Sự kiện khoa học thế giới nổi bật năm 2020

UAE, Mỹ, Trung Quốc cùng phóng tàu vũ trụ tới sao Hỏa

Cuộc đua chinh phục hành tinh đỏ bắt đầu vào ngày 20/7 khi tàu bay quanh quỹ đạo sao Hỏa đầu tiên của Các Tiểu vương quốc Arab Thống nhất (UAE) phóng trên lưng tên lửa đẩy H-IIA F42 từ Trung tâm Vũ trụ Tanegashima ở miền nam Nhật Bản sau nhiều ngày trì hoãn. Con tàu mang tên Hy vọng (Hope) tách khỏi tên lửa đẩy khoảng một giờ sau khi phóng. Theo dự kiến, tàu sẽ tới quỹ đạo sao Hỏa vào tháng 2/2021, đúng dịp kỷ niệm 50 năm thống nhất UAE. Tàu vũ trụ nặng 1.350 kg này hoàn thành một vòng quỹ đạo sau mỗi 55 giờ và sẽ bay quanh hành tinh đỏ trong ít nhất hai năm.

Nhiệm vụ của Hope là tìm hiểu mô hình thời tiết sao Hỏa. Con tàu sẽ sử dụng các cảm biến và camera để khám phá quá trình mất oxy và hydro của bầu khí quyển hành tinh. Thông tin do các thiết bị trên tàu thu thập sẽ mở đường cho mục tiêu lớn hơn là xây dựng khu định cư dành cho con người trên sao Hỏa trong vòng 100 năm tới.

Nối tiếp UAE, tàu vũ trụ Thiên Vấn 1 của Trung Quốc cất cánh trên lưng tên lửa đẩy Trường Chinh 5 từ căn cứ phóng Văn Xương trên đảo Hải Nam vào ngày 23/7. Tàu Thiên Vấn 1 gồm tàu quay quanh quỹ đạo và robot tự hành mất 7 tháng để bay tới sao Hỏa. Nếu tất cả diễn ra thuận lợi, con tàu sẽ tiến vào quỹ đạo sao Hỏa trong tháng 2/2021 và tìm kiếm khu vực hạ cánh ở Utopia Planitiam, vùng đồng bằng có dấu vết của băng dưới mặt đất.

Theo lịch trình, tàu Thiên Vấn 1 sẽ hạ cánh vào tháng 4 hoặc 5/2021. Con tàu sẽ tập trung vào tìm kiếm nước ngầm và bằng chứng về sự sống cổ đại trên hành tinh đỏ. Robot tự hành trang bị pin năng lượng Mặt Trời nặng 240 kg sẽ vận hành trong khoảng 3 tháng và tàu quay quanh quỹ đạo sẽ hoạt động trong 2 năm.

Tên lửa đẩy Trường Chinh 5 đưa tàu Thiên Vấn 1 tới sao Hỏa vào hôm 23/7. Ảnh: Xinhua.

Mỹ trở thành quốc gia thứ ba phóng tàu vũ trụ tới sao Hỏa trong năm nay khi tàu vũ trụ mang theo robot tự hành Perseverance phóng trên lưng tên lửa đẩy từ Florida hôm 30/7. Sau hành trình 7 tháng trong vũ trụ, robot tự hành Perseverance sẽ hạ cánh xuống miệng hố Jezero trên sao Hỏa vào ngày 18/2/2021. Tương tự các robot tự hành trước đó, Perseverance sẽ trải qua "7 phút kinh hoàng" trước khi đáp xuống bề mặt hành tinh, theo đồ họa do NASA mới chia sẻ.

Robot Perseverance sẽ khám phá miệng hố Jezero Crater, khu vực có hồ cổ đại và châu thổ sông của sao Hỏa. Hồ nước tồn tại cách đây 3,5 - 4 tỷ năm khi sao Hỏa còn là hành tinh ẩm ướt, ấm áp hơn và có thể ở được. Perseverance sẽ tìm kiếm dấu hiệu sự sống vi sinh vật cổ đại từng tồn tại trên sao Hỏa trong suốt khoảng thời gian trên. Nó sẽ thu thập và lưu giữ mẫu vật lõi đá và đất để đưa về Trái Đất trong các nhiệm vụ tương lai. Theo dự kiến, các mẫu vật sẽ được chuyển về Trái Đất sớm nhất vào năm 2031. Perseverance sẽ hoạt động trong hai năm, cung cấp thêm hiểu biết mới về sao Hỏa. Robot tự hành trang bị 23 camera, 2 microphone và có khả năng đi thăng bằng trên bề mặt sỏi đá.

Năm 2020 đánh dấu thành công của ba nhiệm vụ lấy mẫu vật từ thiên thể khác đem về Trái Đất, đầu tiên là tàu vũ trụ Hayabusa2 của Nhật Bản. Con tàu đã hai lần lấy mẫu đất đá từ Ryugu, tiểu hành tinh cổ xưa có thể ẩn chứa nhiều manh mối về hệ Mặt Trời thời sơ khai, vào năm 2019. Đầu tháng 12 năm nay, con tàu về tới Trái Đất. Khoang tàu nhỏ chứa đất đá của Ryugu được thả xuống khu vực hẻo lánh thuộc Australia.

