Новости науки

Физики из МГТУ им. Н.Э. Баумана создали алгоритм, позволяющий распознавать конденсированные кластеры (сгустки частиц), например, капли конденсата в газе или кристаллы в пересоленном растворе. На основе алгоритма был разработан новый метод, который значительно упростит наблюдение за процессами смены агрегатного состояния веществ. Работа опубликована в Journal of Physical Chemistry C. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.

Авторы работы предложили алгоритм, который может определять термодинамическую фазу двумерной (расположенной в плоскости) системы на основе расположения ее частиц. Это могут быть координаты молекул, рассчитанные с помощью моделирования методом молекулярной динамики, или координаты коллоидных частиц, найденные по микрофотографии.

«Для того чтобы анализировать, какие законы управляют поведением частиц в конденсате, то есть жидкостях или кристаллах, или газах, или на границе раздела между ними, нужно для начала научиться различать частицы, которые относятся к разным агрегатным состояниям», — пояснил руководитель работы, ведущий научный сотрудник МГТУ им. Н.Э. Баумана Станислав Юрченко.

Глядя на снимок системы частиц, человек четко видит их сгустки и легко различает конденсированные кластеры (группы частиц), газ и границу раздела между ними. Однако для автоматического распознавания при помощи компьютерной обработки эта задача не так проста. Разные научные группы в мире сталкиваются с проблемой необходимости распознавания кластеров, однако известные сегодня алгоритмы остаются достаточно сложными, требуют детальной настройки с участием ученых и не обладают нужной универсальностью. Для использования метода, разработанного российскими физиками, достаточно снимков системы, по которым можно определить, например, какие частицы относятся к конденсату, а какие — к газовой фазе.

Алгоритм начинает работу с того, что получает набор координат частиц, анализирует их расположение и чертит вокруг каждой из частиц вещества ячейки Вороного. Это области, каждая точка которых ближе к находящейся в них частице, чем к любой другой. После этого программа анализирует геометрию этих ячеек: если они имеют правильную форму и расположены упорядоченно, то, скорее всего, это частицы в конденсате (жидкость или твердое тело). Напротив, если ячейки имеют неправильную, сильно вытянутую форму, то, вероятно, это газообразное вещество или поверхностные частицы (находящиеся на границе газа и конденсата). Поверхностные частицы можно легко отфильтровать, учитывая в последующем анализе лишь газ и конденсат.

Алгоритм может применяться для фундаментальных исследований спинодального распада — явления быстрого перехода вещества в другую термодинамическую фазу по всему объему, при котором в объеме вещества одновременно находятся области в разных термодинамических фазах. Именно так, например, в газообразной среде образуются капли жидкости, в соленых растворах возникают кристаллы, а в сплавах — области с разнородным химическим составом.

Метод можно использовать и в работе на установке для наблюдения за самоорганизацией частиц, которая была создана этой же группой ученых под руководством Станислава Юрченко в рамках гранта. Прибор позволяет исследовать поведение микроскопических коллоидных частиц, которые демонстрируют самосборку и фазовые переходы аналогично тому, как это происходит в природных атомных и молекулярных системах. Предложенный метод открывает новые перспективы детального исследования спинодального распада – явления, играющего ключевую роль в динамике фазовых переходов в природе.

Источник

Солнечная система могла образоваться из «пузыря», окружающего гигантскую звезду

Ученые из Чикагского университета, США, во главе с профессором Николасом Дофасом (Nicolas Dauphas) предложили новую общую гипотезу формирования Солнечной системы из «пузыря», надутого звездным ветром, который окружал гигантскую, теперь уже давно погибшую звезду.

Согласно основной современной гипотезе Солнечная система сформировалась миллиарды лет назад рядом со сверхновой. Однако в новом сценарии предполагается вместо этого, что история формирования нашей планетной системы связана с гигантской звездой особого класса, называемой звездой Вольфа-Райе, размер которой составлял от 40 до 50 размеров Солнца. Эти звезды являются самыми горячими из всех известных астрономам звезд и формируют гигантские количества элементов, которые извергаются в космос с потоками звездного ветра. По мере того как звезда Вольфа-Райе теряет массу, звездный ветер проходит сквозь материал, окружающий звезду, формируя структуру типа пузыря с плотной оболочкой. Этот пузырь является областью с повышенной звездообразовательной активностью, и согласно новой гипотезе наша Солнечная система сформировалась именно внутри такого пузыря.

Основанием для выдвижения этой новой гипотезы стал факт обнаружения при анализе вещества метеоритов, отражающего состав материала ранней Солнечной системы, необычного соотношения между двумя изотопами – алюминием-26 и железом-60. Согласно ранним исследованиям, проведенным этой же научной командой, вещество ранней Солнечной системы содержит аномально повышенные количества изотопа алюминия-26 и пониженные количества железа-60, в то время как при взрывах сверхновых эти изотопы формируются в примерно равных количествах. Это натолкнуло команду на мысль предложить альтернативный сценарий формирования нашей планетной системы из пузыря, окружающего звезду Вольфа-Райе, поскольку в окрестностях звезд этого типа алюминий-26 преобладает над железом-60. Сама звезда при этом в дальнейшем взорвалась как сверхновая или напрямую коллапсировала в черную дыру, считают авторы исследования.

Работа опубликована в журнале Astrophysical Journal.

Источник

Графеновый бронежилет: на что способны материалы толщиной в атом

Материалы толщиной в один атом пока не вышли за пределы научных лабораторий, но перспективы их весьма радужны. Вдохновленные триумфом графена, физики стали придумывать другие двумерные структуры, которые могут найти весьма неожиданное применение.

Двумерный материал позволяет сделать электронное устройство еще более миниатюрным. В этом его преимущество — и не единственное — перед обычными, объемными телами. Ультратонкий слой вещества приобретает новые оптические, механические и электронные свойства.

Представьте себе пустой книжный шкаф. Очевидно, что книги в него можно поставить только на полки. Они в данном случае — это значения энергии, которые становятся доступны электронам, если уменьшить размер тела до минимальных значений, например до диаметра атома. Так проявляется принцип размерного квантования. 

