Новости науки

Российские физики создали анализатор грунта для марсохода миссии "Экзомарс"

МОСКВА, 16 ноя – РИА Новости. Ученые из МГУ, Института космических исследований РАН и НИТУ "МИСиС" создали миниатюрный спектрополяриметр, который может быть использован в качестве анализатора почвы на марсоходе "Пастер" российско-европейской миссии "ЭкзоМарс", сообщает пресс-служба МГУ.

"Главный результат работы заключается в разработке и создании опытного образца спектрополяриметра для исследования каменных пород. Предлагается использовать такой прибор в программе исследования Марса в рамках миссии "ЭкзоМарс", – заявил Сергей Потанин, один из создателей прибора с физического факультета МГУ.

Весной 2012 года Европейское космическое агентство и Роскосмос договорились о совместной реализации программы "ЭкзоМарс". Проект состоит из двух частей – зонда Trace Gas Orbiter (TGO) и марсохода "Пастер".

Первый аппарат был отправлен к Марсу в марте 2016 года при помощи российской ракеты "Протон" и успешно достиг его в октябре прошлого года, а второй – сядет на поверхность Марса после 2020 года при помощи специальной системы приземления, создаваемой в НПО им. Лавочкина. Задача марсохода — геологические исследования и поиск следов жизни около места посадки, а зонд будет заниматься изучением следов редких веществ в атмосфере Марса и поиском залежей водяного льда.

И платформа, и сам марсоход будут оснащены как европейскими, так и российскими научными приборами, предназначенными для геологических и химических исследований. Один из таких приборов станет анализатор химического состава почвы, разрабатываемый группой ученых из МГУ, ИКИ и НИТУ "МИСиС" под руководством Олега Кораблева из Института космических исследований РАН.

Подобный прибор, в силу небольших размеров марсохода, должен быть очень компактным, что вынудило ученых пойти на большое число технических и научных хитростей для того, чтобы создать достаточно мощный, но при этом небольшой спектрометр, который мог бы определять химический состав горных пород, анализируя то, как меняется спектр ИК-излучения и волн видимого света, отражающихся от поверхности грунта Марса или других планет.

Как отмечают ученые в статье в журнале Optics Express, в которой описывается конструкция прибора для "Пастера", такого результата удалось добиться с помощью новой оптической схемы, в которой одновременно снимаются два изображения в двух перпендикулярных плоскостях поляризации. Благодаря этому размеры прибора удалось уменьшить до коробочки размером 10 на 20 сантиметров и высотой примерно в 8 сантиметров.

Несмотря на свои небольшие размеры, данное устройство не уступает по своим характеристикам аналогичным приборам, установленным на роверы НАСА и луноход "Юйту". Его работу ученые уже проверили на образцах глин и других пород, больше всего похожих на грунт Марса, и успешные итоги этих опытов дают надежду на то, что подобная установка найдет свое место на "Пастере".

Источник

Физики ищут способы защиты электроники спутников от космических частиц

МОСКВА, 16 ноя — РИА Новости. Коллектив кафедры микро- и наноэлектроники Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" представил новую методику, позволяющую предсказывать сбои интегральных микросхем в космосе. Статья о проведенном исследовании опубликована в авторитетном научном журнале "IEEE Transactions on Nuclear Science".

Обеспечение надежной работы микросхем в космосе – важная научная и экономическая задача. Для того, чтобы современные метеоспутники, спутники связи и наблюдения за Землей были экономически эффективными, они должны работать на орбите как минимум 10-15 лет. Распространенная причина, по которой спутники выходят из строя раньше этого срока – отказ бортовой электроники. Обычная земная электроника для космических условий слишком ненадежна. Поэтому для космонавтики электронику либо изготавливают по специальной технологии, либо отбирают и испытывают особым образом. Все это требует глубокого понимания физических процессов, происходящих внутри схем, и мотивирует ученых разрабатывать математические методы, точно предсказывающие поведение таких схем в различных условиях.

Высокую важность здесь имеют так называемые "одиночные эффекты": ошибки электронных схем, вызванные воздействием отдельных высокоэнергетических космических частиц из радиационных поясов Земли или глубин Галактики. Проблема одиночных сбоев возникла еще в начале 80-х годов, когда размеры микроэлектронных компонентов составляли около микрона (одна миллионная доля метра). 

Особую остроту этой проблеме придает тот факт, что электронике в космосе невозможно обеспечить физическую защиту от высокоэнергетических частиц из-за их высокой проникающей способности. Для таких сбоев активно разрабатывались методы предсказания их частот в заданных условиях, а также программные и аппаратные методы борьбы с ними. 

Однако за последние 30 лет ситуация кардинально изменилась. Уменьшение размеров элементов интегральных схем до нанометрового масштаба привело к тому, что распространились множественные сбои: ситуации, при которых одна космическая частица (например, ион или протон) может одновременно вызывать ошибки сразу в нескольких логических элементах или ячейках памяти, что приводит к сбоям либо необратимым повреждениям электросхемы. Такого рода сбои очень сложно исправлять из-за неопределенности их кратности: то есть, числа сбоев от одной космической частицы.

Решая эту проблему, специалисты из Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" в серии исследований 2015-2017 годов разработали новую методологию, позволяющую обрабатывать результаты наземных экспериментов и программировать расчеты частоты сбоев. Она дает возможность прогноза с учетом новых физических, технологических и программных аспектов, которые характерны для наноразмерных (с технологической нормой менее 100 нм) интегральных схем самого современного образца.

"Все дело в нелокальности воздействия: одна космическая частица способна "накрыть" сразу несколько элементов интегральных схем", — рассказывает один из авторов исследования, профессор Геннадий Зебрев, — "именно нелокальность множественных событий и неопределенность в их кратности не позволяет предсказывать частоту сбоев и парировать ошибки старыми методами. Причем дальнейшая миниатюризация элементов и усложнение архитектуры интегральных схем может привести к дальнейшему обострению этой проблемы. Потому мы предложили такую методику для обработки результатов экспериментальных испытаний и расчета частот сбоев, которая позволяет развести сбои по кратностям, а также быстро и надежно оценить их частоты на заданных космических орбитах".

Возможность расчета частоты ошибок разной кратности – необходимое условие для создания новых программных алгоритмов, которые могли бы эффективно парировать множественные сбои в космосе. Работу в этом направлении коллектив НИЯУ МИФИ ведет совместно с НИИ системных исследований РАН.

Источник

Углеводородный туман способствует охлаждению Плутона, считают ученые

Состав газов атмосферы планеты обычно определяет количество тепла, удерживаемого этой атмосферой. Для карликовой планеты Плутона, однако, температура, спрогнозированная на основании газового состава атмосферы, оказалась намного выше, чем показали измерения, проведенные при помощи космического аппарата НАСА New Horizons 2015 г.

Теперь ученые предлагают новый механизм охлаждения, в котором определяющая роль отводится частицам тумана, присутствующим в атмосфере Плутона.

