Videnskabens største ønsker for 2020’erne

James Webb-teleskopet finder liv på Jorden 2.0

TESS-satellitten jagter lige nu beboelige stenplaneter ved nære sollignende stjerner, og fra 2021 skal James Webb-rumteleskopet lede efter liv på de mest lovende af planeterne.

Rumteleskopet kan finde tegn på liv ved at optage spektre af stenplaneternes atmosfærer.

Når genskinnet fra stjernen og varmestrålingen fra planeten passerer atmosfæren, absorberer forskellige molekyler lysets bølgelængder forskelligt og afslører på den måde deres tilstedeværelse.

Hvis fx atmosfæren indeholder meget ilt, kan det være tegn på, at planeten huser fotosyntetiske planter. Et andet tegn på liv er metan, som på Jorden produceres af bakterier og drøvtyggende dyr.

Gåden om mørk energi bliver løst

I 1998 opdagede astronomer, at fjerne supernovaer lyste uventet svagt sammenlignet med nære supernovaer.

Årsagen var, at de fjerne supernovaer er længere væk end ventet, fordi universets udvidelse er accelereret i de seneste fem mia. år.

Accelerationen kan skyldes en mørk, frastødende energi, som rumteleskopet WFIRST skal pejle sig ind på.

WFIRST’s 2,4 m brede hovedspejl har et synsfelt, som er 100 gange større en rumteleskopet Hubbles.

Derfor kan WFIRST observere langt flere supernovaer fra dengang, hvor universets udvidelse begyndte at accelerere.

Gigantaccelerator bekræfter ultimativ teori

Alle universets galakser roterer så hurtigt, at de yderste stjerner ville blive slynget ud i alle retninger, hvis ikke de blev holdt fast i deres baner af en stor, usynlig masse kaldet mørkt stof.

Tvillingepartikler er fysikernes bedste bud på det mørke stof, og derfor håber de at kunne producere dem eksperimentelt i en ny gigantisk accelerator.

Future Circular Collider (FCC) skal efter planen være 100 km i omkreds og bygges i en underjordisk tunnel ved CERN i Genève.

Her vil den smadre protoner sammen med en energi, som er syv gange højere end den nuværende Large Hadron Collider, LHC.

Målet er enten at finde tvillingepartiklerne eller udelukke deres eksistens.

Tvillingerne forudsiger fysikernes superstrengteori, som forener de to grundpiller i nutidens fysik og astronomi: standardmodellen, der beskriver atomernes verden, og relativitetsteorien, der beskriver tyngdekraften, tiden og rummet.

Så hvis FCC finder tvillingepartiklerne, vil det underbygge fysikernes teori om alting.

Gensplejsede myg udrydder malaria

Hvert år dør over en million mennesker på verdensplan af malaria. Men nu har forskere gensplejset myg, så de bliver immune over for malariaparasitten og ikke kan sprede den frygtede sygdom til mennesker.

Egenskaben er dominant, så hvis de gensplejsede malariamyg lukkes ud i naturen og parrer sig med vilde myg, vil alt afkommet være immunt over for malariaparasitten.

I princippet kan de gensplejsede myg i løbet af nogle årtier sprede immuniteten mod parasitten til alle vilde malariamyg og udrydde den frygtede tropesygdom.

Metoden er kun afprøvet i laboratoriet, og strategien er derfor ikke uden risici, for hvis et eller andet går galt, og genet begynder at opføre sig på en uforudset måde, kan biologerne ikke begrænse spredningen, når de gensplejsede myg først er lukket ud i naturen.

Alle får kortlagt deres genom

Flere steder i verden kortlægger forskerne i dag befolkningens individuelle genomer. Bl.a. på Island, hvor 2636 personer har fået kortlagt hele deres genom.

Projekterne skal afsløre de genetiske årsager til folkesygdomme som kræft, demens og hjerte-kar-sygdomme. I løbet af 2020’erne kan nyfødte få kortlagt deres genom straks efster fødslen, hvilket afslører, hvilke sygdomme barnet er i risiko for at blive ramt af i løbet af livet.

Hos voksne kan et personligt genom afklare, hvor hurtigt en bestemt medicin bliver omsat, så medicintypen og dosis kan skræddersys til hver enkelt patient.

Kunstige kropsdele redder liv

Hvis du kommer til skade og mister en kropsdel, kan du allerede nu få 3D-printet et kunstigt øre eller en næse af dine egne celler. Og reservedelene vil blot blive flere og bedre i 2020’erne.

Bliver din arm amputeret, kan du få en kunstig protese, som styres med tankens kraft via en elektronisk kobling til nervesystemet.

