Новости науки

Мальчик построил ядерный реактор в комнате и объяснил, зачем

14-летний Джексон Освальт решил стать самым юным создателем ядерного реактора, чтобы доказать, что многое, считавшееся невозможным в его возрасте, оказалось вполне реальным. Подробности истории опубликовало издание Motherboard.
Житель Мемфиса (штат Теннесси, США) Джексон Освальт учится в восьмом классе. Это обычный подросток, который любит читать книги, гулять с друзьями, играть в теннис и совершать пробежки по пересеченной местности. А еще он ставит эксперименты в своем личном ядерном реакторе, который мальчик начал собирать, когда ему было 12 лет.
Тогда он узнал историю Тейлора Уилсона — 14-летнего школьника, который собрал ядерный реактор в гараже своего дома. В 2008 году это принесло ему известность как самому молодому человеку в мире, которому удалось добиться ядерного синтеза. Тогда с мальчиком познакомился даже лично президент Барак Обама. И вот, спустя 10 лет, Джексон побил рекорд Уилсона.
Сначала Освальт тщательно изучил учебник по ядерному синтезу. Он понял, что процесс деления (используемый на атомных электростанциях) опасен, альтернативой ему может стать другой алгоритм, когда атомы взаимодействуют, чтобы произвести энергию.
Парень составил список инструментов и материалов, которые понадобятся ему для создания термоядерного реактора. Выяснилось, что нужно около 10 тысяч долларов. Родители, хоть и удивились, но выделили из семейного бюджета нужную сумму. Свою старую игровую комнату школьник превратил в домашнюю физическую лабораторию. Он изучил чужие отчеты о процессе сборки и использовании, сделал выводы из чужих ошибок.
Эксперта по ядерной физике найти не удалось, а ведь этот специалист мог бы не только дать ценный совет, но и обеспечить безопасность подростка. Помочь согласился школьный учитель физики, а также исследователи из Детской исследовательской больницы святого Иуды в Мемфисе. Затем к работе подключились и профессора физики из Университета братьев Кристиан. Все они оказывали теоретическую помощь, а реализацию безумного проекта мальчик полностью возложил на себя. Даже многие его друзья не знали, чем он занимается.
Результаты своей работы с теоретическим выкладками и фотографиями Освальт разместил на профильном форуме Fusor.net. Взрослые мужчины с большим опытом в ядерной физике были шокированы, но признали, что парень движется в правильном направлении. Администратор форума Ричард Халл, бывший инженер-электронщик, признал Освальта самым молодым человеком в мире, осуществившем ядерный синтез.
На достигнутом американский школьник останавливаться не собирается. В ближайшее время он планирует построить еще один реактор. На этот раз устройство будет работать на основе метода сферического токамака. 

Источник

На Марсе впервые обнаружены следы глобальной системы грунтовых вод

Орбитальный аппарат Mars Express («Марс-экспресс») обнаружил геологические признаки существования на планете в далеком прошлом системы связанных между собой озер, которые когда-то лежали глубоко под поверхностью Красной планеты. Пять из этих озер могут содержать минералы, необходимые для существования жизни.

Марс в настоящее время представляет собой безжизненную пустыню, однако геологические структуры на его поверхности однозначно указывают на водное прошлое планеты. Мы наблюдаем на поверхности структуры, которые могли формироваться только в присутствии воды – например, ветвящиеся каналы и речные долины – и лишь в прошлом году зонд Mars Express обнаружил подповерхностный резервуар, наполненный жидкой водой, в окрестностях южного полюса Красной планеты.

В новом исследовании показано, что на древнем Марсе система грунтовых вод имела глобальный характер – что раньше предсказывалось лишь теоретическими моделями.

«Ранний Марс был богат водой, однако по мере того, как климат на планете менялся, эта вода отступала под поверхность, собираясь под ней в резервуарах и в форме грунтовых вод», - сказал главный автор нового исследования Франческо Салесе (Francesco Salese) из Утрехтского университета, Нидерланды.

В своей работе Салесе и его коллеги изучили глубоких 24 кратера, расположенных в северном полушарии Марса, дно каждого из которых находится на отметке не менее чем в 4000 метров ниже марсианского «уровня моря» (условного уровня, принятого планетологами, ввиду отсутствия на Красной планете морей и океанов, исходя из высот геологических структур Марса и атмосферного давления).

На дне каждого из этих кратеров ученые обнаружили структуры, которые могли формироваться только в присутствии воды. Многие из кратеров содержат по несколько таких структур, причем все эти структуры лежат на глубине от 4000 до 4500 метров – что указывает на наличие в этих кратерах в прошлом воды, которая со временем покинула воронки.

Среди обнаруженных исследователями структур: каналы, прорезающие стенки кратеров; долины, высеченные просачивающимися грунтовыми водами; темные, вьющиеся дельты, предположительно, формировавшиеся при подъемах и спадах уровня воды; терассы на стенках кратера, сформированные стоячей водой, а также отложения осадочных пород в форме веера, наблюдаемые обычно при стоках вод.

Этот уровень воды в кратерах совпадает с предполагаемыми береговыми линиями гипотетического марсианского океана, который мог существовать на поверхности Марса в период от четырех до трех миллиардов лет назад, отмечают авторы исследования.

Команда также наблюдала в пяти из изученных ею марсианских кратеров признаки наличия минералов, которые связаны с развитием жизни на Земле: различных глин, карбонатов и силикатов. Эти находки свидетельствуют о том, что в древности в водоемах Марса могли поддерживаться условия, благоприятные для зарождения и развития жизни.

Работа опубликована в журнале Journal of Geophysical Research: Planets.

Источник

Обогнавшие звук и время

Ровно 50 лет назад 2 марта 1969 года произошло знаменательное событие — первый полет самолета, заслуживающего многих превосходных эпитетов — знаменитого Concorde. Конечно, говоря о «Конкорде» грех не вспомнить и его двоюродного брата — отечественный Ту-144. Вот уж, действительно — самолет несчастливой судьбы. Даже в такой малости, как дата первого вылета, и тут ему не повезло. Ту-144 поднялся в воздух даже раньше «Конкорда», но вот незадача, случилось это 31 декабря 1968 года. Кстати первый полет был запланирован на 20 декабря, но откладывался банально по метеоусловиям. Сами понимаете, в традициях отечественной журналистики 31 декабря принято писать о мифических рецептах салата «оливье», рекомендациях наркологов о правильном входе в запой и выходе из него, ну и прочих предновогодних глупостях. Увы, не до самолетов. Поэтому восстановим историческую справедливость и вспомним оба эти уникальные, безусловно выдающиеся творения инженерной мысли — и Ту-144 и Concorde.
Проломив в 50-х годах прошлого века звуковой барьер грубыми военными методами, инженеры, естественно, задумались и о мирном использовании сверхзвуковых скоростей. Выглядела эта возможность, конечно, заманчиво. И теоретически, на бумаге получалось, что сверхзвуковой пассажирский самолет имеет право на существование. На практике, как обычно все оказалось гораздо сложней.
Стоит пояснить, что физика дозвукового и сверхзвукового полета принципиально различны. Аэродинамические решения оптимальные для дозвуковых скоростей совершенно не годятся для сверхзвуковых. Сверхзвуковые компоновки с острыми кромками, тонкими профилями, крыльями малого удлинения и большой стреловидности имеют очень низкое аэродинамическое качество на дозвуковых скоростях. Тепловой баланс привычного дозвукового самолета таков, что на крейсерском режиме салон надо подогревать, и это не представляет ровным счетом никакой сложности, благо горячего воздуха от двигателей в избытке. Другое дело полет сверхзвуковой. Из-за аэродинамического нагрева конструкции воздух внутри гермокабины надо охлаждать. Задача решаемая, но весьма непростыми средствами. Да и вообще, аэродинамический нагрев представляет огромную проблему с точки зрения выбора конструкционных материалов и технических решений. И это лишь малая часть того, с чем пришлось столкнуться инженерам в процессе создания сверхзуковых лайнеров.
Начавшие независимо друг от друга британцы и французы в скором времени поняли, что в одиночку такой сложный проект не потянуть. Пришлось объединяться, откуда и произошло название самолета — Concorde («согласие»).
Советскому Союзу, понятно, объединяться было не с кем, делали сами, но внутриотраслевая кооперация была масштабная — это не был проект исключительно ОКБ Туполева, на него «пахало» полстраны.
В итоге, и у них и у нас, получилось в буквальном смысле любо-дорого: с эстетической точки зрения фантастически красиво, с инженерной феерически сложно, и с экономической умопомрачительно дорого. Не случайно Владимир Путин пару лет назад на одном из молодёжных форумов вспомнил исторический анекдот, о том что цену самолета Ту-144 знал только один человек в стране — премьер-министр Косыгин, но обещал об этом никому не рассказывать. Изначально задуманный как коммерческий проект Concorde пришлось отдавать авиакомпаниям Air France и Britsh Airways по символической цене в один франк и фунт соответственно. В Советском Союзе, лишенном рыночных предрассудков, самолеты, в отличие от обычной практики, даже не передавались с баланса Минавиапрома на баланс Министерства гражданской авиации. 