В новой работе группа, возглавляемая Си Чжаном (Xi Zhang), ассистент-профессором наук о Земле и планетах Калифорнийского университета в Санта-Круз, США, предлагает механизм поглощения тепла частицами тумана, которые затем испускают инфракрасное излучение, теряя энергию в космос. В результате этого процесса достигается температура атмосферы порядка 70 Кельвинов (минус 203 градуса Цельсия) вместо прогнозируемых ранее 100 Кельвинов (минус 173 градуса Цельсия).

Согласно Чжану избыточное инфракрасное излучение, испускаемое частицами тумана, находящимися в атмосфере Плутона, может быть идентифицировано при помощи космического телескопа James Webb («Джеймс Уэбб»), что позволит подтвердить гипотезу, предлагаемую его командой, после запуска этого аппарата, намеченного на 2019 г.

Обширные слои атмосферного тумана наблюдаются на снимках Плутона, сделанных при помощи зонда New Horizons. Этот туман образуется в результате протекания химических реакций в верхних слоях атмосферы, где Солнце ионизирует азот и метан, которые затем реагируют между собой, формируя крохотные частицы углеводородов диаметрами в несколько десятков наномеметров. По мере погружения этих крохотных частиц к поверхности планеты они укрупняются, формируя агрегаты, которые в конечном счете опускаются на поверхность планеты.

Исследование опубликовано в журнале Nature.

Источник

Физики из России защитят самолеты и машины от обледенения при помощи лазера

МОСКВА, 15 ноя — РИА Новости. Российские физики создали новую методику защиты обшивки самолетов и кузовов машин от обледенения, научившись покрывать их поверхность особым узором при помощи лазера, говорится в статье, опубликованной в журнале ACS Nano.

"Одной из самых замечательных научных находок начала XXI века является получение и применение супергидрофобных материалов и покрытий, которые благодаря своим уникальным свойствам быстро нашли широкое технологическое применение", — отмечает Людмила Бойнович из московского Института физической химии и электрохимии РАН, одна из создателей покрытия, чьи слова приводит пресс-служба Российского научного фонда.

Листья многих растений можно считать примером идеальной водоотталкивающей поверхности, не подверженной загрязнению. Это свойство получило название "эффект лотоса". Благодаря микроскопическим бугоркам вода быстро стекает с листьев, унося частицы грязи. За последние годы физики предприняли несколько попыток создать краску или пленку, которые работали бы таким же образом.

К примеру, два года назад группа физиков из США и России смогла создать металлический аналог такой поверхности, обработав металл при помощи сверхкоротких импульсов лазера. Эта бомбардировка покрыла лист из бронзы, платины и других металлов особым узором ямок и бугорков, которые отталкивали воду и мешали каплям скапливаться на поверхности.

Российские ученые задумались, можно ли применить подобную методику и для защиты металлических поверхностей от обледенения в условиях, приближенных к "боевым". Предыдущие эксперименты показывали, что многие типы подобных "лотосных" покрытий плохо реагируют на нагрузки и механический стресс, из-за чего инженеры не применяли их на практике.

Экспериментируя со сплавами алюминия и магния, которые активно применяются при изготовлении кузовов автомобилей и деталей самолетов, ученые при помощи лазера покрывали их узорами, а затем обрабатывали химикатами и изучали водоотталкивающие и механические свойства.

Через некоторое время им удалось создать новый тип гибридного покрытия, которое отталкивало лед и воду и отличалось высокой прочностью. Достичь этого физики смогли за счет того, что после обработки лазером на поверхности сплава формировались особо прочные формы окиси алюминия, а внутри самих ямок и бугров возникали многочисленные поры, которые могут вбирать молекулы химических покрытий, отталкивающих воду и защищающих металл от коррозии. 

Как показали дальнейшие опыты, эти же поры защищают металл от механических нагрузок и повреждений — при появлении микротрещин и царапин они выделяют запасенные вещества и ликвидируют "дыры" в защите сплава от льда и коррозии. Даже если погрузить подобный сплав в жидкий азот или несколько часов обрабатывать его абразивными материалами, он не потеряет своих свойств и будет по-прежнему отталкивать воду и не разрушится при нагрузках.

"Выполненные нашей группой работы не только привели к созданию материалов с уникальными водоотталкивающими свойствами, но и позволили преодолеть многие классические недостатки алюминиевых сплавов, такие как эрозия под абразивными нагрузками, слабая стойкость к ударным тепловым нагрузкам, склонность к точечной коррозии и слабая химическая стойкость в агрессивных жидких и газообразных средах", — заключает физик.

Источник

Астрономы открывают новый тип космического взрыва

Международная команда астрономов, включающая эксперта из Саутгемптонского университета, Великобритания, открыла новый тип взрыва в далекой галактике.

Этот взрыв, получивший название PS1-10adi, похоже, чаще происходит в активных галактиках, в центрах которых лежат сверхмассивные черные дыры, поглощающие газ и конденсированный материал из своих окрестностей.

Используя телескопы, расположенные на Канарских островах и на Гавайях, команда обнаружила вспышку настолько большой мощности, что ее возникновение может быть связано лишь с одним из двух возможных событий: взрывом экстремально массивной звезды – масса которой достигает нескольких сотен масс Солнца – как сверхновой, или же взрывом звезды меньшей массы, которая в этом случае должна быть разорвана действием приливных сил со стороны сверхмассивной черной дыры.

Этот взрыв произошел 2,4 миллиарда лет назад, однако поскольку свету пришлось пройти до Земли огромное расстояние, астрономы не могли увидеть это событие до 2010 г. Медленное развитие этого взрыва позволило исследователям изучать его в течение нескольких лет.

Главный автор исследования доктор Эркки Канкаре (Erkki Kankare) из Университета Квинс в Белфасте, Северная Ирландия, говорит: «Если этот взрыв представляет собой приливный разрыв звезды – то его свойства делают его уникальным событием в своем роде. Если он представляет собой взрыв сверхновой, то его наблюдаемые свойства являются самыми экстремальными для сверхновых и могут быть обусловлены расположением звезды в центральной части родительской галактики».

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Источник

Открыта планета-двойник Земли на орбите вокруг холодной звезды

Команда исследователей во главе с Ксавье Бонфи (Xavier Bonfils), работающая с инструментом High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS) обсерватории Ла-Силья, Чили, обнаружила на орбите вокруг красного карлика Росс 128 экзопланету небольшой массы, совершающую один оборот вокруг родительской звезды за 9,9 суток. Ожидается, что температуры на поверхности этой планеты будут умеренными, близкими к температуре на поверхности Земли. Звезда Росс 128 является самой «спокойной» близлежащей звездой, в системе которой обнаружена планета с таким «умеренным» температурным режимом.

