Новости науки

Физикам удалось получить уникальное вещество, которого нет на Земле

Где и как найти воду в экстремальных условиях космоса? Это задача, ответ на которую ищут ученые. И вот, похоже, найден необычный вариант решения, о котором сообщают ученые в журнале Nature.
Мариус Милло и его коллеги использовали в лаборатории лазерной энергетики университета Рочестера (США) один из самых сильных лазеров в мире, чтобы под действием ударной волны одновременно сжимать и нагревать воду и затем идентифицировать ее атомную структуру. В результате эксперимента давление в воде за мгновение достигло более 100 гигапаскалей (это примерно в миллион раз больше, чем атмосферное давление на Земле), а температура достигла более 1700 градусов по Цельсию.
В момент лазерного удара исследователи направили рентгеновские лучи сквозь материал — и впервые сделали видимой необычную форму льда. Рентген показал, что вода не стала перегретой жидкостью или газом. Как это ни парадоксально, но атомы образовали кристаллический лед. Ученые зафиксировали, что "в этих условиях вода затвердевает в течение нескольких наносекунд в гранулы льда нанометрового размера".
Оказалось, что лед стал частично твердый, частично жидкий. Отдельные молекулы воды под сильным давлением и теплом разрушаются. Кислород и водород ведут себя по-разному. Атомы кислорода заключаются в кубическую решетку, а водород, по словам Милло, "начинает прыгать из одного положения в кристалле в другое". Движение настолько быстрое, что ионизированные атомы водорода выглядят как жидкость.
Новую фазу воды с причудливыми свойствами ученые назвали суперионный лед. В отличие от льда в морозильной камере или на Северном полюсе, суперионный лед черный и горячий. Его куб, кстати, весил бы в четыре раза больше обычного льда.
Исследователи сообщают, что структура льда напоминает металл. Он может проводить электричество, а заряженный водород — выполнять роль электронов. Блуждающие положительно заряженные частицы гарантируют стабильность этого льда по сравнению с другими ледяными кристаллами, в результате чего температура его плавления вырастет, а это значит, что горячий лед не растает.
Хотя никто никогда не видел горячий черный лед, впервые он был теоретически предсказан более 30 лет назад в компьютерной симуляции, и с тех пор искали доказательства его существования. Команда Милло считает, что этот лед может быть одним из самых распространенных видов воды во Вселенной.
Например, внутренняя часть планет Уран и Нептун может состоять из этого необычного льда. Обнаружение суперионного льда потенциально решает давние загадки о составе этих ледяных гигантов. 

Источник

Вода на Земле появилась при формировании Луны, открыли ученые

Основная часть воды на Земле появилась при формировании Луны примерно 4,4 миллиарда лет назад, открыли планетологи из Вестфальского университета им. Вильгельма в Мюнстере, Германия.

Луна сформировалась, когда в нашу планету врезалось крупное небесное тело размером с Марс под названием Тея. До настоящего времени ученые считали, что Тея происходила из внутренней части Солнечной системы, однако теперь исследователи из Мюнстера обнаружили, что Тея происходит из внешней части Солнечной системы и могла доставить с собой на Землю большие количества воды.

В древности Землю бомбардировали астероиды двух различных типов: углеродистые астероиды, богатые водой и происходящие из внешней части Солнечной системы, и безуглеродистые, родом из внутренней части нашей планетной системы и почти не содержащие воды. В новом исследовании на основе радиоизотопного анализа астрономы показали, что основная часть материала Земли представляет собой вещество, близкое по составу к материалу углеродистых астероидов. Более того, исследователи выяснили, что большая часть материала земной мантии была доставлена на нашу планету вместе с Теей, столкновение которой с Землей 4,4 миллиарда лет назад привело к формированию Луны. Однако, так как в основном материал мантии демонстрирует сходство с материалом углеродистых метеоритов, это свидетельствует о том, что и Тея происходит из внешней части Солнечной системы, показывают исследователи.

Работа опубликована в журнале Nature Astronomy; главный автор Геррит Будде (Gerrit Budde).

Источник

Под поверхностью Плутона может скрываться океан, считают ученые

Подповерхностные океаны – подобные океану, расположенному, предположительно, под ледяной поверхностью карликовой планеты Плутона – могут иметь широкое распространение во Вселенной.

Газовый изоляционный слой, вероятно, предохраняет подповерхностный океан жидкой воды Плутона от замерзания, сообщается в новом исследовании. И что-то подобное может происходить под поверхностями ледяных планет в других планетных системах, указывают авторы.

«Это может означать, что во Вселенной гораздо больше подповерхностных океанов, чем считалось ранее – поэтому наш шанс встретить внеземную жизнь возрастает!» – сказал главный автор нового исследования Сюнъити Камата (Shunichi Kamata) из Университета Хоккайдо, Япония, в сделанном заявлении.

Существование этого подповерхностного океана подтверждается расположением равнин Спутник, равнин из азотного льда протяженностью 1000 километров, которые формируют левую долю знаменитого «сердца» на поверхности карликовой планеты.

Наблюдения, проведенные при помощи спутника НАСА New Horizons («Новые горизонты»), показывают, что равнины Спутник расположены вдоль приливной оси системы Плутон-Харон – линии, вдоль которой гравитационное притяжение Харона максимально. Ученые считают, что такая ориентация Плутона связана с дополнительной массой, сосредоточенной на поверхности и под поверхностью в районе равнин Спутник.

Эта дополнительная масса, вероятно, связана с азотным льдом, который накапливается на этих равнинах, а также водой из подповерхностного океана, которая поднялась к поверхности из нижележащих слоев в результате древнего столкновения с кометой, сформировавшего равнины Спутник, как было показано в одном из предыдущих исследований.