Жертва застояПуть от первого полета до коммерческой эксплуатации и у «Конкорда» и у Ту-144 растянулся на долгие годы. Испытания и доводка шли очень сложно. Но в отличие от «Конкорда», который прослужил добрую четверть века, судьба Ту-144 сложилась совсем плачевно. Фактически регулярные пассажирские перевозки по маршруту Москва — Алма-Ата продолжались всего лишь 7 месяцев с ноября 1977 года, по май 1978-го и в них было задействовано только 2 самолета из 16 построенных. Еще два самолета были потеряны в катастрофах — в 1973 году в Ле-Бурже и в 1978-м в Подмосковье. Вторая катастрофа и стала удобным предлогом для Министерства гражданской авиации остановить едва начавшуюся эксплуатацию Ту-144. Хотя разбившийся самолет был новой модификации Ту-144Д, не той, что использовались на регулярных линиях, и пожар на борту начался из-за дефекта топливной системы, которая тоже отличалась от серийной.Яндекс.Директ
Ищете авто с пробегом?Более 300 авто. Скидка при обмене. Авто от 30 тыс. до 1,5 млн. Обмен ключ в ключ!avtoray-expert.ru У нас часто принято поминать времена так называемого застоя, при этом не все понимают, а в чем собственно этот застой заключался. И как раз история Ту-144 — очень наглядная иллюстрация процесса. Вот что вспоминал заместитель Главного конструктора, ответственный за эксплуатацию Ту-144 Ю. Н. Попов: «Всем было известно, что Ю. Г. Мамсуров (замминистра гражданской авиации — ред.) и министр гражданской авиации Б. П. Бугаев были отрицательно настроены по отношению к самолету Ту-144. Они сделали достаточно много, чтобы сначала активно препятствовать, а затем и прекратить эксплуатацию самолетов.Уже прошла пора, когда государственные интересы были важнее личного положения. Стал формироваться тот стиль, который затем погубил СССР, — никого не снимали за то, что не принималось никаких решений, но зато сильно били за инициативу. Руководители МГА (Министерства гражданской авиации — ред.) после отмены рейсов вздохнули с облегчением — они никак не были заинтересованы в том, чтобы внедрять новую технику, а теперь можно было и не заниматься сверхзвуковой авиацией, требующей постоянного внимания, развития служб и техники, определенных затрат».Жертва криворукого механика«Конкорд», пожалуй, сложно назвать успешным коммерческим лайнером, скорее он стал удачным рекламным аттракционом, худо-бедно отбивающим огромные эксплуатационные расходы и генерирующим пусть и символическую, но все-таки прибыль. Цена билетов на рейсы Из Лондона и Парижа в Нью-Йорк была заоблачной, что-то около $10 тыс. в конце 90-х. В нынешних ценах это практически все $20 тыс. Самолеты обычно летали полупустыми. Кстати, билет Москва — Алма-Ата на Ту-144 тоже был недёшев — 68 рублей, против 48 рублей на других самолетах по тому же маршруту. Но в СССР дефицитом было многое, и авиабилеты тоже, даже по такой неистовой цене.Но проект Concorde тоже умер не своей смертью. Точку поставила фантастически нелепая катастрофа под Парижем в июле 2000 года. Как выяснилось впоследствии, в трагедии не был виноват ни самолет, ни экипаж. Виновником оказался американский механик, неправильно закрепивший деталь на самолете DC-10 авиакомпании Continental Airlines. Титановая пластина, оторвавшись от DC-10, попала под колесо взлетавшего «Конкорда», что привело к его разрушению, повреждению крыльевого бака и пожару. Кстати, механик отделался условным сроком и небольшим штрафом. А вот «Конкорд» той катастрофы не пережил. Поначалу были планы по возвращению самолета в эксплуатацию, но кризис в авиаперевозках после терактов 2001 года помешал их осуществлению. И авиакомпании, и Airbus, ставший наследником проекта, предпочли избавиться от самолета, даже отказавшись уступить оставшиеся лайнеры эксцентричному миллиардеру-авиатору Ричарду Брэнсону, желавшему продолжить их эксплуатацию.Опередившие времяВ общем подводя итог этой эпопеи, можно с уверенностью констатировать, что первая попытка создания пассажирских сверхзвуковых лайнеров оказалась чрезвычайно смелой для своего времени и вышла практически безуспешной. И европейский и советский проект, конечно, серьезно продвинули авиационную науку, подняли на новый уровень технологический и промышленный потенциал, но по большому счету затраченные огромные усилия были очевидно неадекватны полученным скромным результатам. В пользу такой точки зрения убедительно свидетельствуют и выводы международной рабочей группы, которая в течение 9 лет с 1991 по 1999 год изучала возможность создания сверхзвукового пассажирского самолета второго поколения. Туда входили представители семи стран, в том числе и России. И в итоге американцы, игравшие в этой компании первую скрипку, решили работу группы прекратить, с итоговой формулировкой, что существующие на тот момент технологии, материалы и технические решения не позволяют создать самолет, который с точки зрения стоимости, веса, воздействия на окружающую среду мог бы обеспечить жизнеспособную программу. Если столь категоричные выводы были сделаны в 1999 году, то что уж говорить о первых попытках родом из начала 1960-х. Они явно обогнали свое время и были обречены на провал.Мечта не умерлаЗа минувшие 20 лет каких-то прорывных решений и технологий в этом направлении не появилось. Но все-таки, очень уж заманчива и потому живуча мечта о сверхзвуковом перемещении в пространстве. Несмотря на более чем убедительный негативный опыт, продолжают появляться стартапы, ставящие своей целью создание пассажирского лайнера. Вряд ли стоит о них говорить предметно, поскольку их проекты (или прожекты) еще очень далеки даже от стадии молочной зрелости, и очевидно, не все из них доберутся до воплощения хотя бы экспериментальных прототипов. Серьезные авиастроительные компании благоразумно воздерживаются от разговоров на эту тему.Совсем уж гротескную форму приняла мечта о сверхзвуке в отечественном переложении. Не так давно президент Путин, понаблюдав за полетом стратегического бомбардировщика Ту-160, неожиданно высказал идею, что хорошо бы сделать гражданский сверхзвуковой самолет на базе Ту-160. Чиновникам от авиации тут бы промолчать или тактично объяснить президенту утопичность такого замысла. Но нет, нестройным хором исполнили арию «Чего изволите?». Глава Объединенной авиастроительной корпорации тут же заявил, что проект подобного сверхзвукового гражданского лайнера уже есть у корпорации в работе. Минпромторг тоже не удержался, объявив о том, что по предварительным оценкам, на проектирование и создание первого демонстрационного летного образца вместимостью до 50 мест промышленности может потребоваться около 7−8 лет. (фантастика!) Правда, с казуистической оговоркой, «при наличии задела по силовой установке». Знают же, что задела нет, и в обозримой перспективе не предвидится.В общем, в ближайшие лет 30 перспектива полетать на сверхзвуке будет видимо только у военных пилотов, да может еще у президентов некоторых стран, им бывает трудно отказать в маленьких слабостях. 