Многие красные карлики, включая ближайшую к Солнцу звезду Проксиму Центавра, испытывают вспышки, в результате которых планеты, расположенные в системах таких звезд, испытывают мощное воздействие рентгеновского и ультрафиолетового излучений. Однако звезда Росс 128 является намного более спокойной в этом отношении звездой, поэтому планеты в ее системе могут оказаться более подходящими для существования жизни.

Звезда Росс 128 расположена на расстоянии 11 световых лет от Земли. Обнаруженная экзопланета, получившая название Росс 128 b, обращается вокруг родительской звезды по орбите радиусом 1/20 астрономической единицы (1 а.е. равна расстоянию от Земли до Солнца). Несмотря на такую близость к светилу, планета Росс 128 b получает лишь в 1,38 раза больше излучения, чем Земля – поскольку родительская звезда является небольшим, тусклым красным карликом, температура поверхности которого составляет лишь примерно половину от температуры поверхности Солнца. В результате равновесная температура планеты составляет от -60 до 20 градусов Цельсия. Пока неизвестно, лежит ли планета Росс 128 b в пределах обитаемой зоны звезды – зоны, в границах которой возможно существование на поверхности планеты вод ы в жидкой форме – сообщают авторы работы.

Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.

Источник

Физики из России создали нанолинзы для солнечных батарей

МОСКВА, 14 ноя – РИА Новости. Ученые из Университета ИТМО создали особое покрытие для солнечных батарей из стеклянных наносфер, похожих по форме на капли воды и повышающих их КПД примерно на 20%, говорится в статье, опубликованной в журнале Optica.

"Три года назад мы попробовали покрыть поверхность батареи микросферами. Они существенно улучшали поглощение, но, к сожалению, отражали довольно много света. Мы решили убрать верхнюю часть сферы и сделать своеобразную линзу, которая будет фокусировать свет в батарее. Пытаясь сделать ее, мы нашли более изящное решение. В итоге, конечная структура превзошла наши ожидания, основанные на теоретических расчетах", †рассказывает Михаил Омельянович из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге.

Кремниевые солнечные батареи и многие их аналоги из других полупроводниковых материалов обладают достаточно низкой эффективностью – они преобразуют лишь небольшую долю энергии Солнца, около 7-15%, в электрический ток. Это, вкупе с высокой себестоимостью подобных генераторов электричества, является сегодня одной из главных проблем для их распространения в быту и промышленности.

В последние годы физики прикладывают огромные усилия для ликвидации этой проблем, создавая более эффективные полупроводниковые материалы, такие как перовскит, и различные покрытия, помогающие фотоэлементам поглощать примерно треть или почти половину энергии лучей Солнца. К примеру, год назад ученые смогли повысить КПД солнечных батарей почти в два раза, "скопировав" наночастицы, которыми покрыты крылья бабочек.

Группа российских и зарубежных физиков под руководством Омельяновича нашла еще один способ увеличения мощности и повышения эффективности работы солнечных батарей, изучая то, как ведут себя солнечные батареи из аморфного кремния, некристаллической разновидности этого полупроводника, покрытые разными наночастицами и микроструктурами.

В отличие от солнечных батарей из кристаллического кремния или перовскитов, фотоэлементы на базе аморфного кремния обладают достаточно низким КПД — не более 7%, но при этом их можно наносить тонким и фактически прозрачным слоем на любую поверхность, в том числе и стекла. По этой причине он достаточно долгое время считался главным кандидатом на роль основы большинства "бытовых" солнечных панелей, однако в последние годы его начали вытеснять более эффективные, хотя и более опасные для здоровья и экологии панели из полупроводниковых соединений металлов, селена и теллура.

После нескольких неудач ученые решили поменять структуру верхнего электрода фотоэлемента, погрузив в него множество микроскопических стеклянных сфер, которые, как рассчитывали ученые, должны были "захватывать" свет и удерживать его внутри батареи на протяжении достаточно долгого времени. 

Первые скромные успехи обнадежили физиков, и через некоторое время они подобрали оптимальную форму нанонастиц – каплевидная линза, и размер – чуть меньше микрона. Нанося подобные структуры на электрод из алюминия и оксида цинка при помощи специальной остановки, способной контролировать толщину слоя на атомном уровне, Омельянович и его коллеги смогли повысить КПД солнечных батарей на 20%.

Как отмечает ученый, такой электрод со стеклянными вкраплениями можно использовать создания для тонких солнечных батарей не только на основе аморфного кремния, но и любых других материалов. Подобная "поатомная" печать, по словам физиков, уже используется во многих отраслях промышленности и ее внедрение не потребует больших затрат времени и средств, что, как они надеются, поможет ускорить внедрение их открытия в практику.

Источник

Две гигантские галактики ранней Вселенной запечатлены в процессе слияния

Новые наблюдения, проведенные при помощи радиотелескопа Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), позволили обнаружить никогда прежде не наблюдаемое тесное сближение двух невероятно ярких и массивных галактик ранней Вселенной. Эти так называемые сверхяркие галактики со вспышкой звездообразования являются очень редкими для этой эпохи истории космоса – в которую происходило формирование первых галактик – и могут представлять собой один из наиболее экстремальных примеров мощного звездообразования.

Астрономы запечатлели эти две взаимодействующие галактики, известные под общим названием ADFS-27, в начале процесса постепенного слияния их в единую, массивную эллиптическую галактику. Раннее прохождение этих галактик рядом друг с другом вызвало в них мощные вспышки звездообразования. Астрономы считают, что в этом столкновение может зародиться галактика, которая в дальнейшем станет ядром целого скопления галактик. Скопления галактик являются наиболее массивными структурами во Вселенной.

Пара галактик ADFS-27 расположена на расстоянии примерно 12,7 миллиарда световых лет от Земли в направлении созвездия Золотой рыбы. Наблюдения этих галактик при помощи радиообсерватории ALMA позволили астрономам выяснить, что скорость рождения в них звезд превышает в 1000 раз скорость формирования звезд в нашей галактике Млечный путь.

Исследование вышло в журнале Astrophysical Journal; главный автор Доминик А. Ричерс (Dominik A. Riechers).

Источник

Самые мощные гравитационные волны во Вселенной мы сможем наблюдать через 10 лет

Астрономам не придется ждать слишком долго до того момента, когда они смогут впервые увидеть одно из самых гигантских слияний в космосе. В новом исследовании, возглавляемым Кьярой Мингарелли (Chiara Mingarelli), показано, что гравитационные волны, излучаемые при столкновении двух сверхмассивных черных дыр, могут быть обнаружены не более чем через 10 лет. Это исследование отличается от прочих тем, что в нем используются реальные данные, а не результаты компьютерного моделирования.

Сверхмассивные черные дыры располагаются в центрах крупных галактик, подобных нашему Млечному пути, и их массы могут достигать нескольких миллионов или даже миллиардов масс Солнца. Для сравнения, массы объединяющихся черных дыр, обнаруженных до настоящего времени при помощи гравитационно-волновых детекторов, составляли всего лишь несколько десятков солнечных масс.

