Robot thám hiểm tự hành Mars 2020 của NASA. Ảnh: JPL-Caltech.

Chinh phục sao Hỏa

Năm 2020, chúng ta sẽ chứng kiến một cuộc “xâm lược” sao Hỏa thực sự khi một số tàu vũ trụ, bao gồm ba tàu đổ bộ, bay đến hành tinh đỏ.

Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) dự kiến phóng robot thám hiểm tự hành Mars 2020 lên sao Hỏa vào tháng 7. Nó có nhiệm vụ thu hoạch các mẫu đất đá để đưa trở lại Trái đất phân tích trong tương lai. Robot thám hiểm này mang theo một máy bay không người lái cỡ nhỏ tên là Mars Helicopter nhằm hỗ trợ các nhiệm vụ thám hiểm và nghiên cứu, cũng như thử nghiệm khả năng hoạt động của phương tiện bay trên bầu khí quyển sao Hỏa.

Trung Quốc có kế hoạch đưa tàu đổ bộ đầu tiên, Huoxing-1, cùng một robot tự hành lên sao Hỏa vào tháng 7 hoặc tháng 8. Một tàu vũ trụ của Nga sẽ mang theo robot tự hành của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) đến hành tinh đỏ – nếu vấn đề với dù hạ cánh có thể được giải quyết.

Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất (UAE) dự định phóng một tàu quỹ đạo để thực hiện nhiệm vụ khám phá sao Hỏa đầu tiên của một quốc gia Ả Rập.

Ngoài sao Hỏa, Trung Quốc cũng lên kế hoạch khởi động nhiệm vụ đáp tàu Hằng Nga 5 xuống bề mặt của Mặt trăng và đưa các mẫu vật trở về Trái đất. Trong phạm vi xa hơn của hệ Mặt trời, tàu thăm dò Hayabusa2 (Nhật Bản) thu thập thành công mẫu đất đá từ bề mặt tiểu hành tinh Ryugu. Hiện nay, Hayabusa2 đang trên đường quay về Trái đất. Dự kiến nó sẽ hạ cánh xuống một sa mạc ở Australia vào cuối năm 2020. Trong một sứ mệnh tương tự, tàu vũ trụ OSIRIS-REx của NASA sẽ lấy mẫu vật trên tiểu hành tinh Bennu vào tháng 8.

Bầu trời lớn, dữ liệu lớn

Vào tháng 4/2019, nhóm nghiên cứu quốc tế thuộc chương trình Kính thiên văn Chân trời sự kiện (EHT) đã công bố bức ảnh đầu tiên chụp hố đen ở trung tâm thiên hà Messier 87, cách Trái đất gần 54 triệu năm ánh sáng. Không dừng lại ở đó, nhóm nghiên cứu đang lên kế hoạch chụp ảnh, thậm chí là quay phim hố đen siêu lớn Sagittarius A* nằm ở trung tâm dải Ngân hà vào năm 2020.

Để thực hiện điều này, các nhà khoa học sẽ sử dụng mạng lưới 11 kính viễn vọng vô tuyến nằm ở nhiều địa điểm khác nhau trên thế giới, thay vì 8 kính viễn vọng như trước đây. Họ cũng tận dụng công nghệ máy tính mới để xử lý lượng dữ liệu lớn gấp 10 lần.

Cuối năm nay, Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) sử dụng dữ liệu từ tàu vũ trụ Gaia để cập nhật bản đồ 3D của dải Ngân hà [hay thiên hà Milky Way], qua đó làm thay đổi hiểu biết về cấu trúc và sự tiến hóa của thiên hà mà chúng ta đang sống.

Thêm vào đó, các nhà thiên văn sẽ tiết lộ những vụ va chạm trong vũ trụ tạo ra sóng hấp dẫn, hoặc những gợn sóng trong không – thời gian, mà họ quan sát được vào năm 2019. Đó có thể là vụ sáp nhập của các hố đen, hoặc vụ va chạm giữa hố đen với một ngôi sao.

Máy gia tốc hạt cỡ lớn

Năm 2020, Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu (CERN) hy vọng đảm bảo được nguồn tiền tài trợ cho một máy gia tốc hạt cỡ lớn trong tương lai trị giá 21 tỷ euro (23,4 tỷ USD). Cỗ máy sẽ được xây dựng trong một đường hầm hình tròn có chu vi 100 km và mạnh hơn gấp sáu lần so với Máy gia tốc hạt lớn (LHC) của CERN hiện nay. Vào tháng 5, CERN dự kiến tổ chức một cuộc họp đặc biệt tại Budapest, Hungary, để thông qua các kế hoạch nhằm thực hiện mục tiêu này.

CERN dự định xây một máy gia tốc hạt có kích thước khổng lồ trong tương lai. Ảnh: CERN.