Источник

В «царстве» Плутона оказалось неожиданно мало небольших объектов

В далеком «царстве» Плутона оказалось неожиданно мало объектов небольших размеров, указывается в новом исследовании.

Исследователи обратили внимание на нехватку кратеров небольших размеров на поверхности Плутона и его крупнейшего спутника Харона – что указывает на недостаток объектов-импакторов в поясе Койпера - кольце из ледяных тел, расположенном за пределами орбиты Нептуна – по сравнению с ожидаемым количеством.

Эта информация, в свою очередь, свидетельствует о том, что столкновения в поясе Койпера происходят реже, чем ожидалось и что многие объекты пояса Койпера могли сохраниться в первозданном виде со времен формирования Солнечной системы, сообщают члены научного коллектива.

Эти исследователи – возглавляемые Келси Сингер (Kelsi Singer) из Юго-западного исследовательского института в Боулдере, США – изучили фотоснимки, сделанные при помощи космического аппарата НАСА New Horizons («Новые горизонты») во время его исторического пролета мимо Плутона, состоявшегося в июле 2015 г.

Они посчитали число кратеров как на поверхности Плутона, так и на поверхности его крупнейшего спутника Харона, а также охарактеризовали эти воронки. Особое внимание исследователи уделили древним равнинам на поверхности Харона, называемым равнинами Вулкан. В этой области ударные воронки остались неизменными со времен их формирования и хорошо различимы в настоящее время. Проанализировав снимки, команда смогла установить зависимость между размером объекта-импактора и частотой столкновений с поверхностью Харона для небольших объектов пояса Койпера – объектов, которые являются слишком тусклыми, чтобы их можно было разглядеть с поверхности Земли.

В ходе анализа Сингер и ее коллеги обнаружили неожиданно мало кратеров диаметром менее 13 километров. Согласно авторам работы, это указывает на относительную малочисленность объектов пояса Койпера размером от 1 до 2 километров.

Исследование опубликовано в журнале Science.

Источник

Ученые создали наночастицы, «научившие» мышей видеть тепло 

Биотехнологи из университета Хэфэя создали наночастицы, которые могут соединяться со светочувствительными рецепторами глаз и преобразовать инфракрасный свет в видимое излучение. Результаты первых опытов на мышах были представлены в журнале Cell.
"Мы показали что и палочки, и колбочки могут соединяться с нашими наночастицами, приобретая способность "видеть" инфракрасное излучение в ближней части его спектра. Мы верим в то, что они полностью совместимы и с человеческими глазами. Это не только поможет создать "супер-зрение", но и помочь дальтоникам, не способным видеть красный цвет", — заявил Тянь Сюэ (Tian Hue) из университета Хэфэя (Китай).
Глаза людей и многих других млекопитающих содержат в себе два типа светочувствительных клеток — колбочки и палочки. Колбочки позволяют нам различать цвета, но при этом они работают только при достаточно высокой освещенности, а палочки — позволяют видеть силуэты предметов при тусклом свете звезд или Луны.
Как показывают эксперименты последних лет, число различных типов колбочек и их функции заметно отличаются у разных групп и даже родов животных — к примеру, человек обладает тремя видами колбочек, а некоторые виды птиц и рептилий — четырьмя типами, один из которых позволяет им видеть ультрафиолетовое излучение.
Другие животные, к примеру, раки-богомолы, обладают еще более экзотической системой зрения, содержащей в себе 12 разных фоторецепторов, каждый из которых различает определенный цвет. Биологи и инженеры давно пытаются скопировать эти "изобретения природы" и научить животных "видеть" другие физические феномены, к примеру, магнитные поля.
Сюэ и его коллеги ликвидировали один из главных недостатков зрения всех млекопитающих — нашу неспособность видеть тепловое излучение, как это делают змеи и некоторые беспозвоночные существа.
За последние годы, как заметили ученые, физики создали множество различных наночастиц, способных поглощать одни типы электромагнитных волн и преобразовать их в другие разновидности излучения. Многие из них сегодня используются в экспериментах по уничтожению раковых опухолей, в ходе которых эти структуры проникают в ткань и затем "обстреливаются" инфракрасным лазером.
Подобные опыты натолкнули китайских биотехнологов на мысль, что аналогичные наночастицы можно использовать для того, чтобы "научить" глаза людей и других млекопитающих видеть тепловое излучение.
Руководствуясь этой идеей, они создали микроскопические сферы из соединений редкоземельных металлов, натрия и фтора, способные поглощать инфракрасные лучи с длиной волны примерно в 930 нанометров и преобразовать их в зеленый свет. Затем они покрыли эти конструкции слоем из полимеров и белков, необходимых для прикрепления к оболочкам фоторецепторов.
Проверив их работу на культурах клеток сетчатки, ученые ввели небольшое число подобных наночастиц в глаза мышей и проследили за тем, как изменится их поведение. Как оказалось, грызуны почти мгновенно научились реагировать на невидимые для остальных животных лучи и избегать тех частей клеток, которые были "подсвечены" ИК-лампами.
Последующие опыты показали, что мыши научились пользоваться своей новой способностью для того, чтобы распознавать тепловые узоры на стенках их клеток, свидетельствующие о наличии пищи или опасности. Грызуны сохраняли "тепловое зрение" на протяжении всех десяти недель эксперимента и не испытывали никаких проблем со здоровьем.
В ближайшее время, как отметил Сюэ, его команда займется созданием более безопасных версий подобных наночастиц, не содержащих в себе потенциально ядовитые соединения редкоземельных элементов. Они, как надеются исследователи, не только помогут человеку научиться видеть в полной темноте, но и позволят вылечить многие болезни глаз. 

Источник

Планета 9 может оказаться суперземлей, считают авторы ее открытия

В третью годовщину со дня объявления о возможном существовании девятой планеты в Солнечной системе ученые из Калифорнийского технологического института Майк Браун и Константин Батыгин публикуют две новых научных работы, в которых продолжается анализ возможности существования Девятой планеты.

В этих работах раскрываются новые подробности о возможной природе и расположении этой планеты, поисками которой занимаются ученые по всему миру после объявления, сделанного Батыгиным и Брауном в 2016 г.

