علم و دست اندازهایش در سالی که گذشت: مهم‌ترین چالش‌های علمی ۲۰۲۱

طرفداران و مشتاقان علم، خاصیت ابطال‌پذیری آن را همیشه به عنوان مزیتی مطرح می‌کنند که فرصت این را فراهم می‌سازد تا با تحقیقات بیشتر، تلاش‌های مداوم و اطلاعات به‌روزتر بشود درک بهتر و موثرتری از پدیده‌های مختلف پیدا کرد. در اوایل همه‌گیری کرونا برای خیلی از مردم این سوال پیش آمد که پس علم قرار است چه طور به ما کمک کند و بعد با رسیدن واکسن‌ها نگرانی تازه این بود که با علم برای جهش‌های ویروس چه خواهد کرد؟

خاصیت عجیب علم هر روز سعی می‌کند نادانسته‌های قبلی را کامل‌تر کند و پاسخ‌های دقیق‌تری به ما بدهد. خاصیتی که شاید در بسیاری از رشته‌های دیگر دیده نشود و در نگاه اول علم را متزلزل و دائما در حال تغییر نشان دهد اما وقتی با تامل با آن روبه‌رو می‌شویم، می‌بینیم که همین ویژگی است که آن را از زمانه عقب نمی‌اندازد و با مسائل جدید همراهش می‌کند. ممکن است روزی بفهمیم اطلاعات علمی‌مان درباره برخی حوزه‌ها ناقص یا حتی غلط بوده و برای بهبود و تکمیلش تلاش کنیم.

ممکن است ببینیم آنچه می‌دانستیم برای رفع بحران‌ها و مشکلات بشر کافی نبوده و برای ارتقایش دست به آزمایش‌ها و پژوهش‌های بیشتر بزنیم و بودجه و زمان زیادی هم صرف کنیم. در سالی که گذشت، غیر از دستاوردهای مهم در حوزه علم، چالش‌هایی هم وجود داشت که برخی بی‌پاسخ ماندند و برخی هم بعد از کش‌و‌قوس‌های فراوان به نتیجه مثبت رسیدند، در این مطلب نگاهی داریم به این مصائبی که در سال 2021 دانشمندان با آنها دست و پنجه نرم کردند.

افزایش دمای بی‌سابقه در کانادا و تحقیقات دامنه‌دار درباره تغییر اقلیم

گرمای کانادا و شمال غربی اقیانوس آرام و ایالات متحده آمریکا در ماه جولای سال 2021 (تیرماه) همه را شوکه کرد، صدها نفر را کشت و رکوردهای دما در برخی نقاط آمریکا و کانادا تا 5 درجه سانتی گراد شکسته شد.. معمولا وقتی چنین اتفاقاتی رخ می دهد مردم به این فکر می‎‌افتند که آیا تغییرات آب و هوایی منشا این اتفاقات هستند و یا تصمیمات انسان ها در این تغییرات دخیل اند؟
اتو، محقق آب و هوا در موسسه Grantham در لندن، سالهاست با هدف تجزیه و تحلیل اینکه آیا تغییرات آب و هوایی در گرمای شدید، سرما، بارندگی، خشکسالی و فعالیت های آتش سوزی نقش دارد یا نه در حال مطالعه است.او غیر از موج گرمای شمال غرب آمریکا در سال جاری، تغییرات آب و هوایی را در سیل‌های ویرانگر جولای (تیرماه) در آلمان و بلژیک، موج هوای سرد آوریل (اردیبهشت) در فرانسه و خشکسالی مداوم در ماداگاسکار را هم مورد تجزیه و تحلیل قرار داده است. برخی از نتایج این تحقیقات، قبل از معاهده جهانی تغییرات آب و هوا در گلاسکو منتشر شد؛ افزایش انتشار گازهای گلخانه ای باعث شده است که برخی از تغییرات آب و هوایی - به ویژه گرمای شدید - مکرر و شدیدتر شود. اما مطالعات تغییرات دما و علل آن در کشورهای نیمکرده جنوبی کره زمین هم چنان برای محققان چالشی بزرگ به حساب می آید چرا که این مناطق معمولا داده های آب و هوایی قابل اعتماد ندارند و ظرفیت های تحقیقاتی محلی شان هم محدود است. در حالی که اتفاقا کشورهای این مناطق، بیشتر در معرض خطر تغییرات آب و هوایی و آب و هوای شدید هستند. محققان امیدوارند که کشورهای کم درآمد بتوانند با حمایت کشورهای ثروتمندتر تحقیقات خود را در سال های آینده تقویت کنند. بعد از تکمیل این اطلاعات نیاز به همکاری همه کشورهاست تا میزان آلایندگی خود را پایین بیاورند، چالشی علمی که در برقراری عدالت جهانی هم تاثیرگذار است.