Хотя гравитационные волны, излучаемые при столкновениях сверхмассивных черных дыр, являются очень мощными, однако они не входят в диапазон длин волн, наблюдаемых при помощи современных экспериментов LIGO и Virgo. В будущем для поисков гравитационных волн, испускаемых объединяющимися сверхмассивными черными дырами, будут использоваться звезды, называемые пульсарами, которые можно уподобить космическим «метрономам». Эти стремительно вращающиеся звезды испускают импульсы радиоизлучения с постоянной частотой. При прохождении гравитационной волны в пространстве между Землей и пульсаром время между прибытием отдельных импульсов будет слегка увеличиваться или уменьшаться.

В своем исследовании Мингарелли и ее коллеги оценили вероятность обнаружения слияния сверхмассивных черных дыр, используя данные о количестве близлежащих галактик, в которых могут находиться сливающиеся черные дыры, и данные о числе и месторасположении близлежащих пульсаров. Результаты расчетов показали, что убедительное обнаружение гравитационных волн, идущих от столкновения сверхмассивных черных дыр, может быть сделано не более чем через 10 лет, согласно авторам исследования.

Работа опубликована в журнале Nature Astronomy.

Источник

Звезда «убивает» другую звезду, чтобы сформировать систему из двух карликов

Группа бразильских астрономов изучала пару небесных объектов, редко наблюдаемых в пределах Млечного пути: очень небольшого по размерам белого карлика и коричневого карлика. Уникальной эту двойную систему делает ее происхождение: существование белого карлика в ней стало возможным только благодаря звезде-компаньону, коричневому карлику, наличие которого вызвало раннюю гибель белого карлика, исчерпавшего все необходимые ему компоненты «питания».

Белый карлик является конечной точкой эволюции звезды средней или небольшой массы, масса которой может составлять от 0,5 до 8 масс нашего Солнца. Коричневый карлик представляет собой субзвездный объект, имеющий массу промежуточную между массами звезды и планеты.

Эти выводы были сделаны в результате анализа серии наблюдений, проведенных при помощи обсерватории Пико дос Диас, расположенной в г. Бразополис, Бразилия, и архивных данных, собранных ранее при помощи космического телескопа William Herschel, расположенного на Канарских островах. Наблюдения проводились в период между 2005 и 2013 гг.

Масса обнаруженного белого карлика составляет от двух до трех десятых массы Солнца. Температура на поверхности белого карлика составляет 28500 Кельвинов. Масса коричневого карлика составляет примерно 34-36 масс Юпитера, крупнейшей планеты Солнечной системы. Оба карлика находятся в созвездии Персея. Согласно главному автору новой работы Леонардо Андраде де Альмейда (Leonardo Andrade de Almeida) из Университета Сан-Паулу, эти карлики формируют наименее массивную двойную систему, известную ученым.

Исследование вышло в журнале Monthly Notice of the Royal Astronomical Society.

Источник

Наблюдения красного гиганта позволяют ученым оценить возможное будущее Солнца

Астрономы впервые наблюдали подробности поверхности стареющей звезды, имеющей такую же массу, что и наше Солнце. Снимки, сделанные при помощи телескопа ALMA, показывают, что эта звезда является гигантом, ее диаметр составляет два размера солнечной орбиты Земли, однако также на снимках видно, что на атмосферу звезды неожиданно большое влияние оказывают мощные ударные волны.

Команда астрономов под предводительством Ваутера Влеммингза (Wouter Vlemmings) из Технического университета Чалмерса, Швеция, использовала телескоп ALMA (Atacama Large Millimetre/Submillimetre Array) для того чтобы провести самые подробные на сегодняшний день наблюдения звезды с начальной массой примерно как у Солнца. Эти новые снимки впервые демонстрируют подробности поверхности красного гиганта W Гидры, который находится на расстоянии 320 световых лет от нас в направлении созвездия Гидры.

W Гидры является типичным примером звезды асимптотической ветви гигантов. Такие звезды обычно являются холодными, старыми, имеют высокую яркость и теряют массу посредством звездных ветров. Звезды, подобные Солнцу, эволюционируют на протяжении многих миллиардов лет. Когда они достигают старшего возраста, они раздуваются и становятся более крупными, холодными и более склонными к потере массы в форме звездных ветров. Звезды производят важные химические элементы, такие как углерод и азот. Когда звезды достигают фазы красного гиганта, эти элементы извергаются в космос, чтобы войти затем в состав вещества звезд новых поколений.

Эти наблюдения дали ученым неожиданные результаты: присутствие неожиданно компактного и яркого пятна дает доказательства того, что под поверхностью звезды расположен слой с неожиданно высокой температурой – хромосфера.

«Наши наблюдения этого яркого пятна свидетельствуют, что в атмосфере звезды присутствуют мощные ударные волны, температура внутри которых достигает более высоких значений, по сравнению с предсказаниями, делаемыми в рамках текущих теоретических моделей для звезд асимптотической ветви гигантов», - говорит Тео Хури (Theo Khouri), астроном из Технического университета Чалмерса и один из авторов новой работы.

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Источник

Загадки Вселенной: почему антиматерия еще не уничтожила наш мир

Москва, 11 ноя — РИА Новости, Ольга Коленцова. Объекты Вселенной — галактики, звезды, квазары, планеты, сверхновые, животные и люди состоят из материи. Ее формируют различные элементарные частицы — кварки, лептоны, бозоны. Но оказалось, что существуют частицы, в которых одна доля характеристик полностью совпадает с параметрами "оригиналов", а другая имеет обратные значения. Данное свойство побудило ученых дать совокупности таких частиц общее название "антиматерия". 

Стало также ясно, что изучить эту загадочную субстанцию намного труднее, чем зарегистрировать. В природе античастицы в стабильном состоянии пока не встречались. Проблема в том, что вещество и антивещество при "соприкосновении" аннигилируют (взаимно уничтожают друг друга). В лабораториях антиматерию получить вполне возможно — правда, довольно сложно удержать. Пока ученым удавалось это сделать только в течение считаных минут. 

Согласно теории, Большой взрыв должен был породить одинаковое число частиц и античастиц. Но если вещество и антивещество аннигилируют друг с другом, значит, они должны были единовременно перестать существовать. Почему же Вселенная существует? 

"Более 60 лет назад теория гласила, что все свойства античастиц совпадают со свойствами обычных частиц в зеркально-отраженном пространстве. Однако в первой половине 60-х было обнаружено, что в некоторых процессах эта симметрия не выполняется. C тех пор было создано немало теоретических моделей, проведены десятки экспериментов для объяснения этого феномена. Сейчас наиболее развиты теории, которые различие в количестве материи и антиматерии связывают с так называемым нарушением CP-симметрии (от слов сharge — "заряд" и рarity — "четность"). Но достоверного ответа на вопрос, почему материи больше, чем антиматерии, пока никто не знает", — поясняет Алексей Жемчугов, доцент Кафедры фундаментальных и прикладных проблем физики микромира Московского физико-технического института в Объединенном институте ядерных исследований.

