Кажется, что каждую неделю в космос запускается очередная ракета с марсоходами, туристами или, чаще всего, спутниками. Идея о том, что "космос становится переполненным", существует уже несколько лет, но насколько он переполнен? И насколько переполненным он станет?
Профессор физики и директор Центра космической науки и техники в Массачусетском университете в Лоуэлле говорит, что многие спутники, выведенные на орбиту, погибли и сгорели в атмосфере, но тысячи остаются. Группы, отслеживающие запуски спутников, не всегда сообщают точные цифры, но общая тенденция очевидна - и поразительна.
С тех пор как в 1957 году Советский Союз запустил Спутник - первый спутник, созданный человеком, - человечество с каждым годом неуклонно выводит на орбиту все больше и больше объектов. Во второй половине 20-го века наблюдался медленный, но устойчивый рост: до начала 2010-х годов ежегодно запускалось примерно 60-100 спутников.
Но с тех пор темпы резко возросли.
К 2020 году 114 запусков вывели в космос около 1300 спутников, впервые превысив отметку в 1000 новых спутников в год. Но ни один из прошедших годов не сравнится с 2021 годом. По состоянию на 16 сентября около 1400 новых спутников уже начали кружить вокруг Земли, и с течением года их число будет только расти. Только на этой неделе SpaceX вывела на орбиту еще 51 спутник Starlink.
Малые спутники, легкий доступ к орбите
Есть две основные причины такого экспоненциального роста. Во-первых, никогда еще не было так просто вывести спутник в космос. Например, 29 августа 2021 года ракета SpaceX доставила на Международную космическую станцию несколько спутников. 11 октября 2021 года эти спутники были выведены на орбиту, и количество спутников снова увеличилось.
Вторая причина заключается в том, что ракеты могут доставлять больше спутников легче - и дешевле - чем когда-либо прежде. Это увеличение не связано с тем, что ракеты стали мощнее. Скорее, спутники стали меньше благодаря революции в электронике. Подавляющее большинство - 94% - всех космических аппаратов, запущенных в 2020 году, были малыми спутниками - спутниками, вес которых не превышает 1 320 фунтов (600 килограммов).
Большинство этих спутников используются для наблюдения за Землей или для связи и интернета. С целью обеспечения интернетом малообслуживаемых районов земного шара две частные компании запустили почти 1 000 малых спутников только в 2020 году. В ближайшие годы каждая из них планирует запустить более 40 000 спутников для создания так называемых "мега-созвездий" на низкой околоземной орбите.
Переполненное небо
С огромным ростом числа спутников опасения по поводу переполненности неба начинают сбываться. Через день после того, как SpaceX запустила первые 60 спутников Starlink, астрономы начали замечать, что они загораживают звезды. Если влияние на видимую астрономию легко понять, то радиоастрономы опасаются, что они могут потерять 70% чувствительности на определенных частотах из-за помех от спутниковых мегаконстелляций, подобных Starlink.
Эксперты изучают и обсуждают потенциальные проблемы, создаваемые этими созвездиями, и способы их решения спутниковыми компаниями. К ним относятся уменьшение количества и яркости спутников, совместное использование их местоположения и поддержка лучшего программного обеспечения для обработки изображений.
По мере того, как низкая околоземная орбита становится переполненной, растет беспокойство по поводу космического мусора, а также реальная возможность столкновений.
Тенденции будущего
Менее 10 лет назад демократизация космоса была целью, которую еще только предстояло реализовать. Сейчас, когда на космической станции работают студенческие проекты, а более 105 стран имеют хотя бы один спутник в космосе, можно утверждать, что эта цель вполне достижима.
Каждое революционное технологическое достижение требует обновления правил - или создания новых. SpaceX тестирует способы снижения воздействия группировок Starlink, а Amazon раскрыла планы по выводу своих спутников на орбиту в течение 355 дней после завершения миссии. Эти и другие действия различных заинтересованных сторон вселяют в меня надежду на то, что коммерция, наука и человеческие усилия найдут устойчивые решения этого потенциального кризиса.
Многие биологи считают, что есть, такие типы вирусов: бактериофаги или вирусы, заражающие бактерии. Когда ДНК этих вирусов попадает в клетку, она может содержать инструкции, позволяющие клетке выполнять новые трюки.
Могучая сила бактериальных вирусов
Бактериофаги, или сокращенно фаги, держат под контролем популяции бактерий как на суше, так и в море. Ежедневно они убивают до 40% бактерий в океанах, помогая контролировать цветение бактерий и перераспределение органических веществ.
Их способность избирательно убивать бактерии также радует врачей. Природные и сконструированные фаги успешно используются для лечения бактериальных инфекций, которые не поддаются антибиотикам. Этот процесс, известный как фаговая терапия, может помочь в борьбе с устойчивостью к антибиотикам.
Последние исследования указывают на еще одну важную функцию фагов: они могут быть самыми лучшими генетическими мастерами природы, создающими новые гены, которые клетки могут перестраивать для получения новых функций.
Фаги являются самой распространенной формой жизни на планете: в любой момент в мире насчитывается не один миллион - это единица с 31 нулем после нее. Как и все вирусы, фаги имеют высокую скорость репликации и мутации, то есть при каждом размножении они образуют множество вариантов с различными характеристиками.
Большинство фагов имеют жесткую оболочку, называемую капсидом, которая заполнена их генетическим материалом. Во многих случаях оболочка имеет больше места, чем требуется фагу для хранения ДНК, необходимой для его репликации. Это означает, что у фагов есть место для хранения дополнительного генетического багажа: генов, которые на самом деле не нужны для выживания фага и которые он может изменять по своему усмотрению.
Как бактерии перенастроили вирусный переключатель?
Чтобы понять, как это происходит, давайте более подробно рассмотрим жизненный цикл фага.
