今年のベスト 8 の科学画像、ビデオ、視覚化

PopSci の編集者は、最先端のテクノロジーから宇宙の仕組みを説明する基本原理まで、科学がいかにエキサイティングであるかを伝えることに尽力しています。しかし、科学はエキサイティングなだけではありません。美しいものでもあります。その美しさを祝うために、Popular Science と National Science Foundation は毎年協力して、最高の科学視覚化を求めています。今年の Vizzies 賞は、重力の仕組みを示す新鮮でカラフルなイラストと、人間の脳が動いているビデオを特集しています。また、蚊の口器を間近で観察したり、何世紀も前に考え出された物理学実験の衝撃的な結末を見たりすることもできます。これらと他の 4 つの受賞者は、科学者、グラフィック アーティスト、その他の専門家で構成される審査員団によって、数百の応募作品の中から選ばれました。最終選考に残るには、ビデオまたはイラストが視覚的に印象的で、科学的概念を明確かつ説得力のある方法で伝える必要がありました。続きを読んで、今年の美しい科学のコレクションで審査員が何を見たのかをご覧ください。Visualizing Scissors Congruence Experts' Choice 受賞者

数年前、ドミトリー・スミルノフは大学の上級数学の授業で、より幅広い聴衆に共有されるべき原理を学びました。「面積が等しい2つの多角形（2つの形）がある場合、一方を有限の数に切り分け、それを再び貼り合わせてもう一方の形を作ることができます」と、現在MITでコンピューターサイエンスの博士課程に在籍するスミルノフは説明します。

この考え方は、ウォレス・ボヤイ・ガーウィーン定理として知られています。これは、建築、ロボット工学、分子生物学で使われる計算幾何学の基本原理です。スミルノフ氏と彼の協力者は、目の前で図形を分解して再構成することで「誰でも自分で定理を証明できる」インタラクティブなものを作成しました。「この特定の定理は、誰でも理解して評価できるものであることがわかりました」とスミルノフ氏は言います。「『数学は美しい』という言葉をよく耳にしますが、実際にこの特定の視覚的な例を見るのはとてもクールだと思います。」

インタラクティブをここでご覧ください。

アースデイ 1970 – 2018: 海の変化

エキスパートチョイス受賞者

ヴィヴィアン・トラキンスキー（エグゼクティブ・プロデューサー）、ローラ・ムスタカースキー（脚本家/プロデューサー）、シェイ・クラシンスキー（アニメーター）、ジェイソン・モーフット（サウンドデザイン）、ジェレミー・ジャクソンとアナ・ポルゼカンスキー（科学顧問）

世界の海は、とても深くて広いので、まるで独自の世界があるかのように思えるが、最も遠い海域でさえ、人間の文明の影響を受けていない場所はほとんどない。アメリカ自然史博物館がアースデーを記念して制作したこのビデオは、1970年に初めてアースデーが祝われて以来、海がどのように変化してきたかを冷静に見つめている。

「私たちは海をゴミ捨て場のように扱う傾向があり、人々は海に住んでいないので、私たちが海に何をしているのか必ずしも見えていないのです」と、このビデオの制作に携わった博物館の作家兼プロデューサー、ローラ・ムスタケルスキ氏は言う。

過去数十年にわたり、海は温室効果ガスの排出による余分な熱のほとんどを吸収し、1億5000万トンのプラスチックも吸収してきました。海面は上昇し始め、サンゴは消え、乱獲は魚介類の供給を脅かしています。しかし、まだ希望はあります。「海を助けるためにできることは確かにあります」とムスタケルスキは言います。このビデオでは、こうした成功例のいくつかを取り上げ、私たち一人ひとりがより良い未来のためにどのように貢献できるかを示唆しています。

パスカルの燃える樽

エキスパートチョイス受賞者

カテリーナ・ヴィスニック、ランス・ヘリントン、オメラン・ストリザク、リック・ソーデン、フリオ・ロペス、ウィリアム・ディックス、ダン・クイユ、リサ・ジャクソン、ジャニーン・ヌネス著

伝説によると、約 400 年前、数学者ブレーズ パスカルが爆発実験を行いました。建物の屋上に立ち、細い管から水を注ぎ、すでに水が満たされている木製の樽を破裂させました。この物語は、流体内の圧力の大きさは流体の高さによって決まりますが、全体の重量には影響されないというパスカルの法則を示しています。

しかし、プリンストン大学の物理学者カテリーナ・ヴィシュニッチが樽破りの実験を再現しようと決めたとき、パスカル自身を含め、実際に誰かが実験を行ったという証拠は見つからなかった。そこで彼女と同僚は、50リットルのガラスの水差しと155フィートのストローを使った独自の実験を撮影した。チームがチューブに水を1リットル注いだだけで、水差しは粉々に砕け散った。「私たちがこの実験を行った史上初のグループである可能性は大いにあります」とヴィシュニッチは言う。「これは、流体が自然界でどのように振る舞うかを示す、とても美しく、直感に反するデモンストレーションです。」

これほど少量の液体がこれほど大きな容器を破壊したとは奇妙に思えるかもしれない。しかし、ストローの底にかかる圧力は、海に155フィートの深さまで潜ったときに遭遇するのと同じ破壊力だった。

