أبرز الأحداث العلمية لعام 2021

تزخر الساحة العلمية كما هي دائماً بالإنجازات العلمية وبتسارعها عاماً تلو عام، فبدلاً من يستغرق التطوّر في التقنية الواحدة عدة سنوات، أصبحت وتيرة القفزات العلمية أسرع وأدق وأكثر إدهاشاً. وهذا ما سنستعرضه في هذا المقال لأبرز الأحداث العلمية لعام 2021:

  1. وصول مسبار الأمل الإماراتي إلى المريخ
Emirate Mars mission: The Hope probe is a milestone for the UAE space  program | MIT Technology Review

صورة تخيلية لمسبار الأمل فوق كوكب المريخ

كان إطلاق مسبار الأمل في يوليو 2020 من أبرز الأحداث العلمية للعام الماضي، ويأتي وصوله إلى المريخ في الموعد المخطط له في فبراير 2021 كأهم حدث علمي هذا العام بحسب تصنيفنا.

يحمل مسبار الأمل ثلاثة أجهزةٍ علميةٍ للاستكشاف والرصد، هي كاميرا الاستكشاف الرقمية، المقياس الطيفي للأشعة فوق البنفسجية، والمقياس الطيفي للأشعة تحت الحمراء. وتعطي هذه الأجهزة مجتمعة مجموعةً من الصور والبيانات الهامة للغاية، حيث تُعد الصور متعددة الأطياف مفيدةً جداً في التعرّف على تضاريس الكوكب وتفاصيل غلافه الجوي، فالأطوال الموجية القصيرة ترصد تفاصيل الغلاف الجوي، بينما الأطوال الموجية الطويلة تُعطي معلوماتٍ حول التضاريس السطحية. ولقد التقط المقياس الطيفي للأشعة فوق البنفسجية صوراً تبيّن سحب الهيدروجين الذري التي تحيط بكوكب المريخ، فيما التقط المقياس الطيفي للأشعة الحمراء صوراً تبيّن أماكن البراكين وصوراً لمجموعةٍ من السحب قرب خط الاستواء. وقدمت كاميرا الاستكشاف الرقمية صورًا تُظهر دورة ماء الجليد اليومية التي تحيط بالمريخ، وهي الصور الأولى من نوعها لهذه السحب، كما التقط صوراً متعددةً لنصف المريخ خلال النهار، وتبدو هذه الصور مشابهة لما تلتقطه أقمار الطقس التي تدور حول الأرض.

يفتح مسبار الأمل آفاقاً جديدةً للبحث واستكشاف الكوكب الأحمر من خلال الصور والبيانات التي يتيحها للطلاب الجامعيين والباحثين والعالم كله. إلا أن أهميته الثقافية قد تفوق أهميته العلمية، إذ يُعد هذا المسبار بصيص أمل لأحلام الأمة العربية في الخروج من الفوضى السياسية والأمنية التي تعيشها بعض مناطق الشرق الأوسط، والوصول إلى مصاف الدول المتقدمة تقنياً واقتصادياً التي تستعمر الفضاء.

  • مهمة الصين الفضائية: تيانوين-1
China's Tianwen-1 Mars probe is seen by a tiny camera ejected from the spacecraft in a photo captured 15 million miles from Earth.

صورة لمسبار تيانوين-1 ألتقطتها كاميرا صغيرة مقذوفة من المركبة الفضائية

نجح الصينيون في مهمة تيانوين-1 في الهبوط على أرض كوكب المريخ في أول مهمة للصين لاستكشاف المريخ، لتكون بذلك ثاني دولة تحط على سطح الكوكب الأحمر.

تزن مركبة تيانوين-1 حوالي 240 كيلوجرام وتعمل بالطاقة الشمسية، وتحمل عدداً من المعدّات لالتقاط الصور والمساعدة في الملاحة والبحث عن الماء وتقييم تركيبة الصخور. وهي عبارة عن مركبة مدارية وعربة جوّالة تنفصل عنها وتهبط على سطح الكوكب للتركيز على دراسة تربة الكوكب، فيما ستهتم المركبة المدارية بدراسة مدار الكوكب باستخدام معدات تعمل الاستشعار عن بعد.

