На русском языке вышла книга известного физика-теоретика Лизы Рэндалл, посвященная физике элементарных частиц и современной космогонии

Мюррей Гелл-Манн. Фото: Melirius / Wikipedia

Источник

В первый раз просматривая видеозапись падения метеорита весом более чем в полтонны в челябинское озеро Чебаркуль, трудно что-то заметить. Однако, если сконцентрировать внимание, можно увидеть, как 6-метровая дыра появляется в озере сразу после падения. Никто не видел этого падения; только камера безопасности с другой стороны озера «поймала» критический момент . 

Это видео недавно было представлено в он-лайн презентации Питера Дженнискенса (Peter Jenniskens), признанного эксперта в области изучения метеоритов и главного научного сотрудника в Институте SETI. Предоставил видео Николай Мельников. 

Во время просмотра видео нужно внимательно смотреть чуть левее от пятна вверху в центре. Просматривая этот ролик в замедленном темпе, можно увидеть, как поднимается облако льда и снега, и быстро уносится вправо от пятна через секунды после падения. Несмотря на то, что изображение слишком маленькое и неясное, это все равно удивительно большая удача – иметь документальное подтверждение этого падения. 

16 октября дайверы достали этот метеорит со дна озера Чебаркуль. Его длина составила около полутора метров, а вес – чуть более полутоны, - более точно измерить массу небесного осколка не удалось. Когда ученые попытались его взвесить, он распался на три части и сломал весы. 

Источник

«Космическая машинка для поливки газонов». Вот одно из прозвищ, которое агентство НАСА дало любопытному астероиду P/2013 P5, который, подобно комете, выбрасывает не один и не два, а сразу шесть «хвостов» одновременно. 

“Мы были буквально ошарашены, когда увидели это”, - говорит Дэвид Джуитт (David Jewitt), сотрудник Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе, который руководит исследованием. “Еще более удивительно то, что структуры его хвостов полностью изменились через 13 дней, когда он выбросил пыль. Это нас тоже поразило, - трудно было поверить, что мы наблюдаем за астероидом ”. 

Калифорнийский Университет в Лос- Анджелесе в своем пресс-релизе описывает астероид как ”странный и причудливый объект”.

Все началось 27 августа, когда астрономы при помощи системы телескопов панорамного обзора Pan-STARRS на Гавайях заметили в космосе странный пятнистый объект. Затем 10 сентября этот же объект «заметил» космический телескоп Hubble, - тогда и были обнаружены эти «хвосты» из осколков, вылетающие из астероида. 

Ученые говорят, что, скорее всего, этот астероид вращается так быстро, что от этого разрывается на части его собственная поверхность. Пыль выбрасывается порциями; по подсчетам члена исследовательской команды Джессики Агарвал (Jessica Agarwal), сотрудницы Института Макса Планка, это происходило 15 апреля, 18 июля, 24 июля, 8 августа, 26 августа и 4 сентября. 

Исследователи предполагают, что поток солнечных частиц, подталкивая частицы высвобождающейся пыли, образует эти необыкновенные хвосты. Возможно так же, что этому «давлению излучения» содействует высокая скорость вращения астероида вокруг собственной оси. В настоящее время исследовательская команда занимается поиском подобных объектов с целью выяснить, не является ли это типичным для небольших астероидов способом распадения на части. 

“В астрономии всегда так: когда вы находите один, скорее всего, вы случайно найдете еще много таких же”, - утверждает Джуитт. “Для нас это просто интересный объект, и он, почти наверняка, – только первый из множества подобных”.

Источник

Ученые, занимающиеся исследованием метеорита, упавшего на Челябинск в феврале этого года, заявляют, что новые данные, полученные ими в результате анализа, опроса очевидцев падения и просмотра видео, в том числе любительского, имеют огромное значение для предупреждения следующего столкновения Земли с подобным объектом или, по крайней мере, смягчения последствий такого столкновения.

"Главной целью было понять все обстоятельства, в результате которых возникла ударная волна", - заявляет эксперт Питер Дженнискенс (Peter Jenniskens), один из ведущих авторов исследования, опубликованного в журнале Science. 

Откалибровав видео изображения относительно положения звезд на небе, Дженнискенс и его соавтор – Ольга Попова, подсчитали скорость столкновения метеора – 19 км/с. Во время прохождения метеорита сквозь атмосферу, он распался на части, и осколки разлетелись на 30 км от точки падения самого метеорита. В этот момент свет метеорита был ярче света Солнца, даже для людей, находящихся на расстоянии 100 км от места падения. 

Ученые считают, что общий вес челябинского метеорита, вместе с осколками, упавшими на Землю и разлетевшимися по поверхности – от 4000 до 6000 кг. Один из этих осколков, весом около 650 кг, был извлечен в октябре со дна озера Чебаркуль. 

Консилиум из 59 ученых пришел к выводу, что множество трещин, так называемых «сосудов» в метеорите – результат его прохождения через атмосферу, более раннего, чем то, которое случилось в феврале. Метеориты, предоставленные Челябинским Государственным университетом, были тщательно проанализированы для выяснения происхождения этих трещин и их физических свойств. 

"Один из этих метеоритов разломился по ходу трещины прямо во время анализа, - говорит Дерек Сирз (Derek Sears), занимающийся изучением метеоритов в Центре Эймса.

Ученые выяснили, почему эти трещины такие хрупкие. Внутри трещин обнаружили небольшие гранулы железа, - осадок, который после остывания метеорита выделился из стеклообразного вещества. 

"Встречаются случаи, когда таяние метеорита в результате похождения через атмосферу усиливает его прочность, однако челябинский метеорит наоборот, был ослаблен этим падением", - заявляет Майк Золенски (Mike Zolensky), космохимик из Космического Центра Джонсона.

Столкновение, которое стало причиной образования этих трещин – «сосудов» метеорита – могло случиться около 4,4 миллиардов лет назад. Исследователи метеорита предполагают, что это могло произойти через 115 миллионов лет после образования Солнечной Системы, в то время, когда столкновения метеоритов были обычным делом.

Все эти исследования проводятся для лучшего понимания происхождения и природы околоземных объектов, для того, чтобы лучше подготовиться к возможному обнаружению и отвести космический объект с курса, который может привести к столкновению с Землей.

Недавно запущенная НАСА программа будет первой миссией, направленной на обнаружение и перемещение астероидов и защиту нашей планеты. 

Кроме указания на возможную опасность, изучение астероидов и комет дает ценную возможность узнать больше о происхождении нашей Солнечной Системы, причине появления воды на Земле, и даже о происхождении органических молекул.

Источник

В течение семи лет лаборатория PK-3 Plus на борту Международной Космической Станции занималась экспериментом «Плазменный Кристалл», добившись потрясающих результатов. После расстыковки с МКС грузовой корабль «Альберт Эйнштейн» с лабораторией на борту вошел в атмосферу Земли, сгорев над Тихим Океаном. Последняя серия экспериментов в лаборатории была закончена в июне; ученым потребуется время, чтобы проанализировать все полученные данные. 