Бутерброд из графена превращается…

Из созданных на текущий момент двумерных материалов только графен имеет какие-то коммерческие перспективы. Причем ученые предлагают не ограничивать область применения этого материала электроникой. Как насчет графенового бронежилета? На первый взгляд, идея странная — ведь это мягкий материал, по сути, графит, из которого делают карандашные грифели. Но два слоя графена, сложенные вместе, продемонстрируют совершенно потрясающие свойства: необычайную твердость, если к ним приложить давление, и гибкость, после того как ослабить воздействие. Это показали недавно ученые из США и Европы. Для формирования двухслойного графена они создавали давление от одного до 10 гигапаскалей алмазным стержнем, что сравнимо с падением стотысячетонной плиты на квадратный метр поверхности. 

А вот структуры из трех, четырех и пяти слоев графена таких свойств не проявили. Выяснилось, что необычной прочностью новый материал обязан изменению "формы" электронных орбиталей, что невозможно в других конфигурациях слоев. 

Плоская лампочка и гибкий дисплей

"Тоньше, гибче, ярче" — вот девиз современных производителей дисплеев, а значит, им вполне могут быть интересны двумерные материалы. Но как заставить их ярко светиться? Это удалось специалистам Венского университета, разработавшим источник света из сульфида молибдена (MoS2) толщиной в один атом.

 

Рисунок молекулярной структуры дисульфида молибдена

Физики прикрепили к монослою из этого вещества металлические электроды и подвесили всю конструкцию в вакууме. Пропуская через нее электрический ток, они вынудили сульфид молибдена нагреваться и излучать свет. Правда, светилась только часть пленки, длина которой не превышала 150 нанометров. Но лиха беда начало! Авторы исследования обещают вырастить двумерный сульфид молибдена подлиннее, испытать на нем новый тип светоизлучателя, и тогда, может быть, его удастся интегрировать в микросхемы, из которых когда-нибудь произведут гибкие и яркие дисплеи толщиной в один атом.

Источник

Российские ученые создали уникальный метод управления левитирующими каплями

Физики из Тюменского государственного университета научились исследовать микрочастицы жидкости в момент левитации, а также формировать нужные по размеру кластеры из упорядоченных микрокапель. Работа имеет фундаментальное значение для понимания процессов распространения загрязнений в окружающей среде и последующего предотвращения экологических катастроф. Статья с исследованием опубликована в авторитетном научном журнале The Journal of Physical Chemistry Letters.

В 2003 году ученые Тюменского государственного университета обнаружили явление самоорганизации капель воды в упорядоченные кластеры. Капли левитируют над поверхностью воды за счет восходящих потоков воздуха и находятся в стабильном состоянии до нескольких минут. Как только капля увеличивается в размерах за счет конденсации, она становится все более тяжелой, восходящие потоки уже не могут ее держать, капля "падает" в воду и кластер распадается. Все это происходит в тысячные доли секунды, и затрагивает сотни капель одновременно.

Ученые ТюмГУ научились удерживать капельные кластеры в течение нескольких часов, облучая их инфракрасным светом. Кроме того, теперь они умеют работать не только с горячими жидкостями (50-60 °C), но и с более холодными (27-30 °C), что открывает возможность изучения субстанций, связанных с жизнедеятельностью организмов.

Поясняет заведующий лабораторией микрогидродинамических технологий ТюмГУ, доктор технических наук Александр Федорец: "Мы создали технологию, которая позволяет исследовать процессы в каплях в лабораторных условиях. Условно говоря, мы можем каждой сгенерированной нами капельке аэрозоля присвоить номер, завести на нее паспорт и наблюдать за ней длительно. В природных аэрозолях, которым, например, является обычный туман, — такое наблюдение невозможно, потому что вы никогда не отследите поведение отдельно взятой капельки".

Аэрозолями называют не смешивающиеся и не реагирующие друг с другом химически (дисперсная система) взвешенные мелкие частицы. В природе из аэрозолей состоят облака, туман, дым (свободнодисперсные аэрозоли), пыль (грубодисперсные аэрозоли) и так далее. Аэрозоли образуются при механическом измельчении и распылении твёрдых тел или жидкостей: при дроблении, истирании, взрывах, горении, распылении в пульверизаторах. Поэтому ученым так важно знать, особенности химических и биологических процессов, протекающих в микрокаплях аэрозолей, — эти знания дадут возможность спрогнозировать природные явления и минимизировать загрязнение окружающей среды.

Капельки аэрозолей "работают" как химические реакторы микроскопических размеров с уникальными характеристиками. В этих "реакторах" происходят интереснейшие процессы: преобразование одних веществ в другие, — опасных в безопасные и наоборот. Если навести микроскоп на обычный туман, то можно увидеть совершенно хаотичную картину: капельки беспорядочно носятся, поэтому невозможно оценить, что происходит в отдельно взятой капле.

Уникальность технологии ТюмГУ в том, что ученые могут получить практически такие же капли, как в природном аэрозоле, но полностью контролировать их поведение. То есть эти капли могут быть подведены в поле зрения микроскопа и исследованы там. Это позволяет изучить природные процессы на совершенно новом уровне.

Последние достижения ученых ТюмГУ связаны с разработкой технологии сборки кластеров из заданного количества капелек. Это принципиально новые возможности управления процессом.

"Мы давно умели сами создавать кластеры, но они собирались из произвольного числа капелек, — как получится, так и получится, — объясняет Александр Федорец. — Сейчас же мы можем собирать кластеры из любого нужного нам количества. Такие кластеры проявили себя очень интересно. Классический кластер, который мы изучали, имел гексагональную структуру. Малые кластеры оказались гораздо разнообразнее. И каждый раз они формируются одинаково, каждая капля как будто бы знает свое место. Но, конечно же, это происходит не по магическим законам, — в воде нет носителя информации или воображаемого робота, который расставляет эти капельки в нужные структуры… Все происходит сообразно законам физики и геометрии пространства".

Формы, которые принимает кластер, оптимальны с точки зрения физики пространства. Таким образом обеспечивается самая плотная упаковка и стабильная структура кластера. Поэтому эти формы воспроизводятся автоматически.

