรยากาศทั่วโลก ดีมานด์ - กำลังดำเนินการในระดับที่อ่อนแอ เห็นได้อย่างน้อยในช่วง 1,600 ปีที่ผ่านมา สาเหตุส่วนหนึ่งมาจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าน้ำทะเลที่อุ่นขึ้นและหวานขึ้นเนื่องจากน้ำแข็งละลายกำลังเปลี่ยนสมดุลในทะเลทางตอนเหนือ ทำให้กระแสน้ำในมหาสมุทรช้าลง สิ่งนี้สามารถผลักดัน AMOC ไปที่ "จุดเปลี่ยน" ที่มีผลกระทบร้ายแรง

การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศยังคุกคามความมั่นคงด้านอาหารของโลก ผลการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร Environmental Research Letters เมื่อปลายเดือนกุมภาพันธ์ กล่าวถึงแนวทางปฏิบัติทางการเกษตรใน 28 ประเทศในยุโรป และแสดงให้เห็นว่าคลื่นความร้อนและภัยแล้งรุนแรงส่งผลกระทบต่อผลผลิตพืชผลอย่างไร ได้เพิ่มขึ้นสามเท่าในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา

ธัญพืชซึ่งเป็นพืชอาหารหลักที่มีสัดส่วนเกือบ 65% ของพื้นที่เพาะปลูกของยุโรปได้รับผลกระทบอย่างรุนแรงที่สุด ผู้เขียนนำ Teresa Bras จาก Nova School of Science and Technology ของโปรตุเกส การสูญเสียคำเตือนเกี่ยวกับความล้มเหลวของพืชผลอย่างต่อเนื่อง อาจทำให้เกิดการขาดแคลนอาหารและผลักดันราคาสินค้าโภคภัณฑ์ขึ้นอย่างรวดเร็ว

ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุว่า โทรโพสเฟียร์ซึ่งเป็นชั้นบรรยากาศต่ำสุดของโลกกำลังขยายตัวประมาณ 53.3 เมตรต่อทศวรรษตั้งแต่ปี 2000 เนื่องจากภาวะโลกร้อนและการหดตัวของสตราโตสเฟียร์ (อยู่นอกชั้นบรรยากาศของโลก) ในชั้นโทรโพสเฟียร์) การศึกษาถูกตีพิมพ์ในวันที่ 5 พฤศจิกายนในวารสารScience Advance

โลกยังมืดลงเมื่อมองจากอวกาศ งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในเดือนสิงหาคมในวารสารGeophysical Research Lettersแสดงให้เห็นว่าความส่องสว่างของโลกลดลง (การสะท้อนของแสงแดดจากโลกกลับสู่อวกาศ) ปรากฏการณ์นี้สามารถวัดได้โดยการสังเกตส่วนมืดของจานของดวงจันทร์หรือส่วนของดวงจันทร์ที่ไม่ได้รับแสงจากดวงอาทิตย์

สาเหตุของการอ่อนลงของแสงของโลกคือการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศทำให้โลกมีเมฆมากน้อยลง ซึ่งสะท้อนแสงได้มากกว่าทะเล นักวิทยาศาสตร์คิดว่าสิ่งนี้สามารถเร่งภาวะโลกร้อนได้ ดาวเคราะห์ที่มีการสะท้อนแสงน้อยหมายถึงพลังงานแสงอาทิตย์จะไปถึงพื้นผิวโลกมากขึ้นและสร้างรังสีความร้อนมากขึ้น เมื่อความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจกเพิ่มขึ้นในชั้นบรรยากาศ การแผ่รังสีความร้อนก็ติดอยู่มากขึ้น ทำให้โลกร้อนขึ้น

สภาพอากาศสุดขั้วเป็นผลที่ตามมาของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่ชัดเจนที่สุดอย่างหนึ่ง ในช่วงปีที่ผ่านมา ทั่วโลกได้เห็นน้ำท่วมครั้งประวัติศาสตร์ที่คร่าชีวิตผู้คนไปหลายร้อยคนในยุโรป พร้อมกับคลื่นความร้อนที่ทำลายสถิติและความแห้งแล้งในประเทศต่างๆ เช่น สหรัฐฯ และญี่ปุ่น สำนักงานบรรเทาสาธารณภัยและอัคคีภัยของญี่ปุ่นกล่าวว่าคลื่นความร้อนที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนซึ่งกินเวลาหนึ่งสัปดาห์ในปลายเดือนกรกฎาคมทำให้ผู้ป่วยต้องรักษาตัวในโรงพยาบาล 5,664 ราย และมีผู้เสียชีวิตอย่างน้อย 11 ราย