Исследования плазменных кристаллов или более общие исследования комплексной плазмы начали проводить относительно недавно. Изначально изучали пыльную плазму, которая встречается, к примеру, в промежуточных слоях между атмосферой Земли и межпланетным пространством. Но в 1990-х ученые из Института Макс Планк (Max Planck) обнаружили новые эффекты. Хотя плазма (ионизированный газ) является четвертым, самым беспорядочным состоянием вещества, можно добиться определенного порядка, вводя в плазму небольшие частицы структур, размером около одной тысячной миллиметра, которые обнаруживают свойства кристаллов или жидкости. 

Эксперименты с комплексной плазмой дают информацию, которая может стать основой для многих областей физики. Из-за относительно большого размера частиц ученые могут наблюдать за каждой отдельной частицей кристаллической решетки в плазме и отслеживать ее динамику. Таким образом, ученые смогли получить представление о самом фундаментальном, кинематическом уровне. Переходные фазы, такие как таяние и кристаллизация, или разделение бинарных систем, теперь можно изучить более детально.

На Земле проведение экспериментов с комплексной плазмой осложнялось силой тяжести, поэтому решено было перенести исследования в условия невесомости. В 2001 году группа ученых из России и Германии установила первую лабораторию плазменных кристаллов на борту Международной Космической Станции. Этот эксперимент был настолько успешным, что незамедлительно была организована следующая лаборатория, PK-3 Plus. В 2005 году на борту МКС первая лаборатория - PKE-Nefedov (Плазмокристаллический Эксперимент Нефедов) - уступила место новой .

Последний эксперимент, на котором PK-3 Plus исчерпала свои возможности, был проведен 14 июня 2013 года. 

Эксперименты с плазменными кристаллами помогли разработать устройства и приложения для относительно нового раздела науки – «Плазменной Медицины». В основу этих разработок положен быстрый разрушительный эффект, который холодная атмосферная плазма оказывает на бактерии, вирусы, грибы и споры. Другие клетки – клетки нормальной кожи, например, - при этом не затрагиваются. Эффект холодной атмосферной плазмы на хронические раны был исследован экспериментально, и результаты показали не только возможности плазмы стерилизовать рану, но так же ускорить/стимулировать/поддержать ее заживление.

За эти открытия, которые нашли свое применение на Земле, группа исследователей «Плазменного Кристалла» была удостоена премии Американского Общества Астронавтов в июле.

Источник

Ось вращения Земли имеет наклон 23.4 градуса относительно перпендикуляра к ее орбитальной плоскости. Такое существенное отклонение считается результатом сильного взаимодействия между объектами – такого, как то, в результате которого, возможно, сформировалась Луна. Некоторые астрономы полагают, что именно такое столкновение Земли и небесного тела большего размера произошло около 4,5 млрд. лет назад. 

Звезды так же вращаются, и их оси вращения так же могут отклоняться относительно перпендикуляра к их орбитам. Период вращения нашего Солнца вокруг своей оси – примерно 25 дней, а наклон его оси составляет всего 7,25 градуса. Астрономы из этого делают вывод, что Солнце никогда не сталкивалось с другими звездами (по крайней мере, с тех пор, как сформировалась его планетарная система).

Наклон вращения звезды на самом деле является важной характеристикой, однако чтобы узнать его, необходимо сначала узнать орбиты ее планет. Один из случайных и удивительных результатов миссии Kepler с ее способностью находить транзитные планеты, – возможность – через характеристику планетарных систем - определить наклон звездной оси. Наклоны осей звезд, измеренные подобным образом, указывают на удивительный разброс значений от очень маленьких, как у нашего Солнца, до сильно отклоненных звезд, и даже на существование ретроградных звезд, направление вращения которых противоположно развитию планетарных орбит. Эти звезды так же часто бывают молодыми; действительно, большая часть звезд, имеющих планеты, обнаруженные программой Kepler, еще не прошли стадию горения водорода в своем развитии. Почти у всех этих наклонных звезд есть «горячие юпитеры» - планеты, с массой, подобной массе Юпитера (то есть большие планеты), вращающиеся по орбите, расположенной очень близко к звезде и потому горячие. Широкий спектр наблюдаемых отклонений от оси позволяет предположить, что они возникли не в результате стандартного внезапного столкновения, но какого-то более сложного процесса, который «передвигает» нормальный Юпитер с его далекой (как в нашей Солнечной системе) орбиты, на орбиту, находящуюся очень близко к звезде.

Астрономы Джош Картер (Josh Carter) и Дейв Лэтем (Dave Latham)вместе с командой единомышленников, обнаружили, что звезда, известная как Kepler-56, - самая «продвинутая» в своей эволюции звезда из всех, что довелось обнаружить Kepler, о которой известно, что в ее системе имеется больше чем одна планета. Kepler-56 - красная гигантская звезда, возраст которой около 3,5 миллиардов лет (сейчас она сжигает гелий в качестве топлива), более чем в четыре раза превосходящая Солнце в диаметре и примерно на 30% более массивная. Две ее планеты, ни одна из которых не является горячим Юпитером, имеют массы, равные 22 и 181 масс Земли соответственно. Примечательно, что они вращаются по очень близкой к звезде орбите. 

Ось Kepler-56 так же имеет наклон, и довольно большой: 47+-6 градусов. Этот результат доказывает, что наклон звезды не обязательно должен ассоциироваться с процессом создания горячих Юпитеров. Что является причиной наклона оси Kepler-56 - до сих пор неизвестно. Авторы исследования предполагают, что возможно влияние третьего, отдаленного массивного компаньона, планеты или еще одной звезды. Данные на самом деле подтверждают возможность существования этого третьего объекта. Для того, чтобы подтвердить эти заключения, требуются дополнительные наблюдения.

Источник

Оптический переключатель, состоящий из одного атома, создала группа австрийских физиков под руководством Арно Раушенбёйтеля (Arno Rauschenbeutel) из Венского центра квантовых наук и технологий, передаётLenta.ru со ссылкой на журнал Physical Review Letters.

В рамках опыта учёные использовали бутылочный резонатор. Попадая внутрь него, фотоны отражаются от стенок, что увеличивает вероятность взаимодействия с объектом, помещённым в такой резонатор. Правильно подобранная бутылочная форма резонатора позволяет довольно надолго (около десятков тысяч отражений) запирать фотон внутри.

К резонатору были подведены два оптических кабеля – входной и выходной. В обычном режиме фотоны проходили через резонатор (с задержкой). После того как внутрь резонатора был помещён единственный атом рубидия, оказалось, что при подходящей настройке частоты сигнала атом полностью закрывает проход света через резонатор.

По словам учёных, в будущем они надеются усовершенствовать свою систему. В частности, оборудование может быть настроено таким образом, что при переходе на другой энергетический уровень атома рубидия резонатор будет разблокирован. Сами исследователи говорят, что их устройство может найти применение в квантовых вычислениях.