Håndproteserne får sågar følesans, som giver en naturlig fornemmelse af, hvad brugeren griber om, og derved gør proteserne mindre klodsede.

Derudover har kinesiske og amerikanske forskere allerede printet minikopier af menneskelige nyrer og levere.

Nyrerne blev holdt i live i en næringsvæske i fire måneder, hvor de beviste, at de kunne rense blodet.

Over de næste ti år vil lægerne også kunne printe detaljerede netværk af blodårer og celler, så nyrer og levere kan printes i naturlig størrelse og transplanteres til patienter.

Vores gener leverer kuren mod kræft

En ny form for immunterapi kan revolutionere behandlingen af kræft. Terapien opgraderer patientens egne immunceller, som er blevet blinde over for kræftsvulsterne.

Først udtager læger immunforsvarets dræberceller fra patienten, og i laboratoriet bruges gensaksen CRISPR til at indsætte et gen i dem, som gør svulsterne synlige for immunforsvaret.

De genredigerede celler føres derefter tilbage i patientens blod, hvor de finder og eliminerer alle svulster.

Indtil videre er metoden kun blevet afprøvet på nogle få patienter, men flere af dem er blevet nærmest mirakuløst helbredt.

Næste skridt for forskerne er at gennemteste sikkerheden, fordi metoden indebærer en risiko for, at de opgraderede immunceller angriber kroppens raske celler, hvilket kan slå patienten ihjel.

Derfor afprøves immunterapien i øjeblikket kun på dødeligt syge patienter, som accepterer risikoen.

Senere skal behandlingen testes på store grupper af kræftpatienter, inden en kur for alvor finder vej til hospitalernes kræftafdelinger.

Gas omdannes til solbenzin

Drivhusgassen CO2 kan suges ud af atmosfæren eller renses ud af røgen fra kraftværker og omdannes til klimaneutral benzin.

Teknikken er stadig kun på forskningsstadiet, men det industrielle gennembrud kan komme i 2020’erne: Når CO2’en er suget ud af atmosfæren, sendes den ind i en ny type elektrolysecelle sammen med vand.

Herefter sendes strøm gennem cellen, så kuldioxiden reagerer med vandet og danner flydende brændstof som benzin.

Hvis strømmen til elektrolysen kommer fra sol, vind eller vandkraft, vil den producerede benzin være klimaneutral, fordi den kuldioxid, som bilen udleder, er hentet i atmosfæren.

Solbenzinen kan bruges i den eksisterende bilpark, indtil elbiler eller brintbiler tager over.

Thoriumkraft sikrer et rent og stabilt elsystem

I 2030 vil verdens forbrug af el være 40-50 pct. højere end i dag på grund af millioner af nye elbiler og enorme strømslugende datacentre.

Uanset hvor gode vi bliver til at lagre strøm fra vedvarende energikilder, får vi brug for kraftværker, der kører døgnet rundt.

Atomkraft baseret på thorium er klimaneutral energi, som kan få sit gennembrud sidst i 2020’erne.

Den mest lovende teknologi er smeltet salt-reaktorer, og i 2017 blev en forsøgsreaktor startet op i Holland.

I et smeltet salt-kraftværk omdannes thorium til spalteligt uran i en flydende saltblanding.

Saltet kan hverken brænde eller eksplodere, og bliver det for varmt, udvider saltet sig, så afstanden mellem uranatomerne øges.

Det betyder færre kernespaltninger og en nedsat varmeproduktion, og derfor kan reaktoren ikke koge over.

Brændslet kan heller ikke nedsmelte på katastrofal vis, fordi det allerede er smeltet under almindelig drift.

Overskudsstrøm lagres effektivt

El er den reneste energibærer, der findes. Klimaproblemet opstår kun, fordi vi producerer strømmen med kul, olie og gas.

I 2020’erne bliver el fra sol og vind billigere end kulkraft, og det vil sammen med klimabevidstheden få brugen af de rene energikilder til at eksplodere.

Det giver ingeniørerne en ny udfordring, for solceller producerer bedst på solrige dage og om sommeren, mens vindmøller leverer strøm, som vinden blæser.

Derfor bliver det nødvendigt at kunne lagre el, og her er flowbatterier den bedste løsning, når millionbyer skal forsynes med strøm.

I batteriet bliver elektrisk energi lagret i kemisk energi vha. ammonium-ioner, indtil strømmen skal bruges.

Verdens største flowbatteri med en kapacitet på 800 megawatt-timer sættes i drift i Kina i 2020.