Tại Mỹ, Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia Fermi gần Chicago, bang Illinois, sẽ công bố kết quả được chờ đợi từ lâu về Muon g–2, một thí nghiệm vật lý đo mômen lưỡng cực từ dị thường (anomalous magnetic dipole moment) của hạt muon với độ chính xác cao. Các nhà vật lý hy vọng rằng, kết quả thí nghiệm có thể cung cấp bằng chứng về sự tồn tại của các hạt cơ bản hoàn toàn mới.

Nấm men tổng hợp

Dự án đầy tham vọng của các nhà sinh học tổng hợp nhằm “thiết kế lại” nấm men Saccharomyces cerevisiae [thường được gọi là nấm men bánh mì] dự kiến sẽ hoàn thành vào năm 2020.

Trước đây, các nhà nghiên cứu từng thay thế hoàn toàn mã di truyền của các sinh vật đơn giản hơn – ví dụ vi khuẩn Mycoplasma mycoides – nhưng thực hiện điều này ở các tế bào nấm men khó khăn hơn nhiều vì sự phức tạp của chúng.

Nấm men Saccharomyces cerevisiae. Ảnh: Eye of Science.

Các nhà nghiên cứu tại 15 phòng thí nghiệm trên thế giới đã hợp tác với nhau để thay thế DNA trong từng nhiễm sắc thể của nấm men Saccharomyces cerevisiae [gồm 16 nhiễm sắc thể] bằng các phiên bản DNA tổng hợp. Họ cũng thử nghiệm việc sắp xếp lại và chỉnh sửa bộ gene – hoặc xóa các đoạn DNA – của Saccharomyces cerevisiae nhằm tìm hiểu cách thức sinh vật này tiến hóa và đối phó với các đột biến. Các nhà nghiên cứu hy vọng tế bào nấm men tổng hợp mới sẽ giúp con người sản xuất hiệu quả và linh hoạt hơn một loạt các sản phẩm, từ nhiên liệu sinh học đến thuốc.

Chống biến đổi khí hậu

Vào tháng 8, Chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc sẽ công bố một báo cáo lớn về các khía cạnh khoa học của “Geoengineering” – các kỹ thuật cải tạo Trái đất có thể được sử dụng để chống biến đổi khí hậu, chẳng hạn như loại bỏ một phần carbon dioxide (CO2) ra khỏi bầu khí quyển và chặn ánh sáng Mặt trời (blocking sunlight).

Vào tháng 5/2019, Đài quan sát Mauna Loa ở Hawaii ghi nhận nồng độ CO2 trong khí quyển vượt qua ngưỡng 415 phần triệu (ppm), mức cao nhất trong lịch sử kể từ khi con người xuất hiện trên Trái đất. Ảnh: AFP.

Cũng trong năm 2020, Cơ quan quản lý Đáy biển Quốc tế (ISA) sẽ ban hành các quy định được chờ đợi từ lâu cho phép khai thác mỏ dưới đáy biển. Các nhà khoa học lo lắng rằng, việc khai thác khoáng sản không hợp lý có thể làm hỏng hệ sinh thái biển và gây ra những tác động xấu tiềm tàng đối với môi trường.

Vào tháng 11, Hội nghị về biến đổi khí hậu của Liên Hợp Quốc (COP 26) dự kiến diễn ra tại Glasgow, Anh. Các nhà lãnh đạo thế giới sẽ tiếp tục thảo luận về việc cắt giảm khí thải nhà kính để thực hiện hiện mục tiêu của Hiệp định Paris năm 2015, đó là kiềm chế mức tăng nhiệt độ của Trái đất dưới 2°C so với thời kỳ tiền công nghiệp. Cho đến nay, hầu hết các quốc gia vẫn đang chậm thực hiện các cam kết của mình.

Tạo phôi lai giữa người và động vật

Hiromitsu Nakauchi, nhà khoa học về tế bào gốc tại Đại học Tokyo (Nhật Bản), và các cộng sự có kế hoạch nuôi tế bào gốc người trong phôi thai chuột nhắt, chuột cống, lợn, sau đó cấy ghép vào động vật mang thai hộ. Mục tiêu của họ là tạo ra động vật mang nội tạng người có thể dùng để cấy ghép.

Ảnh: Science Alert.

Đầu tiên, nhóm nghiên cứu tạo ra phôi thai động vật thiếu gene sản sinh cơ quan nội tạng bằng công nghệ chỉnh sửa gene CRISPR. Sau khi được tiêm tế bào gốc đa năng cảm ứng (iPS) của người, phôi thai sử dụng tế bào này để hình thành nội tạng. Nakauchi và cộng sự sẽ nuôi phôi thai trong 14,5 ngày đối với chuột nhắt, 15,5 ngày với chuột cống và 70 ngày với lợn. Do thí nghiệm chỉ phục vụ mục tiêu nuôi nội tạng nên nhóm nghiên cứu sẽ dừng lại nếu phát hiện hơn 30% tế bào người trong não động vật.

Trước đó, Chính phủ Nhật Bản cấm thực hiện những thí nghiệm như trên do lo ngại khả năng ra đời loài pha trộn gene người và động vật. Tuy nhiên, các nhà chức trách đã dỡ bỏ lệnh cấm vào tháng 3/2019.