Источник

Команда исследователей в области экспериментальной и теоретической физики из Университета Штутгарта (Германия) изучила атом размеров в один микрометр. Этот атом вмещает тысячу нормальных атомов на своей электронной орбитали. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature.  Характер взаимодействия электронов и материи определяет основные показатели материи, к примеру, электропроводимость. Электроны рассеиваются от атомов окружающей материи и вызывают волновые колебания, фононы, передавая, таким образом, энергию окружающему пространству. Движение электронов замедляется, что вызывает электрическое сопротивление. Вместе с тем, в некоторых материалах фононы неожиданно вызывают противоположный эффект - так называемую сверхпроводимость, которая связана со снижением показателей электрического сопротивления до нулевой отметки. Таким образом, изучение взаимодействия между электронами и материей необходимо как для ответа на фундаментальные вопросы, так и для решения технических задач. 

Для системного изучения подобных процессов лучше всего подходит отдельный электрон. Физики из Университета Штутгарта впервые создали лабораторную модель, которая позволяет исследовать взаимодействие электрона со множеством атомов на его орбитали. Эти атомы происходят из ультрахолодного облака с температурой, приближающейся к абсолютному нулю, - так называемому конденсатом Бозе - Эйнштейна. 

Основная идея проста: вместо применения технически сложной электронной ловушки ученые использовали то обстоятельство, что в природе электроны вращаются вокруг положительно заряженного ядра. В классической модели они движутся по эллиптической орбите вокруг ядра. Эти орбиты обычно довольно малы - не более одного нанометра. Для того чтобы обеспечить взаимодействие электрона и атомов, при помощи света лазера атом отделяют от облака, состоящего из 100 000 других атомов. Орбита вращения электрона затем расширяется до нескольких микрометров, что ведет к образованию атома Ридберга. На атомном уровне этот атом представляется огромным, больше большинства бактерий, которые состоят из нескольких миллиардов или триллионов атомов. Атом Ридберга содержит десятки тысяч атомов из холодного облака. Таким образом, создается ситуация, при которой электрон определенного размера взаимодействует с большим количеством атомов. Сила их взаимодействия такова, что все атомное облако в значительной мере подвержено воздействию одного электрона. В зависимости от своего квантового состояния электрон может вызывать появление фононов в атомном облаке, которое можно рассматривать как колебание всего атомного облака, ведущее к освобождению электронов из ловушки.

Анализ результатов эксперимента группы ученых, возглавляемых профессором Тильманом Пфау (Tilman Pfau), проводится в сотрудничестве с теоретической группой профессора Ганса Петера Бюхлера (Hans Peter Büchler). Однако это работа лишь создает основу для дальнейших увлекательных экспериментов. Согласно более ранним исследованиям, электрон оставляет заметный след в окружающем его атомном облаке, поэтому легко определить квантовое состояние отдельного электрона просто. Благодаря своей важности для различных областей науки, в том числе для квантовой оптики, результаты были опубликованы в известном и уважаемом журнале Nature. 

Источник

Рис. 1. Ключевые компоненты установки CROWS: резонатор со стоячей волной (1) и детекторная камера, заэкранированная от электромагнитных волн (2). Изображение из обсуждаемой статьи в Phys. Rev. D

В ЦЕРНе завершился эксперимент CROWS по поиску так называемых «виспов» — гипотетических сверхлегких и очень слабо взаимодействующих частиц за пределами Стандартной модели. Как и предыдущие эксперименты, CROWS показал отрицательный результат, закрыв тем самым еще одну область параметров в моделях Новой физики. В целом такие эксперименты позволяют прощупать новые грани нашего мира и тем самым дополняют эксперименты при очень высоких энергиях.

Физика частиц на масштабе меньше электронвольта

Современные эксперименты в физике элементарных частиц ведутся в области масс вплоть до тераэлектровольт (ТэВ) и выше. Многие физики ожидают где-то нам найти первые проявления физики за пределами Стандартной модели. Но наряду с этими Тэвными массами и энергиями существует и другой масштаб, который тоже привлекает внимание ученых в поисках Новой физики, — это массы меньше электронвольта.

Во-первых, здесь «обитают» нейтрино. Точные массы нейтрино пока неизвестны, но их разность лежит в районе миллиэлектронвольтов (мэВ; не путать с МэВ — мегаэлектровольтами). Раз массы нейтрино таковы, то должен существовать какой-то механизм в теории взаимодействий частиц, который в силу каких-то причин этот масштаб предпочитает. А это, в принципе, может означать, что тут «живут» и какие-то другие частицы, еще более незаметные для прямого наблюдения, чем нейтрино.

Во-вторых, знаменитая космологическая постоянная, если ее пересчитать в энергетические единицы, тоже указывает на область масс порядка мэВ. Как это число интерпретировать в таком контексте — не совсем понятно, но просто так отбрасывать этот возможный намек природы не стоит.

В-третьих, в разнообразных теориях Новой физики встречаются сверхлегкие частицы разной природы. Это, например, аксионы (гипотетические скалярные частицы, помогающие объяснить, почему в сильном взаимодействии не проявляется CP-нарушение) или сверхлегкие гравитино, которые иногда возникают в теориях супергравитации. Наконец, с недавних пор популярны такие модели Новой физики, в которых темная материя представляет собой не просто один сорт частиц, а, скорее, целый «темный мир», в котором между частицами действуют новые «темные силы». Эти новые силы, к которым обычное вещество нечувствительно, вполне могут оказаться дальнодействующими, и тогда ответственные за них частицы-переносчики — которые условно называются «темные фотоны» — будут очень легкими, с массами в милли- или микроэлектровольты, а то и меньше.

У всех этих разнородных частиц есть общие характеристики: маленькие массы и очень слабое (но ненулевое!) взаимодействие с обычным веществом или излучением. Поэтому их часто объединяют общим термином виспы, от английского сокращения WISPs, weakly interacting sub-eV particles, слабо взаимодействующие частицы субэлектронвольтных масс (здесь есть параллель с вимпами, WIMPs, weakly interacting massive particles). Подробный обзор моделей с виспами можно найти в недавней статье arXiv:1311.0029.

Слабые эффекты, вызванные виспами, можно попытаться уловить в специальных, довольно экзотических экспериментах (примеры см. ниже). Поскольку такие частицы явно выходят за пределы Стандартной модели, они могут дать ключ к разгадке происхождения темной материи. Конечно, нет никакой гарантии, что эксперименты по поиску таких новых эффектов дадут положительный результат. Но пока что положительных результатов по поиску Новой физики не было и на коллайдерах, и в прямых поисках темной материи. Поэтому есть смысл ставить и такие эксперименты, особенно если они не требуют слишком больших финансовых вложений. В конце концов, одна из задач экспериментальной физики — проверять все свойства нашего мира, до которых эта экспериментальная физика может дотянуться.

Подобные эксперименты начали ставить в разных лабораториях мира не так давно, но их уже выполнено более десятка (опять же, обзор см. в статье arXiv:1311.0029). Участвует в этой деятельности и ЦЕРН, где уже около десяти лет работает импровизированный солнечно-аксионный телескоп CAST. В дополнение к нему в 2013 году был запущен новый, уже чисто лабораторный эксперимент CROWS (сокращение от CERN Resonant WISP Search).