نشرت وكالة الفضاء الصينية مقاطع فيديو من هبوط مهمتها “تيانوين-1” على المريخ، والتي تظهر مركبة وهي تفتح المظلة لتحط على سطح الكوكب، ومن ثم خروج العربة الجوّالة من المركبة. كما ذكرت إدارة الفضاء الوطنية الصينية (CNSA) أن مهمة تيانوين -1 حققت ست مبادرات في تاريخ الفضاء الجوي للصين وهي: إطلاق المسبار في مدار الانتقال بين الأرض والمريخ، إكمال الرحلة بين الكواكب بنجاح، هبوط سلس على كوكب غير الأرض والتجوّل عليه، المراقبة والاتصال على مسافة تزيد عن 400 مليون كيلومتر، والحصول على بيانات علمية مباشرة من الكوكب الأحمر.

  • خريطة فائقة الدقة للثقوب السوداء
Each bright spot in this image, the first all-sky image by eRosita, is black hole or a neutron star.

Each bright spot in this image, the first all-sky image by eRosita, is black hole or a neutron star. (Image credit: Jeremy Sanders/Hermann Brunner/Andrea Merloni/Eugene Churazov/Marat Gilfanov/IKI/eSASS/MPE)

خرج علماء الفلك هذا العام بخريطةٍ فلكيةٍ ذات اهميةٍ عالية، وهي خريطةٌ عالية الدقة لخمسة وعشرين ألف ثقب أسود فائق الكتلة، التقطها تلسكوب الأشعة السينية الألماني “إي روزيتا”.

أُطلق تلسكوب إي روزيتا في عام 2019 ليكون أول تلسكوب فضائي للأشعة السينية قادر على تصوير السماء بأكملها، ويعتمد بشكل رئيسي على المرصد الروسي- الألماني سبيكتر آر جي وهو مرصد للفيزياء الفلكية عالية الطاقة يبحث في رصد الثقوب السوداء والمجالات المغناطيسية، ويقع في منطقة لاجرانج -2 على خط امتداد المسافة من الشمس إلى الأرض على الناحية البعيدة عن الشمس. وهي واحدة من خمس نقاط مستقرة حول نظام الشمس الأرض، تمتاز بانعدام تأثير جاذبية جرمين سماوين كبيرين على جسمٍ ثالث أصغر حجما مما يجعل حركته تتبع حركة الجسمين الكبيرين، الشمس والأرض.

استطاع تلسكوب “إي-روزيتا” جمع معلوماتٍ حول أكثر من ثلاثة ملايين مصدر لإشعاع الأشعة السينية، 77% منها عبارة عن ثقوب سوداء بعيدة في مجرات أخرى، 20% لنجوم نيترونية وثقوب سوداء ونجوم أخرى في مجرة درب التبانة، بينما 3% هي لعناقيد مجرية. وبذلك يمكن القول أن “إي-روزيتا” استطاع في أقل من عامين أن يُنشئ أدق الخرائط للثقوب السوداء والنجوم النيترونية والأكثر تفصيلاً.

  • تطوير تقنية كريسبر- ميني للتعديلات الوراثية
Mini CRISPR Genome Editing System Created | Technology Networks

صورة تخيلية لكيفية عمل تقنية كريسبر

تقنية كريسبر هي تقنية في الهندسة الوراثية تسمح للعلماء بتعديل الشفرة الوراثية للكائنات الحية. وعلى الرغم مما تثيره هذه التقنية من جدل، إلا أن التطورات العلمية فيها تعِد بتغيير مشهد علوم الأحياء والطب، حيث أصبحت التقنية عالية القدرة ومنخفضة السعر ولا يكاد يخلو منها مختبرٌ معنيّ بالأبحاث الحيوية.