На данный момент технология удержания и изучения микрокапель с возможностью формировать нужные кластеры существует только в Тюменском государственном университете.

Тюменский государственный университет — участник государственной программы поддержки крупнейших российских вузов "Проект 5-100", которая была запущена Министерством образования и науки в соответствии с указом президента "О мерах по реализации государственной политики в области образования и науки" для обеспечения качественного прорыва по повышению конкурентоспособности ведущих российских университетов.

Источник

«Мигающая» звезда может поглощать разорванные на части планеты

Команда астрономов, изучающая звезду RZ Рыб, обнаружила признаки, указывающие на то, что необычные, нерегулярные эпизоды снижения яркости этой звезды вызваны обширными облаками из газа и пыли, являющимися остатками одной или более разрушенных планет.

«Наши наблюдения показывают наличие массивных облаков пыли и газа, которые блокируют часть звездного света и, вероятно, движутся по спирали, падая на звезду, - сказала Кристина Пунци (Kristina Punzi), студент докторантуры Технологического института Рочестер, США, и главный автор нового исследования. – И хотя, очевидно, могут существовать и другие объяснения этих наблюдений, но мы склоняемся к тому, что этот материал сформировался в результате дезинтеграции массивного тела, обращающегося вокруг звезды».

Звезда RZ Рыб расположена на расстоянии примерно 550 световых лет от Земли в созвездии Рыбы. Яркость этой звезды нерегулярно снижается почти в 10 раз, по сравнению с исходным уровнем. Кроме того, звезда интенсивно излучает в ИК-диапазоне, что указывает на то, что вокруг звезды находится большое количество космической пыли.

Эти предыдущие наблюдения привели астрономов к выводу, что звезда RZ Рыб представляет собой молодую солнцеподобную звезду, окруженную плотным поясом астероидов, в котором частые столкновения привели к превращению камней в пыль. Однако существовало и альтернативное объяснение, согласно которому RZ Рыб является не молодой, а стареющей звездой, входящей в фазу красного гиганта. В этом случае источником пыли могли стать осколки планеты, поглощаемой звездой.

В своей работе Пунци и ее коллеги на основе наблюдений звезды RZ Рыб при помощи рентгеновских и оптических обсерваторий делают вывод о том, что звезда является все же относительно молодой, ее возраст составляет от 30 до 50 миллионов лет), однако она уже не окружена в этом возрасте диском из газа и пыли. Вместо этого наличие больших количеств пыли в окрестностях этой звезды команда Пунци связывает с приливным разрывом звездой крупного тела, возможно, планеты. Основываясь на оценке температуры пыли (230 градусов Цельсия), исследователи предполагают, что облако пыли находится на расстоянии примерно 50 миллионов километров от звезды.

Исследование вышло в журнале Astronomical Journal.

Источник

Открытие слияния нейтронных звезд стало научным прорывом года по версии Science

Первое в мире обнаружение столкновения двух далеких нейтронных звезд, вызывающего мощную волну в пространстве-времени, было признано научным прорывом 2017 г., сообщил журнал Science в четверг.

Столкновение этих двух сверхплотных звезд, наблюдаемое 17 августа, «подтвердило ряд астрофизических моделей, обнаружило место формирования большого числа различных тяжелых элементов во Вселенной и позволило подвергнуть проверке основные положения теории относительности», говорится в отчете.

Это столкновение, которое произошло на расстоянии 130 миллионов световых лет от нас, относится к типу столкновений, в которых образуется не менее половины всего золота, платины, урана и меркурия, имеющихся во Вселенной, говорят эксперты.

Обзор научных достижений уходящего года, традиционно публикуемый журналом Science, также включает открытие нового вида орангутана, Pongo tapanuliensis. Считается, что лишь 800 особей этого вида обитают в изолированном лесу в Индонезии.

Еще одним прорывом уходящего года журнал Science называет повторный анализ черепа, откопанного в марокканской пещере в 1961 г., который показал, что возраст черепа составляет на самом деле примерно 300000 лет, то есть его обладатель был рожден за 100000 лет до предполагаемого появления на планете вида Homo sapiens.

Из «научных антипрорывов» уходящего года журнал Science выделил, прежде всего, «глубоко неконструктивные» (deeply dysfunctional) взаимоотношения между наукой и нынешним президентом США Дональдом Трампом, который «вышел из Парижского соглашения по климату 2015 г., не поддержал множество инициатив, призванных ужесточить экологическую политику, и призвал к глубокому сокращению бюджетов ключевых научно-исследовательских организаций страны».

«Это гигантский шаг назад – без видимых перспектив к возврату до прежнего уровня», говорится в отчете.

Источник

Программа ученых из МГУ улучшит работу радаров на межпланетных зондах

Физики из России и Европы разработали уникальный алгоритм, который позволяет улучшать качество работы радаров, установленных на борту спутников, изучающих Марс, Луну и другие планеты, и очищать их сигнал от помех, говорится в статье, опубликованной в журнале Radio Science.

"Мы планируем интенсивно использовать наш алгоритм в исследованиях небесных тел, Луны, Марса и спутников Юпитера в рамках исследовательских программ "Марс Экспресс", Mars Reconnaissance Orbiter, JUICE и других космических аппаратов, которые уже запущены или будут отправлены в космос", — заявил Ярослав Илюшин, физик из МГУ имени М.В. Ломоносова.

Многие космические зонды, изучающие сегодня планеты Солнечной системы, оснащены набором радаров, чьи радиоволны могут проникать на достаточно большую глубину в недра планеты и собирать данные об их устройстве и рельефе. Подобная информация уже помогла ученым совершить массу открытий – к примеру, радар SHARAD на борту зонда MRO смог измерить толщину полярных шапок Марса, найти гигантские залежи льда в его средних широтах и оценить общие запасы воды на красной планете.

С другой стороны, многие мелкие детали поверхности планет остаются неизвестными для ученых, так как в сигнале подобных радаров неизбежным образом появляются шумы, порожденные процессами в ионосфере планет или космическими лучами и солнечной плазмой. Вдобавок, их работе мешают сами неровности поверхности планеты, вносящие дополнительное "эхо" и прочие помехи в данные, которые собирает SHARAD и его "кузены".