В рамках этого эксперимента летом и осенью нынешнего года была проведена серия поисков виспов, а на днях были опубликованы их результаты. Забегая вперед, скажем, что, как и предыдущие эксперименты, эти поиски тоже дали отрицательные результаты — иначе бы эта новость была написана совсем в других тонах. И как водится в таких случаях, эти отрицательные результаты позволили закрыть еще один кусочек из доступной ранее области параметров модели. Никаких революционных последствий этот и другие такие эксперименты (пока) не имеют, но они дают удобный повод рассказать о тех нестандартных методах изучения микромира, которые появляются в инструментарии современной физики.

«Свечение лазером сквозь стену»

Поиски аксионов и «темных фотонов» делятся на две группы: прямые и непрямые. Так же, как и в случае поисков темной материи, непрямыми поисками называют попытки обнаружить воздействие этих частиц на астрофизические наблюдения, а прямыми — эксперименты, проводимые непосредственно в лаборатории. Эксперимент CROWS, о котором идет речь в этой заметке, относится к прямым поискам.

Даже если виспы являются хорошими кандидатами в темную материю, зарегистрировать ее по тому же принципу, по которому ищут тяжелую темную материю, будет исключительно трудно из-за ничтожного энерговыделения. Поэтому опыты здесь выглядят несколько иначе. Вместо того чтобы искать космические виспы, ученые пытаются их непосредственно получить, а затем задетектировать в лаборатории. Можно сказать, что цель таких экспериментов — скорее, доказать существование виспов в природе, а уж как они соотносятся с темной материей — вопрос второстепенный.

Как виспы можно создать и зарегистрировать в лаборатории? Только за счет их очень слабого взаимодействия с фотонами. Благодаря этому взаимодействию виспы и обычные фотоны могут иногда превращаться друг в друга (либо самостоятельно, либо в определенных внешних условиях), а значит, виспы можно попытаться найти в оптических экспериментах.

Например, в случае аксионов идея детектирования такова. Мощный лазерный луч летит в вакууме сквозь область с сильным магнитным полем (рис. 2). В классической физике это внешнее магнитное поле никак не повлияло бы на лазерный луч. Однако если предположить, что аксионы существуют и слегка взаимодействуют с фотонами, то становится возможным процесс, в котором лазерный фотон в магнитном поле превращается в аксион (эффект Примакова). Конечно, вероятность этого процесса для одного фотона очень мала, но если их в лазерном луче было очень много, то можно надеяться на некий «аксионный поток», который возникает в лазерном луче в области с магнитным полем.

Рис. 2. Идея экспериментов по поиску аксионов методом «свечения сквозь стену»: лазерный луч идет через область с магнитным полем, и изредка фотоны (γ) превращаются аксионы (a). Затем лазерный луч упирается в стенку, но аксионы спокойно проходят ее насквозь. Во второй секции с магнитным полем аксионы уже могут превратиться обратно в фотоны, которые и регистрируются детектором. Изображение из статьи R. Essig et al. Dark Sectors and New, Light, Weakly-Coupled Particles

Далее на пути лазерного луча встает непрозрачная стена. Все фотоны при этом поглощаются, но аксионы летят дальше, не замечая стенку — просто потому, что они с обычным веществом не взаимодействуют. Непосредственно за стенкой вновь имеется область с сильным магнитным полем, и вот в этой области какой-то из аксионов имеет шанс снова превратиться в фотон — причем фотон ровно той же частоты.

Таким образом, схема эксперимента выглядит так: в магнитном поле воздвигаем полностью непрозначную стенку и светим в нее мощным лазерным лучом. За стеной стоит детектор фотонов и пытается уловить хоть что-то. Если экранировка от исходного лазерного света хорошая и если адекватно учтены прочие технические тонкости, то даже слабенький, но надежно зарегистрированный сигнал детектора будет свидетельством в пользу существования аксионов. Для поиска темных фотонов эта схема даже слегка упрощается. Превращение в темные фотоны и обратно может происходить спонтанно, без внешней помощи, поэтому нет необходимости помещать всю установку в сильное поле. За всеми подобными экспериментами в научной литературе закрепилось забавное, но справедливое название «Light Shining through Wall», то есть эксперименты по «свечению сквозь стену».

Эксперимент CROWS

Проведенный недавно в ЦЕРНе эксперимент CROWS слегка модифицировал эту стандартную схему, что позволило добиться более высокой чувствительности (рис. 3). Во-первых, вместо лазерного света здесь используется микроволновое излучение. Если темные фотоны легкие, им всё равно, из каких фотонов материализоваться — из оптических или из микроволновых. Зато при той же мощности излучения микроволновых фотонов будетбольше, чем оптических, ведь энергия каждого отдельного микроволнового фотона в тысячи раз меньше.

Рис. 3. Общая схема эксперимента CROWS. Изображение из обсуждаемой статьи в Phys. Rev. D

Конечно, с микроволнами надо быть еще осторожнее, чем с оптическим излучением. Осторожнее в том смысле, что из-за большей длины волны микроволны легче огибают препятствия, глубже проникают в вещество, легче отражаются от металлических предметов. Поэтому простой стенкой на пути микроволнового луча не отделаешься. Вместо этого детектирующую аппаратуру помещают в герметично закрытую камеру, максимально заэкранированную от внешних электромагнитных полей (см. рис. 1). Стоит подчеркнуть, что заэкранироваться необходимо не только от излучения самого резонатора, но и от многочисленных источников волн гигагерцового диапазона, которыми «эфир» наполнен в наше время. По этой причине кроме внутренней экранировки, показанной на рис. 1, вся установка вместе с внешними магнитами, создающими сильное магнитное поле, окружалась еще одним электромагнитным экраном. Наконец, не осталась без внимания даже передача данных от датчика к анализатору и оцифровщику сигнала. Она осуществлялась не по металлическим коаксиальным линиям, а по оптоволокну; таким образом отсекалась последняя возможность для микроволнового излучения «просочиться» в экранируемый объем или как-то иначе повлиять на снимаемые данные.

Такие меры предосторожности были приняты вовсе не ради галочки. Полезно напомнить уже позабывшуюся сейчас историю с сенсационным результатом эксперимента PVLAS, причиной которого, как выяснилось пару лет спустя, стали паразитные электромагнитные поля, «пролезшие» в регистрационную камеру.

Во-вторых, оба ключевых компонента CROWS — излучатель и детектор — находятся внутри микроволновых резонаторов (восьмиугольники на рис. 3). Они представляют собой две медные закрытые цилиндрические камеры размером примерно 10 на 15 см, изготовленные также в ЦЕРНе, которые эффективно отражают микроволны и тем самым удерживают их внутри камеры. Резонатор удобен тем, что он позволяет накачивать волну, накапливать фотоны, не дает им сразу же улететь прочь. Резонатор как бы заставляет фотон совершить побольше попыток превратиться в виспы, а также повышает вероятность превращения виспов обратно в фотоны.

