Новости науки

Кроме того, весной «Кассини» обнаружил наличие молекулярного водорода и углекислого газа в водяных струях, извергаемых из недр Энцелада. Эти соединения критически важны для микроорганизмов и указывают на присутствие гидротермальных источников в океанских глубинах спутника.

Источник

Астрономы запечатлели первый объект, прибывший из-за пределов Солнечной системы

Ученые получили снимки первого «гостя» из межзвездного пространства – кометы или астероида, прибывшего к нам со стороны других звезд.

Этот быстродвижущийся объект, в настоящее время обозначаемый как A/2017 U1, был впервые замечен 18 октября при помощи телескопа Pan-STARRS 1, расположенного на Гавайях. Профессор Алан Фицсиммонс (Alan Fitzsimmons) из Школы математики и физики Университета Квинс в Белфасте, Северная Ирландия, вместе с международной группой коллег следят за этим небесным телом при помощи мощных телескопов, расположенных в разных уголках нашей планеты.

Комментируя свой проект, профессор Фицсиммонс сказал: «К среде нам стало ясно, что этот объект не относится к Солнечной системе. Осознав это, мы начали наблюдать его той же ночью при помощи телескопа им. Уильяма Гершеля, расположенного на Канарских островах, а ночью с четверга на пятницу – уже и при помощи Очень большого телескопа, расположенного в Чили».

Первичные данные указывают на то, что A/2017 U1 представляет собой небольшой каменистый или ледяной объект, который мог двигаться сквозь нашу Галактику в течение миллионов или даже миллиардов лет, прежде чем случайно попасть в Солнечную систему. Этот объект влетел в нашу планетную систему «сверху», приблизился к Солнцу в прошлом месяце, и теперь уже вновь направляется в сторону других звезд.

Астрономы считают, что этот объект был вытолкнут из другой звездной системы в период, когда происходило формирование планет. Хотя ученые подозревали о существовании таких объектов в течение уже довольно долгого времени, но до сегодняшнего дня они не имели возможности напрямую наблюдать один из таких объектов.

Источник

Ученые открыли белок, который проводит ток подобно металлу

МОСКВА, 27 окт – РИА Новости. Физики и биологи из США открыли крайне необычную белковую молекулу, которая может проводить ток примерно таким же образом, как и металлы, что позволяет использовать ее в качестве базы для "живой" электроники будущего, говорится в статье, опубликованной в журнале Nano Futures.

"Мы просто пытались проверить, могут ли наши секвенаторы "видеть" полноценные белковые молекулы. Когда мы прикрепили к электродам интегрин, один из белков человека, и подняли напряжение, мы обнаружили, что биополимер начал вести себя как некий новый металл, имеющий крайне высокую электропроводность",  — рассказывает Стюарт Линдси (Stuart Lindsay) из университета Аризоны в Темпе (США).

За последние два десятилетия ученые открыли сотни и тысячи различных органических веществ, способные заменить кремний в качестве основного компонента компьютерных чипов и других полупроводниковых устройств, и многие из них сегодня очень широко применяются при производстве жидкокристаллических экранов, носимой электроники и ряда датчиков, пригодных для имплантации в организм людей и животных.

Несмотря на все эти успехи, "органическая" революция в полупроводниковом мире так и не произошла по одной простой причине – ни один природный или синтетический полимер не проводит электрический ток достаточно хорошо для того, чтобы им можно было заменить металлические дорожки в микросхемах и других компонентах электроники.

Линдси и его коллеги случайно выяснили, что подобную роль может играть "хвост" белка интегрина, одного из рецепторов на поверхности человеческих клеток, экспериментируя с новыми системами секвенирования ДНК.

В последние годы, как рассказывает биолог, физики и инженеры разработали несколько принципиально новых методов расшифровки генетического кода, которые позволяют считывать его структуру "напрямую", пропуская одиночную нить ДНК через специальные поры или между электродами, реагирующими на различия в структуре "кирпичиков" генома.

Аналогичным образом, как предположили ученые, можно изучать и структуру белковых молекул, "разворачивая" их и продавливая их через подобные поры. Руководствуясь этой идеей, Линдси и его коллеги пропускали через эти электроды фрагменты и целые молекулы белков, наблюдая за изменениями в том, как через них двигался ток.

