Космический телескоп Уэбба с канадскими приборами
На этой неделе Канада благополучно пережила «Синий понедельник» — третий понедельник января, когда, по утверждению психологов, представитель христианской цивилизации, переживающий зиму, особенно склонен к депрессии. Никаких отчаянных поступков, вроде угроз самоубийства или покушений на нелюбимых родственников, не наблюдалось. Но число звонков на монреальском телефоне доверия возросло на 17%. Случается это так: более 10 миллионов жителей Северной Америки вдруг осознают, что Рождество и Новый год остались позади, что долги продолжают копиться, что мороз такой – носа на улицу не высунешь, и вообще, за окном темно и неуютно. А тут еще пандемия! Хотя… влияние захватившего мир коронавируса на психологию – толкуемо. Получается что-то вроде иллюстрации к пословице «Не было счастья, да несчастье помогло». Страхом и тревогой жизнь не исчерпывается. Есть еще и общая цель, а значит, борьбу с инфекцией можно приравнять к справедливой войне (по Льву Толстому), сплачивающей сегодня человечество.
Не стоит, однако, отдавать эту благородную миссию исключительно на откуп COVID-19. Взглянув на звезды глазами Джеймса Уэбба, я в очередной раз убеждаюсь, что пресловутое «чувство глубокого удовлетворения» — не фигура речи, потому что отчетливо испытываю его в единении с миром – и Канадой, принявшей заметное участие в изготовлении космического телескопа нового поколения. Он уже завершил длительную фазу развертывания, подготовив гигантскую зеркальную панель к восприятию информации. Инновационная технология Уэбба позволяет ему увидеть и изучить каждую фазу космической истории, включая первое свечение после Большого взрыва, создавшего нашу Вселенную 13 с половиной миллиардов лет назад, и формирование галактик, звезд и планет, которые заполняют ее сегодня.
Так каков же вклад Канадского космического агентства (CSA) в создание главной космической обсерватории НАСА? CSA разработало и установило на телескопе два важных элемента. Во-первых, это датчик точного наведения (FGS), позволяющий фокусироваться на интересующих обсерваторию объектах. Благодаря ему Уэбб может:
— определять свое положение;
— получать изображение предварительно выбранных опорных звезд;
— отслеживать движущиеся цели;
— с высочайшей точностью придерживаться постоянной фиксации на конкретной цели.
Во время вывода телескопа на орбиту FGS отслеживал вероятные отклонения при развертывании главного зеркала, а во время эксплуатации (приблизительно в течение 5-10 лет) сыграет важную роль во всех научных наблюдениях Уэбба и обеспечит сбор четких детальных изображений небесных тел во Вселенной.
Вторым поставленным Канадой не менее важным элементом оборудования является прибор для формирования изображений в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф (NIRISS). С его помощью можно изучать значительно число астрономических объектов, от экзопланет до далеких галактик. NIRISS является специализированным инструментом, работающим в 3 режимах, каждый – со своим диапазоном. Используя камеру, чувствительную к волнам инфракрасного диапазона, прибор будет улавливать излучаемый объектами инфракрасный свет, выполняя следующие научные задачи:
— получение т.н. первого света, то есть первого изображения, чаще всего невысокого качества, но знаменующего нахождение нового объекта;
— обнаружение экзопланет и получение их характеристик;
— осуществление метода транзитной спектроскопии.
Эти устройства уже получили прозвище «канадские глаза» — по аналогии с роботизированными манипуляторами, использованными на шаттлах для перемещения грузов в космосе и прозванных «канадской рукой».
Как ни грандиозна сама по себе работа над уникальным космическим оборудованием, Канада, естественно, имела в деле и свой интерес, получив взамен гарантированную долю времени использования Уэбба. Таким образом, канадские ученые одними из первых изучат данные, собранные самым совершенным из когда-либо созданных космических телескопов.
Возглавляли канадскую научную группу, работающую над Уэббом:
— главный исследователь, доктор Рене Дойон (Universitе de Montrеal);
— научный сотрудник проекта, доктор Крис Уиллотт (Национальный исследовательский совет, Канадский исследовательский центр астрономии и астрофизики им. Герцберга). В группу входили ученые нескольких университетов и научных центров, в том числе, Universitе de Montrеal, University of Toronto, Saint Mary’s University (Новая Шотландия). У каждого за спиной – состоявшаяся научная карьера. Так, Рене Дойон – обладатель нескольких престижных канадских и международных наград, присуждаемых астрономическими сообществами. Его любимый афоризм: «Принимая серьезные решения, следуй своему инстинкту. Он обманывает редко». Отвечая на вопрос, какая часть миссии Уэбба его больше всего волнует, Дойон назвал стремление узнать, одинок ли человек во Вселенной, а значит, прежде всего — изучение экзопланет, миров за пределами солнечной системы, в которых могут подходящие условия для зарождения и процветания жизни.