Наконец, в подобных экспериментах всегда есть опасность не увидеть эффект из-за какого-то инструментального дефекта. Для того чтобы избежать этой досадной оплошности, экспериментаторы предусмотрели тестовый сигнал. Прямо в ту же камеру, где установлен датчик, они подвели простенькую антенну и в течение всего сеанса работы с ее помощью излучали очень слабую волну на частоте, чуть отличной от искомой резонансной, — просто чтобы она не забивала искомое излучение.

Результаты CROWS

В рамках эксперимента CROWS было проведено несколько сеансов длительностью по 10–30 часов непрерывной работы. В течение всего этого времени с чувствительного датчика электромагнитных полей внутри заэкранированной зоны снимались показания. Конечно, у всякого детектора есть неустранимые внутренние шумы, так что можно сказать, что физики в течение нескольких часов в буквальном смысле записывали шумы детектора. Однако такая длинная последовательность показаний позволила с очень высокой точностью провести спектральный анализ этих шумов и выделить именно ту резонансную частоту, на которой работал излучатель снаружи камеры.

Типичный график спектральной плотности показаний датчика изображен на рис. 4. Слева показан общий вид спектральной плотности в окрестности резонансной частоты, в середине — узкая область частот в непосредственной близости от частоты тестового сигнала, справа — узкая область вблизи резонансной частоты. Тестовый сигнал, несмотря на свою слабость, виден исправно, что указывает на надежную работу всей системы регистрации и анализа, а вот на резонансной частоте не видно ничего. Это и означает, что, несмотря на все усилия, никаких виспов в этом эксперименте не зарегистрировано.

Рис. 4. Спектральная плотность мощности по показаниям датчика, записанным за десятичасовой сеанс работы. Слева: общий вид спектральной плотности в области плюс-минус 1 кГц от центральной частоты 1739990400 Гц; положения частоты тестового сигнала и резонансной частоты помечены какftest и fsys. Этот спектр также показан в узкой области ±0,7 мГц около частоты тестового сигнала (в центре) и около резонансной частоты (справа). Изображение из обсуждаемой статьи в Phys. Rev. D

В этих сухих числах и скучных графиках скрывается несколько впечатляющих технических достижений. Во-первых, обратите внимание на масштабы частот. Резонансная частота волны составляла примерно 1,7 ГГц (точное число указано на графиках), а спектральная плотность была промерена с шагом 30 микрогерц (!), то есть в десятки триллионов раз меньше, чем несущая частота. Даже на таком мелком шаге дискретизации спектр не «смазывается»: шум по-прежнему остается чистым шумом, а тестовый сигнал — узким пиком шириной в одну точку.

Во-вторых, обратите внимание на масштаб вертикальной шкалы (он указан слева). Типичные значения спектра мощности составляют –220 дБм. Эта стандартная для радиотехники единица измерения показывает, насколько зарегистрированная мощность слабее опорного уровня в 1 милливатт; –220 дБм означает «на 22 порядка меньше, чем 1 мВт», то есть речь идет о спектральной мощности порядка 10^–25 Вт. При этом мощность микроволнового излучения, которая закачивалась в резонатор, составляла в описываемых экспериментах примерно 40 Вт. Таким образом, эксприменты показали, что даже если микроволновое излучение просачивается в закрытую камеру за счет какого-то механизма, эффективность этого просачивания не превышает величину 10^–26.

Дальше эта величина пересчитывается в ограничение на величину связи между фотонами и виспами и наносится на график. На рис. 5 показан этот результат для теорий с темными фотонами. Разнообразные серые области отвечают прошлым экспериментам, а результат CROWS показан голубым цветом. Наибольшая чувствительность была достигнута при массе гипотетического темного фотона около 11 мкэВ, что примерно соответствует энергии одного микроволнового фотона. Здесь CROWS почти на порядок улучшил результат прошлых экспериментов.

Рис. 5. Закрытые в разных экспериментах области двух параметров гипотетических темных фотонов: их массы, выраженной в электронвольтах, и параметра смешивания χ, который характеризует связь между ними и обычными фотонами. Область, закрытая новых экспериментом CROWS, показана голубым цветом. Изображение из обсуждаемой статьи в Phys. Rev. D

Для аксионов ограничение, полученное CROWS, оказалось не столь значительным; там он по-прежнему уступает некоторым другим экспериментам, в частности церновскому же эксперименту CAST. Однако среди всех чисто лабораторных установок CROWS стал рекордсменом по чувствительности.

Авторы отмечают, что этому эксперименту еще есть куда расти. Можно еще больше удлинить сеансы записи данных, можно уменьшить частоту излучения (повысив концентрацию фотонов), увеличить длину резонатора (повысив вероятность превращения фотона в висп) и, наконец, поднять значение магнитного поля (пока что в эксперименте использовался сверхпроводящий магнит на 3 тесла, который являлся частью обычной МРТ-установки и был взят напрокат в Женевском университете). Всё это позволит сделать этот эксперимент еще более чувствительным к гипотетическим виспам, в особенности к аксионам.

Источник

Прорыв в квантовой криптографии демонстрирует тот факт, что информация может быть зашифрована и затем расшифрована с полной безопасностью, используя комбинацию квантовой и релятивистской теории – позволяя отправителю надиктовать пакет закодированной информации без какого-либо шанса внедрения или манипуляции.

Ученые отправили закодированные данные между парой мест в Женеве и Сингапуре, которая была «полностью безопасной» на протяжении пятнадцати миллисекунд, используя на практике то, что криптографы называют протоколом «привязки к биту», основанный на теоретической работе по изучению исследований доктора Адриана Кента из Кембриджского отделения прикладной математики и теоретической физики.

Исследователи описывают это как первый шаг по направлению к неприступным сетям, контролируемых «комбинацией релятивистской и квантовой теории Эйнштейна», которая однажды может, к примеру, произвести революцию в финансовой торговле и других рынках по всему миру.

«Привязка к биту» — это математическая версия тайно запечатанного конверта. Данные передаются от точки A до точки Б в закрытом виде, который не может быть изменен после отправки, и может быть открыт лишь после того, как точка А предоставит ключ с гарантиями безопасности, даже в том случае, если один из отправителей пытается шельмовать.

Техника однажды может быть использована для всего – от торговли на финансовых рынках до тайного голосования и даже азартных игр на расстоянии, хотя исследователи и указывают, что это лишь «первый шаг на неизведанной территории».

Любой сигнал между Женевой и Сингапуром проходит как минимум за пятнадцать миллисекунд. Одного мгновения даже много для того, чтобы при текущей технологии данные были переданы в зашифрованном виде в оба конца, и затем дешифрованы со степенью безопасности «безусловно гарантированной» законами физики, утверждает команда.

Исследователи использовали две разных области физики: специальную теорию относительности Эйнштейна – которая интерпретирует неизменные движения двух объектов, двигающихся на относительных скоростях, в комбинации с квантовой теорией – новой физикой субатомного мира, которую Эйнштейн демонстративно отверг как «странную».

Полностью безопасная «привязка к биту» использующая лишь квантовую теорию невозможна, говорят исследователи, и «дополнительный контроль», предоставляемый релятивистской теорией критичен.