Когда ученые пропустили через эту конструкцию внешнюю часть белка интегрина, управляющую "склеиванием" клеток, их ожидал сюрприз – эта молекула, в отличие от всех остальных цепочек аминокислот, была не изолятором, а проводником тока.

Подобное открытие удивило ученых, и они проверили все альтернативные объяснения подобного поведения электродов, прежде чем они поверили в то, что интегрин действительно является проводником.

Более того, дальнейшее изучение его свойств при помощи туннельного микроскопа показало, что эти молекулы проводят ток примерно таким же образом, как и металлы. Внутри них присутствуют свободные электроны, способные перемещаться по молекуле и участвовать в процессе передачи энергии.

Схожими свойствами, как считают исследователи, могут обладать и другие белковые молекулы, и сейчас они пытаются понять, так ли это или нет, анализируя структуру интегрина и сравнивая его с другими биополимерами, которые можно найти в клетках людей и других живых существ.

Источник

Ученые проливают новый свет на природу темной материи

Скопления галактик являются самыми крупными известными структурами во Вселенной, содержащими тысячи галактик и горячий газ. Однако, что более важно, они содержат также таинственную темную материю, на которую приходится 27 процентов всей материи и энергии. Современные модели темной материи предсказывают, что в скоплениях галактик находятся очень плотные ядра, и что эти ядра содержат очень массивную галактику, которая никогда не смещается из центра скопления.

Однако после изучения десяти скоплений галактик Дэвид Харви (David Harvey) из Федеральной политехнической школы Лозанны, Швейцария, и его коллеги открыли, что плотность ядер скоплений галактик на самом деле значительно меньше, чем считалось, и что галактика, расположенная в центре скопления, в действительности движется.

Каждое скопление галактик содержит одну галактику, которая является наиболее яркой среди всех галактик скопления. Недавно предложенные модели экзотической, нестандартной темной материи показывают, что самые яркие галактики скопления совершают колебания спустя долгое время после релаксации скопления. Эти остаточные колебания вызываются столкновениями между скоплениями галактик.

Исследователи сравнили свои наблюдения с прогнозами, сделанными с использованием комплекса гидродинамических моделей BAHAMAS, и обнаружили несоответствие между этими данными. Согласно Стандартной модели темной материи (т.н. «холодной темной материи») эти остаточные колебания галактики не должны происходить, поскольку гигантская плотность темной материи «привязывает» самую яркую галактику скопления к его центру. Следовательно, это несоответствие указывает на существование новых, неизвестных физических процессов, считают Харви и его коллеги.

Исследование опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Источник

Российские ученые научились использовать переходы энергии между атомами

МОСКВА, 25 окт — РИА Новости. Международный исследовательский коллектив с участием Института нанотехнологий, спектроскопии и квантовой химии Сибирского федерального университета (ИНСпеК СФУ) предложил новый способ определять структуру вещества с помощью рентгеновского излучения. Метод основан на обмене энергией между двумя атомами. Этот способ может стать мощным инструментом для изучения структуры целого ряда сложных молекулярных систем. Результаты исследования, выполненного при поддержке Российского научного фонда, опубликованы в Journal of Chemical Physics Letters.

Новый метод основан на явлении переноса энергии между двумя атомами. Их ядра, состоящие из протонов и нейтронов, окружают электроны. Последние расположены на разных энергетических уровнях. "Расстояние" между уровнями равно энергии кванта света, выделяемого (при переходе с верхнего на нижний) или поглощаемого (при переходе с нижнего на верхний) при скачке электрона между уровнями.  

Если фотон, испущенный источником  рентгеновского излучения, сталкивается с электроном в атоме и передает ему достаточно энергии, электрон может вылететь из атома. Этот процесс называется прямой фотоионизацией. 

 

© Иллюстрация РИА Новости . Алина Полянина

Так художник представляет себе процесс прямой фотоионизации

Новый метод основан на том, что в нем должны участвовать два атома: донор и акцептор. Сначала рентгеновский фотон при "столкновении" передает энергию электрону, расположенному на самом низком уровне атома-донора. Электрон улетает из атома, освобождая свое место, которое занимает другой электрон атома-донора, спрыгивая с более высокого уровня и при этом испуская фотон. Последний поглощается атомом-акцептором, за счет чего вылетает его электрон, расположенный на нижнем уровне. 

