Tiêu điểm khoa học 2020: Xâm lược Hành tinh Đỏ, 'Dị nhân' xuất hiện

Xâm lược Hành tinh Đỏ, 'dị nhân' xuất hiện và cuộc chạy đua về vật liệu siêu dẫn sẽ là những sự kiện khoa học công nghệ đáng chú ý trong năm 2020 này.

Đổ bộ hành tinh Đỏ

Năm 2020 đánh dấu bước tiến lớn trong chinh phục Hoả Tinh của loài người, có đến 3 tàu đổ bộ lên bề mặt hành tinh Đỏ. Trước tiên, phải kể đến xe tự hành mang tên “Sao Hoả 2020” do NASA gửi đến nhằm thu thập mẩu đá và mang trở về Trái Đất, và đây là lần đầu NASA ra mắt một thiết bị bay không người lái (drone) cỡ nhỏ, có thể tháo tháo rời.

NASA sẽ ra mắt một thiết bị bay không người lái (drone) cỡ nhỏ, có thể tháo tháo rời trong nhiệm vụ NASA Mars 2020. Ảnh: NASA / JPL-Caltech

Theo sau, Trung Quốc lần đầu phóng tàu đổ bộ hành tinh Đỏ cùng tên “Hoả Tinh 1”, triển khai cùng một xe tự hành cỡ nhỏ. Tàu vũ trụ của Nga mang theo xe tự hành của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA). Cùng với đó, các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất sẽ gửi đến Sao Hoả tàu bay quanh quỹ đạo, cột mốc đầu tiên đưa các quốc gia Ả Rập tham gia vào cuộc đua đến hành tinh Đỏ này.

Ở gần chúng ta hơn, Trung Quốc với tàu Hằng Nga 5 chuyên lấy mẩu đất đá trên Mặt Trăng và gửi về Trái Đất. Cùng tham vọng, nhưng ở một nơi xa hơn trong Hệ Mặt Trời, tàu Hayabusa-2 của Nhật Bản trên tiểu hành tinh Ryugu và tàu OSIRIS-REx của NASA trên tiểu hành tinh Bennu đang thu thập mẩu vật và mang về nhà.

Bầu trời rộng lớn

Sau bức ảnh hố đen vũ trụ siêu nặng tại tâm thiên hà Messier 87 làm khuynh đảo thế giới trong năm nay, dự án kính thiên văn vô tuyến Chân Trời Sự Kiện, là thành quả hợp tác xuyên quốc gia, dự kiến sẽ cho ra kết quả nghiên cứu mới vào 2020, lần này là lỗ đen tại trung tâm Ngân Hà - thiên hà mà chúng ta đang sống. Có thể là một bộ ảnh, hay thậm chí là một thước phim về chuyển động xoắn của bụi khí quanh “quái vật khổng lồ” mang tên hố đen Sagittarius A*.

Vào khoảng nửa cuối năm 2020, sứ mệnh Gaia của ESA nhằm cập nhật bản đồ 3D về Ngân Hà của chúng ta, hứa hẹn thay đổi cách mà các nhà khoa học hiểu về cấu trúc thiên hà, cũng như quá trình tiến hoá của chúng. Các nhà thiên văn học nghiên cứu sóng hấp dẫn có thể sẽ vén bức màn bí ẩn về những va chạm khổng lồ trong vũ trụ đã quan sát được vào năm 2019, tạo ra các gợn sóng trong không-thời gian. Những gợn sóng không thời gian này có thể là kết quả của sự sáp nhập của một hoặc nhiều lỗ đen, nhưng cũng có thể là sự va chạm giữa một hố đen và một ngôi sao chưa từng được quan sát trước đây.

Giấc mơ về máy gia tốc hạt siêu lớn

Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu - CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) với phòng thí nghiệm nổi tiếng ở Châu Âu đặt gần Geneva, Thuỵ Sỹ hy vọng sớm đảm bảo kinh phí cho máy va chạm siêu lớn (Mega-collider).

Trong năm 2020, hội đồng CERN sẽ hội nghị tại Budapest - thủ đô của Hungary - để quyết định kế hoạch nâng cấp phòng thí nghiệm theo tầm nhìn của cơ quan Chiến lược Vật lý Hạt Châu Âu. Trong danh sách đề nghị lên hội đồng của CERN có bao gồm máy va chạm hạt. Họ trông đợi về một cỗ máy khổng lồ lên tới 100km chiều dài, và mạnh gấp 6 lần Máy-va-chạm-hạt Hadron Lớn hiện tại với tiền đầu tư vào khoảng 21 tỷ Euro (khoảng 542 ngàn tỷ Đồng Việt Nam).