کرونا بهانه‌ای برای به‌کارگیری و توسعه واکسن‌های mRNA

پیش از توسعه دانش و فناوری ساخت واکسن های مبتنی بر RNA ما از واکسن های قدیمی که بر اساس تزریق پروتئین ویروس غیر فعال یا ضعیف شده بودند استفاده می کردیم. این پروتئین ها با ورودشان به بدن، سیستم ایمنی را مجهز می کردند تا وقتی که ویروس وارد شد آن را شناسایی کرده و مبارزه را آغاز کنند.اما واکسن های جدید دارای رشته هایی از ماده ژنتیکی ریبونوکلئیک اسید هستند که به پیام‌رسان و یا همان کلمه اختصاری mRNAمعروف اند. واکسن های mRNA دستورالعمل‎‌هایی را برای سلول های ما ایجاد می کنند تا پروتئین بی ضرر بسازند. بعد از اینکه قطعه پروتئین ساخته شد، رشته mRNA شکسته می شود و با استفاده از آنزیم های موجود در سلول تجزیه می شود. هنگامی که پروتئین یا آنتی ژن در سطح سلول نشان داده می شود، سیستم ایمنی بدن شروع به تولید آنتی بادی و فعال سازی سلول ها می کند تا از آنچه فکر می‌کند عفونت است، جلوگیری کند. در واقع این واکسن ها به سلول های بدن ما می آموزند که چگونه پروتئینی بسازند که باعث ایجاد پاسخ ایمنی در داخل بدن شود. واکسن های mRNA حاوی ویروس زنده نیستند و خطر ایجاد بیماری در فرد واکسینه شده را ندارند. همچنین آنها به هیچ وجه بر DNA و ژن ها تأثیر نمی‎‌گذارند و با آن ارتباط برقرار نمی کنند پس نگرانی در مورد آسیب به ژن ها وجود ندارد.

تولید این واکسن‌ها نسبت به واکسن‌های سنتی امن‌تر است و سریع‌تر و ارزان‌تر ساخته می‌شود و چون مبتنی بر کد ژنی است نیازی به آزمایشگاه های بزرگ و گران قیمت ندارد. با شیوع ویروس کووید 19 و توسعه این واکسن ها و رواج آن ها در بین مردم محققان در فکرند که به طور جدی تر برای ساخت واکسن HIV تلاش کنند. به طور کلی سال 2021 سال واکسن های mRNA  بود. شرکت مدرنا قصد دارد در سال جدید اقدامات فاز دوم بالینی واکسن‌های زیکا و تب چیکونگونیا را انجام خواهد داد. از طرفی شرکت های داروسازی با بررسی تاثیرات مثبت و نتایج ارزنده واکسن های mRNAتصمیم به ساخت واکسن سرطان را دارند. ساخت این واکسن ها در سال 2021 با چالش های زیادی روبه رو بود شاید یکی از مهم ترینش کم کردن عوارض آنها است. آنافیلاکسی یا واکنش‌های آلرژیک شدیدی در ۲ تا ۵ نفر در هر یک میلیون تزریق در آمریکا دیده شد که هیچ‌کدام منجر به مرگ نشده است. این نتایج با واکسن فایزر-بیون‌تک حدود ۴.۷ در میلیون و با واکسن مدرنا ۲.۵ در میلیون دیده شده است. طبق بررسی‌هایی که انجام شده، علی رغم این که این اعداد بسیار کم هستند، حدود ۱۱ برابر بیشتر از آلرژی‌هایی است که با واکسن آنفولانزا به وجود آمده است.