Согласно команде Каматы, предохранить подповерхностный океан Плутона от замерзания мог слой газовых клатратов – структур, в которых газ, предположительно, метан, окружен "решетками" из молекул воды. Эту версию подтверждают результаты компьютерного моделирования, проведенного командой.

Исследование опубликовано в журнале Nature Geoscience.

Источник

Вода на Луне формируется под действием солнечного ветра и микрометеоритов

В течение двух десятилетий ученые пытались понять происхождение водяного льда на Луне. Теперь, видимо, эту причину можно считать установленной.

В новом исследовании указано, что солнечный ветер и микрометеориты, сталкивающиеся с поверхностью Луны, реагируют с минералами и формируют воду. Исследователи из Гавайского университета в Маноа смоделировали это взаимодействие в лаборатории и обнаружили, что на поверхности камней формируются «воронки», наполненные водой, которые резко раскрываются, когда давление в них достигает определенных значений. Эта вновь сформированная вода выбрасывается на поверхность в форме газа, словно пар из кастрюли на кухне.

Проведенные ранее исследования позволили установить наличие воды на поверхности Луны. Недавно ученые предположили, что существование этой воды связано со взаимодействием потоков солнечного ветра – заряженных солнечных частиц – с кислородом, входящим в состав минералов поверхности Луны. Однако до настоящего времени эта гипотеза не была подтверждена лабораторными экспериментами.

В новом исследовании команда ученых под руководством Чена Чжу (Cheng Zhu) провела в лаборатории эксперименты, в ходе которых образцы камней, имитирующих лунный реголит, были подвергнуты бомбардировке ионами тяжелого водорода, имитирующими солнечный ветер, с одновременным разогревом камней при помощи лазера – для имитации эффекта столкновений микрометеоритов с поверхностью Луны. Эти эксперименты показали формирование значительных количеств воды, указывают в своей работе авторы.

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences вчера, 20 мая.

Источник

Где на Марсе следует искать следы жизни: в вулканических или осадочных породах?

В 2020 г. миссия НАСА, а также совместная европейско-российская миссия будут искать следы былой жизни на Марсе. Однако, несмотря на то, что на Красной планете преобладают вулканические, магматические горные породы, почти все окаменелости на Земле находят внутри осадочных пород.

Изучая эту проблему, шведские исследователи начали собирать окаменелости микроорганизмов в слабо исследованных вулканических горных породах на Земле. Цель исследования состоит в том, чтобы определить, где следует искать окаменелости на Марсе – и как должны выглядеть эти окаменелости.

«Мы предлагаем «атлас окаменелостей в вулканических породах», чтобы помочь выбрать места для исследования миссиями по поискам внеземной жизни, такими как миссия НАСА Mars 2020 и ExoMars, - рассказал главный автор нового исследования доктор Магнус Иварссон (Magnus Ivarsson). – Этот атлас также поможет выяснить, как будут выглядеть марсианские микроокаменелости».

Иварссон и его коллеги изучили в своей работе окаменелые остатки таинственных микробов, которые жили примерно на один километр глубже океанического дна 3,5 миллиарда лет назад.

Глубоко под водой, где почти нет солнечного света, бактерии, грибы и другие микробы адаптировались к питанию на вулканических породах, окружающих их – или даже к питанию за счет друг друга. Они заполнили собой микротрещины и полости, формируя сложные и обширные колонии, рассказали авторы работы. 

«Большинство микроорганизмов на Земле находятся в океане и континентальной коре, - рассказывает Иварссон. – Но теперь мы начинаем исследовать – в рамках проектов, предполагающих глубинное бурение – эту скрытую часть биосферы».

Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Earth Science.

Источник

В Крыму разработали прототип новых электродвигателей

Прототип новых электродвигателей, соответствующий разработкам лучших европейских производителей, разработан крымскими учеными, что позволит решить вопрос импортозамещения, сообщает пресс-служба Крымского федерального университета им. В. И. Вернадского (КФУ).
"Решение вопроса импортозамещения на рынке электродвигателей нашли ученые КФУ... Физики разработали прототипы двигателя вращения, характеристики которого соответствуют разработкам лучших европейских производителей. Технология применима также для изготовления линейных двигателей, производство которых в России пока отсутствует", — сказано в сообщении.
Прототипы разработаны на базе физико-технического института КФУ, где ученые проводят полный цикл проектирования электрических двигателей и генераторов. Теперь перед учеными стоит задача испытать прототипы в сертифицированных лабораториях Москвы, чтобы получить протокол испытаний и документальное подтверждение характеристик. По словам ученых, коэффициент полезного действия прототипа значительно увеличен по сравнению с характеристиками зарубежного аналога.
"После получения сертификации будем искать выход на конкретных партнеров, которые этим заинтересуются. Наша цель — сформировать оптимальную цену и разработать такую технологию, которая позволит нам вписаться в более широкий сегмент рынка. В этом смысле в Крыму мы — уникальные производители", — сказал доцент физико-технического института КФУ Дмитрий Филиппов.
По данным пресс-службы, разработки ученых уже применяются как автономные источники энергии и востребованы на рынке полуострова. Одна из моделей в перспективе будет использоваться в работе энергоэффективных "умных сетей".
"Новые прототипы двигателя вращения вызвали интерес у индустриальных партнеров", — говорится в сообщении. 

Источник

После возвращения на Луну астронавты НАСА достигнут Марса в 2033 … или 2060 г.?

11 декабря 2017 г. президент США Дональд Трамп подписал директиву, предписывающую НАСА совершить возвращение человека на поверхность Луны, «за которым последуют пилотируемые миссии к Марсу и другим местам Солнечной системы».