Илюшин и его коллеги выяснили, как можно "удалить" эти помехи из сигнала, создав компьютерную модель радара, которая предсказывает, где должны появляться эти шумы и с чем они будут связаны, опираясь на данные по топографии планеты и тому, как работает сам прибор. Помимо особенностей рельефа, этот алгоритм учитывает и то, как ионосфера Марса и других миров воздействует на радиоволны радаров и рассеивает их.

Для демонстрации его работоспособности ученые использовали данные по устройству поверхности и структуре недр Марса, которые собирали два разных инструмента – лазерный высотометр MOLA на борту зонда Mars Global Surveyor и радар MARSIS, установленный на межпланетной станции "Марс-Экспресс".

Используя данные с MOLA и данный алгоритм, ученые смогли удалить большую часть помех из сигнала MARSIS, уменьшив их силу на 15-25 децибел, и заметно улучшить качество картинки даже в тех случаях, когда зонд "смотрит" на Марс с самых неудобных углов зрения. Как надеются ученые, их разработка найдет свое применение в работе и уже существующих, и готовящихся к запуску миссий к Марсу и другим планетам Солнечной системы.

Источник

Космический филамент близ центральной черной дыры нашей Галактики

Центр нашей Галактики являлся предметом многочисленных исследований на протяжении многих лет, однако он до сих пор полон сюрпризов для ученых. Недавно таким сюрпризом для астрономов стало обнаружение структуры, напоминающей по виду змейку, близ центральной сверхмассивной черной дыры Галактики.

В 2016 г. близ центра Млечного пути был обнаружен необычный изогнутый филамент длиной 2,3 светового года, который располагается рядом с центральной сверхмассивной черной дырой Галактики, называемой Стрелец А. Теперь в новом исследовании команда астрономов во главе с Марком Моррисом (Mark Morris) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, США, используя новый метод, получила снимки этой структуры при помощи радиотелескопа Very Large Array в самом высоком доступном на сегодняшний день пространственном разрешении.

Эти новые снимки позволяют более подробно проследить этот филамент почти до самой сверхмассивной черной дыры Стрелец А и показывают, что филамент происходит именно из ее окрестностей.

Согласно команде Морриса существуют три основные версии происхождения этого филамента. По первой из этих версий «змейка» появилась в результате выбрасывания заряженных частиц из окрестностей этой сверхмассивной черной дыры под действием магнитных полей. Вторая версия связана с теорией так называемых космических струн, гипотетических объектов, длинных и экстремально тонких, которые способны переносить массу и электрические заряды. Согласно этой версии обнаруженный филамент представляет собой как раз такую космическую струну. Третья версия предполагает, что сверхмассивная черная дыра Стрелец А и обнаруженная «змейка» вообще никак не связаны между собой. Последняя версия является наименее вероятной из трех, считают исследователи.

Для того чтобы определиться в пользу одной из этих версий, потребуются дополнительные исследования, указывают Моррис и его коллеги.

Работа появилась на сервере научных препринтов arxiv.org.

Источник

Полет к Марсу: зачем облучать обезьян в ускорителе

Сразу несколько научных групп в России проводят масштабные эксперименты на животных, моделирующие межпланетные полеты. Ученые намерены выяснить, как космическое излучение воздействует на организм, какие функции будут нарушены во время таких полетов. В начале 2018 года биологи из МГУ готовятся облучать макак-резусов в ускорителе, чтобы понять, как это повлияет на их зрение, движения глаз и задействованные в этих процессах психические функции.

Когда мы входим в помещение и окидываем его взглядом, наши глаза буквально сканируют пространство, отмечая, что где находится. За это отвечают саккады — быстрые перемещения глазных яблок в направлении интересующего нас объекта. Между саккадами глаз неподвижен, но мы этого не замечаем, потому что сканирование происходит с большой скоростью. Составив пространственную карту помещения, мы концентрируемся на отдельном объекте, и это требует чуть больше времени. К примеру, на разглядывание мелких деталей уходит минимум 300 миллисекунд. Допустим, мы увидели чашку на столе и решили ее взять. Это простая задача, но она требует большой согласованности нескольких систем. За движениями глаз следует ряд психических актов — восприятие, распознавание, внимание, которые позволяют нам ориентироваться в многообразии окружающего мира и выбрать что-то конкретное для текущей деятельности. Если какие-то из систем или функций разладилась, мы не сможем взять чашку или сделаем это медленнее — менее точно, чем обычно.

"Мы довольно точно можем регистрировать движения глаз по горизонтали и вертикали и видим, как изменяются эти параметры в зависимости от временной и пространственной сложности зрительного окружения. Если глаз рассматривает объект короткое время, он различает один аспект информации, а если длительное — другой", — рассказывает РИА Новости Александр Латанов, доктор биологических наук, заведующий кафедрой высшей нервной деятельности Биологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.

Обезьяны-паркинсоники

На кафедре высшей нервной деятельности около десяти лет исследовали тяжелое заболевание мозга, ведущее к инвалидности, — паркинсонизм. У больных наблюдается тремор рук, головы, нарушается внимание и зрительно-моторная координация. Болезнь возникает из-за гибели нейронов в особой структуре мозга — черной субстанции, а это ведет к нарушению любых целенаправленных движений. Ученые изучали паркинсонизм на макаках-резусах, чьи системы зрения сходны с человеческими.

Во время эксперимента обезьяна решает какую-либо задачу, а экспериментаторы очень точно регистрируют движения ее глаз по амплитуде и времени, сопоставляя с нормой. Если параметры движений меняются в какую-то сторону, значит, животное делает что-то хуже или лучше.

"Здоровая обезьянка совершает движения глаз быстро, как только появился стимул. Больное паркинсонизмом животное начинает их с задержкой раза в полтора, и они становятся менее точными", — поясняет ученый.

 

© А.В. Латанов, МГУ

Опыт с кубом позволяет оценить, насколько успешно обезьяна манипулирует в доступном ей пространстве

Наблюдая за движениями глаз макак, биологи выявили ранние признаки болезни Паркинсона, когда внешние двигательные симптомы еще не проявились.