Профессор Гиллс Брасард, физик из университета Монреаля, один из изобретателей квантовой криптографии, не задействованный в исследовании, говорил о «видении», которое у него было пятнадцать лет назад, когда он пытался объединить квантовую «привязку к биту» с релятивизмом, чтобы «спасти» теорию, в которой Эйнштейн и первый квантовый физик Нильс Бор «поднялись из могил и наконец пожали друг другу руки».

«Жаль, что мои идеи на то время содержали ошибки. Я так рад увидеть, что эта мечта в конце концов стала явью, и не только в теории, но и как прекрасный эксперимент!», сказал он.

Привязка к биту – это строительный кирпичик, то есть то, что исследователи называют «примитивом» — то, что может быть соединено различными способами, для достижения невероятно сложных задач, говорят они. «Я вижу это как первый шаг по направлению к глобальной сети информации, контролируемой объединением релятивистской и квантовой теории», сказал Кент.

Источник

Каждый знает, что космос – беззвучен: без воздуха нет звука. 

Однако, физик Дон Гурнетт (Don Gurnett), профессор из Университета в Айове, утверждает, что тот, кто умеет слушать, может услышать музыку космоса. 

Гурнетт – руководитель команды, которая занимается данными прибора Plasma Wave Science instrument (плазменного волнового прибора), расположенного на борту зонда солнечной системы Voyager 1 (Вояджер 1). На пресс-конференции он представил широкой публике звуки плазменных волн. По его словам, эти звуки могут служить твердым доказательством того, что Voyager 1 вышел за пределы гелиосферы.

Гелиосфера – это область солнечного пространства, в которой плазма солнечного ветра движется с некоторой скоростью. По сути, это магнитное поле Солнца, нагретое до невероятных пределов солнечным ветром. Внутри гелиосферы находятся наши планеты и их спутники. За ее пределами лежит межзвездное пространство. 

Десятилетиями ученые ждали того момента, когда один из аппаратов Voyager покинет гелиосферу. Забавно, но у НАСА ушел почти год, чтобы понять, что это уже случилось. Причина – в запоздалой передаче сигналов от удаленного космического аппарата. От трех до шести месяцев требуется на то, чтобы данные, сохранившиеся на старомодных записывающих устройствах, «добрались» до Земли. Еще какое-то время уходит на их расшифровку. 

Строго говоря, плазменный волновой инструмент не слышит звук. Он ощущает волны электронов в ионизированном газе или «плазме», через который движется. Человек не может услышать эти плазменные волны. Тем не менее, так как они улавливаются на радиочастотах, между 100 и 1000 герц, "мы можем пропустить эти данные через звуковоспроизводящее устройство и послушать. Их частота и высота расскажут о плотности газа, окружающего космический корабль", - говорит Гурнетт.

Когда Voyager 1 находился в пределах гелиосферы, тоны были низкими, около 300 Hz, типичными для плазменных волн, проходящих через разреженный солнечный ветер. Вне гелиосферы, частота подскочила на более высокий уровень, 2 and 3 kHz, что совпадает с преположениями о плотности газа в межзвездном пространстве. 

Не так давно, Voyager 1 записал еще два всплеска «музыки межзвездной плазмы» - в октябре-ноябре 2012 года и апреле-мае 2013. Оба были вызваны всплесками солнечной активности.

Источник

Астрономы из Калифорнийского университета в Беркли Гавайского Университета проанализировали данные, собранные телескопом Kepler за четыре года поиска похожих на Землю планет в пригодных для жизни зонах звезд, подобных Солнцу. В результате ученые пришли к выводу, что 22 процента звезд, похожих на Солнце, имеют в «обитаемых» зонах планеты, сравнимые по размерам с Землей; однако далеко не все эти планеты имеют каменистую поверхность или воду в жидком виде – условия, которые считаются необходимыми для существования жизни. 

"Это значит, что, когда вы смотрите на тысячи звезд на ночном небе, Вы невооруженным взглядом можете увидеть звезды, похожие на Солнце, у которых есть планеты такого же размера, как Земля, - ближайшие из них могут находиться всего лишь в 12 световых годах от нас", - заявляет Эрик Петигура (Erik Petigura),который участвовал в анализе данных Kepler data

Его поддерживает коллега Эндрю Ховард (Andrew Howard): «Прошло почти 20 лет с тех пор, как была открыта первая внесолнечная планета. С тех пор мы узнали, что большая часть звезд имеет планеты разных размеров, и что планеты, размерами схожие с Землей, на самом деле встречаются довольно часто, по крайней мере, в галактике Млечный Путь».

Ховард продолжает: «Для НАСА это действительно важно, так как следующие за Kepler миссии будут изучать именно эти планеты более детально, и размеры будущего телескопа будут зависеть от того, насколько близко к Земле они расположены».

Результаты исследования будут опубликованы на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Источник

 Команда исследователей из Университета Вашингтона занимается разработкой технологии, которая может лечь в основу конструкции принципиально нового космического аппарата. Двигатели этого аппарата будут работать не на химическом топливе, а от энергии ядерного синтеза. 

В настоящее время длительные полеты человека в космос невозможны по разным причинам; в числе главных ученые называют большой риск, которому подвергается здоровье людей, находящихся долгое время в открытом космосе: люди получают слишком большую дозу облучения, вынуждены постоянно тренироваться, чтобы не страдать от потери костной массы и мышечной атрофии в условиях невесомости. 

Руководитель исследования Джон Слоу (John Slough), профессор аэронавтики и астронавтики из Вашингтонского университета, говорит: "Своей работой мы надеемся дать людям в руки сверхмощный источник энергии, который, в конечном счете, сможет сделать привычными межпланетные космические перелеты".

Этот проект финансируется в рамках программы НАСА Innovative Advanced Concepts Program. 

Исследователи утверждают, что система, которую они разрабатывают, могла бы доставить космонавтов на Красную Планету за 90 дней. Они работают над проектом, который предполагает 210-дневную миссию: по их расчетам, 83 дня уйдет на то, чтобы долететь до цели, 30 дней – астронавты проведут на поверхности Марса и еще 97 дней займет путешествие обратно на Землю.

Обуздание силы ядерного синтеза – тот же процесс «подогревает» Солнце и дает водородным бомбам их невероятную разрушительную силу - сделало бы такие скоростные путешествия возможными. 

Система, разработанная командой профессора Джона Сло, работает следующим образом - в начале цикла в камере двигателя из дейтерия и трития, "тяжелых" изотопов водорода, создаются сгустки возбужденной плазмы, вокруг которых располагаются кольца из мягкого металла, лития. Под воздействием внешнего магнитного поля эти кольца создают вокруг плазмы почти цельную оболочку, заставляя ее сжиматься до того момента, пока не "запустится" реакция ядерного синтеза. От энергии, выделившейся за это время, металлическая оболочка испарится и превратится в высокотемпературную и высокоэнергетическую плазму. Этот материал, находящийся под огромным давлением и удерживаемый магнитным полем, устремится наружу, и таким образом будет двигать вперед космический корабль. Эти циклы будут повторяться периодично – допустим, раз в одну минуту, и обеспечивать постоянную тягу, благодаря которой космический корабль сможет разогнаться до огромной скорости. 