وتعمل تقنية كريسبر من خلال الاستغناء عن أجزاء محدّدة من الحمض النووي، وترتبط عادةً ببروتين كاس-9، وهو إنزيم مشتق من البكتيريا يحرّر المورّثات المعيبة ويحل محلها، إلا أن كفاءة بروتين كاس-9 مقيّدة بسبب حجمه الكبير نسبياً، إلى أن كشف العلماء هذا العام في جامعة ستانفورد عن أداة كريسبر الجديدة وهي كاس-ميني، وهو بروتين قريب من كاس9 إلا أنه أصغر منه بكثير وأقدر على دخول الخلايا البشرية بسهولةٍ أكبر. حيث يحتوي بروتين كاس-9 على 1000 – 1500 حمض أميني، بينما يحتوي بروتين كاس-ميني على 529 حمض أميني فقط.

ومن تطبيقات تقنية كريسبر النافعة التي بدأت في الظهور، تطبيقٌ لرفع قدرة أحد المضادات الحيوية، وتطبيق جُرِّب في الفئران والقردة لتقليل نسبة الكوليسترول الضار، وتطبيق لرفع فائدة الطماطم وترخيص بيعها في اليابان.

  • رقم قياسي في سرعة نقل المعلومات عبر الإنترنت

صورة لتقنية الألياف الضوئية

حققت اليابان رقماً قياسياً جديداً لسرعة نقل المعلومات عبر شبكة إنترنت، وذلك بتحقيق سرعة بلغت 319 تيرابت في الثانية، متقدمةً على الرقم السابق الذي كان يُعادل 178 تيرابت في الثانية. واستطاع فريق مهندسي الهيئة الوطنية للمعلومات وتقنيات المعلومات باليابان الحفاظ على هذه السرعة الفائقة على امتداد مسافةٍ طويلة بلغت حوالي 3 آلاف كيلومتر دون أي هبوطٍ فيها.

يُبنى الرقم القياسي الجديد على عملٍ سابق بلغت فيه السرعة 172 تيرابايت في الثانية، من خلال استخدام أليافٍ ضوئية ثلاثية النواة تنقل البيانات عبر ثلاثة أنابيب من الألياف الضوئية بدلاً من أنبوب واحد، من أجل تقليل تشوه الإشارة عبر مسافات طويلة.

استخدمت السرعة البالغة 319 تيرابايت تقنية مماثلة ولكن بأربعة أنوية، وتُرسل البيانات باستخدام تقنية تسمى مضاعفة تقسيم الطول الموجي، حيث يقسم الإشارات إلى 552 قناة، ويرسلها إلى أسفل الألياف الضوئية الأربعة، ثم تُعزز قوة الإشارة عبر المسافات الطويلة بواسطة مضخمات مطعّمة بعناصر أرضية نادرة (الثوليوم والإربيوم). ويمتاز هذا الإنجاز بتوافقه مع البنية التحتية، مما يعني سهولة ترقيتها.

  • زراعة رقاقات مدمجة في أدمغة القرود
Pager the monkey in YouTube video

القرد باجير أثناء ممارسته لعبة تنس الطاولة الإلكترونية

تستهدف شركة نيورالينك Nueralink التي يملكها إلون مسك زرع رقاقاتٍ حاسوبيةٍ لاسلكية في الدماغ للمساعدة في علاج الحالات العصبية، كمرض الزهايمر والخرف وإصابات الحبل الشوكي، وتفعيل استخدام واجهات الدماغ الحاسوبية التي تعزز من ذكاء الجنس البشري باستخدام الذكاء الاصطناعي.