Согласно НАСА, возвращение астронавтов на Луну ожидается в 2024 г., а на Марс первый человек должен высадиться в 2033 г., однако ряд экспертов и сотрудников предприятий космической отрасли не разделяют оптимизма агентства, утверждая, что достижение поверхности Красной планеты к этому сроку является практически невозможным.

Согласно Роберту Ховарду, который возглавляет лабораторию, занимающуюся созданием жилых модулей для астронавтов и расположенную в Космическом центре Джонсона, Хьюстон, США, проблема состоит, скорее, не в техническом или научном обеспечении, а в недостатке финансирования и политической воли.

«Множество людей хотят, чтобы президент объявил, что мы летим на Луну или на Марс – и вся страна объединилась, подобно тому, как это было в случае миссий «Аполлон», - сказал он. – Если это произойдет, то мы достигнем Марса в 2027 г. Но я бы не делал ставку на этот вариант. Если исходить из нашего текущего курса, то в лучшем случае мы окажемся на Красной планете в 2037 г.»

Однако Ховард отметил, что этот прогноз является оптимистичным, в то время как в пессимистичном прогнозе, учитывающем изменения политической ситуации и нерешительность правительства, достижение Марса становится возможным лишь в 2060-е гг.

Исследователь Бхавайя Лал (Bhavya Lal) из Института научной и технологической политики, США, проводившая для НАСА оценку осуществимости миссии по достижению Марса к 2033 г., сделала вывод, что эта цель «недостижима». Согласно Лал, более реалистичным для этой миссии является 2039 г.

Источник

Ученые впервые сумели зафиксировать геометрию электрона

Исследователи из Университета Базеля, Швейцария, сумели измерить новые параметры электрона, используя технологию «искусственного атома». В ее основе лежит манипуляция квантовыми точками, которые реализованы при помощи крошечных полупроводниковых кристаллов нанометрового диапазона. Они применяются, например, в экспериментальных дисплеях QLED — а теперь физики сумели с их помощью приоткрыть тайны электрона. Квантовые точки величают искусственными атомами за способность захватывать отдельные электроны и удерживать их в области своего контроля при помощи электрических полей. Это явление во многом идентично тому, как «настоящие» атомы взаимодействуют с ионами, но в данном случае энергетические параметры системы можно контролировать и изменять. Это и позволило исследователям провести серию опытов с разными параметрами полей, чтобы изучить поведение электрона в такой ловушке.
В итоге удалось вычислить форму волновой функции электрона в пределах квантовой точки, причем в уравнениях фигурируют величины даже менее нанометра. Ученые точно отследили траекторию колебаний электрона в магнитных полях, получив тем самым его «геометрию». И сделали осторожные заявления, что в будущем смогут добиться полного контроля над волновой функцией и научиться выстраивать маршруты движения электронов для своих целей.
Такой беспрецедентный уровень измерения и контроля над электронами открывает новые возможности при создании квантовых компьютеров. Вращающийся с заданными параметрами электрон вполне может стать идеальным кандидатом на роль кубита. Особенно, если удастся сориентировать волновые функции двух электронов в одной плоскости и получить оптимальную квантовую запутанность. Но для этого нужно знать о структуре и поведении электрона больше нынешнего уровня, поэтому эксперименты продолжаются. 

Источник

Физики официально побили рекорд высокотемпературной сверхпроводимости

Немецкие ученые достигли новой вехи в области сверхпроводимости — достигли нулевого электрического сопротивления при самой высокой температуре: всего 250 Кельвин, или -23 градуса Цельсия (-9,4 градуса Фаренгейта).
Работой руководил Михаил Еремец, физик из Института химии Макса Планка, который установил предыдущий высокотемпературный рекорд сверхпроводимости в 2014 году на уровне 203 Кельвина (-70 градусов Цельсия).
Сверхпроводимость, впервые обнаруженная в 1911 году, очень любопытное явление. Обычно поток электрического тока сталкивается с определенной степенью сопротивления — например, как сопротивление воздуха отталкивает движущийся объект.
Чем выше проводимость материала, тем меньше электрическое сопротивление, и ток может течь свободнее.
Но при низких температурах в некоторых материалах происходит нечто странное. Сопротивление снижается до нуля, и ток течет беспрепятственно. Это сопровождается тем, что называется эффектом Мейснера — выталкиванием магнитных полей материала при его переходе ниже этой критической температуры — это называется сверхпроводимостью.
Так называемая сверхпроводимость при комнатной температуре, выше 0 градусов Цельсия, является чем-то вроде «грааля» для ученых. Если бы удалось достичь этого, произошла бы революция в электрической эффективности, значительно улучшив электросети, высокоскоростную передачу данных и электрические двигатели.
Над этой проблемой работают многие лаборатории по всему миру.
Еремец и его команда достигли предыдущего рекорда высокотемпературной сверхпроводимости, используя сероводород — да, соединение, которое делает тухлые яйца вонючими — под давлением 150 гигапаскалей (у ядра Земли давление между 330 и 360 гигапаскалями).
Ученые, которые изучают сверхпроводимость сероводорода, полагают, что этот результат возможен, потому что сероводород является настолько легким материалом, что он может вибрировать на высоких скоростях, что означает более высокие температуры — но необходимо давление, чтобы он не вибрировал сам по себе.
В новом исследовании использовался другой материал, называемый гидридом лантана, под давлением около 170 гигапаскалей. Ранее в этом году команда сообщила, что достигла сверхпроводимости при использовании этого материала при температуре 215 Кельвин (-58,15 °C, -72 °F) — и теперь, всего через несколько месяцев, они улучшили этот результат.
Статья была опубликована в журнале Nature, а препринт доступен на сайте arXiv.
Сообщение Физики официально побили рекорд высокотемпературной сверхпроводимости появились сначала на RW Space. 

