Näitä tiedeuutisia kannattaa odottaa ensi vuonna – ja 2020-luvulla - Tiede - Ilta-Sanomat

Näitä tiedeuutisia kannattaa odottaa ensi vuonna – ja 2020-luvulla

Mars2020 on kunnianhimoinen hanke, jonka tehtävänä on muun muassa etsiä merkkejä elämästä. Taiteilijan havainnekuva.

Mars2020 on kunnianhimoinen hanke, jonka tehtävänä on muun muassa etsiä merkkejä elämästä. Taiteilijan havainnekuva.

Julkaistu: 31.12.2019 7:20

Luonnontieteissä ja avaruustutkimuksessa tapahtuu paljon alkavalla vuosikymmenellä.

Kansainväliset tiedelehdet ovat listanneet odotettavissa – tai toiveissa – olevia läpimurtoja ja saavutuksia tieteessä vuonna 2020 ja siitä eteenpäin. Tässä kooste.

Luotaimia avaruuteen

Yhdysvaltain avaruushallinto Nasa laukaisee heinäkuussa 2020 avaruuteen tonnin painoisen, kuusipyöräisen Mars2020-mönkijän, jonka mukana kulkee pieni helikopteridrooni.

Mönkijä kerää Marsista kiveä ja hienojakoista ainesta putkiloihin, jotka voidaan tulevaisuudessa kuljettaa takaisin Maahan. Näyteputkiloita on kaikkiaan 43, ja ne ovat puhtaimpia koskaan valmistettuja esineitä. Jos ja kun näytteet saadaan joskus maapallolle, niiden toivotaan antavan vastauksia kiehtovaan arvoitukseen elämästä Marsissa. Juuri tämän vuoksi putkiloiden pitää olla äärimmäisen puhtaita. Yksikin Maasta tullut solu tai tahra pilaisi mahdollisuudet löytää näytteistä taatusti marsilaisia mikrobeja tai orgaanisia molekyylejä.

Venäläisen raketin on ensi heinä-elokuussa määrä laukaista ExoMars2020-mönkijä avaruuteen matkalle kohti Marsia. Perille sen odotetaan saapuvan vuonna 2021.

ExoMars2020 on Euroopan avaruusviraston ESAn ja Venäjän valtiollisen Roskosmosin yhteinen hanke. Laukaisu toteutuu aikataulussa, jos mönkijän laskeutumisaluksen laskuvarjoon liittyvät ongelmat saadaan sitä ennen ratkaistua. Hanketta varten suunniteltu Schiaparelli-laskeutuja rysähti vuonna 2016 kovalla vauhdilla suoraan Marsin pintaan ja tuhoutui. Laskuvarjo ja lämpökilpi olivat irtautuneet laskeutujasta ennen aikojaan.

Havainnekuva ESAn Exomars-hankkeeseen kuuluvasta Trace Gas Orbiter -luotaimesta, joka etsii metaania Marsin kaasukehästä. Metaanin esiintyminen voisi juoruta mahdollisesta orgaanisesta toiminnasta Marsissa.

Havainnekuva ESAn Exomars-hankkeeseen kuuluvasta Trace Gas Orbiter -luotaimesta, joka etsii metaania Marsin kaasukehästä. Metaanin esiintyminen voisi juoruta mahdollisesta orgaanisesta toiminnasta Marsissa.

Muitakin mielenkiintoisia avaruuslentoja on luvassa lähivuosina. Japani lähettää Hayabusa 2 -luotaimen kokoamaan näytteitä asteroidi Ryugun pinnalta ja tuomaan ne Maahan. Nasan OSIRIS-Rex-luotain yrittää samaa temppua Bennu-asteroidilla.

Kilpajuoksu ihmisen viemiseksi takaisin Kuuhun jatkuu, ja Nasa valmistelee 2020-luvun puolivälissä ensimmästä miehitettyä lentoa Kuun pinnalle sitten Apollo-ohjelman. Uuden ohjelman nimi on Artemis, joka Kreikan jumaltarustossa oli Apollon sisar.

Ihmiselle varaosia?

Japanilainen kantasolututkija Hiromitsu Nagauchi valmistelee Nature-lehden mukaan koetta, jossa hän aikoo kasvattaa ihmisen kudosta hiirien ja rottien alkioissa. Nämä hybridialkiot istutetaan sitten kasvatusemoihin, ”vuokrakohtuun”, mikä sallittiin Japanin lainsäädännössä vasta viime maaliskuussa. Nagauchi on työryhmineen hakenut lupaa samanlaisiin kokeisiin myös sian alkioilla.