نشرت الشركة في أبريل من هذا العام تسجيل فيديو لقرد زُرعت في دماغه رقاقةٌ حاسوبية، مكّنته من تبادل المعلومات والتحكم بلعبة تنس الطاولة عبر أفكار دماغه الذي زرعت فيه الرقاقة. ويهدف تطوير هذه الشرائح إلى منح البشر القدرة على أداء المهام الذهنية عبر أدمغتهم، كتمكين المصابين بالشلل من التحكم بهواتفهم من خلال أفكارهم، وبسرعة أكبر مما يحققه الإنسان السليم مستخدماً أصابعه.

  • رحلات السياحة الفضائية
Space Tourism May Mean One Giant Leap for Researchers - The New York Times

صورة فنية تصورية لسواح الفضاء

شهِد عام 2021 سباقاً محموماً للرحلات السياحية الفضائية الناجحة، في حلمٍ لم يتوقع العالم تحققه بهذه السرعة، حيث انطلقت ثلاث رحلات سياحية تابعةٍ لشركة “فيرجين غالاكتيك”، “بلو أوريجين”، و”سبيس إكس”.

ففي أوائل شهر يوليو، انطلقت رحلة الملياردير ريتشارد برانسون وموظفوه في رحلةٍ شبه مداريةٍ تُعدّ أول رحلة بطاقم كامل لشركة فيرجين غالاكتيك، بينما قامت بتأجيل المهام التجارية الأخرى حتى أواخر عام 2022. تلاها انطلاق رحلة شركة بلو أوريجين تحمل الملياردير جيف بيزوس على متن مركبة “نيو شيبرد”،  لتكون كذلك أول رحلة طيران شبه مدارية تابعة لشركة بلو أوريجين تحمل بيزوس وشقيقه مارك وسائحين، ليكونا أكبر وأصغر شخصين زارا الفضاء في التاريخ. أما شركة سبيس إكس فلم تتأخر عن هذا السباق وأطلقت أول طاقم مدني يدور حول الأرض مكوّن من أربعة أفراد في كبسولة سبيس إكس دراجون لمالكها إيلون مسك، وتختلف رحلة سبيس إكس في أن جميع ركابها هم أشخاصٌ عاديّون ليس من بينهم رائد فضاء واحد، فيما حملت رحلتي فيرجين غالاكتيك وبلو أوريجين رائد فضاء محترف لإرشاد الركاب إلى كيفية التصرّف أثناء الإطلاق والهبوط.

تخطط فيرجين غالاكتيك إلى زيادة الرحلات الفضائية التجارية بدءاً من هذا العام لتصل إلى 400 رحلة سنوياً تنطلق من محطاتٍ فضائيةٍ مختلفة، فيما تُخطّط “بلو أوريجين” إلى إنشاء محطة فضاء خاصّة تسِع لعشرة أشخاص بين عامي 2025 – 2030.

  • فقدان الشعب المرجانية بسبب تغيّر المناخ

صورة تبين ظاهرة تبيّض الشعب المرجانية

مع الارتفاع المستمر لدرجات الحرارة، أصبح تغيّر المناخ أكبر تهديدٍ للأمن العالمي. وتُعد الشعب المرجانية من أبرز النظم المعرّضة للتهديد، حيث تتأثر بارتفاع مستوى سطح البحر، وتواتر العواصف الاستوائية وشدتها، وأنماط دوران المحيطات. وتوصف المحيطات بأنها أحواض ضخمة لامتصاص ثاني أكسيد الكربون، فتؤدي نسب الكربون المرتفعة إلى ما يُعرف بتحمّض المحيطات والذي يؤثر بدوره على الأحياء المائية، وبالخصوص تقليل معدّلات التكلّس في بناء الشعب المرجانية مما يقلل نموها وسلامتها الهيكلية. ويؤدي الإجهاد الحراري إلى موت الطحالب التكافلية التي تساعد الشعاب المرجانية على البقاء على قيد الحياة، وينعكس ذلك على ابيضاض المرجان وانتشار الأمراض المعدية وموته، بينما تؤدي الملوّثات والرواسب إلى تكاثر الطحالب الضارة بما يمنع مرور الضوء الكافي للشعاب المرجانية.