 

© Иллюстрация РИА Новости . Алина Полянина

Так художник представляет себе процесс фотоионизации с передачей энергии между двумя атомами

"Атомы акцептора и донора расположены на определенном расстоянии друг от друга. Положительный заряд ионизованного атома донора изменяет энергию вылета электрона из атома-акцептора. Знание этой величины дает возможность установить тип атома-акцептора и расстояние между атомами. Эта информация позволяет определить всю структуру исследуемого вещества," — рассказывает Фарис Гельмуханов, доктор физико-математических наук, главный автор работы.

В оптическом диапазоне при увеличении расстояния между донором и акцептором скорость переноса энергии, как правило, быстро спадает на очень малых (порядка нескольких нанометров) расстояниях. Таким образом, атомы, расположенные далеко друг от друга, не способны обмениваться энергией. Подобный перенос энергии называется резонансным и является ключевым для обмена энергией в ряде важных систем, например при фотосинтезе. 

А в жестком рентгеновском диапазоне, с которым работали ученые при создании нового метода, перенос энергии, как оказалось, возможен на значительно большие расстояния. То есть обмен энергией может происходить не только с ближайшими атомами, но между дальними соседями.  

"Нами была разработана новая теоретическая модель переноса энергии, которая описывает химические сдвиги переходов, наблюдаемых в рентгеновском излучении, в зависимости от положения донорных и акцепторных атомов. В рамках этой модели перенос энергии происходит за счет обмена фотонами, который позволяет напрямую из эксперимента определять структуру разнообразных веществ, в том числе биомолекул, содержащих тяжелые атомы-доноры, такие как железо или сера. При этом результаты наших теоретических исследований можно эффективно развить, задействовав лазер на свободных электронах (XFEL)," — поясняет директор ИНСпеК СФУ Сергей Полютов.

Сигнал, вызванный переносом энергии между уровнями в атоме, очень слаб. Однако он может быть значительно усилен в режиме интенсивных и коротких рентгеновских импульсов на базе XFEL. Эта технология дает уникальную возможность не просто описать "застывшую" структуру вещества (это делают при помощи кристаллизации "живой" биологической структуры), но и отследить динамику движения атомов в реальном времени.

Источник

Пятна на звезде-сверхгиганте вызывают появление спиральных структур в звездном ветре

Международная команда астрономов недавно открыла, что пятна на поверхности звезды-сверхгиганта вызывают появление гигантских спиральных структур в звездном ветре, испускаемом этой звездой.

Дзета Кормы представляет собой проэволюционировавшую массивную звезду, известную как «сверхгигант». Ее масса примерно в 60 раз превышает массу нашего Солнца, а температура на ее поверхности примерно в семь раз выше, чем температура поверхности нашей звезды. Массивные звезды довольно редки во Вселенной и обычно входят в состав двойных или множественных звездных систем. Дзета Кормы, однако, не следует этому общему правилу, представляя собой одиночную массивную звезду, движущуюся сквозь пространство в гордом одиночестве со скоростью порядка 60 километров в секунду. Одна из теорий происхождения этой звезды состоит в том, что звезда была выброшена из двойной или множественной звездной системы, получив при этом значительное ускорение.

Используя сеть «наноспутников» "BRIght Target Explorer" (BRITE) в новом исследовании группа астрономов во главе с Тахиной Рамиараманацоа (Tahina Ramiaramanantsoa) из Монреальского университета, Канада, отслеживала яркость звезды Дзеты Кормы на протяжении 6 месяцев и параллельно наблюдала активность звездного ветра этой звезды при помощи нескольких наземных обсерваторий. Эти наблюдения выявили периодический сигнал с периодом 1,78 суток, отражающий перемещение гигантских «ярких пятен» по поверхности звезды при ее вращении. Наблюдая в эмиссионнном спектре звезды линии ионизированного гелия, входящего в состав звездного ветра Дзеты Кормы, ученые обнаружили наличие структур в форме буквы S в звездном ветре.

Эти результаты являются важным вкладом в теорию происхождения и эволюции массивных звезд, отмечают авторы.

Работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Источник

Астрономы изучают структуру экстремально массивного скопления галактик

Новые наблюдения, проведенные международной командой астрономов, дают важную информацию об экстремально массивном скоплении галактик под названием PLCK G287.0+32.9. Эти результаты помогают глубже понять структуру этого скопления и распределение массы в нем.