Источник

Уникальные архангельские алмазы могут использовать при создании квантового компьютера

Геолог Дарья Лонгли-Синицына рассказала «Звезде», как архангельские алмазы могут быть использованы в качестве базовых элементов процессора квантового компьютера.
В 1980 в Советском Союзе произошли два знаменательных события, которые сегодня могут изменить мир современных технологий.
В Архангельской области было открыто крупнейшее коренное месторождение алмазов, которое было названо в честь Михаила Ломоносова. Тогда же советский математик высказал идею квантовых вычислений. А спустя год уже американский физик Ричард Фейнман предложил использовать для расчетов поведения квантовых систем не обычные компьютеры, а другие квантовые системы, которые могли бы играть роль упрощенной модели.
Казалось бы, два этих открытия не имеют между собой никакой связи, но это не так. Специалист в области методов геологоразведки и добычи, магистр Калифорнийского университета Беркли и мастер делового администрирования (МВА, МГИМО) Дарья Лонгли-Синицына утверждает, что уникальные архангельские алмазы благодаря нарушению строения кристалла позволят записывать квантовую информацию.
В программе «Открытый эфир» на телеканале «Звезда» ученый рассказала, как архангельские алмазы могут стать базовым элементом процессора квантового компьютера.
«Вопрос о квантовых компьютерах ставился достаточно давно, начиная с 80-го. Сейчас вопрос в сырьевой базе. Дело в том, что у Архангельских алмазов существует уникальная черта: там находится достаточно большой процент дефектных алмазов Именно эти дефекты делают архангельские алмазы очень интересными для нас. Дефект заключается в том, что в кристаллической решетке углерода выбиты определенные позиции. И именно эти позиции очень интересны. Потому что при комнатной температуре на них возможно записать огромное количество информации», — объяснила геолог.
Сейчас добыча алмазов в Архангельской области является особо перспективной. По словам геолога, не исключено, что в регионе будут обнаружены новые трубки, некоторые из которых могут превзойти по запасам и качеству алмазов такие месторождения, как Ломоносовское и Трубка им. В. П. Гриба. 

Источник

Маленькие планеты скорее всего переживут смерть своих звезд

Маленькие, выносливые планеты, состоящие из плотных элементов, имеют больше шансов избежать того, что их раздавит или поглотит звезда во время своей смерти, сообщается в новом исследовании Университета Уорика. Информация о нем опубликовано в журнале «Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества».

Астрофизики из Warwick Astronomy and Astrophysics Group смоделировали шансы разрушения различных планет приливными силами, когда их звезды-хозяева станут белыми карликами, и определили наиболее значимые факторы, которые помогают избежать разрушения планет.

Их «руководство по выживанию» для экзопланет может помочь астрономам найти потенциальные экзопланеты вокруг звезд белых карликов, так как для их поиска разрабатывается новое поколение еще более мощных телескопов.

Большинство звезд, таких как наше Солнце, со временем израсходуют топливо, сократятся и станут белыми карликами. Некоторые орбитальные тела, которые не были разрушены в водовороте, вызванном тем, что звезда сбросит свои внешние слои, будут подвергаться воздействиям приливных сил, поскольку звезда коллапсирует и становится сверхплотной. Гравитационные силы, действующие на планеты станут более интенсивными и потенциально смогут перетащить их на новые орбиты, причем даже отталкивая некоторые из них на более дальние.

Моделируя влияние изменения гравитации белого карлика на вращающиеся тела, исследователи определили наиболее вероятные факторы, которые заставят планету двигаться в сторону «радиуса разрушения» звезды; расстояние от звезды, где объект распадется из-за приливных сил. В радиусе разрушения образуется диск из мусора от разрушенных планет.

Хотя выживание планеты зависит от многих факторов, модели показывают, что чем массивнее планета, тем больше вероятность того, что она будет разрушена приливными взаимодействиями.

Но разрушение не будет 100% основываясь только на массе, и отчасти зависит от вязкости, меры устойчивости к деформации: экзо-Земли с низкой вязкостью легко проглатываются, даже если они находятся на расстоянии, в пять раз превышающем расстояние между центром белого карлика и его радиус разрушения. Луна Сатурна Энцелад, которую часто называют «грязным снежным комом», - хороший пример однородной планеты с очень низкой вязкостью.

Экзоземли с высокой вязкостью легко проглатываются, только если они находятся на расстоянии, в два раза превышающем расстояние между центром белого карлика и радиусом его разрушения. Эти планеты будут полностью состоять из плотного ядра из более тяжелых элементов, схожего по составу с планетой «Heavy metal», обнаруженной недавно другой группой астрономов Уорикского университета. Эта планета избежала поглощения, потому что она такая же маленькая, как астероид.

Доктор Дмитрий Верас с физического факультета Университета Уорика заявил: «Эта работа является одной из первых в истории специализированных исследований, посвященных исследованию приливных эффектов между белыми карликами и планетами. Этот тип моделирования будет иметь все большее значение в предстоящие годы, когда новые объекты, вероятно, будут обнаружены рядом с белыми карликами".

«Наше исследование, хотя и изощренное в нескольких отношениях, касается только однородных каменистых планет, которые по своей структуре одинаковы во всем мире. Многослойная планета, такая как Земля, была бы значительно более сложной для вычисления, но мы также исследуем возможность сделать это».