Kokeiden päämääränä tuottaa eläimiä, joiden sisäelimiä voitaisiin siirtää ihmisiin. Toisten tutkijoiden mukaan olisi turvallisempaa tuottaa näitä ihmisen ”varaosia” pelkästään laboratoriossa.

Suprajohtavuutta ja kvanttikoneita

Forbes-lehti pitää 2020-lukua mahdollisena kvanttitietokoneiden ja uusien suprajohteiden vuosikymmenenä.

Googlen työryhmä ilmoitti syksyllä saavuttaneensa ”kvanttiherruuden” tietokoneella, jossa on 53 kubittia. Nämä kvanttikoneen bitit voivat olla useassa eri tilassa yhdellä kertaa, kun tavanomaisen digitaalisen bitin arvo voi olla vain joko 1 tai 0.

Googlen kvanttikone suoritti 200 sekunnissa mutkikkaan, satunnaisotantaan perustuvan laskutehtävän, johon tavalliselta tietokoneelta olisi kulunut paljon pitempi aika. Laskutehtävällä ei ollut käytännön merkitystä, eikä käytännöllisiä kvanttikoneita ole tulossa vielä pitkään aikaan.

Googlen kvanttikone ja tutkija Sundar Pichai kuvattuna yhtiön laboratoriossa Santa Barbarassa.

Googlen kvanttikone ja tutkija Sundar Pichai kuvattuna yhtiön laboratoriossa Santa Barbarassa.

”Satunnaisotokseen liittyvän ongelman käyttäminen sopii tällaiseen demonstraatioon, mutta demonstraatiosta ei ole oikeastaan mitään muuta hyötyä. Aika paljon väkeä kuitenkin työskentelee kovaa vauhtia löytääkseen teknisiä ratkaisuja seuraavan sukupolven koneisiin, jotka voisivat tuottaa ratkaisuja ihmisille mielekkäisiin ongelmiin. Siihen on vielä melkoinen matka, mutta vilkas toimeliaisuus tällä alalla vie asioita eteenpäin”, kirjoittaa fysiikan ja tähtitieteen apulaisprofessori Chad Orzel Forbes-lehdessä.

Apulaisprofessori Orzel pitää mahdollisena läpimurtoa myös tutkimuksessa materiaaleista, jotka ovat suprajohtavia korkeissa lämpötiloissa. Sillä olisi suuria vaikutuksia teknologian kehitykseen. Perinteisesti suprajohtavuuteen on päästy vain materiaaleilla, joiden lämpötila on hyvin matala.

Suprajohteet kuljettavat sähkövirtaa ilman vastusta. Alan kuumin tutkimus liittyy venytettyihin, kerrostetettuhin grafeeneihin, joissa hiiliatomit ovat kanaverkkomaisessa rakenteessa. Tästä on syntynyt kokonaan uusi tieteenala, twisttroniikka.

Magneetti leijuu suprajohteen yläpuolella niin sanotussa Meissnerin ilmiössä.

Magneetti leijuu suprajohteen yläpuolella niin sanotussa Meissnerin ilmiössä.

Suprajohdetutkimusta tehdään muillakin materiaaleilla kuin grafeenilla. Viime vuonna kaksikin tutkijaryhmää kertoi havainneensa suprajohtavuutta lantaanihydridissä, jonka lämpötila oli 260 kelviniä eli -13,15 celsiusastetta. Yksi kokeissa käytetty näyte oli suprajohtava jopa 280 kelvinasteessa (vajaat +7 C). Ongelmana näissä materiaaleissa on se, että ne ovat suprajohtavia vain valtavassa, useiden miljoonien baarien paineessa. Niistä ei ole juuri hyötyä arkielämässä.

Jos twisttroniikka tuottaa huoneenlämmössä toimivia suprajohteita, voi tuloksena olla vallankumouksellisia käytännön sovelluksia. Energiansiirrosta poistuisi häviö ja sen mukana myös energiantuotannon haitalliset päästöt vähenisivät. Kvanttitietokoneiden rakentaminen olisi paljon nykyistä helpompaa. Tavanomaiset mikropiirit ja tietokoneet saisivat ison tehohyppäyksen, sillä niiden rakenteista tulisi nykyistä paljon yksinkertaisempia.

– Voisimme integroida valtavan määrän erilaisia ominaisuuksia materiaaleihin viertysten sijoitetuissa piireissä ja vaihdella niitä paikallisten sähkökenttien avulla. En pysty kuvailemaan, kuinka syvällinen muutos olisi. Pitäisi keksiä uusia sanoja. Ehkä voisi puhua dynaamisista materiaalirakenteista, sanoi Columbia-yliopiston fyysikko Cory Dean verkkolehti Quantamagazinelle.

Tuoreimmat osastosta