В первой из этих научных работ под названием "Orbital Clustering in the Distant Solar System", опубликованной в журнале Astronomical Journal 22 января, представлены новые доказательства группировки объектов пояса Койпера под влиянием гравитации неизвестного массивного объекта. Рассчитанная вероятность случайного характера наблюдаемой группировки этих объектов составляет 1:500, что несомненно свидетельствует в пользу гипотезы о существовании пока необнаруженной Девятой планеты, отмечают авторы.

Во второй работе под названием "The Planet Nine Hypothesis", которая будет опубликована в готовящемся к выходу номере Physics Reports, представлены тысячи новых компьютерных моделей динамической эволюции внешней части Солнечной системы и раскрывается природа гипотетической Планеты 9, включая уточненную оценку ее орбиты и размеров. Согласно этим новым выводам, планета имеет меньший размер и находится ближе к Солнцу, чем считалось. Так, масса Планеты 9 теперь составляет около 5 масс Земли – что позволяет классифицировать гипотетическую планету как «суперземлю» - а большая полуось солнечной орбиты составляет всего лишь 400 астрономических единиц (1 а.е. равна среднему расстоянию от Земли до Солнца или примерно 150 миллионам километров), согласно авторам статьи.

Источник

Обнаружен новый самый далекий объект Солнечной системы

В Солнечной системе появился новый самый далекий объект.

Астрономы на днях обнаружили объект, который лежит на расстоянии 140 астрономических единиц от Солнца. Это расстояние эквивалентно 140 средним дистанциям между Землей и Солнцем (150 миллионов километров). Для полноты картины можно отметить, что Плутон находится на среднем расстоянии примерно в 39,5 а.е. от Солнца.

«Это открытие было сделано буквально на днях», - сказал Скотт Шеппард (Scott Sheppard) из Института Карнеги в Вашингтоне, США, во время публичной лекции в прошлый четверг, 21 февраля, у себя в институте.

В самом деле, Шеппард сообщил об этом важном открытии во время лекции; это открытие еще должно пройти рецензирование экспертами в соответствующей области, и только после этого работа будет опубликована в одном из научных журналов. Шеппард сказал, что он заметил этот объект, получивший неофициальное название FarFarOut, всего лишь за одну ночь до своего выступления, пересматривая снимки, сделанные при помощи телескопов, осуществлявших наблюдения внешней части Солнечной системы в январе.

На момент выступления у Шеппарда было собрано совсем немного информации об объекте FarFarOut. Исследователи лишь заметили это далекое небесное тело, и не успели еще набрать достаточно данных даже для того, чтобы рассчитать его орбиту или оценить размер. Они планируют заняться сбором информации об этом объекте в ближайшее время, однако замечают, что это будет отнюдь не простой задачей, поскольку объект является очень тусклым и находится на пределе обнаружения современных телескопов.

Источник

Ученые воссоздают происхождение жизни в лаборатории

Гидротермальные источники, посредством которых тепло из недр планеты переходит в океан через трещины в коре, являются кандидатами на роль мест, в которых впервые зародилась жизнь. Поэтому для ученых большой интерес представляет воссоздание таких условий в лаборатории.

Именно это команда астробиологов выполнила в новом исследовании. Это исследование ставит целью глубже понять формирование «строительных кирпичиков» жизни в таких системах. Кроме того, исследователи считают, что аналогичные гидротермальные источники в подповерхностных океанах ледяных планет могут служить местами обитания представителей внеземной жизни.

В этом исследовании ученые во главе с Лори Барж (Laurie Barge), астробиологом из Лаборатории реактивного движения НАСА, расположенной в штате Калифорния, США, провели серию экспериментов, чтобы изучить точные условия, при которых происходит формирование аминокислот, «строительных кирпичиков», из которых слагаются белки, в таких системах. Для достижения этой цели исследователи воссоздали миниатюрные структуры по типу гидротермальных источников в лабораторных колбах, чтобы наблюдать, как протекают соответствующие химические реакции в более приближенных к реальности условиях, по сравнению с предыдущими экспериментами.

Особенно интригующей для ученых представляется возможность того, что условия, аналогичные условиям гидротермальных источников, поддерживаются на дне подповерхностных океанов ледяных спутников гигантских планет, расположенных во внешней части Солнечной системы. Такие места могут находиться, например, на спутнике Сатурна Энцеладе (на фото) и спутнике Юпитера Европе.

Это новое исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Источник

«Робот-крот» начинает погружаться под поверхность Марса на этой неделе

Первый в мире «зонд-крот» скоро будет производить заглубление под поверхность Красной планеты. Изначально проведение этой операции было запланировано на сегодня, 27 февраля, однако затем развертывание зонда было отложено на двое суток из-за того, что посылаемые с Земли команды не достигли аппарата вовремя, согласно космическому агентству Германии, принимающему участие в управлении этой миссией.

Этот зонд является одним из ключевых инструментов аппарата НАСА InSight, который совершил посадку на поверхности Марса в ноябре. Он станет первым в мире автоматизированным инструментом, способным измерять тепловые потоки под поверхностью иной планеты – важные измерения, которые помогут ученым понять, почему на Марсе сегодня поддерживаются характерные условия.

Аппарат InSight разместил свой тепловой зонд – известный под названием Heat Flow and Physical Properties Probe – на поверхности Марса примерно две недели назад. Сходство с «кротом» этому зонду придает то, что при заглублении в марсианский реголит он будет выбрасывать за собой грунт и камни, чтобы достичь в конечном счете глубины в 5 метров под поверхностью планеты. Находясь на этой глубине, зонд будет анализировать динамику тепла под поверхностью, на которую на такой глубине не будут оказывать значительного влияния колебания температуры, связанные с освещением Солнцем поверхности Марса. Эти измерения помогут ученым точнее определить количество тепла, выделяемое основным источником тепла в марсианских недрах – запасами радиоактивных элементов, таких как уран, торий и радиоактивный нуклид калия. Эти данные, в свою очередь, помогут построить модели формирования Марса и понять с их помощью, почему Красная планета в ходе своей эволюции превратилась в ту безжизненную пустыню, которую мы наблюдаем сегодня.

Источник

Джекпот! Ученые открывают 300000 новых далеких галактик

Астрономы обнаружили сотни тысяч прежде неизвестных науке галактик, сообщается в нескольких новых исследованиях.

Этот гигантский набор данных позволит исследователям глубже понять рождение и рост сверхмассивных черных дыр (СМЧД), эволюцию столкновений между скоплениями галактик и многие другие космические события, считают члены научной команды, совершившей это открытие.

Эта команда состоит из более чем 200 астрономов из 18 стран, которые совместно анализируют данные, собранные в рамках первого этапа обзора неба, проводимого при помощи сети радиотелескопов Low Frequency Array (LOFAR), управление которой осуществляет Нидерландский институт радиоастрономии (известный как ASTRON). Большинство телескопов сети LOFAR находятся на территории Нидерландов, однако система охватывает также многие европейские страны, включая Германию, Францию и Соединенное Королевство.

Исследователи открыли и нанесли на карты 300000 радиоисточников, почти все из которых, как указывают ученые, являются экстремально далекими галактиками. Основным источником наблюдаемого радиоизлучения являются джеты стремительно движущегося материала, удаляющегося со стороны СМЧД, расположенных в центрах этих галактик.