Расстояние от звезды, как и масса планеты, имеет сильную корреляцию с выживанием или поглощением. Всегда будет безопасное расстояние от звезды, и это безопасное расстояние зависит от многих параметров. В целом, скалистая однородная планета, которая находится от белого карлика на расстоянии более трети расстояния между Меркурием и Солнцем, гарантированно не будет поглощена приливными силами.

Доктор Верас сказал: «Наше исследование побуждает астрономов искать скалистые планеты вблизи радиуса разрушения белого карлика, а не только за его пределами».

Источник

Физики создают атомные часы следующего поколения

Специалисты Национального института стандартов и технологий (NIST) продемонстрировали основу для экспериментальных атомных часов следующего поколения.
Работа новых часов с микросхемой основана на вибрации атомов рубидия, заключённых в крошечный стеклянный контейнер (паровая ячейка) на чипе. Две частотные гребёнки на микросхемах действуют как механизмы, связывающие высокочастотную оптическую вибрацию атомов с более низкой микроволновой частотой, которая может использоваться в приложениях. Основанное на микросхемах, «сердце» новых часов требует очень мало энергии (всего 275 милливатт) и потенциально может быть выполнено в компактной версии, чтобы поместиться в наручных часах. Подобные оптические часы в виде чипа могут в конечном итоге заменить традиционные генераторы в навигационных системах и телекоммуникационных сетях, а также служить резервными часами на спутниках.
По словам разработчиков, в новых оптических атомных часах все ключевые компоненты изготовлены из микросхем, которые взаимодействуют и работают исключительно стабильно. Команда ожидает, что эта разработка приведёт к появлению небольших маломощных часов и портативных устройств нового поколения, работающих на аккумуляторах. 

Источник

Лунные землетрясения являются результатом продолжающегося сокращения Луны

Луна все еще тектонически активна, подобно Земле, генерируя лунные землетрясения, говорится в новом исследовании основанном на дополнительных найденных данных от миссии Аполлона.

Исследователи добавили, что эти лунные землетрясения, вероятно, происходят из-за того, что луна дрожит и уменьшается.

На Земле тектоническая активность, такая как землетрясения и вулканизм, является результатом перетасовки тектонических плит земной коры, вызванной взбалтыванием расплавленного внутреннего пространства планеты. Но Луна намного меньше Земли и, следовательно, в значительной степени остыла давным-давно, поэтому можно не ожидать большой, если таковая имеется, тектонической активности.

Однако в 2010 году снимки с высоким разрешением, полученные аппаратом НАСА «Lunar Reconnaissance Orbiter», выявили сеть из тысячи разломов на Луне, возраст которых, по-видимому, был менее 50 миллионов лет. Исследователи предположили, что эти разломы были свидетельством лунной тектоники, хотя было неясно, как недавно эта деятельность была.

Сейсмометры на четырех посадочных площадках Аполлона на Луне зафиксировали 28 мелких лунных землетрясений в период с 1969 по 1977 год, с магнитудой от 1,5 до 5 по шкале Рихтера. Некоторые из этих мелких землетрясений теоретически могут возникнуть в результате активности лунных разломов, но местонахождение и глубина источников этих землетрясений были неопределенными.

Лунные землетрясения могут иметь иное происхождение, чем тектоническая активность в лунной коре. Например, миссии «Аполлон» обнаружили около 11 000 лунных землетрясений, происходящих на глубине от 800 до 1100 километров под поверхностью Луны. Предыдущие исследования показали, что эти лунные землетрясения возникли в результате гравитационного воздействия Земли, подобно тому, как гравитационное воздействие Луны на земные воды приводит к приливам, сказал соавтор исследования Николас Шмерр, планетарный сейсмолог из Университета Мэриленда в Колледже Парк.

Миссии Аполлона также обнаружили причиной одного лунного землетрясения стало падение космического камня на поверхность Луны. Миссии также фиксировали искусственные лунные землетрясения от ударов космических кораблей, вовремя посадки астронавтов на Луну, добавил Шмерр.

Исследователи в новом исследовании хотели выяснить, были ли мелкие землетрясения, обнаруженные миссиями Аполлона, связаны с разломами на лунной поверхности и, следовательно, с продолжающейся тектонической активностью на Луне. Для этого ученые использовали аналитические методы, разработанные для интерпретации данных из редких сетей сейсмометров на Земле.

«На поверхности Луны было только четыре сейсмические станции, и станции были сосредоточены на ближней стороне Луны в виде треугольника», - сказал Шмерр. «Эти широко распределенные станции сделали сеть Apollo идеальным кандидатом для использования алгоритмов разреженных сейсмических сетей, используемых на Земле, где станций не так много».

Результаты исследований привели к улучшению оценки эпицентров мелких лунных землетрясений, обнаружив, что восемь из них были на расстоянии 30 км от молодых лунных разломов. Семь землетрясений в радиусе примерно 60 км от этих разломов, а произошли они, когда Луна находилась в самой дальней точке на своей орбите от Земли, и некоторые части Луны испытывают наибольшее напряжение от гравитационного притяжения Земли.

«Это показывает преимущества программы Apollo, которая собрала сейсмические данные около 40 лет назад. Они помогают теперь подтвердить то, что Луна сегодня, вероятно, тектонически активна», - говорит ведущий автор исследования Томас Уоттерс, ученый-планетолог из Национального института авиации и космонавтики. «Связь между местоположением и временем землетрясений и известными разломами является еще одним свидетельством того, что наша луна - это динамичный мир».

Исследователи утверждают, что лунная тектоническая активность, вероятно, возникает из-за того, что луна продолжает сморщиваться, как изюм, поскольку ее внутренняя часть охлаждается и сжимается. Однако, в отличие от гибкой кожуры на винограде, лунная кора хрупкая, что приводит к ее разрыву, что приводит к деформациям.