История антивещества началась с уравнения движения электрона, имевшего решения, в которых он обладал отрицательной энергией. Поскольку физический смысл отрицательной энергии ученые представить не могли, то "придумали" электрон с положительным зарядом, назвав его "позитрон". 

Он стал первой экспериментально обнаруженной античастицей. Установка, регистрирующая космические лучи, показала, что траектория движения некоторых частиц в магнитном поле похожа на траекторию электрона — только отклонялись они в противоположную сторону. Далее была открыта пара мезон-антимезон, зарегистрированы антипротон и антинейтрон, а затем ученые смогли синтезировать антиводород и ядро антигелия. 

 

© Иллюстрация РИА Новости . Алина Полянина

Траектории движения электрона и позитрона в магнитном поле

Что означают все эти "анти"? Обычно мы используем эту приставку, чтобы обозначить противоположное явление. Что касается антиматерии — к ней можно отнести аналоги элементарных частиц, имеющие противоположные заряд, магнитный момент и некоторые другие характеристики. Конечно, все свойства частицы не могут измениться на противоположные. Например, масса и время жизни всегда должны оставаться положительными, ориентируясь на них, можно отнести частицы к одной категории (например, протонам или нейтронам).

Если сравнить протон и антипротон, то некоторые характеристики у них одинаковы: масса у обоих 938.2719(98) мегаэлектронвольт, спин ½ (спином называют собственный момент импульса частицы, который характеризует ее вращение, притом что сама частица находится в покое). Но электрический заряд протона равен 1, а у антипротона — минус 1, барионное число (оно определяет количество сильно взаимодействующих частиц, состоящих из трех кварков) 1 и минус 1 соответственно.

 

© Иллюстрация РИА Новости . Алина Полянина

Протон и антипротон

Некоторые частицы, например бозон Хиггса и фотон, не имеют антианалогов и называются истинно нейтральными.

Большинство античастиц вместе с частицами появляются в процессе, называемом "рождение пар". Для формирования такой пары требуется высокая энергия, то есть огромная скорость. В природе античастицы возникают при столкновении космических лучей с атмосферой Земли, внутри массивных звезд, рядом с пульсарами и активными ядрами галактик. Ученые же используют для этого коллайдеры-ускорители.

 

© Фото : CERN

Ускорительная секция Большого адронного коллайдера, где разгоняются частицы

Изучение антиматерии имеет практическое применение. Дело в том, что аннигиляция вещества и антивещества порождает высокоэнергетические фотоны. Допустим, мы берем банку протонов и антипротонов и начинаем понемногу выпускать их навстречу друг другу по специальной трубке, буквально по одной штуке. При аннигиляции одного килограмма антиматерии выделяется столько же энергии, как и при сжигании 30 миллионов баррелей нефти. Ста сорока нанограммов антипротонов было бы вполне достаточно для полета на Марс. Загвоздка в том, что для получения и удержания антивещества требуется еще больше энергии.

 

Обследование пациента с использованием позитронно-эмиссионного томографа в медицинском центре ДВФУ во Владивостоке

Впрочем, антиматерия уже используется на практике, в медицине. Позитронно-эмиссионная томография применяется для диагностики в онкологии, кардиологии и неврологии. Метод основан на доставке распадающейся с испусканием позитрона материи в определенный орган. Например, в качестве транспорта может выступать вещество, хорошо связывающееся с раковыми клетками. В нужной области образуется повышенная концентрация радиоактивных изотопов и, следовательно, позитронов от их распада. Позитроны немедленно аннигилируют с электронами. А точку аннигиляции мы вполне можем зафиксировать путем регистрации гаммаквантов. Таким образом, с помощью позитронно-эмиссионной томографии можно обнаружить повышенную концентрацию вещества-транспорта в определенном месте.

Источник

Биологи выяснили, как долго микроорганизмы способны выжить на Марсе

Исследователи с факультета почвоведения Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова изучили стойкость микроорганизмов по отношению к гамма-излучению при низких температурах.

В своей работе ученые исследовали стойкость к радиации сообществ микроорганизмов, находящихся в осадочных породах вечной мерзлоты при низком давлении и низкой температуре. Эти осадочные породы могут рассматриваться как земной аналог реголита, грунта, подвергшегося космическому выветриванию. Исследователи выяснили, что потенциальная марсианская биосфера могла сохраниться в криоконсервированном состоянии, и что главным фактором, ограничивающим продолжительность жизни микроорганизмов, является радиация. Определив стойкость бактерий к радиации, можно оценить возможную продолжительность существования микроорганизмов в реголите на определенной глубине.

«Мы изучили совместное влияние ряда физических факторов (гамма-излучение, низкое давление, низкая температура) на сообщества микробов, живущие в древней арктической мерзлоте. Мы также изучили уникальный природный объект – древнюю мерзлоту, которая не плавилась уже в течение примерно двух миллионов лет. По сути, мы провели модельный эксперимент, воспроизводящий условия криоконсервации в марсианском реголите. Также важно, что в этой работе мы изучили влияние высоких доз (100 кГр) гамма-излучения на выживаемость прокариотов, в то время как в предыдущих работах при дозах свыше 80 кГр не было обнаружено выживших прокариотов», - пояснил Владимир Чепцов, аспирант кафедры биологии почв факультета почвоведения МГУ.

Результаты этого исследования свидетельствуют о том, что гипотетические экосистемы на Марсе могут сохраняться в анабиотическом состоянии в поверхностном слое реголита (защищенном от УФ лучей) в течение не менее чем 1,3-2 миллионов лет; на глубине 2 метра – в течение не менее чем 3,3 миллиона лет; на глубине 5 метров – в течение не менее чем 20 миллионов лет. Эти данные указывают на то, что прежние оценки радиационной устойчивости естественных колоний микроорганизмов были занижены, и повышают шансы того, что на поверхности Красной планеты может однажды быть обнаружена жизнь.
Источник

Физики из России открыли новую необычную черту у искусственных атомов

МОСКВА, 9 ноя – РИА Новости. Физики из МФТИ, Института физики твердых тел РАН и Великобритании обнаружили, что искусственные аналоги атомов можно использовать для "перемешивания" волн света между собой, что ускорит разработку квантовых компьютеров и сетей передачи данных, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

"В прошлом, другим физикам не удавалось открыть этот эффект потому, что его можно заметить только при наблюдениях за одиночными квантовыми объектами, а не группами атомов. Уже сейчас можно сказать, что данное свойство искусственных атомов можно использовать для создания новых видов квантовой микроэлектроники", — пишет Олег Астафьев из Московского физтеха в Долгопрудном и его коллеги.

Открытие квантовой физики и развитие квантовых технологий в последние десятилетия позволило ученым создать большое число различных объектов, состоящих из множества отдельных молекул, кристаллов и других структур, ведущих себя на квантовом уровне так же, как и "классический" атом.

