Khoa học năm 2018: Những kỳ vọng

Được viết ngày Thứ ba, 27 Tháng 2 2018 09:48

Các sứ mệnh tới Mặt trăng, các hệ gene cổ đại và tranh chấp xuất bản được dự đoán sẽ là những kỳ vọng trong hoạt động nghiên cứu khoa học năm 2018.

Đài quan sát sóng vô tuyến CHIME sẽ bắt đầu hoạt động từ năm 2018. Nguồn: CHIME.

Dữ liệu vũ trụ

Kể từ khi được phát hiện lần đầu vào năm 2007, các vụ bùng nổ sóng radio nhanh (Fast Radio Burst) đã trở thành một trong những bí ẩn khó hiểu nhất của thiên văn học. Tuy nhiên các nhà khoa học kỳ vọng sẽ hiểu biết thêm về FRB sau khi Thí nghiệm Kính thiên văn vô tuyến lập bản đồ cường độ hydro của Canada (CHIME) bắt đầu hoạt động toàn công suất vào năm nay. Các nhà thiên văn học hy vọng vào việc dùng CHIME để có thể quan sát hàng chục hiện tượng vũ trụ này mỗi ngày và đẩy mạnh số lượng quan sát vũ trụ – từ trước đến nay mới chỉ có vài chục lần quan sát như vậy.

Vào tháng Tư tới, các nhà thiên văn học sẽ nhận được bộ dữ liệu thứ hai từ dự án Gaia của Cơ quan Vũ trụ châu Âu, trong đó sẽ tiết lộ vị trí và sự chuyển động của hàng tỷ ngôi sao trong Dải Ngân Hà. Bộ dữ liệu đầu tiên do Gaia thu thập được vào ngày 14/9/2016 đã hiển thị vị trí 3D của 2.057.050 sao và các đối tượng khác, cùng với cách các vị trí này thay đổi trong vòng 2 thập kỷ qua. Bản đồ này chứa hơn 1 tỷ vật thể và rộng hơn 1000 lần, chính xác hơn ít nhất 10 lần so với bất kỳ bản đồ nào trước kia. Các nhà khoa học kỳ vọng dữ liệu này có thể góp phần tăng thêm hiểu biết của chúng ta về cấu trúc xoắn ốc của Dải Ngân Hà.

Người Mỹ cổ đại

Các kết quả từ một số nghiên cứu về hệ gene cổ đại dự kiến công bố trong năm 2018 sẽ giúp giải thích phương thức di cư khắp châu Mỹ của con người. Các nhà khoa học hy vọng sẽ có những ước tính chính xác hơn về thời gian và cách thức con người mở rộng lãnh thổ khoảng 15.000 năm trước, đồng thời xác định được thời gian và các tuyến di cư tiếp theo. Công trình này cũng có thể giúp lý giải sự đa dạng về gene trong quần thể người Mỹ bản địa ngày nay như chúng ta thấy.

Cải tiến đơn vị đo lường khoa học

Sau hàng thập kỷ thực hiện, việc xác định lại bốn đơn vị đo lường sẽ tiến hành vào cuối 2018. Tại hội nghị toàn thể về khối lượng và đo lường vào tháng 11/2018, đại biểu từ 58 quốc gia sẽ bỏ phiếu để thông qua định nghĩa mới của ampere – đơn vị đo cường độ dòng điện, kilogram – đơn vị đo khối lượng, kelvin – đơn vị đo nhiệt độ và mole – đơn vị đo lường trong hóa học. Những đơn vị đo lường mới sẽ được xác định dựa vào những giá trị chính xác của các hằng số cơ bản, thay vì các định nghĩa tùy ý hoặc trừu tượng. Nếu được thông qua, những thay đổi này sẽ có hiệu lực từ tháng 5/2019.

Ví dụ như ampere được định nghĩa qua một thí nghiệm tưởng tượng liên quan đến lực giữa hai dây vô hạn nhưng trong tương lai ampere sẽ được tính toán dựa trên điện tích của một điện tử. Trong khi mole, một lượng chất trong hệ các cấu tử cơ bản bằng với số lượng nguyên tử carbon-12 trong lượng chất 0,012 kg; còn kelvin thì liên hệ với nhiệt độ và áp suất của nước, nước đá và hơi nước cùng tồn tại tại điểm cân bằng – điểm ba của nước.