Фаги бывают двух основных видов: умеренные и вирулентные. Вирулентные фаги, как и многие другие вирусы, действуют по программе "вторжение-репликация-убийство". Они проникают в клетку, захватывают ее компоненты, создают свои копии и вырываются наружу.
Фаги умеренного типа, с другой стороны, играют в долгую игру. Они соединяют свою ДНК с ДНК клетки и могут лежать в спящем состоянии годами, пока что-то не вызовет их активацию. Тогда они возвращаются к вирулентному поведению: реплицируются и вырываются наружу.
Многие умеренные фаги используют повреждение ДНК в качестве пускового механизма. Это своего рода сигнал "Хьюстон, у нас проблема". Если ДНК клетки повреждается, это означает, что ДНК фага-резидента, скорее всего, будет повреждена следующей, поэтому фаг мудро решает перепрыгнуть на другой корабль. Гены, которые направляют фаг на репликацию и вырываются наружу, выключены, если не обнаружено повреждение ДНК.
Бактерии перенастроили механизмы, контролирующие этот жизненный цикл, чтобы создать сложную генетическую систему, которую ученые изучают уже более двух десятилетий.
Бактериальные клетки также заинтересованы в том, чтобы знать, не повреждается ли их ДНК. Если это так, они активируют набор генов, которые пытаются восстановить ДНК. Эта реакция известна как бактериальная реакция SOS, потому что если она не сработает, клетка погибнет. Бактерии организуют SOS-ответ с помощью белка, похожего на переключатель, который реагирует на повреждения ДНК: Он включается, если есть повреждение, и выключается, если его нет.
Возможно, что бактериальные и фаговые переключатели эволюционно родственны. В связи с этим возникает вопрос: Кто изобрел переключатель, бактерии или вирусы?
Предыдущие исследования и работы других исследователей показывают, что фаги сделали это первыми. В нашем недавнем докладе мы обнаружили, что SOS-реакция бактерий Bacteroidetes, группы бактерий, составляющих до половины бактерий, живущих в вашем кишечнике, находится под контролем фагового переключателя, который был перенастроен для реализации собственных сложных генетических программ бактерий. Это позволяет предположить, что бактериальные SOS-переключатели на самом деле являются фаговыми переключателями, которые были перенастроены много веков назад.
Не только бактериальные переключатели оказываются изобретениями фага. Прекрасная детективная работа показала, что бактериальный ген, необходимый для деления клеток, также возник в результате "одомашнивания" гена токсина фага. А многие системы бактериальной атаки, такие как токсины и генетическое оружие, используемое для их введения в клетки, а также камуфляж, который они используют для уклонения от иммунной системы, известны или подозреваются в фаговом происхождении.
Положительные стороны вирусов.
Хорошо, подумаете вы, фаги - это здорово, но вирусы, которые нас заражают - это, конечно, не круто. Тем не менее, появляется все больше доказательств того, что вирусы, заражающие растения и животных, также являются основным источником генетических инноваций в этих организмах. Например, было показано, что одомашненные вирусные гены играют ключевую роль в эволюции плаценты млекопитающих и в поддержании влажности кожи человека.
Последние данные свидетельствуют о том, что даже ядро клетки, в котором находится ДНК, также могло быть вирусным изобретением. Исследователи также предположили, что предки современных вирусов могли быть пионерами в использовании ДНК в качестве первичной молекулы для жизни. Не такой уж маленький подвиг.
Поэтому, хотя вы привыкли считать вирусы квинтэссенцией злодея, они, возможно, являются мощным двигателем генетических инноваций в природе. Люди существуют сегодня, скорее всего, благодаря им.
Этот прорыв в медицине обычно приписывают одному человеку, Фредерику Бантингу, который искал лекарство от диабета. Но создание надежного средства для лечения диабета зависело от исследований двух других ученых, Оскара Минковского и Сёрена Сёренсена, которые ранее проводили исследования на, казалось бы, несвязанные темы.
История инсулина иллюстрирует тот факт, что медицинские инновации строятся на фундаменте науки, а затем требуются квалифицированные инженеры, чтобы вывести лечение из лаборатории и доставить его людям, которые в нем нуждаются.
Эта идея, в некотором роде, заложена в правилах легкой атлетики. В соревнованиях с несколькими забегами - от студенческого уровня до Олимпийских игр - люди, показавшие более высокое время в ранних забегах, назначаются на средние дорожки в последующих забегах. Другими словами, самые быстрые бегуны получают вознаграждение в виде, как предполагается, лучших дорожек.
Моя недолгая беговая карьера давно позади, но в своей профессиональной деятельности я много думаю об использовании статистики для извлечения смысла из данных. В преддверии Олимпийских игр я решил проверить достоверность фольклора о распределении дорожек, оставшегося со времен моей спринтерской карьеры.
Используя данные Международной ассоциации легкоатлетических федераций за 20 лет, я обнаружил, что давние убеждения о преимуществе дорожки не подтверждаются данными. И на самом деле, в спринте на 200 метров данные свидетельствуют о том, что дорожки, которые часто воспринимаются как наименее желательные, на самом деле являются самыми быстрыми.
Первым шагом в создании модели затонувшего корабля было обучение компьютера тому, как выглядит затонувший корабль. Также важно было научить компьютер отличать затонувшие корабли от рельефа морского дна. Для этого понадобилось множество примеров кораблекрушений. Также нужно было научить модель тому, как выглядит естественное дно океана.
Удобно, что Национальное управление океанических и атмосферных исследований ведет общедоступную базу данных о затонувших кораблях. У нее также есть большая общедоступная база данных различных видов изображений, собранных по всему миру, включая сонарные и лидарные снимки морского дна.
Техническая поддержка проекта ВсеТут