咬合の解剖学

エキスパートチョイス受賞者

世界保健機関によると、蚊は世界で最も危険な動物の一つで、毎年何百万人もの命を奪っています。「刺咬の解剖学」では、レベッカ・コンテが蚊が皮膚に刺さって危険な病気を媒介する仕組みを解説しています。

顕微鏡で蚊を何時間も観察した結果、サンフランシスコを拠点とする生物学アーティストのコンテ氏はいくつかの驚きに遭遇した。「蚊の解剖学は非常に奇妙です」とコンテ氏は言う。「間近で見ると非常に複雑で、小さいのでコンパクトで、すべてが押しつぶされています。」

実際、蚊は吸血中に腹部から余分な体液を絞り出し、血液を多く吸うスペースを確保することができます。また、コンテ氏は、蚊が皮膚を刺すために使用する口吻は、1 本ではなく 6 本の針でできていることも知りました。「針にはそれぞれ役割があります」とコンテ氏。「刺して探り出す針もあれば、皮膚を突き通す針もあります。そして、刺すときに引っ込められる鞘の中にすべて収納されています。」

地球の秘密を探る

エキスパートチョイス受賞者

ScienceMedia.nl (Saskia Madlener、Dan Brinkhuis、Dick Peterse、Ageeth Rademaker)、海洋リーダーシップコンソーシアム、国際海洋探索プログラム、コロンビア大学 (米国科学支援プログラム - Sharon Cooper) による

海底深くには、岩や泥に刻まれた地球の歴史の記録が埋もれています。海底掘削で採取された細長い堆積物のコアには、遠い昔の時代の名残や、6,600万年前に恐竜の支配を終わらせた小惑星の衝突で生じた灰など、過去の災害の手がかりが詰まっています。

「海底の深いところに存在する膨大な量の情報について考えるだけでも、気が遠くなるような気がします」と、科学を一般の人々に伝えるビデオを専門とするオランダの会社、サイエンスメディアのディレクター兼ライター、サスキア・マドレナー氏は言う。

マドレナー氏と彼女のチームは、海洋リーダーシップ・コンソーシアムを含むいくつかの機関が運営する海洋科学掘削に関する巡回展示の一環として、「地球の秘密を探る」を制作しました。ビデオが再生されると、アニメーション化された堆積物コアが画面に滑り込み、科学者が地球の過去を覗き込むときに見るものを垣間見せてくれます。マドレナー氏は、このビデオが人々に地球科学の研究を支援するきっかけになればと願っています。「まだ発見すべきことがたくさんあります。」

重力の視覚化

ピープルズチョイス受賞者

「重力の視覚化 1 と 2」では、高校生のアルジュン・ハウスナーがビー玉を使って、私たちが毎日遭遇する力を表現しました。重力は、質量が周囲の空間を歪めることによって生じます。これは、アルバート・アインシュタインが有名な一般相対性理論で説明した現象です。重力井戸と呼ばれる装置は、この曲率を模倣することができ、科学博物館でよく見られます。通常、漏斗に 1 セント硬貨を落とすと、それがぐるぐる回転して最終的に中心に落ちます。

ハウスナー氏はこのコンセプトをさらに一歩進め、塗装したビー玉と、中央に重りを取り付けたトランポリンのフレーム全体に張った伸縮性のある布地を使用しています。ビー玉がくるくると回転しながら、独自の軌跡を描きます。重りの近くでは軌跡が密になり、「重力のパターンを捉える」とハウスナー氏は言います。

美術の授業で科学的な考えを扱ったことで、理解しやすくなったと、現在コーネル大学の学生であるハウスナー氏は言う。「科学と芸術は多くの点で非常に似ています。どちらも自然界を観察し、それを情報を伝える別の形式に書き写すというプロセスを伴うからです。」

訂正: 以前のバージョンでは、3 番目の People's Choice 受賞者について誤って報告されていました。

脳と血流の連動した動き

ピープルズチョイス受賞者

カンビズ・ナエル（マウント・シナイ大学）、イタマー・テレム（スタンフォード大学）、メフメット・カート（スティーブンス大学）、サマンサ・ホールズワース（オークランド大学）、ジョン・マルティネス（スティーブンス大学）

脳は常に動き続けています。心臓が動くと、頭の血管が拡張したり収縮したりして、周囲の脳組織を優しく押します。こうした動きは、感じ取るには微妙すぎるものです。実際、科学者がこうした動きを観察できるようになったのはごく最近のことです。

上のビデオを作成するために、研究者は、MRI スキャン上の脳の動きを肉眼で見えるまで誇張するコンピューター アルゴリズムを使用しました。また、初めて、脳組織の動きを静脈と動脈の動き (これも誇張されています) と同期させました。

研究者たちは、この新しい画像化法によって、動脈瘤（血管の弱い部分で膨らみ、時には破裂する）が成長しているかどうかがわかり、破裂する可能性さえ予測できるのではないかと期待している。「こうした小さな動きを追跡し、動脈瘤の安定性が時間とともにどう変化しているかを把握できればと考えています」と、スティーブンス工科大学の機械工学助教授メフメット・カート氏は言う。カート氏とチームは、今月アトランタで開催される生物医学工学学会でこの技術を発表する予定だ。