Các nhà khoa học cũng đang chờ mẫu vật từ một tiểu hành tinh cổ xưa khác mang tên Bennu. Khi nghiên cứu Bennu, họ có thể hiểu rõ hơn về quá trình các hành tinh hình thành, bao gồm cả Trái Đất. Hồi cuối tháng 10, tàu vũ trụ OSIRIS-Rex của NASA chạm xuống bề mặt tiểu hành tinh này trong khoảnh khắc ngắn ngủi để lấy mẫu đất đá. Con tàu dự kiến rời khỏi Bennu vào tháng 3 năm sau. Hành trình trở về sẽ kéo dài khoảng hai năm rưỡi.

Nhiệm vụ thứ ba diễn ra gần hơn, ngay trên Mặt Trăng. Trạm đổ bộ trong nhiệm vụ Hằng Nga 5 của Trung Quốc đáp xuống bề mặt Mặt Trăng hồi đầu tháng 12, sau đó tiến hành khoan và xúc đất đá. Khoang tàu nhỏ chứa số mẫu vật quý giá trở về Trái Đất và hạ cánh xuống Nội Mông hôm 17/12. Đây là lần đầu tiên sau hơn 4 thập kỷ, con người lại mang đất đá Mặt Trăng về Trái Đất. Sự kiện đưa Trung Quốc trở thành nước thứ ba làm được điều này, sau Mỹ và Liên Xô. Hằng Nga 5 cũng là nhiệm vụ Mặt Trăng phức tạp nhất mà Trung Quốc từng thực hiện.

Việc mang mẫu vật ngoài hành tinh về Trái Đất có giá trị khoa học to lớn. Trước hết, các chuyên gia có thể phân tích chúng trực tiếp và chi tiết hơn nhiều so với việc chỉ quan sát từ xa. Hơn nữa, mẫu vật cũng giữ được các đặc tính nguyên thủy, không bị biến đổi sau quá trình di chuyển ngoài không gian, vượt qua khí quyển và hạ cánh xuống Trái Đất.

SpaceX, công ty hàng không vũ trụ tư nhân Mỹ do tỷ phú Elon Musk sáng lập, lần đầu tiên phóng thử nghiệm tàu vũ trụ chở người lên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) trong nhiệm vụ mang tên Demo-2. Tên lửa Falcon 9 đưa tàu Crew Dragon rời bệ phóng 39A ở Trung tâm Vũ trụ Kennedy, bang Florida, lúc 2h22 ngày 31/5 (giờ Hà Nội). Tổng thống Mỹ Donald Trump, phu nhân Melania và Phó tổng thống Mike Pence đã tới theo dõi sự kiện quan trọng này.

Tàu Crew Dragon ghép nối với trạm ISS sau khoảng 19 giờ bay. Khi cửa nối mở ra, hai phi hành gia NASA Bob Behnken và Doug Hurley di chuyển từ tàu vũ trụ sang trạm ISS, lúc này đang ở độ cao hơn 420 km so với mặt đất. Phi hành đoàn trên trạm nồng nhiệt chào đón các thành viên mới, xác nhận thành công của nhiệm vụ Demo-2.

Demo-2 đưa SpaceX trở thành công ty tư nhân đầu tiên chở phi hành gia vào vũ trụ theo thỏa thuận hợp tác với NASA. Chuyến bay cũng đánh dấu lần đầu tiên NASA phóng tàu vũ trụ chở người trên đất Mỹ kể từ năm 2011, khi tàu con thoi Space Shuttle của cơ quan này "về hưu". Gần một thập kỷ qua, NASA dựa vào Nga để đưa phi hành gia lên trạm ISS. Giá mỗi vé trên tàu vũ trụ Soyuz là khoảng 85 triệu USD. Thành công của Demo-2 sẽ đem lại thay đổi lớn cho hoạt động chở phi hành gia lên vũ trụ.

Đài quan sát Arecibo ở Puerto Rico bắt đầu xuống cấp từ tháng 8/2020 khi một dây cáp đỡ nối giàn dầm treo bệ máy thu tín hiệu nặng 900 tấn với cột số 4 bị tuột khỏi ổ. Lúc đầu, các kỹ sư cho rằng công trình sẽ hoạt động ổn sau vài lần sửa chữa. Nhưng tới đầu tháng 11, trong lúc đội kỹ sư chuẩn bị tu sửa, dây cáp thứ hai bị đứt. Đây là một trong những dây cáp chính cũng nối với cột số 4, khiến giàn dầm mất đi 1/3 lực đỡ ở góc đó. Sau khi xem xét công trình bằng drone nhằm duy trì khoảng cách an toàn, những kỹ sư không tìm ra cách đánh giá an toàn mức độ vững chắc của công trình và cách sửa chữa hư hỏng.