Việc định nghĩa lại có thể không ảnh hưởng đến các phép đo hằng ngày, nhưng nó sẽ cho phép các nhà khoa học làm việc ở mức độ chính xác cao nhất theo nhiều cách, bất cứ lúc nào và ở bất kỳ quy mô nào mà không làm giảm độ chính xác.

Tới Mặt Trăng và xa hơn

Khi NASA đưa phi hành gia trở lại Mặt trăng theo “đơn đặt hàng” của Tổng thống Donald Trump, hai cơ quan vũ trụ khác cũng cố gắng hạ cánh ở đây. Vào 3/2018, Chandrayaan-2 sẽ đánh dấu nỗ lực đầu tiên của Ấn Độ để hạ cánh có kiểm soát trong không gian. Đây là một sứ mệnh mở rộng của Chandrayaan-1, bao gồm một tàu con thoi bay vòng quanh Mặt trăng, một tàu đổ bộ ở một vị trí chưa xác định gần cực Nam và một xe tự hành. Sau đó, vào tháng 12/2018, Chang’e-4 của Trung Quốc sẽ trở thành tàu thám hiểm đầu tiên nhắm đến vùng tối của Mặt trăng.

Các hoạt động nghiên cứu khám phá sẽ tiếp tục diễn ra trong những khu vực khác của Hệ Mặt trời: Hayabusa-2 của Cơ quan Thám hiểm Không gian Vũ trụ Nhật Bản sẽ tiến đến tiểu hành tinh RYUGU nguyên thủy vào tháng Bảy, và Osiris-Rex của NASA được lập kế hoạch để tới tiểu hành tinh Bennu vào cuối năm. Các nhà khoa học NASA đã chọn Bennu bởi cứ 6 năm một lần, nó sẽ di chuyển đến gần Trái đất trong phạm vi 300.000 km và tốc độ quay cũng không quá nhanh khiến các tàu vũ trụ có thể gặp nguy hiểm.

Dự kiến hai cuộc thăm dò của Nhật và Mỹ sẽ mang mẫu vật lấy được từ các hành tinh này về Trái đất vào năm 2020.

Bức tranh lớn hơn về ung thư

Những hiểu biết sâu sắc về các gene gây ung thư có thể có trong năm 2018 khi các nhà khoa học có điều kiện xem xét kỹ hơn dự án giải trình tự đa ung thư của toàn bộ các hệ gene trên quy mô lớn đầu tiên. Họ cũng nhận được kết quả từ một dự án lớn khác, Atlas hệ gene ung thư, sẽ công bố những phân tích các vùng mã hóa protein – được gọi là exome – của 33 loại khối u.

Atlas hệ gene ung thư là một nỗ lực phi thường của Mỹ để xây dựng hồ sơ di truyền của 10.000 khối u, được bắt đầu từ năm 2006 với kinh phí dự tính 100 triệu USD. Atlas này là thành phần lớn nhất của Liên minh Gene Ung thư Quốc tế - tổ chức hợp tác giữa các nhà khoa học từ 16 quốc gia đã phát hiện ra gần 10 triệu loại đột biến liên quan đến ung thư.

Hình ảnh siêu phân giải về cấu trúc nguyên tử của vật chất

Các nhà khoa học kỳ vọng một loạt nghiên cứu về vật chất sẽ thay đổi như thế nào trong những điều kiện cực đoan, ví dụ như trong lõi của một hành tinh. Những công cụ mới tại các cơ sở của Trung tâm laser electron tự do tia X châu Âu (XFEL) trên toàn thế giới sẽ cho phép các nhà khoa học hình dung được sự thay đổi của các mẫu vật chất trong môi trường nhiệt độ và áp suất cao.

Thiết bị của XFEL của châu Âu sẽ bắn ra những xung tia X năng lượng cực cao trong khoảng thời gian một vài trăm femo giây, đủ ngắn như các chớp sáng để có thể chụp nhanh được các phân tử bị đóng băng trong thời gian đó và với bước sóng đủ nhỏ để cung cấp các hình ảnh phân giải ở cấp độ nguyên tử.