Модель космоса в ускорителе

Во время солнечной вспышки космонавты на МКС прячутся в специальных боксах, чтобы избежать облучения ионизирующими частицами, несущими большой заряд энергии. Протоны и альфа-частицы способны серьезно повредить ДНК в клетках человека. Если повреждений будет слишком много, то система ремонта генов не справится и организм заболеет. Впрочем, вероятность получить большую дозу облучения на орбите невелика, ведь космонавтов защищает магнитное поле Земли, отклоняющее потоки частиц. Совсем иные условия ожидают людей в дальнем космосе, за пределами геомагнитного поля. Обшивка корабля, скафандры не спасут от космических лучей, содержащих, кроме вышеперечисленных частиц, ядра тяжелых элементов — углерода, железа. Они буквально перерезают спираль ДНК. С множественными двухнитевыми разрывами ДНК, возникающими на протяжении длительного времени, наш организм не справится точно. Однако эффект от воздействия космических лучей проявится не сразу, а по мере накопления повреждений в клетках, в том числе и нервных. Следовательно, нужно уметь определять заранее, какие части мозга человека и обеспечиваемые ими функции пострадали, и опыты с движениями глаз подходят для этого как нельзя лучше.

 

Изохронный циклотрон У-400М в Дубне для ускорения протонов и тяжелых ионов

"В условиях невесомости у нас меняется распределение жидкостей — крови, лимфы. Мозг тоже перестраивается в отсутствие вектора силы тяжести. Длительное пребывание в этом состоянии приводит к некоторым нарушениям, и к этому еще добавляется радиационное воздействие. Мы можем частично имитировать его на ускорителях элементарных частиц, давая дозы, примерно соответствующие тем, что космонавт получил бы в дальнем космосе", — говорит Александр Латанов.

Биологов интересует, как повлияет излучение на операторскую деятельность, способность выполнять различные манипуляции, в том числе пилотирование кораблем, нарушается ли согласованность движений и зрения. В этом году они провели первые тесты на ускорителе в ОИЯИ в Дубне, однократно облучив возрастную обезьяну пучком протонов с энергией 170 мегаэлектронвольт. Это позволило отработать все аспекты методики, и в ближайшее время ученые снова отправятся в Дубну, теперь уже с двумя молодыми макаками-резусами, чтобы облучить их пучками ядер углерода.

 

© А.В. Латанов, МГУ

Голову макаки-резуса в течение пяти минут облучают пучком протонов

Подопытных предварительно обучили двум задачам: тянуть рычаг при появлении определенного стимула и доставать пищу из прозрачного куба, в котором проделано отверстие. Эти задачи позволяют оценить координацию зрения и движений рук, а также успешность выполнения необходимых для этого некоторых ментальных действий. Далее ученые сделают томограмму мозга животных, чтобы точно определить расположение областей префронтальной коры, где происходит интеграция зрительно-моторных действий с текущими поведенческими задачами. А физики настроят пучок ядер углерода так, чтобы пик Брэгга — максимальная энергия частицы, производящая наибольшие повреждения в ткани, — пришелся на нужное место в мозге. Речь идет о небольших дозах облучения, ведь ученые хотят нащупать самые минимальные значения, при которых можно уловить нарушения движений глаз и обеспечивающих их психических процессов. Эти эксперименты, разумеется, одобрены этической комиссией МГУ.

Источник

Ученые: многие облака на Земле могут иметь "космическое" происхождение

Большое количество "зародышей" облаков возникает в атмосфере Земли в результате взаимодействия капель аэрозолей с космическими лучами высоких энергий, заявляют ученые в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

"Мы раскрыли последнюю деталь загадки о том, как космические частицы влияют на климат Земли. Теперь мы понимаем то, как изменения в  солнечной активности или вспышки сверхновых будут влиять на то, как выглядит и ведет себя атмосфера планеты", — заявил Хенрик Свенсмарк (Henrik Svensmark) из Технического университета Дании в Люнгбю.

Считается, что аэрозоли — микроскопические капли жидких веществ и твердые частицы — отражают часть солнечных лучей и способствуют конденсации влаги в облаках, что заметно "охлаждает" нашу планету. Большинство климатологов предполагает, что большая часть аэрозолей образуется благодаря действию паров аммиака и серной кислоты в нижних слоях атмосферы.

Главной загадкой их существования, как отмечает Свенсмарк, является то, что ученые пока не могут точно сказать, что именно заставляет аэрозоли превращаться в так называемые "ядра конденсации влаги", своеобразные зародыши облаков. Сами по себе капли аэрозолей не могут запускать роста облаков, так как они обладают в разы меньшими размерами, чем настоящие "ядра конденсации".

По этой причине ученые достаточно долго спорили о том, что может запускать процесс их роста, так как очевидных ответов на этот вопрос у них не было. Датские климатологи и физики смогли раскрыть эту загадку, наблюдая за взаимодействиями капель жидкости и различных молекул в лабораторном аналоге верхних слоев атмосферы Земли.

Экспериментируя с этой "мини-атмосферой", ученые обратили внимание на то, что появление даже небольших количеств ионов резко ускоряло процесс формирования "ядер конденсации" и заставляло аэрозоли увеличиваться в размерах. Как отмечает Свенсмарк, в настоящей атмосфере свободные ионы встречаются достаточно редко, из-за чего другие климатологи не обращали внимания на эти заряженные частицы.

По мнению авторов статьи, все эти ученые упускали одну важную вещь – Земля постоянно бомбардируется космическими лучами высокой энергии и частицами солнечного ветра, небольшая часть которых достигает нижних слоев атмосферы. По текущим оценкам физиков, каждую секунду на каждый квадратный метр границы между атмосферой и космосом "падает" как минимум один протон высокой энергии, порождающий целый каскад заряженных частиц и ионов при пролете через воздух.

Руководствуясь этой идеей, ученые поменяли работу "мини-атмосферы" таким образом, что в нее попадало примерно такое же число заряженных частиц, которое порождают космические лучи, сталкивающиеся с молекулами газов в воздухе. Это позволило им выяснить, что примерно 5% "ядер конденсации" и облаков в атмосфере Земли имеют космическое происхождение.