Эти новые наблюдения также позволяют глубже понять процессы столкновения между скоплениями галактик. Эти гигантские столкновения приводят к ускорению частиц, находящихся в космосе, до сверхвысоких скоростей, в результате чего формируются зоны радиоизлучения протяженностью в миллионы световых лет.

Однако и это еще отнюдь не все результаты, полученные исследователями при проведении этой работы.

«Система LOFAR показывает нам, что в некоторых случаях скопления галактик, которые не находятся в процессе слияния, также могут испускать такое излучение, хотя уровень его интенсивности при этом оказывается значительно ниже – настолько низким, что мы не могли его зарегистрировать ранее, - рассказала Аннализа Бонафеде (Annalisa Bonafede), член научной группы из Болонского университета, Италия. – Это открытие говорит нам о том, что помимо столкновений между скоплениями галактик есть и другие космические события, которые могут приводить к разгону частиц до сверхвысоких скоростей».

26 исследований, выполненных в рамках этого проекта, опубликованы в специальном выпуске журнала Astronomy & Astrophysics 19 февраля.

Источник

Создан пакет для решения нелинейных дифференциальных уравнений

Математики РУДН создали универсальный пакет компьютерных программ для исследования и решения сложных нелинейных дифференциальных уравнений и их систем. Разработка будет полезна для гидродинамики, газовой динамики, механики, физики элементарных частиц, физики плазмы и теории упругости. Статья опубликована в журнале Computer Physics Communications.
Многие процессы в физике математически описываются дифференциальными уравнениями в частных производных — например, колебания струны или перенос тепла от одной части твердого тела к другой. Математики РУДН создали пакет инструментов для анализа таких уравнений и их систем. Ранее для решения таких дифференциальных уравнений использовались методы треугольного разложения: сложное уравнение последовательно разбивалось на более простые части. Авторы применили другой подход — метод разложения Томаса. В ходе тестов он показал превосходство над применяемыми ранее методами.
Исследование состояло из 4 этапов. На первом математики РУДН подобрали примеры дифференциальных систем, чтобы проанализировать объем необходимых вычислений и их эффективность. На втором авторы применили метод разложения Томаса и адаптировали его под одну из систем компьютерной алгебры. Затем математики адаптировали разработанный пакет под уже существующие методы разложения дифференциальных уравнений. На завершающем этапе авторы составили описание разработки для пользователей. Математики РУДН также привели примеры применения пакета программ на практике — решения уравнений Навье-Стокса и Бюргерса для несжимаемой жидкости, лежащего в основе гидродинамики
«Благодаря нашей работе пользователи получили мощный универсальный инструментарий исследования и решения сложных нелинейных уравнений и систем, основанный на методе дифференциального разложения Томаса. Наша работа позволяет применить для указанных уравнений универсальный алгоритмический метод, реализованный в виде компьютерной программы с удобным пользовательским интерфейсом», — говорит один из авторов работы, доктор физико-математических наук, сотрудник РУДН Владимир Гердт.
Разработка математиков РУДН позволит расширить базу существующих алгоритмов и упростит работу специалистам в физике, физической химии и в информационных технологиях. Созданный пакет инструментов поможет находить решения дифференциальных уравнений и их систем быстрее и с большей точностью по сравнению с существовавшими ранее методами. 

Источник

Давление внутри протона оказалось вдесятеро больше, чем в нейтронной звезде

Речь идет о протонах — элементарных частицах, из которых, наряду с нейтронами, состоят атомные ядра. В прошлом году физики из Национального ускорительного центра им. Томаса Джефферсона Министерства энергетики США сумели впервые измерить давление в центре протона, бомбардируя протоны (т. е., конечно, мишень, состоящую из вещества, молекулы которого состояли из атомов, а те — из протонов, нейтронов и электронов) пучками ускоренных электронов. Опыты производились на ускорителе электронов CEBAF. Мы писали о них ранее и это освобождает нас от обязанности подробно описывать тот эксперимент сейчас.
Опыт, о котором идет речь сегодня, обошелся без ускорителей. Целью ученых было получение данных о распределении давления внутри протона, а для этого было необходимо учесть влияние глюонов, из которых, наряду с кварками, состоит эта маленькая частица. Современная аппаратура не позволяет определить это влияние экспериментально, но ученые могут попытаться составить математическую модель, учитывающую все нужное, и рассчитать поведение вещества на современных суперкомпьютерах — а тут нужны очень неплохие вычислительные мощности.
Для расчетов, занявших 18 месяцев, использовались уравнения квантовой хромодинамики, описывающие сильное взаимодействие. Результатом моделирования явилось четкое представление о том, как распределяется давление внутри протона, который, в данном случае, представлялся объектом, имеющим сложную внутреннюю структуру и ненулевые размеры.
Давление в его центре составляет 1035 Па. Это было известно с прошлого года и эта оценка не подверглась существенным изменениям. Но, окружающая этот центр область сравнительно низкого давления оказалась значительно больше, чем казалось ранее.
Для подтверждения расчетов потребуются гораздо более мощные приборы, такие как электрон-ионный коллайдер, предлагаемый ускоритель частиц, который физики планируют использовать для исследования внутренних структур протонов и нейтронов.
«Мы начинаем понимать и количественно оценивать роль глюонов в протоне», — говорит Фиала Шанахан (Phiala Shanahan), доцент физики в MIT и один из авторов исследования. «Объединив экспериментальные измерения роли кварков с нашим новым расчетом влияния глюонов, мы впервые получим картину пространственного распределения давления внутри протона. Это прогноз, который можно будет проверить на новом коллайдере в ближайшие 10 лет».

Источник

Новая нейтринная установка объединит Россию и Средиземное море

Физики опубликовали план нового эксперимента по физике нейтрино, в рамках которого частицы из российского ускорителя в Протвино будут исследоваться подводным детектором в Средиземном море. Расстояние между источником и приемником в 2600 километров позволит детально изучить процесс осцилляции нейтрино, а также приблизиться к ответу на вопрос, почему в видимой Вселенной материя преобладает над антиматерией. Подробности опубликованы на сервере препринтов arXiv.org.
Нейтрино — это легкие элементарные частицы, которые в огромных количествах создаются в космических процессах, а также ядерными реакторами и ускорителями частиц. Они очень слабо взаимодействуют с веществом, поэтому их регистрация затруднительна. Всего существует три типа нейтрино, которые входят в Стандартную модель. Однако эти частицы стали одним из первых указаний на неполноту данной теории, так как способны менять свой тип в результате нейтринных осцилляций. Подобный процесс выходит за рамки Стандартной модели и представляет особый интерес для фундаментальной физики. Также до сих пор точно неизвестны массы нейтрино, существуют лишь их оценки. Вместе с тем эти частицы должны были сыграть заметную роль в образовании крупномасштабной структуры Вселенной, но, чтобы точно выяснить степень их влияния, необходимо определить их массы.
В новой работе предлагается запуск нового нейтринного эксперимента Protvino-ORCA (P2O). Для этого потребуется улучшение имеющегося ускорителя частиц в Протвино, который в результате сможет стать мощным источником нейтрино с энергиями от 2 до 7 гигаэлектронвольт. Получающийся пучок будет направлен в сторону подводного детектора ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss), который в данный момент строится в Средиземном море у французского города Тулон. Расстояние между установками в 2595 километров позволяет изучать с максимальной эффективностью осцилляции нейтрино с энергиями около 4—5 ГэВ. Ученые отмечают, что такие параметры являются оптимальными для определения иерархии масс нейтрино, а также изучения степени нарушения ими CP-симметрии, которая играет важную роль в попытках объяснить наблюдаемое преобладание материи над антиматерией.
Тем не менее, проект не будет реализован в течение нескольких лет. Основным затруднением является поиск финансирования для работ с ускорителем в Протвино, где понадобится не только новая система вывода пучка частиц, но и повышение интенсивности самого пучка в шесть раз. Однако авторы плана настроены оптимистично.
«Предложенный эксперимент обладает значительной поддержкой в научном сообществе по физике частиц как в Европе, так и в России», — говорит один из авторов инициативы Дмитрий Заборов из НИЦ «Курчатовский институт». 