Trong khi đó tại Mỹ, Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia Fermi gần Chicago, tiểu bang Illinois, sẽ sớm công bố kết quả về hạt Muon g-2 - một loại hạt “họ hàng” với electron nhưng nặng hơn nhiều - bằng một phép đo với độ chính xác cao. Các nhà vật lý tin rằng, qua những sai khác nhỏ trong phép đo, có thể phát hiện ra những điều chưa biết về loại hạt đặc biệt này.

Men tổng hợp nhân tạo

Những nỗ lực đầy tham vọng của các nhà sinh vật học để tái tạo lại chủng nấm men có trong bánh mì sẽ có kết quả vào năm 2020.

Các nhà sinh vật học với kế hoạch đầy tham vọng đang tiến gần đến việc tái tạo hoàn toàn một chủng nấm men có trong bánh mì (Saccharomyces cerevisiae) ngay trong năm 2020 này.

Các nhà khoa học từ lâu đã đã có thể thay thế/chỉnh sửa mã di truyền của các sinh vật đơn giản - ví dụ như vi khuẩn Mycoplasma mycoides - nhưng đối với loại men này thì thử thách hơn rất nhiều bởi vì tính chất phức tạp của nó. Trong một nỗ lực, gọi là Men Tổng hợp phiên bản 2.0 (Synthetic Yeast 2.0), bao gồm 15 phòng thí nghiệm cỡ lớn khắp 4 châu lục, các nhóm nhà khoa học đã thành công trong việc thay thế chuỗi mã di truyền ADN ở mỗi 16 nhiễm sắc thể của S.Cerevisiae Piecemeal bằng các phiên bản được tổng hợp nhân tạo.

Họ cũng đã thử nghiệm sắp xếp lại và chỉnh sửa bộ gen - hoặc xóa các đoạn của nó - để hiểu cách thức sinh vật phát triển và cách chúng đối phó với các đột biến. Các nhà nghiên cứu dự án hy vọng rằng việc chỉnh sửa gen của các tế bào nấm men có thể giúp tháo gỡ vướng mắc, tăng hiệu quả, và linh hoạt cách thức hơn trong sản xuất hàng loạt, từ chỉ là vật liệu sinh học cho đến điều chế thuốc men.

Biến đổi khí hậu đang đến hạn

Trong tháng 8 năm 2020, Chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc (United Nations Environment Programme) sẽ công bố một báo cáo lớn về các khía cạnh khoa học và chuyên sâu của kỹ thuật địa lý nhằm chống biến đổi khí hậu. Chúng bao gồm việc mang carbon dioxide ra khỏi khí quyển và giảm bớt ánh sáng mặt trời. Cũng trong 2020, Cơ quan Đáy biển Quốc tế (International Seabed Authority) được kỳ vọng ban hành các quy định về việc khai thác nguồn tài nguyên đáy biển. Các nhà nghiên cứu cho rằng việc thiếu thốn các quy định thực tiễn về khai thác đáy biển dẫn đến tổn hại hệ sinh thái lòng đại dương thêm nghiêm trọng.

Tiêu điểm khoa học 2020: Xâm lược Hành tinh Đỏ, 'Dị nhân' xuất hiện - 3

Nhưng sự kiện lớn nhất về khí hậu sẽ đến vào tháng 11, khi mà hội nghị thượng đỉnh về biến đổi hậu COP26 sẽ diễn ra ở Glasgow, Liên hiệp Vương quốc Anh và Bắc Ireland. Hiệp định Paris về chống biến đổi khí hậu, hay không có hiệp định nào cả, đây sẽ là lúc quyết định tương lai của Trái Đất. Theo như ghi nhận vào năm 2015, các quốc gia ký kết phải thực hiện cắt giảm lượng khí nhà kính thải ra nhằm ngăn nhiệt độ hành tinh tăng thêm 2 độ C. Nhưng trên thực tế, hầu hết lại không hoặc chậm trong thực hiện cam kết. Tương lai của hiệp định như đang đặt trên bàn cân chông chênh, khi mà Hoa Kỳ dự kiến sẽ vắng mặt ở hội nghị này.

“Dị nhân” sắp thành hiện thực

Giờ đây việc thay thế các bộ phận cơ thể con người bằng cách nuôi bộ phận đó cấy trên các động vật khác sẽ sớm trở thành xu hướng mới khi các nhà khoa học đã tìm ra cách “vô cùng nhân đạo”.