К примеру, подобными свойствами обладает облако из атомов щелочных металлов, охлажденное до сверхнизких температур, а также различные наночастицы из полупроводников, которые сегодня используются в качестве основы для миниатюрных источников света и "плоских" лазеров. Похожими свойствами обладают структуры из сверхпроводников, представляющие собой кубиты – элементарные ячейки памяти и вычислительные модули квантовых компьютеров.

Эти кубиты, как недавно обнаружили ученые, могут поглощать отдельные частицы света, взаимодействовать с ними и повторно излучать их, подобно тому, как это делают настоящие атомы. Экспериментируя с подобной системой, созданной в Института физики твердых тел РАН в Черноголовке, Астафьев и его коллеги натолкнулись на необычное свойство искусственных атомов, которое они изначально не ожидали увидеть.

Изначально ученые просто изучали то, как кубиты взаимодействуют с фотонами, которые достигают их поверхности и поглощаются "искусственным атомом" в один и тот же момент времени. Почти сразу они зафиксировали крайне необычное последствие таких столкновений – искусственный атом впоследствии испускал не два, а три или четыре частицы света.

Две из них были оригинальными фотонами, а два других были порождены в ходе необычного квантового процесса, похожего по своей сути на интермодуляцию радиоволн, появление новых помех при усилении радиосигнала при "смешивании" разных сигналов, или его оптический аналог, четырехволновое смешение.

И та, и другая вещь раньше считались абсолютно бесполезным и даже вредным феноменом, от которого приходилось избавляться, однако недавно физики обнаружили, что их можно использовать для создания сверхмощных лазеров, голографических проекторов, компактных оптических резонаторов и других систем, необходимых для создания световых и квантовых компьютеров.

Их квантовый аналог, как отмечают физики, интересен тем, что новые частицы света несут в себе "отпечатки" того, как оригинальные фотоны были связаны между собой до столкновения с атомом. Это можно использовать для передачи информации о квантовых состояниях и создания новых компонентов квантовых компьютеров и других устройств, в работе которых применяются квантовые эффекты.

Источник

«Шокирующие» результаты столкновений между скоплениями галактик

Гигантские столкновения между несколькими скоплениями галактик, каждое из которых содержит сотни галактик, запечатлены на этой зрелищной панораме. Эти столкновения привели к формированию ударных волн, которые, в свою очередь, стали источниками ярких вспышек в радиодиапазоне, наблюдаемых на снимке в красном и оранжевом цветах. В центре снимка пурпурным цветом показаны рентгеновские лучи, появление которых связано с экстремальным нагревом.

Эта область носит название Абель 2744 и находится на расстоянии примерно 4 миллиарда световых лет от Земли. Наблюдения в радиодиапазоне, результаты которых отражены на этом снимке, были проведены при помощи радиотелескопа Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) Национального научного фонда США. Рентгеновские данные были собраны при помощи космической обсерватории НАСА Chandra («Чандра»). Оба этих слоя наложены на снимок в видимом диапазоне, сделанный при помощи телескопов Subaru («Субару») и VLA.

Астрономы изучают этот комбинированный снимок в попытке глубже понять последовательность столкновений между скоплениями галактик. В настоящее время, говорят они, имеющиеся данные указывают на столкновения подскоплений в направлении север-юг (сверху вниз на снимке) и восток-запад (слева направо на снимке). Также в этой области может происходить еще одно столкновение, и астрономы продолжают анализировать данные, чтобы выяснить больше подробностей о сложной истории столкновений, происходящих в этой области, и их последствий.

Работа опубликована в журнале Astrophysical Journal; главный автор Коннор Пирс (Connor Pearce) из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра, США.

Источник

В балдже Млечного Пути обнаружена массивная экзопланета

В результате наблюдений, проводимых с помощью космического телескопа НАСА «Спитцер» и метода гравитационного микролинзирования, астрономы обнаружили чрезвычайно массивную экзопланету, кружащую вокруг звезды в балдже Млечного Пути.

Микролинзирование — очень полезная техника для обнаружения иных миров во внутреннем галактическом диске и балдже, где трудно искать планеты с помощью других методов. Использование фоновых звезд в качестве «подсветки» облегчает открытие удаленных объектов. Если звезда движется перед другой звездой, свет от далекой звезды искривлен гравитационным притяжением ближайшей звезды, а более дальняя звезда увеличена. Микролинзирование не полагается на свет от искомых звезд; таким образом, с его помощью можно обнаруживать планеты, даже если эти звезды нельзя наблюдать непосредственно.

Российские ученые поняли, как создать темную материю из нейтрино

МОСКВА, 8 ноя — РИА Новости. Ученые из Института ядерных исследований РАН сформулировали новую физическую модель, которая позволяет создавать необходимое для исследований количество темной материи из нейтрино. Работа проходила в рамках проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда, а ее результаты были опубликованы в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) и представлены на конференции 6th International Conference on New Frontiers in Physics.

© Иллюстрация РИА Новости

Темная материя составляет 25% от общей материи Вселенной, не испускает электромагнитного излучения и напрямую не взаимодействует с ним. О природе темной материи доподлинно ничего не известно, кроме того, что она может кластеризоваться – собираться в сгущения. Для описания темной материи астрофизики расширяют Стандартную модель физики частиц – устоявшуюся в теоретической физике теорию, которая описывает электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия. Сегодня ученые пришли к выводу, что эта модель не полностью описывает действительность, потому что не учитывает осцилляции нейтрино – превращения разных типов нейтрино друг в друга.

© Иллюстрация РИА Новости . Алина Полянина

 Нейтрино – это фундаментальные частицы, не имеющие электрического заряда (нейтральные). Нейтрино участвуют только в слабом и гравитационном взаимодействиях, потому что интенсивность их взаимодействия с чем-либо очень низкая. Нейтрино бывают "левыми" и "правыми". "Правыми" называются стерильные нейтрино, они, в отличие от других, не содержатся в Стандартной модели и не взаимодействуют с частицами – переносчиками фундаментальных взаимодействий природы (калибровочными бозонами). При этом стерильные нейтрино смешиваются с активными нейтрино, которые являются "левыми" частицами и присутствуют в Стандартной модели. К активным нейтрино относятся все виды нейтрино, кроме стерильных.

 

© Roy Kaltschmidt, Lawrence Berkeley National Laboratory

Детектор нейтрино, вид изнутри

Ученые провели исследование спектральной линии рентгеновского диапазона, не так давно обнаруженной в излучении от целого ряда скоплений галактик. Эта линия соответствует фотонам с энергией 3,55 кэВ. Обычно это значило бы, что эти атомы излучают эти фотоны за счет перехода электрона с одного уровня на другой, однако, веществ с разницей перехода между уровнями 3,55 кэВ в природе не существует. Ученые предположили, что эта рентгеновская линия могла появиться из-за распада стерильного нейтрино на фотон и активное нейтрино. Так авторы определили, что масса стерильного нейтрино была равна примерно 7,1 кэВ. Для сравнения, масса протона составляет 938 272 кэВ.