Подобная оценка, как отмечают ученые, является справедливой только для спокойной "космической погоды", когда на Солнце не происходит мощных вспышек и рядом с Земле не происходит взрывов сверхновых. В противном случае число облаков, порожденных космическими лучами, может резко вырасти и их общая доля в атмосфере может достичь примерно 50%.

По этой причине космические лучи, как считает Свенсмарк, могли породить ряд климатических аномалий в недавнем прошлом Земли, в том числе "малый ледниковый период" 16-19 веков, другие периоды похолоданий в средние века и античности, а также влиять на работу климата планеты в целом.

Источник

Космонавт Рязанский рассказал, как относится к теории "плоской Земли"

Вернувшийся с МКС российский космонавт Сергей Рязанский заявил, что с иронией относится к неожиданно набравшей популярность теории "плоской Земли" и воспринимает ее как отличный космический троллинг.

"Что касается так называемой теории "плоской Земли", то это веяние времени. Как легко в соцсетях взять и затроллить какого-нибудь известного человека. "Тролль" же далеко, по лицу ему не дашь. В соцсетях можно оскорблять, при этом чувствуя себя этаким храбрым зайцем, вскочившим на пенек. Поэтому теорию "плоской Земли" я воспринимаю как отличный массовый космический троллинг", — сказал космонавт на пресс-конференции в Звездном Городке.

По его словам, ничего более серьезного за этой теорией не стоит.

"Это попытка похулиганить и посмотреть, а что будет, что на это космонавт ответит. Честно, в соцсетях я не связываюсь, потому что мне жалко своего времени объяснять людям простейшую физику", — пояснил Рязанский.

По мнению космонавта, теория "плоской Земли" похожа на детскую игру "а ты купи слона".

"Началось все это действительно с Запада, наверное, потому, что там нет глубокого фундаментального образования, но обидно, что и в нашей стране эта теория также находит отклик. Это непостижимо, как вообще на полном серьезе в такую чушь можно верить", — отметил Рязанский.

Вместе с тем, по его словам, полученные отклики от последователей в соцсетях, особенно о фотографиях разнообразных мест на Земле, снятых с МКС, очень помогают в повседневной работе на орбите.

"Соцсети — это очень здорово. Я поначалу был их очень большим противником, поскольку ну нет у меня времени их вести, но постепенно втянулся. В ходе полета на МКС я понял, что это отличная психологическая поддержка. Мне приятно читать отзывы. У меня нет времени и сил отвечать всем, кто пишет мне в Instagram, Facebook, Twitter, но это сильная поддержка. Когда ты видишь моментальный отклик кучи народу из разных стран, это очень здорово, какое-то совершенно другое измерение", — заключил Рязанский.

Источник

«Орбитальный хаос» вокруг красного карлика

В Солнечной системе планеты обращаются вокруг Солнца в экваториальной плоскости, двигаясь по часовой стрелке. Солнце также вращается вокруг собственной оси, и ось этого вращения сонаправлена с осью, вокруг которой вращаются планеты, что создает впечатление системы высокой степени упорядоченности. Однако природа часто бывает непредсказуема, и международная команда исследователей обнаружила планетную систему, в которой наблюдается самый настоящий «орбитальный хаос».

Система звезды GJ436 включает так называемую «волосатую» планету GJ436b, которая испаряется, подобно комете. В новом исследовании астрономы во главе с Винсентом Бурье (Vincent Bourrier) обратили внимание на орбиту этой планеты. Эта орбита, вместо того чтобы лежать в экваториальной плоскости родительской звезды, проходит над ее полюсами.

Кроме того, необычность этой орбиты усугубляется ее высоким эксцентриситетом, или «сплюснутостью». «Эта планета испытывает мощные приливные силы, поскольку находится очень близко к звезде – на расстоянии, составляющем лишь 3 процента от расстояния Солнце-Земля, - объяснил Бурье. – Продолжительность существования красных карликов во Вселенной очень велика, и приливные силы, действующие со стороны звезды в течение долгого времени, должны были привести к формированию круговой орбиты планеты, однако в действительности этого не произошло».

Согласно версии Бурье необычная орбита планеты GJ436b может объясняться присутствием в системе еще одной, более массивной планеты, которая возмущает орбиту планеты GJ436b и кроме того «подталкивает» ее к звезде. Своей целью на ближайшее будущее команда Бурье видит обнаружение этой планеты и измерение ее фундаментальных параметров.

Работа опубликована в журнале Nature.

Источник

Новый поворот в истории с темной материей

Новая интерпретация данных рентгеновских наблюдений одного скопления галактик может помочь астрономам разгадать загадку, стоящую перед ними в течение нескольких десятилетий: определить природу темной материи.

Эта история началась в 2014 г., когда астрономы впервые обнаружили пик на уровне энергии 3,5 кэВ в данных рентгеновских наблюдений горячего газа, расположенного в скоплении галактик Персей. Эти наблюдения были проведены при помощи космических обсерваторий Chandra и XMM-Newton. Этот пик по ряду соображений был приписан частицам темной материи. Несколько групп ученых нашли аналогичные пики при наблюдениях других космических объектов, однако другие ученые подтверждения этому пику в своих наблюдениях не нашли. Казалось бы, окончательно спор разрешил в 2016 г. японский спутник Hitomi, специально созданный для подробных наблюдений эмиссионных линий в рентгеновских спектрах космических объектов, который не обнаружил линии на уровне энергии 3,5 кэВ в рентгеновском спектре скопления галактик Персей.

Однако в новом исследовании астрономы во главе с Джозефом Конлоном (Joseph Conlon) из Оксфордского университета, Великобритания, сообщают, что обнаружили деталь, которая позволяет объяснить отсутствие эмиссионного пика на уровне 3,5 кэВ в данных, собранных при помощи спутника Hitomi. Согласно этой версии данные, собранные аппаратом Hitomi, представляют собой наложение рентгеновского излучения, идущего от двух различных источников: диффузного горячего газа, окружающего центральную галактику скопления, и сверхмассивной черной дыры, расположенной в центре этой галактики.