Скопление галактик PLCK G287.0+32.9 было впервые обнаружено при помощи спутника Planck («Планк») Европейского космического агентства в 2011 г. Первые наблюдения показали, что оно представляет собой экстремально массивное скопление галактик, лежащее на красном смещении 0,39 и имеющее массу примерно в 1,57 квадриллиона (1570 триллионов) солнечных масс. Последующие наблюдения обнаружили у скопления галактик PLCK G287.0+32.9 пару гигантских радиореликтов.

Радиореликты представляют собой рассеянные, вытянутые источники радиосигналов синхротронного происхождения. Они наблюдаются в форме зрелищных одиночных или двойных симметричных дуг на периферии скоплений галактик. Считается, что эти источники формируются в результате ускорения и повторного ускорения вещества в ударных волнах, возникающих при столкновениях. Поэтому в случае скопления галактик PLCK G287.0+32.9 радиореликты позволяют подтвердить, что это скопление находится в процессе формирования из нескольких более мелких объединяющихся скоплений галактик.

Однако асимметрия радиореликтов скопления PLCK G287.0+32.9 указывает на сложную конфигурацию слияния. Для выяснения деталей этой конфигурации в новом исследовании астрономы во главе с Кайлом Финнером (Kyle Finner) из Университета Йонсей, Республика Корея, провели анализ распределения темной материи в скоплении галактик PLCK G287.0+32.9 при помощи метода слабого линзирования (weak-lensing analysis), используя для наблюдений 8,2-метровый телескоп «Субару», расположенный на Гавайях, и космический телескоп Hubble («Хаббл») НАСА.

В результате наблюдений Финнер и коллеги получили данные, позволившие скорректировать в сторону увеличения оценку массы этого скопления, которая по этим данным составила 2,04 квадриллиона солнечных масс. Структура скопления галактик PLCK G287.0+32.9 включает основное скопление галактик и соединяющиеся с ним три субструктуры, на которые приходится примерно 10 процентов массы. Пятая наблюдаемая в скоплении PLCK G287.0+32.9 субструктура является намного менее массивной, по сравнению с остальными, и не может быть рассмотрена как полноценное скопление галактик, указывают авторы.

Исследователи надеются, что в будущем космический телескоп Hubble позволит получить новые, еще более подробные сведения о структуре скопления галактик PLCK G287.0+32.9.

Исследование появилось на сервере предварительных научных публикаций arxiv.org.

Источник

Российские ученые научились использовать переходы энергии между атомами

МОСКВА, 25 окт — РИА Новости. Международный исследовательский коллектив с участием Института нанотехнологий, спектроскопии и квантовой химии Сибирского федерального университета (ИНСпеК СФУ) предложил новый способ определять структуру вещества с помощью рентгеновского излучения. Метод основан на обмене энергией между двумя атомами. Этот способ может стать мощным инструментом для изучения структуры целого ряда сложных молекулярных систем. Результаты исследования, получившего грант Российского научного фонда, опубликованы в Journal of Chemical Physics Letters.

Новый метод основан на явлении переноса энергии между двумя атомами. Их ядра, состоящие из протонов и нейтронов, окружают электроны. Последние расположены на разных энергетических уровнях. "Расстояние" между уровнями равно энергии кванта света, выделяемого (при переходе с верхнего на нижний) или поглощаемого (при переходе с нижнего на верхний) при скачке электрона между уровнями.  

Если фотон, испущенный источником  рентгеновского излучения, сталкивается с электроном в атоме и передает ему достаточно энергии, электрон может вылететь из атома. Этот процесс называется прямой фотоионизацией. 

 

© Иллюстрация РИА Новости . Алина Полянина

Так художник представляет себе процесс прямой фотоионизации

Новый метод основан на том, что в нем должны участвовать два атома: донор и акцептор. Сначала рентгеновский фотон при "столкновении" передает энергию электрону, расположенному на самом низком уровне атома-донора. Электрон улетает из атома, освобождая свое место, которое занимает другой электрон атома-донора, спрыгивая с более высокого уровня и при этом испуская фотон. Последний поглощается атомом-акцептором, за счет чего вылетает его электрон, расположенный на нижнем уровне. 