Источник

Лазерный химический анализатор разместили на микрочипе

Ученые из Российского квантового центра, Политехнической школы Лозанны (EPFL), МГУ и МФТИ разработали процесс производства компактных лазерных химических анализаторов на базе оптических гребенок, совместимый со стандартными технологическими процессами, которые используются для производства «обычной» электроники. Статья ученых опубликована в журнале Nature Communications.
Оптические частотные гребенки, за создание которых в 2005 году была присуждена Нобелевская премия по физике, используются как основа для устройств, способных генерировать последовательность фемтосекундных импульсов света. Их излучение имеет спектр в виде «гребенки», то есть множества узких спектральных линий, разделенных равными частотными промежутками. Такие лазерные «линейки» можно использовать для телекоммуникации, в спутниковой навигации, в астрофизике. В частности, с их помощью можно проводить очень точные и быстрые спектроскопические измерения и, следовательно, определять химический состав веществ. Но широкое применение устройств на основе оптических гребенок ограничено из-за их сложности, большого размера и высокой стоимости.
«Вся система может уместиться в объеме менее кубического сантиметра и, что самое важное, требует источник тока мощностью лишь 1 ватт — то есть обычную батарейку. Совместимость со стандартными технологиями производства электроники, простота оптической схемы и низкая стоимость делают эту систему крайне привлекательной для массового производства», — говорит один из ведущих авторов исследования Андрей Волошин.
Проще всего генерировать такие гребенки можно с помощью микрорезонаторов, «колец» или дисков из оптических материалов, где излучение лазера накачки из-за нелинейности материала превращается в частотную гребенку. Ранее группа под руководством ныне покойного профессора МГУ Михаила Городецкого, основавшего лабораторию когерентной микрооптики и радиофотоники в РКЦ, разработала метод генерации частотных гребенок в микрорезонаторах с помощью дешевых и компактных лазерных диодов вместо дорогих монохроматических лазерных систем. Эта работа, опубликованная в Nature Photonics в 2018 году, открыла дорогу к созданию дешевых и компактных лазерных спектрометров.
Теперь эта же группа продемонстрировала новый способ генерации гребенок с использованием исключительно интегральных элементов. Это означает, что для создания оптической схемы необязательно использовать отдельные оптические элементы, такие как линзы, призмы и зеркала, как это делалось в оптике обычно и что крайне неудобно, когда вам нужно организовать массовое производство миниатюрных оптических устройств. Современные литографические технологии позволяют создавать специальные волноводы для лучей света. Излучение лазеров может генерироваться в таких волноводах, делиться на разные каналы, проходить через специальные фильтры и так далее. Фактически маленький диод в лазерной указке и есть кусочек такого волновода. Важно, что такие волноводы могут быть изготовлены с помощью стандартной КМОП-технологии (комплементарный металл–оксид–полупроводник), используемой в промышленных масштабах для производства электронных микросхем.
В дальнейшем ученые планируют разработать компактный спектрометр, многочастотный источник узкополосного лазерного излучения. Для этого необходимо развить технологию производства фотонных интегральных устройств. 

Источник

На месте гигантского взрыва сверхновой осталось неожиданно много пыли

В окрестностях остатков звезды, испытавшей гигантский звездный взрыв, находится намного больше пыли, чем ожидали увидеть ученые.

Когда звезда класса красного гиганта приближается к окончанию жизненного цикла, она сбрасывает свои внешние оболочки, формируя в межзвездном пространстве облака космической пыли. В конечном счете, когда звезда умирает, происходит гигантский взрыв, называемый сверхновой, в результате которого формируются мощные ударные волны, разрушающие почти все, что встречается у них на пути.

Однако недавние наблюдения, проведенные при помощи самолетной обсерватории НАСА SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy), показали в 10 раз большее количество пыли, по сравнению с тем, что ученые ожидали увидеть в окрестностях остатков звезды SN 1987A.

Эта сверхновая расположена в Большом Магеллановом Облаке и названа в честь того года, в котором она была открыта. В тот год эта сверхновая была самой яркой сверхновой, наблюдаемой в течение ближайших 400 лет. Начиная с этого времени, ученые подробно следят за изменением условий в окрестностях этой сверхновой.

Эта сверхновая демонстрирует четко различимый набор колец в полости, сформированной при взрыве звезды. Ранее астрономы считали, что частицы пыли в этих кольцах должны были быть разрушены при взрыве сверхновой в результате действия мощных ударных волн, однако новые наблюдения, проведенные при помощи обсерватории SOFIA, продемонстрировали увеличение количества пыли в кольцах. Это, в свою очередь, может указывать на то, что частицы пыли могут повторно формироваться или стремительно расти после взрыва сверхновой, согласно авторам работы.

Исследование опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society; главный автор публикации Микако Мацура (Mikako Matsuura).

Источник

Ускоренное расширение Вселенной описано в рамках многомерной теории

Физики РУДН математически описали наблюдаемое ускоренное расширение Вселенной, используя космологические решения в (n+1)-мерной модели Эйнштейна-Гаусса-Бонне. Также исследователи доказали существование устойчивых решений с достаточно малым значением вариации эффективной гравитационной постоянной G. Работа опубликована в журнале General Relativity and Gravitation.
В 1998-99 годах физики Сол Перлмуттер, Брайан П. Шмидт и Адам Рисс (с коллегами) обнаружили ускоренное расширение Вселенной, и получили за это Нобелевскую премию 2011 года. Для объяснения этого открытия и ряда других данных ученые создали теоретическую Лямбда-CDM модель, оперирующую понятиями темной энергии и темной материи. На сегодняшний день она дает наиболее реальное и простое объяснение ускоренного расширения Вселенной. На базе этой модели (без темной материи) с слагаемым Гаусса-Бонне физики РУДН смогли исследовать и найти примеры решений полученных математических уравнений, которые согласуются с экспериментальными данными.
Исследователи РУДН нашли существование множества решений уравнений, описывающих экпоненциальное расширение 3-мерного подпространства (нашей Вселенной) и анизотропную динамику «внутреннего» (скрытого) подпространства. Для этого авторы использовали (n+1)-мерное пространство-время: оно содержит n пространственных и 1 временное измерение. Также ученые ввели математические параметры: две размерные константы связи и «затравочный» лямбда-член многомерной теории — постоянные величины, которые создают физические параметры 4-мерной теории и описывают ускоренное расширение Вселенной.
В результате ученые РУДН свели задачу к алгебраическому уравнению четвертой степени. Изменяя глобальные параметры системы, они нашли все случаи существования вещественных корней этого уравнения. В частности, найдены ограничения на величину параметра лямбда, которые гарантируют существование решений.
Работа исследователей проходила в несколько этапов. В начале ученые РУДН получили систему из трех уравнений четвертой степени в заданной математической модели. Затем, они свели полученную систему к уравнению четвертой степени на безразмерный параметр. На втором этапе физики исследовали существование решений этого уравнения при различных значениях исходного лямбда-члена и отношения констант связи. На третьем этапе ученые посмотрели устойчивость полученных решений, используя результаты своих более ранних работ. Затем физики РУДН исследовали подкласс решений с достаточно малым значением вариации эффективной гравитационной постоянной — физической «постоянной», определяющей силу гравитационного взаимодействия в нашем мире. Они доказали устойчивость решений из данного подкласса.
«С физической точки зрения, найдены многомерные космологические модели, в которых описывается ускоренное расширение 3-мерного подпространства и достаточно малое значение вариации эффективной гравитационной постоянной G, которое удовлетворяет современным наблюдательным ограничениям. В том числе оно удовлетворяет наиболее жестким ограничениям, которые получили наши коллеги из Пулковской обсерватории по совокупности эфемерид, то есть по наблюдениям движения небесных тел — например, планет и спутников», — говорит Владимир Иващук, один из авторов работы, доктор физико-математических наук, профессор Учебно-научного института гравитации и космологии РУДН.