В данных наблюдений, выполненных при помощи обсерваторий Chandra и XMM-Newton, имеющих более высокое пространственное разрешение, по сравнению с аппаратом Hitomi, Конлон и коллеги смогли разделить эти две составляющие сигнала и увидели, что горячий газ демонстрирует максимум интенсивности излучения на уровне энергии 3,5 кэВ, в то время как сверхмассивная черная дыра демонстрирует, напротив, поглощение излучения на этом уровне энергии. При наложении двух источников в спектре на уровне 3,5 кэВ наблюдается ровный участок – что и объясняет наблюдения, выполненные при помощи спутника Hitomi.

Согласно Коннону и его команде темная материя, окружающая черную дыру вместе с горячим газом, поглощает рентгеновское излучение с энергией 3,5 кэВ, подобно обычным атомам, поглощающим и рассеивающим свет, и переизлучает энергию во всех направлениях. Поэтому при прямых наблюдениях сверхмассивной черной дыры мы видим ослабление излучения на этом энергетическом уровне, соответствующее поглощению, а при наблюдениях окружающего ее горячего газа – усиление, соответствующее эмиссиионному максимуму.
Источник

Физики из России создали почти идеальную

МОСКВА, 18 дек – РИА Новости. Ученые из России и Австралии создали необычное оптическое устройство, способное удерживать электромагнитные волны внутри себя на порядок дольше, чем обычные световые резонаторы, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

"Для работы лазера нужно, чтобы свет многократно проходил через один и тот же атом. Чем лучше работает резонатор, тем меньше нужно излучающих свет атомов. Сами лазеры станут мощнее, а технология их создания проще. Среди других применений визуализация клеточных процессов и даже ночное зрение. Мы можем покрыть стекло очков наночастицами с таким суперрезонатором, усилить свет и сделать мир видимым в темноте",— рассказывает Юрий Кившарь из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге.

Свет и другие типы электромагнитных волн переносят информацию гораздо эффективнее и быстрее, чем электрические сигналы, благодаря чему большая часть современных систем связи основана на оптоволокне и различных лазерных излучателях. Ученые давно пытаются заменить транзисторы и металлические дорожки внутри чипов их световыми аналогами, однако пока это не удается сделать по одной простой причине – движением света очень сложно управлять.

Одной из главных проблем в этом плане является то, что у ученых пока нет способа заставить конкретную световую волну "жить" бесконечно долгое время – она или затухает, или рассеивается во время движения по пространству. Эту проблему физики пытаются решить при помощи так называемых оптических резонаторов – особых "клеток" для света, внутри которых световые волны  могут жить заметно дольше, чем в простых световодах.

Российские физики и их коллеги из Национального университета Австралии создали новую модель световой "клетки", внутри которой электромагнитные волны живут примерно в 10 раз дольше, чем в самых лучших версиях уже существующих оптических резонаторов, научившись особым образом расщеплять волны света, попадающие в такое устройство.

"В обычных резонаторах попавший свет со временем рассеивается из-за поглощения материалов или излучения вовне. Однако когда возникает деструктивная интерференция, излучение становится невозможным, и мы можем надолго запереть свет внутри резонатора. Такое явление на языке физики называется связанные состояния в континууме", †объясняет Михаил Рыбин из Университета ИТМО.

По его словам, деструктивная интерференция, феномен "взаимного самоуничтожения" волн света или других колебаний одинаковой частоты, но противоположной фазы, предотвращает "побег" световых волн из резонатора и не дает ему угаснуть. По сути, заточенные в подобной клетке волны гаснут только из-за того, что резонатор имеет не бесконечные, а конечные размеры, и поглощает часть энергии света.

"Наш суперрезонатор не позволяет навсегда поймать свет, так как не обладает идеальным интерференционным гашением. Тем не менее, утечка энергии вовне подавляется довольно эффективно, поэтому мы можем удерживать свет в десять раз эффективнее, чем обычные резонаторы сопоставимых размеров", †продолжает Рыбин.

Как отмечают ученые, подобные структуры, которые достаточно просто изготовить из кремния, могут помочь их коллегам встроить лазеры в компьютерные чипы и создать новые оптические приборы, в том числе и вычислительные устройства, где необходимо концентрировать и долго "хранить" свет.

Источник

Модель планет, подобных Марсу, проливает свет на активность раннего Солнца

Ученый из Сибирского федерального университета Николай Еркаев и его коллеги из Австрии и Германии построили физическую и математическую модели формирования планет размером с Венеру и Марс. Команда пришла к выводу, что у Марса не было шанса развить толстую атмосферу и биосферу. В случае Венеры эта возможность зависела от активности Солнца: согласно ученым эта планета смогла удержать свою атмосферу благодаря тому факту, что активность молодого Солнца была относительно низкой.

Согласно этой модели Марс и Венера развиваются из протопланет (а те, в свою очередь – из облаков газа и пыли). «Зародыши» планет сталкиваются и формируют таким образом протопланеты. Эти протопланеты разогреваются, и на их поверхностях формируются океаны магмы. При затвердевании этих океанов магмы летучие вещества формируют толстую и горячую атмосферу, которая в основном состоит из воды и диоксида углерода. Однако в случае планет подобных Марсу происходит потеря атмосферы в космос из-за низкого уровня гравитации и высокой светимости молодых звезд в УФ-диапазоне. Водород является самым легким газом, и он первым отходит в космос, захватывая с собой более тяжелые элементы (кислород, диоксид углерода, а также благородные газы).

Исследователи рассмотрели широкий спектр возможных сценариев, описывающих изменения солнечной активности. Однако во всех этих сценариях планеты, подобные Марсу, теряли атмосферу в течение не более чем 10 миллионов лет – «мгновение ока» в масштабах возраста Солнечной системы, составляющего 4,57 миллиарда лет. Однако планеты, подобные Венере, теряли атмосферу лишь в случае сценариев с относительно высокой активностью раннего Солнца, в то время как в сценариях с умеренной активностью светила планеты, подобные Венере, сохраняли свою атмосферу. Таким образом, согласно этой модели наличие у Венеры атмосферы в настоящее время свидетельствует о том, что активность Солнца в ранние годы существования Солнечной системы была относительно низкой.