Весь вклад Канады в работу финансировало CSA – это $165 млн.
* * *
Разумеется, для контраста нужно напомнить, что и на Земле для любознательных людей еще остается непочатый край работы. В журнале Current Biology были опубликованы две научные статьи, описывающие новый способ обнаружения животных в дикой природе. Ученые открыли способ идентифицировать животных, которые слишком хорошо спрятались: отпечатки звериных ДНК остаются в воздухе, откуда их можно извлечь. Экологическая ДНК, или eDNA, выбрасывается организмами в окружающую среду из отмирающих клеток кожи или через фекалии. В воде или в почве ее уже довольно давно научились находить и идентифицировать, отслеживая биоразнообразие живых существ – от рыб до микробов.
Элизабет Клэр, сотрудница York University (Торонто)
Сегодня благодаря исследованиям, проведенным двумя научными группами независимо друг от друга, появился новый метод: с помощью вакуумного насоса, предназначенного для отбора проб воздуха на ДНК из окружающей среды, можно находить и идентифицировать виды на расстоянии до сотен метров. Руководили группами Кристин Боманн, адъюнкт-профессор эволюционной геномики в Институте глобуса Копенгагенского университета, и Элизабет Клэр, сотрудница York University (Торонто). Занятно, что в обеих группах ученые сравнивают «ловлю» ДНК в воздухе с обнаружением отпечатков пальцев. Получить такую eDNA – значит чрезвычайно расширить границы наблюдения за наземными животными — птицами и млекопитающими, особенно за уязвимыми видами. По словам Клэр, трудно переоценить значимость открытия для ученых, которые работают с находящейся под угрозой исчезновения или очень редкой популяцией. Часто принадлежащие к ней особи настолько чувствительны к постороннему присутствию, что их невозможно увидеть в окружающей среде, даже если известно, что они там есть. Сложность такой ситуации снимается, поскольку при обнаружении eDNA присутствие животного не нужно. Он, например, убежал с тропы некоторое время назад. Но вакуумный пылесос «расскажет», что он здесь был.
Клэр начала эту работу с тестирования воздуха в своей лаборатории, где она была старшим преподавателем. Лаборатория стала домом для колонии грызунов, называемых «голыми землекопами», или «слепышами». Нечто вроде хомяка, но без шубки. Именно их eDNA была обнаружена первой. Клэр и ее команда установили в своей лаборатории вакуумный насос, который пропускал воздух через фильтровальную бумагу, упрощенно — наподобие той, что используется для заваривания кофе. Следующим шагом было извлечение любой ДНК, которая оставалась на бумаге, и создание дополнительных копий с помощью метода, называемого ПЦР. Да, он используется при тестировании на COVID-19. Далее ДНК сравнивали с известными базами данных разных видов. Каждое использование насоса позволяло выловить из воздуха ДНК, так что их собралась целая коллекция: от голого землекопа, человеческая, собачья, во многом определившая дальнейший ход работы. Собак в лаборатории не было, но ученые догадались, что этот «отпечаток пальца» принес с собой техник, который ранее присматривал за собакой своей матери. Насос оказался гораздо более чувствительным, чем ожидалось.
Следующим пространством эксперимента стал зоопарк. Идеальная в данном случае среда: менее контролируемая, чем лабораторная, но позволяющая точно определить источник eDNA и то, как далеко он находится. В вольере с гиббонами обнаружились воздушные следы динго. В корме для животных — двойная спираль курицы и коровы. Попались и eDNA животных, захаживающих в зоопарк, — белок и даже европейского ежа, а это вид, находящийся под угрозой исчезновения.
Команда, возглавляемая Кристиной Боманн, использовала другой вид пылесоса, на водной основе, и собрала пробы воздуха из трех разных мест.
В 40 образцах было обнаружено 49 видов млекопитающих, птиц, земноводных, рептилий и рыб. В Доме тропических лесов, не заглядывая в пруд, нашли гуппи, а еще двупалого ленивца и удава. Боман и Клэр связались и решили отправить две статьи в один и тот же журнал для публикации в одно и то же время, утверждая, что это отличная идея, поскольку она демонстрирует независимое научное подтверждение. Прежде такого не бывало, а тут сработало.
Журналисты поинтересовались, можно ли применить этот метод при поиске преступника, в судебно-медицинской экспертизе. Ученые решили, что да. Но процедуру такого анализа еще предстоит отрабатывать.