 

© Иллюстрация РИА Новости . Алина Полянина

Так художник представляет себе процесс фотоионизации с передачей энергии между двумя атомами

"Атомы акцептора и донора расположены на определенном расстоянии друг от друга. Положительный заряд ионизованного атома донора изменяет энергию вылета электрона из атома-акцептора. Знание этой величины дает возможность установить тип атома-акцептора и расстояние между атомами. Эта информация позволяет определить всю структуру исследуемого вещества," — рассказывает Фарис Гельмуханов, доктор физико-математических наук, главный автор работы.

В оптическом диапазоне при увеличении расстояния между донором и акцептором скорость переноса энергии, как правило, быстро спадает на очень малых (порядка нескольких нанометров) расстояниях. Таким образом, атомы, расположенные далеко друг от друга, не способны обмениваться энергией. Подобный перенос энергии называется резонансным и является ключевым для обмена энергией в ряде важных систем, например при фотосинтезе. 

А в жестком рентгеновском диапазоне, с которым работали ученые при создании нового метода, перенос энергии, как оказалось, возможен на значительно большие расстояния. То есть обмен энергией может происходить не только с ближайшими атомами, но между дальними соседями.  

"Нами была разработана новая теоретическая модель переноса энергии, которая описывает химические сдвиги переходов, наблюдаемых в рентгеновском излучении, в зависимости от положения донорных и акцепторных атомов. В рамках этой модели перенос энергии происходит за счет обмена фотонами, который позволяет напрямую из эксперимента определять структуру разнообразных веществ, в том числе биомолекул, содержащих тяжелые атомы-доноры, такие как железо или сера. При этом результаты наших теоретических исследований можно эффективно развить, задействовав лазер на свободных электронах (XFEL)," — поясняет директор ИНСпеК СФУ Сергей Полютов.

Сигнал, вызванный переносом энергии между уровнями в атоме, очень слаб. Однако он может быть значительно усилен в режиме интенсивных и коротких рентгеновских импульсов на базе XFEL. Эта технология дает уникальную возможность не просто описать "застывшую" структуру вещества (это делают при помощи кристаллизации "живой" биологической структуры), но и отследить динамику движения атомов в реальном времени.

Источник

Физики из России создали нанодетектор газов, пригодный для работы на МКС

МОСКВА, 24 окт – РИА Новости. Физики из МФТИ и институтов РАН создали новые датчики газа на базе наночастиц оксида цинка и индия, работающие при комнатной температуре и абсолютно безопасные для работы в космосе и в потенциально взрывоопасных средах, говорится в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.

"Наши детекторы отличаются от стандартных полупроводниковых сенсоров тем, что работают при комнатной температуре, в результате чего сводится на нет опасность возгорания или взрыва в процессе работы, если определяемое вещество горючее или взрывоопасное", — рассказывает Леонид Трахтенберг, профессор кафедры химической физики МФТИ.

За последние годы физики и химики создали десятки различных полупроводниковых устройств и датчиков из различных наноматериалов, способных улавливать и "подсчитывать" молекулы различных газов в воздухе или в других газовых средах. Подобные системы сегодня отвечают за обеспечение безопасности АЭС, различных химических предприятий и других заводов, утечки газов на которых могут привести не только к смерти персонала, но и к масштабным экологическим бедствиям.

Многие все подобные устройства обладают одним общим и очень большим недостатком – для анализа состава газа они должны разогреть его до температуры в 300-500 градусов Цельсия, что может привести к взрыву, если в анализируемой смеси содержится водород, углеводороды и другие горючие вещества.

Трахтенберг и его коллеги ликвидировали этот недостаток нанодетекторов газа, открыв материал, который позволяет осуществлять подобный анализ при комнатной температуре, используя энергию света.

Созданный ими детектор представляет собой порошок из наночастиц, содержащих в себе два вещества – оксид цинка и оксид индия. И тот, и другой оксид, как обратили внимание ученые, особенно чутко реагируют на молекулы различных восстановителей, в том числе водорода и углеводородов, сближающихся с ними, что отражается в том, как они взаимодействуют со светом.

Как обнаружили ученые, пленки из этих веществ начинают пропускать через себя больше тока, если рядом с ними находятся молекулы водорода и других газов и их освещают лучами зеленого света. То, как сильно меняется их проводимость, зависит от количества и типа газов в воздухе, что позволяет использовать нанокристаллы из оксидов индия и цинка в качестве сверхчувствительных датчиков водорода, работающих даже при комнатной температуре.