Исследование опубликовано в журнале Icarus.

Источник

Белые карлики склонны к «перееданию», выяснили исследователи

Астрофизик из Университета Кентербери, Новая Зеландия, доктор Саймон Скаринжи (Simone Scaringi) сделал неожиданное новое открытие, связанное с особенностями роста белых карликов в космосе.

Белые карлики – это остатки звезд, подобных Солнцу, которые исчерпали запасы своего «звездного топлива». Белые карлики являются плотными объектами: их размер сравним с размером Земли, а масса близка к массе Солнца. Они растут, аккрецируя, или накапливая, материю, переходящую к ним со внешних слоев звезды-компаньона.

Большинство белых карликов долгое время считались «немагнитными». Когда белые карлики растут с очень низкой скоростью, они аккрецируют массу отдельными порциями. В ходе таких «порционных приемов пищи» белые карлики «объедаются» в течение очень короткого периода времени, говорит доктор Скаринжи.

Изучив данные, собранные при помощи космической обсерватории НАСА Kepler («Кеплер»), команда международных исследователей, возглавляемая доктором Скаринжи, обнаружила, что один из таких немагнитных белых карликов ведет себя так, словно обладает мощным магнитным полем.

«Мы наблюдали эпизоды мощных вспышек, указывающих на аккрецию материала, чередующихся с периодами отсутствия аккреции. Такая спорадическая активность лучше всего объясняется присутствием мощного магнитного поля», - сказал Скаринжи.

«Это магнитное поле служит своего рода барьером, препятствующим проникновению массы к белому карлику, поэтому сначала происходит накопление материала перед «барьером» и лишь тогда, когда гравитационные силы, действующие на материю, сравняются с отталкивающими магнитными силами, происходит «обрушение», и накопившаяся масса падает на белый карлик, вызывая мощную вспышку», - продолжил он.

Эти находки имеют фундаментальное значение для астрофизики, считает доктор Скаринжи. Они позволяют установить четкую связь между различными известными примерами аккреции материи во Вселенной, независимо от природы центрального объекта-аттрактора, в роли которого могут выступать кроме белых карликов также нейтронные звезды, черные дыры или протозвезды.

Исследование опубликовано в журнале Nature.

Источник

Новый метод определения масс одиночных звезд

Астрономы предложили новый метод измерения масс одиночных звезд, который будет особенно полезен в случае светил, имеющих планетные системы.

Этот метод был специально создан для миссии Gaia («Гея») Европейского космического агентства, которая в настоящее время производит составление трехмерной карты галактики Млечный путь, а также для строящегося спутника Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), запуск которого планируется на следующий год. Спутник TESS будет производить обзор 200000 самых ярких звезд неба в поисках новых экзопланет.

«Мы разработали новый метод «взвешивания» одиночных звезд, - сказал профессор физики и астрономии Кайван Стассун (Keivan Stassun), руководитель проекта, в рамках которого был разработан этот новый метод. – Сначала мы измеряем общее количество света, испускаемое звездой, и определяем ее параллакс, чтобы вычислить диаметр. Затем мы анализируем характер мерцания звезды – это позволяет нам рассчитать поверхностную гравитацию светила. Наконец мы объединяем результаты расчетов диаметра и поверхностной гравитации звезды и на их основании считаем ее общую массу».

В астрономической практике наиболее точным методом определения масс далеких звезд считается метод, основанный на измерении диаметров орбит двойных звездных систем. Ньютоновские законы движения позволяют астрономам рассчитать массы обеих звезд двойной системы с высокой точностью. Однако во Вселенной в составе двойных систем находится не более половины всех звезд. Куда сложнее дело обстоит с одиночными звездами, массы которых чаще всего определяют при помощи фотометрического метода, характеризуемого весьма высокой погрешностью.

«Наш метод позволяет измерить массы многих звезд с точностью 10-25 процентов. В большинстве случаев эта точность превышает точность других современных методов, подходящих для заданных условий, а кроме того, этот метод позволяет работать с одиночными звездами – то есть, теперь мы не ограничены двойными системами», - сказал Стассун.

Работа опубликована в журнале Astronomical Journal.

Источник

Открытие новой планеты приводит к «смене статуса» Солнечной системы

Открытие восьмой по счет планеты на орбите вокруг далекой звезды «Кеплер-90» астрономом из Техасского университета в Остине, США, Эндрю Вандербургом (Andrew Vanderburg) и его коллегами меняет статус нашей Солнечной системы, как имеющей наибольшее число планет среди всех известных науке планетных систем. Теперь мы в общем потоке.

Эта вновь обнаруженная планета, получившая обозначение Кеплер 90i – раскаленная каменистая планета, обращающаяся вокруг родительской звезды с периодом 14,4 суток – была открыта при помощи компьютерного кода, представляющего собой так называемую нейронную сеть, «обученную» поиску сигналов далеких планет в архиве наблюдательных данных, собранных при помощи космического телескопа НАСА Kepler («Кеплер»). Этот космический телескоп обнаруживает далекие внесолнечные планеты по крохотным изменениям яркости звезды при прохождении перед ней планеты – так называемый «транзитный метод».

Подобно нейронам человеческого мозга программа, разработанная командой Вандербурга, «просеяла» данные, собранные при помощи космической обсерватории Kepler, и обнаружила слабый транзитный сигнал, указывающий на присутствие прежде не наблюдаемой восьмой планеты на орбите вокруг звезды Кеплер-90, солнцеподобной звезды, расположенной на расстоянии 2545 световых лет от Земли в направлении созвездия Дракона.

Богатая планетами система этой звезды, однако, вряд ли может стать местом существования внеземной жизни. В этой системе все восемь планет располагаются слишком близко к родительской звезде, ближе, чем Земля к Солнцу. Поэтому температура на поверхности, например, планеты Кеплер 90i очень высока и достигает 450 градусов, сообщают Вандербург и его соавторы.

Работа опубликована в журнале Astronomical Journal.

Источник