في 2021، أعلنت الشبكة العالمية لرصد الشعاب المرجانية في تقريرها أن المحيطات فقدت حوالي 14% من شعابها المرجانية منذ 2009م، ويعود السبب الأول إلى تغيّر المناخ. وينعكس فقدان الشعاب المرجانية ونقصانها على مصائد الأسماك والاقتصادات المحلية القائمة على السياحة وتطوير الساحل.

  • انطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي
James Webb telescope © NASA/Getty

صورة تخيلية لمنظار جيمس ويب بعد اكتمال عملية تجهيزه في الفضاء

انطلق منظار جيمس ويب الفضائي التابع لوكالة ناسا في الخامس والعشرين من ديسمبر 2021، والذي يخطط أن يكون خليفة لمنظار هابل الفضائي، منطلقاً في مهمةٍ لدراسة ماضي الكون والتعمّق فيه أكثر من أي وقت مضى، إلى جانب البحث عن التوقيعات الحيوية في الكواكب الشبيهة بالأرض.

بدأ تطوير منظار جيمس ويب منذ عام 1987م وتأخر إطلاقه 14 سنة عن الموعد المخطط له، لما تطلّبه من تقنياتٍ علميةٍ وتقنيةٍ متطوّرة وميزانية كبيرةٍ، حيث كلّف بناءه عشرة مليار دولار. ويمتاز “جيمس ويب” بأنه يعمل بالأشعة تحت الحمراء التي تستطيع دراسة بداية الكون ورصد النجوم والمجرات التي تشكلت في الماضي السحيق، أي حوالي 50 – 500 سنة بعد الانفجار العظيم، وهي فترة لم يكن منظار هابل قادراً على رصد معلوماتٍ حولها.

كما يهدف “جيمس ويب” إلى رصد التوقيعات الحيوية في الكواكب الشبيهة بالأرض والتي يُتوقع وجود نوعٍ من الحياة فيها، وهذه التوقيعات الحيوية لا يمكن رصدها سوى في مجال الأشعة تحت الحمراء مثل وجود غاز الأوزون، الأكسجين، والميثان.

انطلق المنظار في رحلة مدتها 29 يوماً ليصل إلى أبرد نقطة تحميه من تأثير الأشعة الحراريةـ وهي نقطة لاجرانج الثانية، وتبعد حوالي 1.6 مليون كيلومتر عن كوكبنا. ويمر في أسبوعه الأول بمرحلة إطلاق ذراعيه أو فيما يُعرف بدرع الشمس، والذي سيساعد في الحفاظ على بصريات التلسكوب وأدواته باردة بدرجة كافية بعيداً عن التشويش على الإشارات تحت الحمراء الخافتة والقادمة من بدايات الكون. ويحمل التلسكوب عدداً من الكاميرات والمقياسات الطيفية الحديثة لدراسة الإشعاعات المختلفة وتحليلها، ويُفترض أن يدور مع الأرض حول الشمس لعشر أو خمسة عشر سنة.

المصطلحات

كاميرا الاستكشاف الرقمية Emirates Exploration Imager
المقياس الطيفي للأشعة فوق البنفسجية Emirates Ultraviolet Spectrometer
المقياس الطيفي للأشعة تحت الحمراء Emirates Mars Infrared Spectrometer
تيانوين-1 Tianwen-1
إي روزيتا eROSITA
سبيكتر آر جي  Spectrum-Roentgen-Gamma mission
لاجرانج -2  Lagrange point 2
كاس-9 CRISPR Cas-9
كاس-ميني CRISPR CasMini
مضاعفة تقسيم الطول الموجي Wavelength Division Multiplexing
واجهات الدماغ الحاسوبية  Brain-Computer Interface 

المراجع

UAE Space Agency
Live Science
Science Alert
Popular Science
Space

السعودي العلمي

POST A COMMENT.