واکسن‌سازی با نیم نگاهی به جهش‌ها و سویه‌های جدید ویروس

از مهم ترین چالش های محققان در سال 2021 توجه به سویه های تازه ویروس کووید 19 بود. هنگامی که یک سلول انسانی آلوده، کروناویروس‌های جدید را جمع‌آوری می‌کند، گه‎گاه خطاهای کوچکی در کپی‌برداری جهش مرتکب می‌شود که به آن جهش می‎گویند. محققان این امکان را دارند که جهش ها را از طریق یک اصل و نسب، شاخه ای از شجره خانواده کروناویروس، ردیابی کنند. گروهی از کروناویروس‌ها که دارای مجموعه ارثی مشابهی از جهش‌های متمایز هستند، variant یا سویه نامیده می‌شوند. با ظهور سویه های جدید از ویروس کرونای جهش یافته هر بار دانشمندان نگرانی و چالش تازه‎ای درباره اثرگذاری واکسن های پیدا می‎کنند. در میان چندین جهشی که ویروس کووید 19 در دو سال اخیر داشته است، گونه دلتا که مهاجم تر و رایج‎تر از بقیه بود نگرانی های زیادی ایجاد کرد و محققان را به چالش کشید. آنها تا مدتها درگیر بررسی اثرگذاری واکسن های مختلف روی این سویه بودند. اکنون اما سویه جدید اومیکرون در تعدادی از کشورهای جهان شناسایی شده و علی رغم اینکه درصد شیوع آن به اندازه دلتا نیست اما پژوهشگران را به تکاپو انداخته است. گرچه محققان شرکت های فایزر و مدرنا  معتقدند اگر واکسن‌های فعلی کارآمد باشد و اُمیکرون، سویه غالب در جهان نشود، تولید واکسن جدید برای هدف قرار دادن آن هیچ فایده‌ای نخواهد داشت.توسعه‌دهندگان واکسن از جمله گروه «وی» در موسسهWestmead استرالیا در حال آزمایش روی واکسن‌های نسل بعدی خود هستند که در برابر انواع مختلف این ویروس مقاوم است.