 

© Фото : Институт ядерных исследований РАН

Установка "Троицк ню-масс"

Стерильные нейтрино могут быть обнаружены в таких наземных лабораториях, как "Троицк ню-масс" и KATRIN. Эти установки нацелены на поиск стерильных нейтрино с помощью радиоактивного распада трития ("тяжелого" изотопа водорода 3H). На установке "Троицк ню-масс", находящейся в городе Троицк Московской области, получены самые сильные ограничения на квадрат угла смешивания. Угол смешивания – это безразмерная величина, которая характеризует амплитуду перехода нейтрино из одного состояния в другое. Измеряемой же величиной служит квадрат этого угла, так как он определяет вероятность перехода в единичном акте взаимодействия.

"В настоящей работе предложена модель, в которой осцилляции, то есть рождение, стерильных нейтрино начинаются не на ранних этапах эволюции Вселенной, а гораздо позже. Это приводит к тому, что стерильных нейтрино производится меньше, а, значит, угол смешивания может быть больше. Достигается это за счет изменений в скрытом секторе. Скрытый сектор модели состоит из стерильных нейтрино и скалярного поля. Скалярное поле отвечает за качественное изменение (фазовый переход) структуры сектора. Рождение стерильных нейтрино возможно только после этого фазового перехода. Поэтому в нашей модели стерильных нейтрино рождается меньше, что позволяет тем самым произвести нужное количество темной материи из стерильного нейтрино с массой порядка килоэлектронвольт с большим квадратом угла смешивания вплоть до 10-3", — рассказал один из авторов статьи Антон Чудайкин, стажер-исследователь Института ядерных исследований РАН.

Как отмечают ученые, сама возможность производства нужного количества темной материи из нейтрино определенной массы представляет интерес с точки зрения космологии.

 

© National Astronomical Observatory of Japan and Hyper Suprime-Cam Project

Созвездие Рака с телескопа Subaru. Контурные линии указывают на распределение темной материи

Дело в том, что ранее холодная темная материя, полностью состоящая из тяжелых и малоподвижных частиц, никак не препятствующих образованию карликовых галактик, хорошо описывала весь набор экспериментальных данных. С совершенствованием эксперимента выяснилось, что на самом деле таких галактик меньше, чем предполагалось. Это значит, что темная материя, вероятнее всего, не вся холодная, в ней есть примеси теплой темной материи, которая состоит из более быстрых и легких частиц. Получается, что теория и результаты исследований разошлись, и ученым нужно было объяснить, почему так произошло. Они сделали вывод, что в темной материи содержится небольшая доля легких стерильных нейтрино, которая и объясняет дефицит карликовых галактик-спутников.

 

© Антон Чудайкин

Ограничения на пространство параметров "квадрат угла смешивания" – "масса стерильного нейтрино" в предложенной модели (цветом отображена доля стерильного нейтрино в общей плотности энергии темной материи) и из прямых поисков (зеленые линии).

Легкие стерильные нейтрино, однако, не могут составлять всю темную материю. Последние исследования в этой области говорят, что доля легкой компоненты в общей плотности темной материи сегодня не должна превышать 35%.

"Полученный в будущем положительный сигнал с любой из этих установок, возможно, будет аргументом в пользу предложенной модели, что приведет к качественно новому пониманию природы частиц темной материи во Вселенной", — заключил ученый.

Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Московского физико-технического института и Манчестерского университета (Великобритания).

Источник

Законы квантового мира: почему электрон находится во всех местах сразу

МОСКВА, 8 ноя — РИА Новости, Ольга Коленцова. Мы живем в мире, который регулируется законами классической механики. Вероятность того или иного события определяется факторами, которые могли бы на него повлиять. И знание этих факторов дает нам точное предсказание события. Но в квантовом мире не существует точных предсказаний — лишь гипотезы и вероятности. 

Классическая механика успешно описывает законы изменения положений тел в пространстве и причины, вызывающие эти изменения. Но отдельные частицы (электроны, кварки), а также атомы и молекулы не подчиняются законам классической механики. Они живут по законам квантового микромира.  

Электроны являются частью атомов, то есть входят в состав окружающей нас материи. Несмотря на возможность управления электронами и использования различных их свойств, на квантовом уровне эти частицы хранят немало загадок. В 1920-х годах ученые показали, что электрон — это не только частица, но и волна. 

Эта гипотеза была доказана при исследовании рассеяния электронов. Их пропускали через две щели, сквозь которые они могли попадать на фосфоресцирующий экран, оставляя на нем светящиеся точки. Оказалось, что отдельные электроны каким-то образом взаимодействуют сами с собой в том смысле, что с течением времени воссоздают интерференционную картину, которая ассоциируется с волнами.

 

© Иллюстрация РИА Новости . Алина Полянина

Интерференционная картина, полученная при распределении потока электронов через две щели

Итак, эксперимент доказал, что электроны подобны волнам. Но волнам чего? В 1920-х годах было высказано предположение, что эта волна представляет собой размазанный электрон. Но ведь электрон — не картофельное пюре, которое можно распределить по тарелке. Поэтому немецкий физик Макс Борн уточнил интерпретацию электронной волны, и мы пользуемся его определением по сей день. Утверждение Борна кажется немыслимым, но тем не менее подтверждается огромным количеством экспериментальных данных. 

 

© AP Photo / FRA/stf/Bruggemann

Физик-теоретик и математик Макс Борн

Согласно этому утверждению, электронная волна должна интерпретироваться с точки зрения вероятности. В тех областях, где амплитуда (или, точнее, квадрат амплитуды) волны больше, шанс обнаружить электрон выше, чем там, где амплитуда меньше. Эта вероятностная волна описывается волновой функцией. И пока мы не измерим тем или иным методом местонахождение электрона, то не можем с точностью сказать, где он. Мы можем только рассчитать вероятность его локализации в той или иной точке. Правда, есть небольшая проблема — невозможно определить местоположение электрона, не изменив его локализацию. 

 

© Иллюстрация РИА Новости . Алина Полянина

Вероятности положения электрона в том или ином месте

Но на этом странности квантового мира не заканчиваются. Физик Ричард Фейнман развил теорию, описывающую эксперимент с пропусканием электронов через две щели. Ученый предположил, что каждый электрон, который проходит через преграду и попадает на фосфоресцирующий экран, проходит через обе щели. Фейнман высказал утверждение, что на отрезке от источника до некоторой точки на фосфоресцирующем экране каждый отдельно взятый электрон на самом деле перемещается по всем возможным траекториям одновременно. 

 

© AP Photo

Ученый Ричард Фейнман

Электрон одновременно проходит и правую, и левую щель. Он отправляется в путешествие на Луну, там разворачивается, возвращается назад и проходит через левую (и правую) щель на пути к экрану. Согласно теории Фейнмана, электрон одновременно движется по всем возможным путям, соединяющим пункт отправления и пункт назначения. 