Существуют и другие перспективные направления. Один из таких проектов - разработка двигателя, в основу работы которого положен принцип не слияния, а расщепления ядер. И, наконец, технология, названная магнитоплазменной ракетой с переменным удельным импульсом (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket/ VASIMR). Этот реактивный двигатель использует радиоволны для ионизации рабочего тела с последующим разгоном полученной плазмы с помощью электромагнитного поля для получения тяги.

Источник

Примерно 600 млн. лет назад в атмосфере Земли и Мировом океане резко возрос уровень кислорода. Это совпало с появлением первых признаков животной жизни на нашей планете. С тех пор колебания концентрации кислорода в океане и атмосфере периодически приводили к изменениям в развитии биологических видов.

Наиболее известное и хорошо изученное событие такого рода произошло примерно 93,9 млн. лет назад. Проведя анализ химического состава горных пород, которые оседали в то время, в частности соединений углерода и изотопов серы, группа ученых из Калифорнийского университета представила отчет, согласно которому определенные климатические изменения периодически приводили к тому, что 5% Мирового океана превращалось в бескислородные и богатые сероводородом воды. Для сравнения: в настоящее время содержание таких вод в Мировом океане не более 0,1%.

Согласно исследованию, прежние оценки бескислородных и богатых сероводородом условий («euxinia») были неоправданно завышены. Тем не менее, «euxinia» были достаточно широко распространены, но при этом ограничены и локализованы; их наличие оказывало существенное влияние на химические процессы во всем океане, и, как следствие, отражалось на биологической активности.

Джереми Д. Оуэнс (Jeremy D. Owens), ученый из группы исследователей, считает, что такие условия не могли не оказать влияние на наличие питательных веществ в океане, и, в конечном итоге, на распределение морской фауны и флоры в пространстве и во времени. Оуэнс отмечает, что из-за низкого содержания кислорода из морской воды могли исчезнуть многие важные металлы и другие питательные вещества; - они оседали на дне, и из-за этого становились менее доступными или вовсе недоступными для развития разных видов морской флоры и фауны. 

93,9 млн. лет назад были зарегистрированы глобальные биологические исчезновения в морской среде. Так же с этими событиями - с повышением температур океана и атмосферы - связывают повышение в атмосфере уровня углекислого газа. Возможными последствиями так же были увеличение количества ливневых осадков и выветривание континентов, - а это, в свою очередь, еще сильнее повлияло на химический состав Мирового океана.

Джереми д.Оуэнс считает, что исследование показывает, что, несмотря на то, что токсичный сероводород содержался только в сравнительно небольшой части океана, это привело к серьезнейшим изменениями химического состава и биологических видов.

В настоящее время в атмосфере из-за активной деятельности человека отмечается увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере, из-за опасности повышения температуры воды в океане может снизиться количество кислорода; а значит, проведение подобных исследований становится всё более актуальным.

Источник

Мы покоряем космическое пространство, отправляя космонавтов в долгие полеты на далекие расстояния. Однако, это далеко не лучшим образом может сказаться на их здоровье.

Об этом говорят результаты исследования, проведенного на Международной Космической Станции. Ученые изучали клетки, которые выстилают внутреннюю поверхность кровеносных и лимфатических сосудов (эндотелиальные клетки) и выяснили, что микрогравитация ускоряет биологическое старение этих клеток, как следствие, возрастает риск сердечно-сосудистых заболеваний. Эти открытия были представлены в статье, опубликованной в ноябрьском выпуске FASEB Journal.

Понимание механизмов клеточного и молекулярного старения сможет помочь улучшить качество жизни миллионов людей", - говорит Сильвия Брадаманте (Silvia Bradamante), один из авторов исследования, из Миланского института Молекулярной науки и Технологии (CNR-ISTM). "Наше исследование говорит о ведущей роли, которую играет окислительный стресс в проблеме ускоренного старения и заболеваний". 

В этом докладе Брадаманте и ее коллеги исследовали эндотелиальные клетки в условиях микрогравитации на борту Международной Космической Станции и провели глубокий анализ экспрессии генов и протеинов в клетках. Они сравнили эндотелиальные клетки, побывавшие в космосе, с эндотелиальными клетками, находившимися в условиях нормальной гравитации, пытаясь найти разницу в экспрессии генов и/или в профиле секретируемых белков. Клетки, побывавшие в космосе, выделяли большое количество противовоспалительных цитокинов и экспрессировались иным образом. В конечном счете, это вызывало окислительный стресс у клеток эндотелия, что, в свою очередь, вело к атеросклерозу и биологическому старению клеток. 

"Мы планируем отправлять людей еще дальше в космос, на более долгий срок, - значит, мы должны быть уверены в том, сможем сохранить их здоровье. В процессе эволюции все наши биологические процессы привычно опираются на силу тяжести; в ее отсутствие все ткани приходят в замешательство. Хуже всего то, что они стареют!" – заявил Джеральд Вайссман, (Gerald Weissmann), главный редактор FASEB Journal.

Источник

Биологи могут узнать возраст дерева благодаря концентрическим кольцам на поперечном срезе ствола дерева – один год жизни соответствует одному кольцу. 

Возраст галактик астрономы так же считают по кольцам в галактическом диске. Используя данные Широкоугольного инфракрасного обзорного исследователя WISE и Исследователя Галактической Эволюции GALEX, ученые собрали еще больше доказательств того, что теория роста галактики «изнутри» верна, показывая, что за всплесками звездной формации в центральных регионах через 1-2 миллиарда лет следовало рождение звезд во внешних областях галактики.

"Изначально быстрый период звездной формации формирует центр галактики, период образования звезд во внешних областях начинается позже. Случайным образом галактики перестают рождать новые звезды и становятся неподвижными", - говорит Сара Петти (Sara Petty) ведущий автор исследования, опубликованного в октябре в Astronomical Journal. "Эта более поздняя стадия формирования звезд, возможно, начинается из-за слияния небесных объектов меньшего размера с газовыми гигантами, - процесс, который дает топливо для формирования новых звезд". 

Это открытие так же может служить разгадкой тайны стареющих галактик. В этом исследовании такие галактики названы «мертвыми красными» из-за их красного цвета и отсутствия рождения новых звезд. Удивительно, но из их внешних областей выделяется большое количество ультрафиолетового излучения, которое обычно генерируется горячими, молодыми звездами. Однако эти галактики всегда считались слишком старыми, чтобы там могли рождаться целые поколения новых звезд. 

Возможно, разгадкой могут служить старые, горячие звезды. Петти и ее коллеги использовали разные длины волн, чтобы показать, что источником ультрафиолетового излучения могут быть звезды, находящиеся в последней стадии их жизни, когда они сбрасывают внешние слои и сгорают. 

GALEX и WISE были идеальными помощниками в этом исследовании. GALEX – чувствительный к ультрафиолетовому излучению, а WISE – видит инфракрасное излучение от старых звезд. 

Оба телескопа имели большой обзор, поэтому могли сделать снимки целых галактик. 