«Поистине удивительно, что данные, собранные астронавтами так много лет назад, все еще дают новые научные данные о нашей луне», - сказал Шмерр. «Это также свидетельствует о том, что еще большее количество данных может быть собрано в результате полета человека в космос, на поверхность других миров и подчеркивает удивительный потенциал будущих миссий на Луну и, надеюсь, когда-нибудь, на Марс».

Источник

Физики воссоздали «Мону Лизу» на квантовом холсте

Физики из Квинслендского университета (Австралия) воссоздали шедевры да Винчи и Ван Гога на квантовом «холсте» шириной с человеческий волос.
Изображения проецировались и фиксировались на капле газообразного квантового вещества, известного как конденсат Бозе-Эйнштейна. Исследователи отметили, что эта работа стала случайным и интересным побочным проектом более серьезных исследований. Учёные надеялись понять, как наш повседневный мир взаимодействует с микроскопическим квантовым миром, помогая создавать новые квантово-усовершенствованные технологии. Но в процессе исследования учёным удалось воссоздать самые маленькие в мире копии «Моны Лизы» Леонардо да Винчи и «Звёздной ночи» Винсента Ван Гога.
Команда охладила газ, состоящий из атомов рубидия, до нескольких миллиардных долей градуса Цельсия выше абсолютного нуля. Затем необходимое изображение поместили на проектор, освещаемый лазером, но вместо того, чтобы сделать его большим, картинку уменьшили с помощью микроскопа до крошечных размеров. Свет отпечатывает изображение на участке шириной около 100 микрон (примерная ширина человеческого волоса). После этого из чёрно-белого изображения можно сделать цветные снимки, пропустив через цветные фильтры и объединив на компьютере. Микроскопические картины едва различимы для человеческого глаза, поскольку каждый пиксель состоит из примерно 50 атомов. Исследователи полагают, что результаты их работы являются впечатляющей демонстрацией квантовой материи как совершенно нового материала искусства. 

Источник

Звезда в Большой Медведице оказалась родом из другой галактики

Звезда, расположенная в направлении созвездия Большая Медведица, происходит из другой галактики, согласно ее химическому составу.

Необычный химический состав этой звезды отличает ее от всех других звезд Млечного пути, однако демонстрирует сходство с составом звезд близлежащих карликовых галактик, сообщается в новом исследовании, проведенном научной группой под руководством Цянь-Фан Сина (Qian-Fan Xing).

Исследователи считают, что эта необычная звезда под названием J1124+4535 сформировалась в карликовой галактике, которая столкнулась с Млечным путем много лет назад. Согласно этой гипотезе, когда карликовая галактика распалась на части, из нее была выброшена эта одиночная звезда.

Эта звезда была открыта в созвездии Большая Медведица в 2015 г. при помощи телескопа Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST), расположенного в Китае. Снимки более высокого разрешения были получены при помощи японского телескопа «Субару» в 2017 г.

Анализ спектров этой звезды показал, что она бедна металлами, такими как магний, однако демонстрирует неожиданно высокий уровень тяжелого элемента европия. Такое соотношение между элементами является уникальным для звезд Млечного пути, указали исследователи.

Элементный состав звезд отражает состав облаков из газа и пыли, из которых происходило формирование звезды. Звезды, формирующиеся по соседству, обычно состоят из одного и того же материала и поэтому демонстрируют одинаковые спектры. Когда звезда отличается по составу от других звезд группы, ученые ищут те места в Галактике, откуда могла произойти миграция этой звезды к ее текущему расположению.

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Источник

Российские физики первыми изучили свойства жидкого углерода

Ученые из Объединенного института высоких температур РАН "расплавили" графит и впервые детально изучили свойства жидкой формы углерода. Результаты их замеров были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
"Для нас стало неожиданностью, что измеренные температуры плавления графита оказались выше общепринятых более чем на тысячу градусов. Кроме того, мы обнаружили, что скорость звука в жидком углероде возрастает при уменьшении плотности. Результаты этих экспериментов помогут улучшить свойства искусственных алмазов и углеродных нанотрубок", — заявил Анатолий Рахель из ОИВТ РАН.
Почти все элементы и химические соединения, существующие во Вселенной, могут принимать четыре разных агрегатных формы материи — превращаться в твердое тело, жидкость, газ и плазму. Эти превращения, так называемые фазовые переходы, уже много столетий изучаются физиками, и пока ученые не могут уверенно сказать, что они полностью понимают все подобные процессы.
К примеру, до сих пор физики до сих пор не могут точно объяснить то, почему некоторые элементы и соединения, такие как мышьяк, углекислота или чистый углерод, не обладают жидкой формой и напрямую превращаются в газ или в твердое тело при нагреве или охлаждении.
В теории, их можно заставить стать жидкостью, если сжать эти материалы до умеренных, в случае с СО2, или же очень высоких давлений, однако таких условий нет ни на Земле, ни на других планетах, за исключением их сверхплотных недр. По этой причине ученые до сих пор не имеют даже минимально точных представлений о том, при каких температурах и давлениях плавится углерод.
Физики и химики, как отмечает пресс-служба Российского научного фонда, уже несколько десятков лет активно пытаются "расплавить" алмазы или графит, получить жидкий углерод и изучить его свойства. Первую задачу японские ученые решили еще в 1997 году, пропустив мощнейший разряд электричества через углерод, однако в последующие годы ни они, ни другие физики не смогли измерить характеристики этой экзотической жидкости.
Рахель и его коллега Арсений Кондратьев первыми получили эти экспериментальные данные, используя остроумный прием. Они сконструировали графитовую пленку из идеально наложенных друг друга листов углерода и "упаковали" ее в особый прозрачный материал из сапфировых пластинок.
Этот "бутерброд" был собран таким образом, что его углеродная начинка расширялась только в одну сторону при пропускании через нее тока и резком нагреве. Это почти полностью исключало вероятность того, что внутри этой конструкции возникнут неоднородности, способные внести погрешность в измерения свойств жидкого углерода.
Сам процесс нагрева и плавления занимал примерно микросекунду, во время которой ученые пропускали лазерные импульс через "бутерброд", замеряя то, как поменялся объем расплавленного углерода, его плотность, температуру плавления, структуру и другие физические характеристики. Параллельно они изучали этот материал при помощи пирометров и других приборов.
Как оказалось, температура плавления и другие свойства жидкого углерода достаточно сильно расходились с тем, что ожидали увидеть физики, опираясь на результаты теоретических расчетов. Ученые предполагают, что некоторые из этих аномалий были связаны с тем, что атомы углерода начинают иначе соединяться друг с другом, подобно тому, как устроен алмаз и метан. 