ก้าวใหม่แห่งพลังงานฟิวชัน

เพื่อที่จะสร้างแหล่งพลังงานที่สะอาด ปลอดภัย และไร้ขีดจำกัด หลายประเทศทั่วโลกกำลังทำการวิจัยและพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน ต่างจากเทคโนโลยีนิวเคลียร์ฟิชชันในปัจจุบัน ฟิวชันจำลองกระบวนการที่แกนกลางของดาวฤกษ์ โดยผลิตพลังงานหมุนเวียนที่สะอาดและปราศจากการปล่อยของเสียที่เป็นพิษ ในขณะที่เครื่องปฏิกรณ์แบบฟิชชันผลิตของเสียกัมมันตภาพรังสีและบางครั้งมีปัญหาการหลอมละลาย ปฏิกิริยาฟิวชันใช้ดิวเทอเรียมและทริเทียมเพื่อผลิตฮีเลียมพร้อมกับพลังงานจำนวนมหาศาล ประเทศต่างๆ เช่น จีน เกาหลี และสหรัฐฯ มีความก้าวหน้าอย่างมาก โดยให้คำมั่นว่าจะสร้างการผลิตไฟฟ้าจากฟิวชั่นให้เกิดขึ้นจริง

ณ สิ้นเดือนพฤษภาคม 2564 เครื่องปฏิกรณ์ตัวนำยิ่งยวดขั้นสูง (EAST) มีอุณหภูมิพลาสม่า 120 ล้านองศาเซลเซียสใน 101 วินาทีและ 160 ล้านองศาเซลเซียสใน 20 วินาที ทำลายสถิติก่อนหน้านี้ที่รักษาอุณหภูมิพลาสมาไว้ที่ 100 ล้านองศาเซลเซียส องศาเซลเซียสเป็นเวลา 100 วินาที EAST ได้รับการออกแบบมาเพื่อจำลองกระบวนการที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์อื่นๆ เพื่อจัดหาพลังงานสะอาดที่แทบจะไร้ขีดจำกัดผ่านการควบคุมนิวเคลียร์ฟิวชัน

ในทำนองเดียวกัน Korea Superconducting Tokamak Advanced Research Reactor (KSTAR) ของ Korea Fusion Energy Institute ได้รักษากระแสพลาสมาที่ร้อนยวดยิ่งเป็นเวลา 30 วินาทีในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2564 เตา Tokamak ได้รับการออกแบบมาเพื่อจำลองกระบวนการข้างต้นบนโลกด้วยชุดของขดลวดที่วางอยู่รอบเครื่องปฏิกรณ์รูปวงแหวนโดยใช้สนามแม่เหล็กเพื่อทำให้กระแสพลาสม่าร้อนที่มีอุณหภูมิหลายล้านองศาเซลเซียสช้าลงเป็นเวลานานพอสำหรับกระบวนการหลอมรวม .

บริษัท Helion Energy ในสหรัฐอเมริกากำลังพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นเกลียวเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าเพื่อให้เป็นพลังงานสะอาด เชื้อเพลิงภายในอุปกรณ์ของ Helion Energy ต่างจากเตาเผาโทคามักถูกทำให้ร้อนจนอุณหภูมิสุดขั้วเพื่อสร้างพลาสมา ซึ่งจากนั้นแม่เหล็กจะถูกดักจับไว้ภายในโครงสร้างแบบ Field-reverse (FRC) FRC สองอันที่ก่อตัวที่ปลายด้านตรงข้ามของคันเร่ง แล้วชนกันที่ 1.6 ล้านกม./ชม. โดยใช้แม่เหล็กเพื่อสร้างการชนกันอันทรงพลังที่จุดศูนย์กลาง ที่นี่ แม่เหล็กเหล่านี้ถูกบีบอัดด้วยแม่เหล็กอันทรงพลังและให้ความร้อนจนมีอุณหภูมิมากกว่า 100 ล้านองศาเซลเซียส บังคับให้ดิวเทอเรียมและฮีเลียม-3 หลอมรวมกัน ก่อตัวเป็นพลาสมาที่ขับไล่สนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า สามารถเก็บรวบรวมเพื่อใช้งาน