Ngăn chặn dịch bệnh

Tại thành phố Yogyakarta của Indonesia, một thử nghiệm lớn về kỹ thuật có thể ngăn chặn sự lây lan của bệnh sốt xuất huyết sẽ đi đến kết luận cuối cùng. Các nhà khoa học phóng thích những con muỗi mang vi khuẩn Wolbachia – tác nhân kiềm chế sự nhân lên của virus lây truyền qua muỗi gây ra bệnh sốt xuất huyết, chikungunya, Zika – và để cho chúng lây nhiễm trong quần thể muỗi hoang dã.

Ảnh: AP.

Đầu tiên, nhóm nghiên cứu tạo ra phôi thai động vật thiếu gene sản sinh cơ quan nội tạng bằng công nghệ chỉnh sửa gene CRISPR. Sau khi được tiêm tế bào gốc đa năng cảm ứng (iPS) của người, phôi thai sử dụng tế bào này để hình thành nội tạng. Nakauchi và cộng sự sẽ nuôi phôi thai trong 14,5 ngày đối với chuột nhắt, 15,5 ngày với chuột cống và 70 ngày với lợn. Do thí nghiệm chỉ phục vụ mục tiêu nuôi nội tạng nên nhóm nghiên cứu sẽ dừng lại nếu phát hiện hơn 30% tế bào người trong não động vật.

Trước đó, Chính phủ Nhật Bản cấm thực hiện những thí nghiệm như trên do lo ngại khả năng ra đời loài pha trộn gene người và động vật. Tuy nhiên, các nhà chức trách đã dỡ bỏ lệnh cấm vào tháng 3/2019.

Ngăn chặn dịch bệnh

Tại thành phố Yogyakarta của Indonesia, một thử nghiệm lớn về kỹ thuật có thể ngăn chặn sự lây lan của bệnh sốt xuất huyết sẽ đi đến kết luận cuối cùng. Các nhà khoa học phóng thích những con muỗi mang vi khuẩn Wolbachia – tác nhân kiềm chế sự nhân lên của virus lây truyền qua muỗi gây ra bệnh sốt xuất huyết, chikungunya, Zika – và để cho chúng lây nhiễm trong quần thể muỗi hoang dã.

Các thử nghiệm tương tự trên quy mô nhỏ hơn ở Indonesia, Việt Nam và Brazil đã đạt được một số kết quả hứa hẹn, làm giảm tỷ lệ người mắc bệnh sốt xuất huyết trong cộng đồng.

Năm 2020, một loại vaccine sốt rét sẽ được thử nghiệm trên đảo Bioko của Equatorial Guinea. Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) hy vọng sẽ loại bỏ được bệnh ngủ châu Phi do ký sinh trùng Trypanosoma gây ra. Động vật trung gian làm lây truyền căn bệnh này là ruồi tse-tse (Glossina spp).

Vật liệu siêu dẫn

Các nhà nghiên cứu hy vọng đạt được ước mơ tạo ra một vật liệu dẫn điện mà không có điện trở ở nhiệt độ phòng. Cho đến nay, những vật liệu siêu dẫn như vậy chỉ hoạt động ở áp suất hàng triệu kilopascal.

Một hợp chất chứa Lantan (La) hoạt động như một vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ gần với nhiệt độ phòng. Ảnh: SPL​​​​​​​

Sau khi tạo ra hợp chất Lantan ‘siêu hydrua’ – LaH10 – phá vỡ mọi kỷ lục về nhiệt độ siêu dẫn vào năm 2018, các nhà khoa học dự định tổng hợp Yttri ‘siêu hydrua’ mang đặc tính siêu dẫn ở nhiệt độ 53°C.

Năng lượng

Năm 2020, nhiều công ty sẽ bắt đầu bán các tấm pin năng lượng Mặt trời làm bằng vật liệu perovskites. Vật liệu này được cho là có giá thành rẻ hơn và dễ sản xuất hơn so với việc sử dụng tinh thể silicon trong pin Mặt trời thông thường. Khi ghép hai tấm vật liệu perovskites và silic lại với nhau, các nhà khoa học có thể tạo ra những tấm pin Mặt trời hoạt động hiệu quả nhất trên thị trường.

Pin mặt trời làm bằng vật liệu perovskite. Ảnh: Oxford PV.​​​​​​​

Ngành năng lượng có thể đạt được một cột mốc khác trong Thế vận hội Olympic Tokyo vào tháng 7, khi Toyota dự kiến ra mắt nguyên mẫu đầu tiên của một chiếc xe chạy bằng pin lithium-ion ‘trạng thái rắn’. Loại pin mới này sẽ thay thế chất lỏng ngăn cách các điện cực bên trong pin bằng vật liệu rắn, làm tăng lượng năng lượng có thể được lưu trữ. Pin điện phân rắn có tuổi thọ lâu hơn, nhưng chúng có xu hướng sạc chậm hơn.

Quốc Hùng