Источник

Гравитационные волны оставляют доступные для измерений «следы», выяснили физики

Гравитационные волны, впервые обнаруженные в 2016 г., дают новый метод получения знаний о Вселенной, который позволит понять эволюцию нашего мира, начиная от Большого взрыва и вплоть до более поздних событий, происходящих в центрах галактик.

И хотя детектор Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) стоимостью в миллиарды долларов следит за гравитационно-волновыми событиями в режиме 24/7, в новом исследовании ученые показывают, что проходящие гравитационные волны оставляют за собой множество «воспоминаний», которые могут помочь обнаружить их даже после прохождения.

«То, что гравитационные волны могут оставить после прохождения длительные изменения состояния детектора, является одним из весьма необычных прогнозов Общей теории относительности», - сказал Александр Грант (Alexander Grant), главный автор новой научно-исследовательской работы.

Физикам уже давно известно, что гравитационные волны при прохождении изменяют состояние частиц, находящихся у них на пути. До настоящего времен ученые идентифицировали пять разновидностей таких длительно сохраняющихся изменений. В своей работе Грант и коллеги обнаруживают еще три разновидности изменений, происходящих при прохождении гравитационной волны, «устойчивые гравитационно-волновые наблюдаемые» (persistent gravitational wave observables), которые могут однажды помочь идентифицировать волны, проходящие сквозь Вселенную. Первую из этих наблюдаемых ученые называют отклонением кривой (curve deviation, показывает, насколько далеко разойдутся между собой два наблюдателя, ускоряющихся соответственно в зоне распространения гравитационной волны и в «плоском» пространстве-времени), вторую – голономией (получается при сравнении результатов измерений параметров переноса информации о линейном и угловом моментах частицы вдоль двух различных кривых в зоне распространения гравитационной волны), а третья наблюдаемая связана с влиянием гравитационных волн на относительное расположение двух частиц, когда одна из частиц имеет характеристический спин.

Каждая из этих наблюдаемых определена в данном исследовании таким образом, что ее измерение возможно осуществить при помощи детектора. Процедуры определения отклонения кривой и наблюдаемой, связанной с вращением частиц, довольно просты, говорят исследователи, и сводятся лишь к «измерениям расстояний и ускорений, получаемых наблюдателями». Определение голономии представляется более сложным и пока недостижимо для современной науки, отмечают Грант и его команда.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review D.

Источник

Ученые из РФ первые в мире превратили золото в «двухмерный» материал

Попытки получить «плоские» атомные структуры предпринимались с середины 20 века. До этого считалось, что в природе могут существовать только трехмерные материалы.
15 лет назад, в 2004 году, российско-британские физики Андрей Гейм и Константин Новоселов открыли способ производства графена, являющийся плоской формой углерода. После чего были открыты и другие похожие материалы.
Однако ученым не удавалось получить двухмерную версию чистых металлов, чтобы они сохраняли свойства исходного материала и обладали нужной прозрачностью.
Заполучить отдельный слой атомов не удавалось, но при этом эксперты смогли осаждать пары металлов на поверхности других материалов.
Сотрудники Московского физико-технического института применили сульфид молибдена и смогли получить золотые пленки толщиной 3-4 нанометра. Отмечается, что материал не потерял проводящих свойств.
Российские специалисты пояснили, что «бутерброды» из золота и сульфида молибдена прозрачные, а также их можно прикрепить к другим материалам.
Фото: из открытых источников.

Источник

Таинственные «субнептуны», вероятно, являются планетами, богатыми водой

Богатые водой планеты, каждая из которых располагает в тысячи раз большими запасами этого ресурса, если сравнивать с Землей, могут быть более широко распространены в нашей галактике Млечный путь, чем каменистые, землеподобные планеты, сообщается в новом исследовании.

На протяжении последних 20 лет астрономы подтвердили существование тысяч экзопланет, то есть планет, расположенных на орбитах вокруг других звезд. Многие экзопланеты непохожи на планеты нашей Солнечной системы. Например, так называемые «суперземли» имеют диаметр вплоть до двух диаметров Земли, а «субнептуны» по размерам превосходят нашу планету в 2-4 раза. (Диаметр Нептуна составляет примерно 4 диаметра Земли).

Строение и формирование субнептунов до сих пор продолжают оставаться загадками для астрономов. Согласно предыдущим исследованиям, субнептуны представляют собой либо каменистые ядра, окруженные газовыми оболочками из водорода и гелия, либо водными планетами, содержащими большие количества жидкой и замерзшей воды вдобавок к каменистым породам и газам.