Помимо водорода, подобные датчики, как обнаружили ученые в ходе дальнейших экспериментов, могут использоваться и для наблюдений за другими газами, в том числе и окислителями. Их безопасный и компактный характер, как надеются ученые, поможет найти им применение не только на Земле, но и в космосе, а также при анализе химического состава жидкостей.

Источник

Искусственный интеллект обнаруживает 56 новых гравитационных линз-кандидатов

Международная группа астрономов разработала метод, позволяющий обнаружить гравитационные линзы в гигантских наборах наблюдательных данных. Этот метод базируется на том же самом алгоритме искусственного интеллекта, который Google, Facebook и Tesla используют в последние годы.

Когда одна галактика лежит позади другой галактики, мы иногда можем наблюдать скрытую от наблюдений галактику в виде реплик, окружающих галактику, расположенную на переднем плане. Это явление носит название гравитационного линзирования, поскольку оно проистекает из Общей теории относительности Эйнштейна, которая говорит, что масса способна искажать траекторию движущегося света. Астрономы производят поиски гравитационных линз, поскольку эти объекты помогают глубже понять природу темной материи.

«Охота» за гравитационными линзами подчас требует большого терпения. Астрономы должны пересмотреть тысячи снимков. Помощь в этом деле оказывают астрономы-любители всего мира. Однако в последнее время новые телескопы, наблюдающие обширные участки неба, стали получать все больше снимков, и пересмотреть все эти изображения вручную, даже пользуясь помощью добровольцев, стало довольно сложно.

Для решения этой проблемы в новом исследовании ученые во главе с Карло Энрико Петрилло (Carlo Enrico Petrillo) из Гронингенского университета, Нидерланды, воспользовались алгоритмом машинного интеллекта, называемым «сверточными нейронными сетями» (convolutional neural network). При помощи этого алгоритма в большом наборе наблюдательных данных, полученных при помощи обзора неба Kilo-Degree Survey, была обнаружена 761 гравитационная линза-кандидат. После дополнительного визуального контроля этого набора гравитационных линз-кандидатов астрономы смогли сократить его до 56 объектов. Эти 56 новых линз все еще ждут подтверждения при помощи космической обсерватории НАСА Hubble («Хаббл»).

Алгоритм сверточных нейронных сетей использовался ранее компаниями Google иFacebook для распознавания изображений на фотографиях, а компанией Tesla – при создании беспилотных автомобилей.

В будущем Петрилло и его коллеги планируют усовершенствовать свой алгоритм, чтобы в конечном счете полностью исключить необходимость этапа визуального отбора, требующего участия человека.

Работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Источник

В атмосфере спутника Сатурна Титана обнаружено облако ядовитого льда

Члены научной команды старунианской миссии НАСА Cassini («Кассини») обнаружили признаки присутствия токсичного облака, состоящего из ледяных частиц и расположенного высоко над южным полюсом крупнейшего спутника Сатурна Титана.

Эти находки являются новой демонстрацией того, насколько сложна на самом деле химия атмосферы Титана – в этом случае речь идет о формировании облаков в стратосфере гигантского спутника Сатурна.

Невидимое человеческому глазу, это облако было обнаружено в ИК диапазоне при помощи инструмента Composite Infrared Spectrometer (CIRS) космического аппарата Cassini. Расположенное на высоте примерно 160-210 километров, это облако находится довольно высоко по отношению к облакам Титана, из которых проливаются метановые дожди, находящимся в тропосфере. Это вновь обнаруженное облако охватывает большую площадь близ южного полюса Титана, начиная от 75 до 85 градусов южной широты.

Лабораторные эксперименты показали, что источником спектрального сигнала, полученного при помощи инструмента CIRS, могла быть тесная смесь органических молекул циановодорода (HCN) и бензола (C6H6). Эти два химических соединения кристаллизовались одновременно, образовав хорошо перемешанный лед, который следует отличать ото льда, состоящего из основы, формируемой одним химическим соединением, и покрытия, наносимого кристаллами другого химического соединения – который формируется при неодновременной кристаллизации двух веществ, указывают авторы.