Trong mỗi một giây, các nhà khoa học có thể thu được hơn 3000 bức ảnh X-quang chất lượng tốt từ thiết bị của XFEL trong khi các thiết bị khác chỉ đem lại 100 bức. Dự kiến, chi phí dành cho việc thực hiện nghiên cứu các phản ứng sinh học và hóa học trên những thiết bị hiện đại này cũng sẽ thấp hơn khi cơ sở đầu tiên của XFEL tại Trung tâm Gia tốc Electron Đức (DESY) ở Hamburg, Đức và ĐH bang Arizona ở Tempe, Mỹ, mở cửa. XFEL ở Hamburg có thể phát ra 27.000 xung/giây, nhanh gấp 200 lần so với thiết bị nhanh kế tiếp là Linac Coherent Light Source trị giá 420 triệu USD tại Phòng Thí nghiệm Gia tốc Quốc gia Mỹ (Menlo Park, California).

Cuộc chiến trong ngành công nghiệp vũ trụ

Dù có kỳ vọng về đội chiến thắng giải Google Lunar XPrize trị giá 30 triệu USD cho đến 31/3/2018 để hạ cánh và điều khiển một máy bay – tài trợ bởi tư nhân đầu tiên trên Mặt trăng, sau đó truyền hình ảnh lại. Nhưng cuộc thi đã không đi đến bước cuối cùng. Dẫu vậy, cuộc hành trình 10 năm này đã dấy lên niềm tin: sứ mệnh Mặt Trăng không còn giới hạn duy nhất cơ quan chính phủ mà ngày càng nhiều các doanh nhân, kỹ sư và các nhà cải tiến có thể tham gia.

Sau hơn một năm trì hoãn, các công ty hàng không vũ trụ Boeing và SpaceX dự định phóng tàu vũ trụ của họ tới Trạm Không gian quốc tế cho NASA vào tháng 11/2018. Kế hoạch này được phát triển từ năm 2014 nhằm cho phép NASA tiếp tục đưa các phi hành gia lên tàu vũ trụ của Mỹ, kể từ sau năm 2011. Cả hai nhà cung cấp này phải chứng minh rằng hệ thống của họ đã sẵn sàng thực hiện các chuyến bay đến trạm không gian. Sau các cuộc thử nghiệm bay không xác định, cả hai công ty sẽ thực hiện một chuyến bay thử nghiệm với phi hành đoàn.

Phương pháp điều trị bệnh

Những nỗ lực đưa các công cụ chỉnh sửa gene như CRISPR-cas9 tới các phòng khám đang phát triển. Giai đoạn đầu của thử nghiệm CRISPR trên người – chỉnh sửa tế bào miễn dịch để giải quyết ung thư phổi – sẽ kết thúc vào tháng Tư. Các công ty bao gồm Locus Biosciences (Research Triangle Park, California) và Eligo Bioscience (Paris) sẽ cùng hướng tới thử nghiệm sử dụng các thực khuẩn thể (bacteriophages) khai thác hệ thống CRISPR để chống lại vi khuẩn kháng kháng sinh. Và thử nghiệm đầu tiên sử dụng các tế bào gốc phôi (induced pluripotent stem – iPS) chữa trị bệnh Parkinson sẽ được bắt đầu ở Kyoto (Nhật Bản) vào cuối năm.

Gia tốc các hạt sơ cấp

Đây là thời điểm tăng tốc cho phương pháp mới về gia tốc các hạt. Các nhà khoa học với thí nghiệm AWAKE tại CERN, phòng thí nghiệm vật lý hạt của châu Âu gần Geneva (Thụy Sĩ) đã chỉ ra nguyên lý đằng sau đề xuất gia tốc các electron trên sóng plasma là âm thanh. Và hiện giờ, họ đang thực hiện điều đó. Nếu thành công, công nghệ này có thể tạo ra các vụ va chạm ở quy mô nhỏ hơn và chi phí thấp hơn.

Truy cập mở

Ai sẽ đầu hàng trước trong cuộc chiến giữa các nhà khoa học Đức và nhà xuất bản Elsevier? Khoảng 200 tổ chức học thuật của Đức đã mất quyền truy cập vào các tạp chí của Elsevier hồi 1/2017 tới khi hai bên có thể đạt được một thỏa thuận trong cuộc chiến dài hạn về phí đặt mua. Những người ủng hộ truy cập mở cũng sẽ theo dõi số phận của Sci-Hub – trang web cho truy cập trái phép đối với hàng triệu bài báo khoa học vốn phải trả phí – đã đóng một số tên miền của nó sau lệnh của tòa án Mỹ vào tháng 11.

Theo Thanh Nhàn (Tia sáng)