Источник

Астрофизики объяснили «магию» Луны

Сотрудники космического агентства NASA в лаборатории смоделировали условия на Луне и установили, что камни на ее поверхности могут превращаться в воду под воздействием заряженных частиц в потоке солнечного света.
По мнению исследователей, Луна является самым настоящим "химическим заводом". Они установили, что поток заряженных частиц, известных как солнечный ветер, способен атаковать наш спутник со скоростью 450 километров в секунду.
При таких условиях частицы обогащают поверхность ингредиентами, которые могут превращаться в воду. Такой вывод позволило сделать компьютерное моделирование. Ученые обнаружили, что Солнце направляет на Луну протоны, которые вступают во взаимодействие с электронами на поверхности.
Так они образуют атомы водорода (H), которые затем "мигрируют" в почву и соединяются с атомами кислорода (О). Последние присутствуют в кремнеземе (SiO2) и других кислородосодержащих молекулах, которые и составляют лунную почву (реголит). Вместе водород и кислород превращают молекулу в воду.
"Мы думаем о воде как об особом "магическом" соединении, — говорит физик Уильям Фаррелл из Центра космических полетов имени Годдарда. — Но вот что поразительно: каждый камень имеет потенциал для превращения в воду, особенно после облучения солнечным ветром". 

Источник

Новый эксперимент показал образование протон-нейтронных пар в атоме

Международный коллектив ученых при участии группы физиков НИИЯФ МГУ провел новый эксперимент по изучению структуры атомного ядра. Исследователи наблюдали прямое выбивание электронами из ядер протонов и нейтронов, а также определяли импульс, которым выбиваемый нуклон обладал в ядре. Эксперимент показал, что высокоимпульсные нуклоны образуют в ядре коррелированные протон-нейтронные пары. Такой результат не укладывается в традиционные представления оболочечной модели ядра. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов. Протон и нейтрон имеют практически одинаковую массу, но различаются величиной электрического заряда. Протон заряжен положительно, а нейтрон не имеет электрического заряда. Ядерное взаимодействие не зависит от электрического заряда частицы, поэтому две эти частицы объединены одним словом — нуклон. При этом обычно предполагается, что свойства протонов и нейтронов в ядре совпадают со свойствами свободных протонов.
Однако исследования последних десятилетий в области ядерной физики опровергают этот тезис. Так, свободный протон является стабильной частицей, его время жизни больше 10^33 лет. Эта величина на много порядков превосходит время существования Вселенной, и все попытки обнаружить распад протона до сих пор оказались безуспешными. Нейтрон же ‒ частица нестабильная. Время его жизни вне атомного ядра составляет лишь 880,0 ± 0,9 секунд (чуть меньше четверти часа).
Различия в свойствах протонов и нейтронов обусловлены их кварковым составом. Учитывать кварковую структуру нуклонов необходимо также и при описании свойств атомных ядер: протоны и нейтроны, находящиеся на внутренних оболочках атомных ядер, имеют достаточно высокую энергию и сближаются так, что начинает сказываться их внутренняя структура.
Для более детального описания атомных ядер необходимо учитывать кварковую структуру нуклонов, образующих атомное ядро. Для изучения структуры атомных ядер была организована коллаборация, в которую входит 43 организации из 9 стран мира. От России в коллаборации участвуют сотрудники НИИЯФ МГУ и ИТЭФ. Новый эксперимент по изучению структуры атомного ядра выполнен в Лаборатории Томаса Джефферсона (США) при участии группы физиков НИИЯФ МГУ.
«В эксперименте наблюдалось прямое выбивание электронами из ядер не только протонов, но и нейтронов, и определялся импульс, которым выбиваемый нуклон обладал в ядре. Было показано, что, например, в ядре свинца, в котором число нейтронов (126) в полтора раза превышает число протонов (82), высокоимпульсных протонов и нейтронов одинаковое количество, как и в ядре углерода (6 протонов и 6 нейтронов). При этом низкоимпульсных нейтронов в ядре свинца, как и следовало ожидать, в полтора раза больше, чем протонов, а в ядре углерода их поровну, — пишет один из авторов исследования, главный научный сотрудник НИИЯФ МГУ, заведующий кафедрой общей ядерной физики МГУ Борис Ишханов. — Это означает, что высокоимпульсные нуклоны образуют в ядре коррелированные протон-нейтронные пары. Данный результат, не укладывающийся в рамки традиционных представлений об оболочечной модели ядра, меняет наши представления о внутренней области ядер и стимулирует исследовать влияние кварковой структуры нуклонов на ядерные свойства». 

Источник

Загадка частицы-призрака: что такое нейтрино

Примерно 100 миллиардов нейтрино проходят через каждый квадратный сантиметр вашего тела прямо сейчас, хоть вы ничего и не чувствуете. Нейтрино — это неуловимые субатомные частицы, возникающие в самых разных ядерных процессах. Свое название, которое означает «маленький нейтрон», они получили из-за того, что у них нет никакого электрического заряда. Из четырех фундаментальных сил во Вселенной нейтрино участвуют только в гравитационном и слабом взаимодействии, которое отвечает за радиоактивный распад атомов. Не имея почти никакой массы, они проникают в космос практически со скоростью света.
Бесчисленные нейтрино появились за доли секунды после Большого взрыва. Новые постоянно рождаются в ядрах звезд, в ускорителях частиц и атомных реакторах на Земле, во время взрыва сверхновых и при распаде радиоактивных элементов. По словам физика Карстена Хигера из Йельского университета в Нью-Хейвене (США), во Вселенной нейтрино больше, чем протонов в среднем в 1 миллиард раз.
Несмотря на их многочисленность, нейтрино в значительной степени остаются загадкой для физиков, поскольку их очень трудно поймать. Эти частицы проходят сквозь большую часть материи, как если бы они были лучами света, и почти не взаимодействуют с окружающим веществом. Примерно 100 миллиардов нейтрино проходят через каждый квадратный сантиметр вашего тела прямо сейчас, хотя сами вы ничего не чувствуете.
Обнаружение невидимых частиц
В конце 19-го века исследователи ломали голову над явлением, известным как бета-распад, при котором ядро внутри атома самопроизвольно испускает электрон. Бета-распад, казалось, нарушал два фундаментальных физических закона: сохранение энергии и сохранение импульса. После бета-распада конечная конфигурация частиц имела слишком мало энергии, а протон стоял неподвижно вместо того, чтобы отскакивать в противоположном направлении от электрона. Лишь в 1930 году физик Вольфганг Паули выдвинул гипотезу, объясняющую этот эффект, согласно которой из ядра могла вылететь лишняя частица, способная унести с собой недостающие энергию и импульс.
«Я совершил ужасную вещь. Я постулировал частицу, которая не может быть обнаружена», — рассказал Паули своему другу, объяснив, что предполагаемый нейтрино был настолько призрачным, что он едва мог взаимодействовать с чем-либо и почти не имел массы.
Больше четверти века спустя физики Клайд Коуэн и Фредерик Рейнс построили нейтринный детектор и разместили его возле ядерного реактора на атомной электростанции в Саванна-Ривер в Южной Каролине. В результате их эксперимента удалось поймать несколько сотен триллионов нейтрино, которые летели из реактора. После этого Коуэн и Рейнс с гордостью послали Паули телеграмму, в которой сообщили о своем открытии. В 1995 году Рейнс получил Нобелевскую премию по физике. Коуэна к тому времени уже не стало.
С тех пор нейтрино постоянно бросал вызов ожиданиям ученых.
Известно, что колоссальное количество нейтрино, которые бомбардируют Землю, производит Солнце. В середине 20-го века исследователи создали детекторы для их обнаружения, но их эксперименты продолжали показывать расхождение, фиксируя только около одной трети предсказанного числа частиц. Поначалу ученые списывали это на ошибочные астрономические модели Солнца.