مصائب ارسال بزرگترین تلسکوپ فضایی دست ساز بشر

تا همین چند سال پیش آنچه درباره عالم می دانستیم محدود بود به منظومه شمسی و ستاره های کهکشان خودمان و تئوری هایی که از میان روابط ریاضی بیرون می آمد و میگفت کیهان بسیار وسیعتر از آن چیزی است که تا کنون دیده ایم. سال 1995 وقتی تلسکوپ فضایی هابل تصویری از یک محدوده کوچک از فضا ثبت کرد حیرت زده شدیم! چرا که آن تصویر پر از نقاط روشنی بود که بر خلاف انتظار ما ستاره نبودند، بلکه هر کدام کهکشانی بودند کمی کوچکتر یا بزرگتر از کهکشان راه شیری. کهکشان های پر تعدادی که فقط از یک بخش محدود از فضا در عکس ثبت شده بودند این حقیقت را برایمان آشکار کرد که کهکشان های زیادی در فواصل بسیار زیاد از ما قرار دارند که تا پیش از این آنها را ندیده بودیم. در اواخر سال 2021 بالاخره تلاش محققان نتیجه داد و تلسکوپ فضایی جیمز وب به فضا پرتاب شد، تلسکوپی که انبوهی از تجهیزات و فناوری های مدرن را در خود جای داده و قرار است عالم را دقیقتر و با وضوح بیشتری نشانمان دهد. در عصر حاضر احتمالا پاسخ برخی از سوالات اخترفیزیک و کیهان شناسی به لطف جیمز وب پیدا خواهد شد. این تلسکوپ پس از 32 سال کار و تلاش بالاخره در شنبه 4 دی ماه به فضا پرتاب شد. ابتدا تاریخ پرتاب وب در سال ۲۰۱۸ میلادی اعلام شده بود، اما به دلیل مشکلات فنی ایجاد شده در رصدخانه، پرتاب آن بارها و بارها به تعویق افتاد. برای خیلی از افراد علاقه مند این پرسش را ایجاد کرد که چه طور ممکن است تاریخ رویدادی به این مهمی این قدر تغییر کند اما وقتی توضیحات پژوهشگران این پروژه عظیم را می‎شنویم به نظر قانع کننده می رسد که تیم های تحقیقاتی زیادی در حال بررسی تجهیزات مختلفی بودند که برخی از آن ابزارها برای اولین بار است که در یک ماموریت فضایی به کار می روند. ابزارهای نوینی برای این ماموریت طراحی و ابداع شدند و هرکدام بارها و بارها باید مورد آزمایش قرار بگیرند. نه تنها چالش‎های تحقیقاتی و اختراعات تازه در مسیر پرتاب جیمز وب تاخیر ایجاد کرد بلکه محدودیت های مالی هم گاهی باعث توقف ساخت تلسکوپ در سال 2011 شده بود. از طرفی هماهنگی تیم های تحقیقاتی روباتیک، هوا و فضا، اخترفیزیکدان و کیهان شناس ها، برنامه نویس ها، زیست شناسان و شیمی دان ها و بسیاری از محققان رشته‎های دیگر از سازمان فضایی آمریکا، کانادا و اروپا فرآیند زمان بر و پیچیده ای بود که این پروژه را از دیگر پروژه های علمی تحقیقاتی متمایز می کرد. تلسکوپ فضایی جیمز وب قرار است تا تمام داده‌های خود را در نور فروسرخ ثبت کند پس لازم است روکشی از جنس طلا داشته باشد تا بیشترین بازتاب گرمایی را داشته باشد. پرتاب هم چالش های بسیاری داشت وزن جیمز وب بسیار بالا بود و ابعاد بزرگی داشت بنابراین ارسالش به فضا نیازمند روش های متفاوتی بود. برای این منظور تلسکوپ به یکی از کشورهای استوایی منتقل شد تا هنگام پرتاب، سرعت اولیه مضاعفی به آن‌ وارد شود و در مسیر درستی قرار گیرد. انتقال تلسکوپ به کشور گویان فرانسه (در امریکای جنوبی) هم دردسر دیگری بود که با حمل و نقل دریایی حل شد. این انتقال به شکل هوایی و یا زمینی می توانست خطراتی داشته باشد برای همین انتقال از مسیر دریایی انتخاب شد. انتخاب مدار مناسب برای قرار گیری جیمز وب از دیگر مسائل مهم پیش رو بود که مدت زیادی مورد مطالعه دانشمندان قرار گرفت چرا که وب باید در نقطه ای از مدار زمین قرار میگرفت که همواره بتواند از انرژی خورشید برای ماموریت خود استفاده کند و در تاریکی سایه زمین و ماه نباشد. حسگرها، دوربین ها و فناوری های مدرنی که در وب به کار رفته هرکدام سوژه مقالات علمی مفصلی است که محققان سالها روی آنها کار کردند و قرار است سیارات فراخورشیدی، کهکشان های دور دست و دیگر اجرامی که کمتر برایمان شناخته شده اند را شناسایی کند و از نحوه شکل گیری کیهان اطلاعات به دست آورد.

مسیر پر چالش بازگشت به ماه

ماه، تنها قمر زمین همواره مکانی برای رقابت های فضایی قدرت های دنیاست. هر کشوری برای آن که فناوری های فضایی خود را توسعه دهد به اجرای ماموریت های خاص در ماه می اندیشد.
سال 2021 قرار بود ماموریت آرتمیس 1 آغاز شود و در طی آن اولین پروازهای سامانه پرتاب فضایی یا SLS و فضاپیمای اوریون ناسا انجام بگیرد. در برنامه آرتمیس قرار است تا سال 2024 فضانوردان مجددا بتوانند به ماه بروند اما طبق آنچه در جمعه 26 آذر ماه توسط مقامات ناسا اعلام شد نقصی در کنترل‌گر موتور وجود داشته که لازم بوده عملکرد موشک ها و موتور مجددا مورد بازبینی قرار بگیرد. موشک «سامانه پرتاب فضایی» دارای یک بخش مرکزی با چهار موتور RS-۲۵ است که هرکدام کنترل‌گر پرواز مجزا دارند که ناسا آنها را «مغز» موتور می‌نامد. سیستم کامل آرتمیس ۱ اکنون در پایگاه فضایی کندی ناسا در فلوریدا قرار دارد و آخرین آزمایش پیش از پرتاب را می‌گذراند. در میان آزمایش‌های کامل شده آزمایشی قرار دارد که بررسی می‌کند چگونه سیستم‌های زمینی با هر یک از سخت افزارهای این ماموریت ارتباط برقرار می‌کنند. فعلا حل مشکلات آرتمیس، پروازی که دوباره قرار است بشر را به ماه برساند تا ماه مارس 2022 زمان می برد و پس از آن احتمالا زمان دقیقتری برای پرتاب اعلام خواهد شد.