 

© Иллюстрация РИА Новости . Алина Полянина

Так художник представил себе поведение электрона, который может находиться на Земле и Луне одновременно

Фейнман доказал, что каждому из этих путей можно поставить в соответствие некоторое число. И среднее этих чисел даст значение вероятности, полученное с использованием волновой функции. 

Это кажется невозможным, но результаты расчетов с использованием фейнмановского подхода согласуются с результатами, полученными с применением метода волновых функций, которые, в свою очередь, соотносятся с экспериментальными данными. 

Фейнман доказал, что для движения больших тел все траектории, кроме одной, взаимно сокращаются при суммировании их вкладов. И остается именно та траектория, которая следует из ньютоновских законов движения. Интерференционная картина и фейнмановская формулировка квантовой механики не только не противоречат, но и поддерживают друг друга. 

"Не надо трактовать слова Фейнмана буквально. Рассмотрим электрон в конкретном атоме водорода. Вероятность найти его дальше, чем на один микрон от ядра (не то, что на Луне) составляет величину порядка 10. Столь малую величину (формально это не ноль) представить невозможно. В повседневной жизни мы пренебрегаем вероятностями 10. Поэтому мы говорим, что с подавляющей вероятностью электрон находится в области радиусом порядка нескольких ангстрем (10¹ метра), в центре которой находится ядро атома", — комментирует профессор кафедры общей физики МФТИ Александр Морозов. 

Так работает квантовая механика — ее можно объяснить с помощью математических методов, но уловить ее законы интуитивно наш разум не способен. Квантовый мир таит в себе немало сюрпризов, и, возможно, его изучение поможет нам постичь законы Вселенной. 

Источник

В Москве стартовал эксперимент, имитирующий полет к Луне

Трое мужчин и три женщины были помещены в модуль, имитирующий космический аппарат, в Москве в четверг для симуляции полета к Луне продолжительностью 17 суток в рамках подготовки к долгосрочным миссиям.

Этот эксперимент является частью программы SIRIUS (Scientific International Research In a Unique terrestrial Station), в рамках которой в течение пяти лет ученые будут увеличивать продолжительность проведения экспериментов по изоляции членов команды вплоть до 365 суток.

Российский Институт медико-биологических проблем РАН работает совместно с НАСА над этим проектом, воссоздающим условия, которые будут возникать во время полета к Луне и при возвращении обратно на Землю.

Олег Орлов, руководитель проекта, сказал, что проведение этих экспериментов будет идти параллельно с разработкой космического корабля, способного совершать полеты за пределы земной орбиты.

«К середине 2020-х гг. мы, вероятно, будем готовы к настоящему полету», - сказал он в интервью информационному агентству «Франс Пресс».

Среди целей, поставленных перед этим экспериментом, также будет выяснение оптимального гендерного состава экипажа долгосрочной космической экспедиции, добавил он.

«Впервые в российской и советской истории экипаж космонавтов включает более чем одну женщину», - сказал психолог проекта Вадим Гущин представителям информационного агентства «Франс Пресс».

Большинство членов экипажа являются учеными или космонавтами, тренировавшимися в России. В составе команды есть лишь один иностранец – немец.

Команда была закрыта в модуле объемом 250 кубических метров, пообещав перед этим сделать все возможное для выполнения стоящей перед ней миссии, в ходе которой также будут изучены психологические и физические эффекты изоляции.

Источник

Крем от загара помог ученым превратить воздух в топливо

МОСКВА, 7 ноя – РИА Новости. Корейские химики создали необычный наноматериал, который позволяет превращать углекислый газ в метан, используя лишь энергию света, и опубликовали "рецепт" по его производству в журнале Nature Communications.

"Наш катализатор крайне сложно сравнивать с другими типами подобных наночастиц, так как все такие эксперименты проводились в крайне разных условиях. Тем не менее, уже сейчас можно сказать, что он обладает рекордно высоким уровнем активности и эффективности, и в некоторых случаях превосходит конкурентов на два три порядка", — пишет Хюнджун Сун (Hyunjoon Song) из Института KAIST в Тэджоне (Корея).

В последние годы ученые активно пытаются найти способ превращения атмосферного СО2 в биотопливо и другие полезные вещества. К примеру, в июле прошлого года физики из Чикаго создали солнечную батарею, которая напрямую использует энергию света для расщепления СО2 и производства угарного газа и водорода, а в октябре их коллеги из Национальной лаборатории в Оак-Ридж создали катализатор, преобразующий углекислоту в этанол, "обычный" спирт.

Все эти катализаторы и системы "трансмутации" воздуха в спирт могут помочь не только решить проблему обеспечения человечества полностью "зеленым" топливом, но и найти более дешевые источники сырья для химической промышленности.

Как отмечают Сун и его коллеги, все подобные катализаторы, созданные в последние годы, обладают двумя большими недостатками, не позволяющими их применять на практике – их скорость работы часто бывает крайне низкой, а более быстрые катализаторы обычно являются нестабильными и их приходится очищать после нескольких часов использования. Вдобавок, все они обладают достаточно низким КПД.

Команда Суна создала катализатор, лишенные и той, и другой проблемы, экспериментируя с наночастицами из оксида цинка, аналоги которых можно встретить в большинстве существующих сегодня марок крема от загара. Комбинируя их с другими наноматериалами из окислов металлов, ученые наблюдали за тем, как меняются их химические и оптические свойства и пытались понять, можно ли их использовать для ускорения тех или иных реакций.

Эти опыты показали, что комбинированные наночастицы из окиси цинка и закиси меди, соединения одного атома кислорода и двух атомов меди, необычно активно поглощали молекулы СО2, расщепляли и превращали углекислоту в метан в том случае, если они находились на свету и под водой.

Как обнаружилось впоследствии, эти наночастицы не разрушались и не загрязнялись при длительном освещении мощной лампой, продолжая превращать СО2 в метан и крайне небольшое число молекул угарного газа и водорода до тех пор, пока запасы углекислоты не иссякали, и продолжали ускорять реакцию с той же скоростью после ввода новой порции "сырья".

По текущим оценкам ученых, примерно 88% молекул углекислоты превращается в метан, на что тратится примерно 1,5% энергии света. И тот и другой показатель, как отмечают химики, является рекордно высоким.

Пока ученые не знают, почему этот катализатор из относительно "простых" металлов работает быстрее и лучше, чем его более дорогие аналоги из платины и титана, однако они предполагают, что это связано с необычной комбинацией электрохимических свойств цинка, меди и аналогичных качеств воды, окружающей наночастицы внутри реактора.

Дальнейшее их изучение, как надеются корейские химики, позволит повысить КПД и сделать наночастицы еще более привлекательными для создания почти неисчерпаемых запасов топлива, в буквальном смысле извлеченных из воздуха.

Источник