В конце концов, физики поняли, что нейтрино, вероятно, бывают трех разных типов. Кроме обычного электронного нейтрино, существуют и два других вида: мюонное нейтрино и тау-нейтрино. Проходя расстояние между Солнцем и нашей планетой, нейтрино колеблются между этими тремя типами, поэтому в предыдущих экспериментах, которые были предназначены только для поиска одного типа частицы, не хватало двух третей от их общего количества.
Однако такому колебанию могут подвергаться только частицы, которые имеют массу, что противоречило более ранним представлениям о них. Хотя ученые до сих пор не знают точных масс всех трех нейтрино, в ходе различных исследований было установлено, что самые тяжелые из них должны быть по крайней мере в 0,0000059 раз меньше массы электрона.
Новые законы для нейтрино?
В 2011 году исследователи проекта Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus (OPERA) в Италии вызвали переполох в научном мире, заявив, что они обнаружили нейтрино, движущиеся быстрее скорости света. Хотя результаты широко освещались мировыми СМИ, они были встречены с большим скептицизмом со стороны большинства ученых. Менее чем через год физики осознали, что полученные сверхсветовые скорости имитировала неисправная проводка, и нейтрино вернулись в мир космически законопослушных частиц.
Сегодня ученым еще многое предстоит узнать о них. Недавно исследователи из проекта Mini Booster Neutrino Experiment (MiniBooNE) в Национальной ускорительной лаборатории Fermi (Fermilab) (США) предоставили убедительные доказательства того, что они обнаружили новый тип нейтрино, который получил название «стерильный». Стерильные нейтрино разрушили бы все известные физические законы, поскольку они не вписываются в так называемую Стандартную модель, которая объясняет почти все известные на сегодня частицы и силы, кроме гравитации. 

Источник

«Луна движется в атмосфере Земли»: неожиданное открытие

Орбита Луны пролегает в земной атмосфере, выяснила международная группа ученых. Указывающие на это данные были получены еще в 1990-х годах, однако проанализированы только сейчас.
Орбита Луны пролегает в земной атмосфере, выяснила международная группа ученых из Института космических исследований РАН, Французского национального центра научных исследований и Финского метеорологического института. Исследование было опубликовано в журнале Journal of Geophysical Research: Space Physics.
Условной границей между атмосферой Земли и космосом считается линия Кармана, пролегающая на высоте 100 км над уровнем моря. Фактически же атмосфера Земли продолжается и за линией Кармана. Внешняя часть земной атмосферы, экзосфера, простирается до высоты 10 тыс. км и более, на такой высоте атмосфера состоит в основном из атомов водорода, способных покидать атмосферу.
Протяженную экзосферу Земли называют геокороной. Ранее считалось, что ее верхний предел составляет около 200 тыс. км, где давление солнечного излучения оказывается сильнее гравитации Земли.

Однако, проанализировав данные, полученные космическим аппаратом для наблюдения за Солнцем SOHO, ученые установили — геокорона простирается на 630 тыс. км. А, значит, атмосфера Земли распространяется на Луну — она находится в 384 тыс. км от Земли.
«Луна движется в атмосфере Земли», — говорит физик Игорь Балюкин.
Доказывающие это данные были получены еще в 1996-1998 годах. Однако проанализированы они были только сейчас. На SOHO установлен измеритель анизотропии (различий свойств среды) солнечного ветра SWAN, замеряющий дальнее ультрафиолетовое излучение атомов водорода — Лайман-альфа фотонов. С Земли из обнаружить невозможно — их поглощают внутренние слои атмосферы. Поэтому нужны инструменты, способные искать их в космосе.
Солнечное излучение «сжимает» геокорону до высоты примерно в 60 тыс. км, на этом уровне плотность атомов водорода составляет около 70 атомов на куб. см.
Однако там, куда свет не попадает, геокорона «расправляется» до 630 тыс. км.

Исследователи сравнивают такую форму геокороны с кометным хвостом.
Хотя атомы водорода способны рассеивать ультрафиолетовое излучение, их количество в геокороне слишком мало, чтобы защитить космонавтов. Так что важного значения для освоения космоса понимание ее пределов не несет. Тем не менее, в будущем ученым, вероятно, придется учитывать новые данные при изучении космоса.
«При работе с космическими телескопами, где для изучения химического состава звезд и галактик используется ультрафиолетовая длина волны, нужно будет принять это во внимание», — отмечает астроном Жан-Лу Берто.
Ранее британские и американские астробиологи предположили, что на Луне вскоре после ее образования и затем во время пика вулканической активности на ней, 4 и 3,5 млрд лет назад соответственно, существовали условия для зарождения жизни.
По расчетам исследователей, в это время на Луне происходили выбросы сильно нагретых летучих газов и водяного пара. Такие выбросы могли привести к образованию кратеров с жидкой водой и формированию плотной атмосферы. Такие условия могли сохраняться на протяжении миллионов лет.
В 2009-2010 годах было установлено, что на Луне есть залежи сотен миллионов тонн льда. Кроме того, были получены доказательства существования большого количества воды в лунной мантии. И эта вода появилась там, по всей видимости, на самых ранних этапах формирования Луны.
Также на молодой Луне вполне могло существовать магнитное поле, защищающее возможные формы жизни от смертоносных солнечных ветров.
Жизнь на Луне могла зародиться таким же образом, как и на Земле, но более вероятно, что ее мог занести метеорит, считают исследователи.
Авторы работы не настаивают, что жизнь на Луне действительно существовала. Но они допускают существование подходящих для этого условий.
Кроме того, ранее астронавтам и роверы не находили никаких доказательств существования жизни на Луне, и даже если на ней присутствовала какая-либо органика, доказательств этому пока что нет.
Для будущих миссий на Луне необходимо знать, в каком количестве там присутствуют запасы воды. Кроме того, если на Луне нет больших запасов воды, это согласуется с теорией ее образования вследствие столкновения молодой Земли с гипотетическим объектом размером с Марс. Зародыш Луны был очень горячим магматическим шаром и наиболее летучие соединения, включая воду, быстро испарились с его поверхности. 

Источник