Чтобы изучить состав субнептунов, группа исследователей во главе с Ли Цзэном, планетологом из Гарвардского университета в Кембридже, штат Массачусетс, США, провела серию сеансов моделирования их развития и рост планета, задаваясь различным составом материалов. В результате проведенных расчетов ученые выяснили, что субнепутны, вероятнее всего, представляют собой водные планеты, а не газовые карлики. От 25 до 50 процентов массы субнептуна составляет жидкая или замерзшая вода, выяснили Цзэн и его команда.

Согласно авторам исследования, на орбитах вокруг солнцеподобных звезд можно обнаружить экзопланеты четырех различных классов:

- каменистые планеты размером до двух диаметров Земли;

- водные планеты размером от двух до четырех диаметров Земли, которые более чем на 25 процентов состоят из жидкой или замерзшей воды;

- планеты «переходного» класса размерами от 4 до 10 диаметров нашей планеты, который богаты льдом и обладают значительными газовыми оболочками;

- газовые гиганты диаметром свыше 10 диаметров Земли, которые состоят в основном из водорода и гелия.

Исследование опубликовано онлайн 29 апреля в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Источник

Если бы существовала временная деформация, как бы ее нашли физики?

Это может звучать как научная фантастика, но ученые уже обнаружили временную деформацию. Но что это значит? По сути, временная деформация — это некое явление, которое изменяет течение времени, ускоряя его или заставляя его идти медленнее.Физики знают о временной деформации уже более 100 лет: на самом деле, сейчас вы находитесь в некоторой временной деформации.В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал свою теорию относительности, а спустя десятилетие — продолжение общей теории относительности, в котором утверждалось, что гравитация — это свойство искривления пространства и времени — ткани нашей Вселенной. В результате все, что имеет массу, может деформировать время.

Естественно, большие вещи искажают время лучше. Черные дыры имеют массу в миллиарды раз больше, чем у Солнца, что приводит к значительному искажению времени. Если бы вы приблизились к черной дыре, гравитация объекта замедлила бы время, заставляя все происходить намного медленнее, по сравнению с внешним наблюдателем. Тем не менее, черная дыра не станет хорошей машиной времени, если вы захотите совершить обратное путешествие: пройдя определенную точку, называемую горизонтом событий, вы и все, что вы возьмете с собой, никогда не вернется.

Солнце и Земля также могут замедлять время в заметных масштабах. В 2007 году спутник НАСА, известный как «гравитационный зонд B», подтвердил общую относительность с точностью 99%, наблюдая, как Земля искажает пространство вокруг него. В качестве еще одного примера, если бы вы жили на вершине горы, вы бы на самом деле старели быстрее, чем ваши друзья у моря, где сила притяжения сильнее, то есть время идет медленнее. Хотя, чтобы быть справедливым, ваше ускоренное старение будет происходить с совершенно незаметно.

Замедление времени также может быть достигнуто быстрым движением. Движение быстрее может привести к замедлению времени относительно стационарной точки зрения, согласно специальной теории относительности. Это искажение времени из-за скорости и силы тяжести проявляется в нашей повседневной жизни каждый раз, когда мы используем GPS на своих телефонах, чтобы определить свое местоположение.

«Спутники GPS работают, имея сверхточные часы на борту», — сказал Кен Олум, профессор Института космологии Университета Тафтса в Медфорде, штат Массачусетс. «Часы на спутниках работают на разных скоростях, в зависимости от того, на каком расстоянии от Земли они находятся. Они также работают на разных скоростях в зависимости от движения спутника». Чтобы GPS точно сообщал ваше местоположение, спутники должны принимать во внимание общую относительность и специальную относительность при расчете времени.

Конечно, массивные объекты, искажающие время, не совсем то путешествие во времени, о котором любят писать авторы научной фантастики. Итак, есть ли другие способы искажать время? Ну, возможно, но это маловероятно.«Общее мнение заключается в том, что эти действительно причудливые решения общей теории относительности, включающие машины времени, почти наверняка невозможны в реальной Вселенной», — сказал Бенджамин Шлаер, научный сотрудник по физике в Университете Окленда в Новой Зеландии.
Но есть несколько вариантов. Вряд ли вариант номер один —это червоточина, теоретический мост, через который могут пройти материя и свет,и который создан из-за искривления пространства. Хотя некоторые теориипредсказывают, что они существовали на микроскопических уровнях в ранней Вселенной,эти червоточины были нестабильны и быстро разрушались.

Чтобы червоточина действительно работала для путешествий во времени, должна быть какая-то экзотическая материя. Чтобы стабилизироватьчервоточину, теория требует, чтобы этот тип экзотической материи — неизвестнаяформа материи, принципиально отличающаяся от материала, который составляет все вокруг вас — должен был бы иметь отрицательную массу и давление, то, что ученыеникогда не видели и не ожидают скоро найти.

Второй вариант связан с космическими струнами. Космические струны — это гипотетические трубки энергии, если они существуют, они были бы чрезвычайно крошечными. Теория предсказывает, что две струны, могут странным образом изменять время, например, создавать замкнутые кривые в пространстве-времени, которые могут действовать как машины времени. Однако вам понадобится бесконечное количество энергии, чтобы увидеть этот эффект.

Если есть какая-либо надежда на обнаружение экзотическойматерии или временных искажений в будущем, они, скорее всего, будут найдены с помощью наблюдательной космологии, что станет новым, неожиданным открытием.

Сообщение Если бы существовала временная деформация, как бы ее нашли физики? появились сначала на RW Space. 

Источник