Tiêu điểm khoa học 2020: Xâm lược Hành tinh Đỏ, 'Dị nhân' xuất hiện - 4

Nhà nghiên cứu tế bào Hiromitsu Nakauchi tại Đại học Tokyo Nhật Bản lên kế hoạch nuôi tế bào con người trên chuột, cụ thể là phôi bào của chúng. Sau đó ông ấy sẽ cấy những phôi lai đó vào động vật thay thế, dưới sự cho phép của luật mới vừa có hiệu lực vào tháng 3 năm 2018 tại Nhật Bản. Nakauchi cùng các cộng tác viên cũng đã áp dụng để thực hiện một thí nghiệm tương tự bằng cách sử dụng phôi lợn. Mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu này là tạo ra động vật với các bộ phận con người, mà cuối cùng có thể được cấy ghép vào người. Nhưng một số nhà nghiên cứu cho rằng sẽ an toàn và hiệu quả hơn nếu nuôi những “cơ quan con người” này trong phòng thí nghiệm.

Ngăn chặn bệnh dịch hoành hành

Tại thành phố Yogyakarta của Indonesia, một thử nghiệm lớn về kỹ thuật ngăn chặn sự lây lan của bệnh sốt xuất huyết cuối cùng cũng đi đến kết quả. Các nhà nghiên cứu đã phóng thích muỗi mang vi khuẩn Wolbachia và để chúng lây nhiễm cho muỗi ngoài tự nhiên, sau những thành quả thử nghiệm nhỏ hơn nhưng đầy hứa hẹn ở Indonesia, Việt Nam và Brazil. Loài vi khuẩn này có khả sản sinh ra một loại chất ức chế sự nhân lên của virus gây ra bệnh sốt xuất huyết, chikungunya và Zika.

Ảnh: AFP

Cùng với đó, một loại vắc-xin tiềm năng chống sốt rét sắp được thử nghiệm trên đảo Bioko ở quốc gia Guinea Xích-Đạo, châu Phi. Và cũng trong 2020, tổ chức Y tế Thế giới hy vọng sẽ loại bỏ được bệnh sán lá gan châu Phi, đang là một vấn đề nhức nhối của sức khỏe cộng đồng tại nơi đây. Dịch bệnh khét tiếng này lây lan mạnh do ruồi Tsetse (Glossina spp.).

Cuộc đua mang tên “áp suất”

Các nhà vật lý luôn ao ước tạo ra một vật liệu dẫn điện mà không có điện trở ở nhiệt độ phòng - mặc dù, cho đến nay, các vật liệu siêu dẫn như vậy chỉ tồn tại ở áp suất hàng triệu kilopascal.

Một hợp chất chứa lanthanum được coi như một chất siêu dẫn ở nhiệt độ gần nhiệt độ phòng. Ảnh: APL

Sau thành công vang dội của hợp chất được gọi là lanthanum ‘superhydrides vào năm 2018 phá vỡ mọi kỷ lục về nhiệt độ siêu dẫn, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ tổng hợp các siêu nước yttri có thể siêu dẫn ở nhiệt độ chỉ 53°C.

Năng lượng bền vững

Nhiều công ty lớn và nhỏ bắt đầu lên kế hoạch bán ra pin mặt trời sử dụng “perovskites”, đây là vật liệu hứa hẹn rẻ hơn và có thể dễ sản xuất hơn tinh thể silicon từng được sử dụng trong các tấm pin mặt trời thông thường. Khi được ghép nối tiếp hoặc song song với silicon trong từng tấm, perovskites có thể mang lại các tấm pin mặt trời hiệu quả nhất trên thị trường.

Một nhà nghiên cứu tại nhà máy Oxford PV tại Brandenburg an der Havel, Germany, đang kiểm tra một tấm pin phủ perovskite trên silicon ở quy mô thương mại. Nguồn: Oxford PV.

Ngành năng lượng có thể đạt cột mốc mới vào Thế vận hội Olympic Tokyo tháng 7 năm 2020, khi Toyota dự kiến sẽ tiết lộ nguyên mẫu đầu tiên của một chiếc xe chạy bằng pin lithium-ion rắn. Loại pin mới này sẽ thay thế chất lỏng ngăn cách các điện cực bên trong pin bằng vật liệu rắn, giúp tăng lượng năng lượng lưu trữ. Pin điện phân rắn cũng có tuổi thọ lâu hơn, nhưng chúng cũng sạc chậm hơn.