"Взаимодействие GALEX и WISE позволило нам сделать очень точные измерения расположения старых, горячих звезд в этих «красных мертвых» галактиках", - говорит Дон Нелл (Don Neill), соавтор исследования. "Это позволяет нам сделать карту процесса звездной формации внутри каждой галактики".

Источник

Как из случайного сочетания органических компонентов появились новые, живые клетки на Земле? Возможно, причиной зарождения жизни стали столкновения с огромными метеоритами и кометами – такие же, которые привели к вымиранию динозавров 65 миллионов лет назад. Кратеры, возникшие после таких столкновений, возможно, как раз являются той «колыбелью», в которой зародилась жизнь на Земле. 

Эту гипотезу выдвинул Санкар Чатерье (Sankar Chaterjee), профессор, сотрудник Музея Техасского Технического Университета. 

“Когда земля сформировалась, примерно 4,5 млрд лет назад, это была стерильная планета, никакие живые организмы на ней просто не могли существовать”, - говорит Чатерье. “Здесь кипели вулканы, шли метеоритные дожди и выделялись горячие, вредные газы. Через миллиард лет она превратилась в мирную планету, покрытую водой, битком набитую микробами – прародителями всего живого”. 

Из-за чего же произошла эта перемена? Это – Большой Вопрос палеонтологии, и Чатерье считает, что ответ на него можно найти на глубине самых старых и больших кратеров, возникших в результате столкновений.

После изучения самых древних из известных горных пород, в которых содержатся окаменелости, в Гренландии, Австралии и Южной Африке, Чатерье заявляет, что именно на глубине этих древних кратеров, в темном, жарком окружении и могла зародиться жизнь – подобный процесс сейчас происходит вблизи термальных отверстий в океанах. 

Большие метеориты, благодаря которым появились кратеры более 500 км в диаметре, согласно теории Чатерье, могли стать идеальными «кузницами жизни». Эти метеориты пробивали кору Земли, создавая геотермальные отверстия с вулканической деятельностью. Так же они могли принести с собой строительный материал для будущей жизни, который концентрировался и полимеризировался в бассейнах кратеров.

В дополнение к новым органическим компонентам – и, в случае с кометами, к существенным количествам воды, - эти сталкивающиеся с нашей планетой тела могли так же принести с собой липиды, необходимые для защиты и дальнейшего развития РНК.

“Молекулы РНК очень нестабильны. Они быстро разрушились бы, если бы не было катализаторов, таких, как простейшие протеины”, - заявляет Чатерье. 

“Этот липидный материал плавал на поверхности воды, заполнявшей бассейны кратеров, и опускался вниз благодаря конвекционным течениям,” предполагает Чатерье. “В какой-то момент, через миллионы лет после начала этого процесса, эти липидные мембраны смогли «поймать» РНК и протеины в капсулу, подобно мыльному пузырю. Молекулы РНК и протеинов начали взаимодействовать. Случайным образом РНК превратилась в ДНК – намного более стабильный компонент – и, с развитием генетического кода, начали делиться первые клетки ”. 

Чатерье признает, что необходимы дальнейшие исследования и эксперименты для того, чтобы эта теория получила развитие.

Источник

Для понимания динамики земного климата мало знаний лишь о парниковых газах. Один из ключевых параметров – отраженная солнечная радиация, или количество энергии солнечного света, отраженное от поверхности и атмосферы Земли. Наблюдение за солнечным излучением поможет ученым измерять и лучше понимать изменения, происходящие в окружающей среде, такие, как глобальное потепление. 

Много лет измерением солнечной радиации занимались космические спутники. Однако новые достижения техники могут делать это с более высоким уровнем точности, поставляя данные чаще, чем это возможно сейчас.

Отдел Земных Научных Технологий НАСА поддерживает разработку научного инструмента нового поколения. HySICS (Гиперспектральная Камера для Изучения Климата (HyperSpectral Imager for Climate Science), которую разрабатывает Грег Копп (Greg Kopp) в Лаборатории Атмосферной и Космической Физики в Университете Колорадо, - испытательный образец для демонстрации новых возможностей техники в изучении радиации. 

29 сентября HySICS был запущен при помощи воздушного шара, что значительно удешевило проведение эксперимента. Воздушный шар поднял HySICS на высоту более 37 000 м. С этой точки HySICS делал измерения в дневное и ночное время. Дополнительную точность измерениям придавало использование инструмента Wallops Arc Second Pointer (WASP). 

Гиперспектральная камера, обзор которой с этой высоты составлял 10 км земной поверхности, собирала данные в течение половины своего полета (длительность полета составила 8 с половиной чаов). Инструмент периодически калибровался, для того, чтобы точность данных была оставалась высокой.

После приземления камеру вернули в лабораторию. Теперь собранные данные будут использованы для доработки прибора, - на этой уйдет еще около года. 

HySICS делает снимки в диапазоне волн между 350 and 2,300 нанометров. Использование только этого диапазона волн позволило сделать HySICS более легким и меньшим по размеру, чем большинство камер, - важное качество, которое существенно уменьшает стоимость космических миссий для наблюдения за основными параметрами Земли. 

Следующий запуск на воздушном шаре запланирован на сентябрь 2014 года. Во время этого демонстрационного полета HySICS будет собирать еще более точные данные о солнечной радиации (откалиброванные до точности в 0,2 процента). Кроме этого, HySICS будет вести наблюдения и за Луной.

Данные, которые HySICS собрал и будет собирать во время этих пробных полетов, помогут внести необходимые изменения в приборы, необходимые для изучения радиации и других гиперспектральных характеристик. 

Источник

Последняя звезда, ставшая сверхновой в Млечном Пути, - по крайней мере, та, о которой известно астрономам, - взорвалась в 1604 году, еще до того, как Галилей впервые посмотрел в небо через телескоп

Но с помощью детектора нейтрино, работа над созданием которого сейчас ведется в Японии, глубоко под Землей, и который обещают построить к 2016 году, ученые смогут сделать то, что до сих пор им не удавалось: наблюдать в деталях сверхновую в нашей галактике до того, как будет виден ее взрыв. 

Предупредит о разворачивающихся событиях поток нейтрино, сгенерированный во время взрыва сверхновой. За считанные минуты можно будет определить область неба, в которой должен произойти взрыв, направить в эту область объективы инфракрасных телескопов и ждать начала «фейерверка» (исследователи отмечают, что внешние слои сверхновой не разрушаются в течение некоторого времени (от нескольких минут до нескольких часов) после того, как взрывается ядро и происходит выброс нейтрино). 

Когда новый сенсор будет готов, появится возможность наблюдать рождение следующей сверхновой в нашей галактике при помощи инструментов -особенно инфракрасных телескопов. 

Но из-за того, что Млечный Путь содержит много пыли, которая блокирует видимый свет, шансы на то, что можно будет наблюдать этот взрыв в ночное время, снижаются до 20% или даже меньше. У живущих в южном полушарии шансы выше, так как оттуда видна большая часть звезд нашей галактики. Учитывая уровень формации сверхновых в нашей галактике в настоящее время, шансы на то, что следующий взрыв может произойти в ближайшие пятьдесят лет, равны 90%.

Источник

Источник