Hôm 19/11, Quỹ Khoa học Quốc gia Mỹ (NSF) thông báo bắt đầu quá trình tháo dỡ kính viễn vọng. Đội kỹ sư cần vài tuần để lên kế hoạch phá hủy công trình. Tuy nhiên, kính viễn vọng sụp đổ sau đó chưa đầy hai tuần. Vào đêm ngày 30/11, giàn dầm của kính viễn vọng đường kính 305 m ở Đài quan sát Arecibo đổ sập chỉ sau một đêm. Ba cột đỡ của kính viễn vọng bị gãy, khiến giàn dầm đâm thủng mặt đĩa bên dưới. Hệ thống dây cáp đỡ kính viễn vọng cũng bị đứt. Sự kiện này chính thức "khai tử" kính viễn vọng được xem như biểu tượng của ngành thiên văn học.

Trong 57 năm hoạt động, kính viễn vọng Arecibo có nhiều phát hiện có ý nghĩa to lớn. Đối với các nhà khoa học, Arecibo là công cụ quan trọng trong khám phá vũ trụ. Họ sử dụng kính thiên văn tại đài quan sát để nghiên cứu các tiểu hành tinh khi chúng bay ngang qua Trái Đất, tính toán thời gian can thiệp trước khi xảy ra va chạm. Các nhà khoa học còn sử dụng Arecibo để tìm kiếm dấu hiệu của sự sống ngoài Trái Đất. Năm 2016, Arecibo lần đầu phát hiện những vụ nổ vô tuyến nhanh được lặp lại - tín hiệu không gian bí ẩn được cho là phát từ những ngôi sao đã chết. Gần đây, đài quan sát còn theo dõi tín hiệu được gửi từ các ngôi sao xung quanh thiên hà.

Công cụ chỉnh sửa gene CRISPR/Cas9 thử nghiệm trực tiếp trên người

Năm 2020 đánh dấu cột mốc quan trọng của "chiếc kéo phân tử " CRISPR/Cas9 khi công cụ này lần đầu tiên được sử dụng trực tiếp trên người, trong một cuộc thử nghiệm lâm sàng mang tên BRILLIANCE, nhằm kiểm tra khả năng loại bỏ các đột biến gây bệnh bẩm sinh Leber 10 (LCA10) – căn bệnh hàng đầu gây mù lòa ở trẻ và hiện chưa có cách điều trị.

Kể từ khi Emmanuelle Charpentier và Jennifer A. Doudna tìm ra "chiếc kéo phân tử " vào năm 2012, việc ứng dụng công cụ chỉnh sửa gene này đã trở nên bùng nổ. Các nhà nghiên cứu thực vật giờ đây có thể phát triển cây trồng chống chịu tốt hơn với sâu bệnh và biến đổi khí hậu. Trong lĩnh vực y học, CRISPR/Cas9 bắt đầu được thử nghiệm lâm sàng cho một số liệu pháp điều trị mới, mang đến hy vọng có thể chữa khỏi ung thư và bệnh di truyền trong tương lai.

Trong thử nghiệm BRILLIANCE do Viện mắt Casey thuộc Đại học Khoa học & Y tế Oregon của Mỹ tiến hành, các thành phần của kéo phân tử được tiêm trực tiếp vào mắt của một bệnh nhân LCA10, gần các tế bào cảm nhận ánh sáng. Trước đây, các thử nghiệm lâm sàng của CRISPR/Cas9 chỉ dùng để chỉnh sửa bộ gene của tế bào đã tách ra ngoài, sau đó mới được đưa trở lại cơ thể bệnh nhân.

Kỹ thuật mới cho phép các chuyên gia loại bỏ một đột biến trong gene CEP290, nguyên nhân chính gây bệnh LCA10, và kết quả ban đầu cho thấy thị lực của bệnh nhân đã được cải thiện, theo báo cáo trên tạp chí Nature hôm 5/3.

Một báo cáo khác xuất bản trên tạp chí Science Advances hôm 18/11 cũng ghi nhận thêm bước tiến đột phá của CRISPR/Cas9 khi công cụ này giúp tiêu diệt tế bào ung thư ở chuột mà không làm hỏng các tế bào khác.

Trong nghiên cứu, các chuyên gia từ Đại học Tel Aviv của Israel đã sử dụng CRISPR/Cas9 để điều trị hàng trăm con chuột mắc hai dạng ung thư nguy hiểm nhất: u nguyên bào thần kinh đệm và ung thư buồng trứng di căn. Kết quả cho thấy những con chuột được chỉnh sửa gene có tuổi thọ cao gấp đôi và tỷ lệ sống sót cao hơn 30% so với đồng loại của chúng. Đây là nghiên cứu đầu tiên chứng minh CRISPR/Cas9 có thể được sử dụng để điều trị hiệu quả ung thư di căn ở động vật sống.

Với những đóng góp ngày càng to lớn trong nghiên cứu sinh học và y học, công cụ chỉnh sửa gene CRISPR/Cas9 đã giúp Charpentier và Doudna nhận Giải Nobel Hóa học năm 2020. Đây là nhóm nhận giải Nobel gồm toàn nữ đầu tiên trong lịch sử, trở thành nguồn cảm hứng lớn cho những phụ nữ trẻ theo đuổi khoa học.