หนึ่งในโครงการชั้นนำในการแข่งขันเพื่อผลิตพลังงานฟิวชันคือ International Thermonuclear Test Reactor (ITER) ที่ดำเนินการโดยความร่วมมือจากหลายประเทศ ซึ่งดำเนินการเสร็จสิ้นไปแล้วประมาณ 75% ของกำหนดการด้วยงบประมาณ 23 $,7 พันล้าน คาดว่า ITER จะสามารถผลิตพลังงานได้มากเท่าที่ใช้ภายในปี 2569 หลังจากสร้างแม่เหล็กทั้งหมดในห้องโทคาแมคเสร็จ

อาหารประดิษฐ์เติบโตอย่างรวดเร็ว

ในเดือนกรกฎาคม Gourmey บริษัทสัญชาติฝรั่งเศสได้ผลิตฟัวกราส์เทียมตัวแรกของโลกจากสเต็มเซลล์เป็ด ทำให้เชฟมิชลินไม่สามารถแยกแยะความแตกต่างจากตับจริงได้ ในเดือนสิงหาคม มหาวิทยาลัยโอซาก้าใช้สเต็มเซลล์จากเนื้อวากิวที่มีชื่อเสียงไปจนถึงเนื้อพิมพ์ 3 มิติที่มีกล้ามเนื้อ ไขมัน และหลอดเลือด โดยจัดเรียงในลักษณะเดียวกับสเต็กทั่วไป ผลิตภัณฑ์เหล่านี้นำเสนอประสบการณ์ที่เทียบเคียงได้สำหรับการบริโภคของมนุษย์โดยไม่จำเป็นต้องมีการเพาะพันธุ์ที่มีราคาแพงและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่สำคัญ และไม่จำเป็นต้องมีการฆ่าฟันที่มีข้อขัดแย้งด้านจริยธรรม

นอกจากอาหารเทียมที่มาจากสัตว์แล้ว ผู้เชี่ยวชาญยังพัฒนาพันธุ์พืชต่างๆ อีกด้วย ทำให้ผู้ทานมังสวิรัติมีทางเลือกมากขึ้น ในเดือนตุลาคม Nestle ได้เปิดตัวผลิตภัณฑ์ทดแทนไข่ vEGGie ที่มีโปรตีนถั่วเหลือง กรดไขมันโอเมก้า 3 และ Vrimp กุ้งมังสวิรัติที่ทำจากสาหร่ายและถั่ว

ในเดือนกันยายน ทีมงานชาวฟินแลนด์ได้สร้างกาแฟรสชาติดีขึ้นมาหนึ่งถ้วยโดยนำเซลล์จากส่วนหนึ่งของพืช เช่น ใบไม้ไปปลูกในห้องปฏิบัติการ เนื่องจากไม่จำเป็นต้องปลูกต้นไม้ วิธีการนี้จึงไม่ต้องตัดป่าเพื่อที่ดิน ไม่ขึ้นอยู่กับฤดูกาล และไม่ต้องใช้ยาฆ่าแมลง กระบวนการนี้ต้องการพลังงาน น้ำ และปล่อยคาร์บอนเพียงเล็กน้อย

นอกจากนี้ ในเดือนกันยายน นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนได้ประกาศความสำเร็จในการสังเคราะห์แป้งโดยใช้คาร์บอนไดออกไซด์ ไฮโดรเจน และไฟฟ้า กระบวนการนี้ไม่ต้องการการเพาะปลูกและการแปรรูปพืชประเภทแป้ง เช่น มันเทศหรือข้าวโพด ส่งผลให้ประหยัดน้ำ ปุ๋ย และพื้นที่การเกษตรได้อย่างมาก วิธีนี้ยังสามารถใช้เพื่อรีไซเคิล CO2 เป็นผลิตภัณฑ์สิ้นเปลือง ซึ่งช่วยลดการปล่อยคาร์บอนและต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