Составлено по материалам, предоставленным Центром космических полетов Годдарда НАСА.

Источник

Физики из Бразилии открыли световой аналог сверхпроводников

МОСКВА, 23 окт – РИА Новости. Бразильские физики случайно обнаружили, что фотоны могут объединяться в своеобразные "куперовские пары", подобно электронам в сверхпроводниках, в тех случаях, когда луч света проходит через прозрачные жидкости, говорится в статье, принятой к публикации в журнале Physical Review Letters.

"Подобные пары не только возможны – они, фактически, присутствуют везде. Нас давно интересует то, как далеко простирается феномен сверхпроводимости, и применимы ли те принципы и теории, которые описывают подобное поведение электронов, и к другим типам элементарных частиц. Куперовские пары имеют целый ряд интересных свойств, но пока не понятно, применимы ли они и для их "световых" аналогов", — заявил Андре Сарайва (Andre Saraiva) из Федерального университета Рио-де-Жанейро (Бразилия), чьи слова приводит журнал Nature.

В соответствии с общепринятой на сегодня теорией сверхпроводимости, многие металлы и сплавы начинают проводить электрический ток без какого-либо сопротивления при достаточно низких температурах из-за того, что электроны в них начинают объединяться  в так называемые куперовские пары.

Подобные пары частиц ведут себя не как отдельные электроны, а как волны, и представляют собой единое целое с точки зрения законов квантовой физики, что позволяет им проводить электричество с нулевыми потерями. Сегодня ученые активно изучают свойства куперовских пар в надежде понять, как можно создать их при комнатных температурах и сделать сверхпроводимость доступной для всего человечества.

Сарайва и его коллеги выяснили, что и частицы света – фотоны – могут объединяться в подобные пары, наблюдая за тем, как частицы света взаимодействуют с различными формами материи и как эти взаимодействия приводят к рождению рассеянного света.

Когда фотон сталкивается с атомом или электроном в твердой или жидкой среде, часть его энергии передается частице материи, что заставляет ее вибрировать, а свет – "тускнеть" и сдвигаться в красную сторону спектра. Эта потерянная энергия, как заметил Сарайва, может быть поглощена другой частицей света, если она сталкивается с возбужденным атомом через мгновения после первого столкновения.

В результате этого фотоны будут связаны между собой, и, как показали теоретические расчеты ученых, начнут двигаться парами, подобно электронам в сверхпроводниках. Их рождением и поведением будут управлять законы квантовой механики, а не классической оптики и ньютоновской физики.

Руководствуясь этой идеей, ученые проверили, существуют ли подобные пары фотонов в реальном мире, наблюдая за тем, как лазерный луч проходит через восемь различных прозрачных материалов, в том числе обычную дистиллированную воду, бутан и ряд других углеводородов.

В этих наблюдениях ученые опирались на простую закономерность, связанную с существованием подобных "куперовских пар" фотонов. Они должны были достигать фотодетектора одновременно, и при этом иметь небольшие различия в спектре – одна из частиц должна была иметь чуть большую энергию, чем вторая. Подобные пары частиц могут возникать и случайным образом, однако их количество в таком случае будет в сотни раз меньше.

Как оказалось,  подозрения бразильских физиков оправдались – им удалось зафиксировать рождение нескольких десятков таких "куперовских пар" фотонов, что подтвердило, что частицы света, являющиеся бозонами, переносчиками фундаментальных взаимодействий, могут в определенном смысле вести себя как электроны, относящиеся к числу фермионов, совершенно иному классу элементарных частиц.

Пока непонятно, какие материалы лучше всего подходят для создания "сверхпроводящих" световых потоков, и какими свойствами обладают подобные пары фотонов. Как предполагает Сарайва, подобные частицы могут меньше рассеиваться при движении через пространство, чем обычный поток света, что сделает их интересными для создания систем связи и микроскопии, однако их отличительные черты еще только предстоит изучить.

Источник

Ученые готовятся опробовать систему лазерной космической связи

Космический аппарат, предназначенный для исследования уникального астероида, также поможет испытать новое оборудование для космической связи, которое использует лазеры вместо радиоволн.

Пакет Deep Space Optical Communications (DSOC), установленный на борту космического аппарата НАСА Psyche («Психея»), позволяет передавать информацию при помощи фотонов – фундаментальных частиц видимого света – для передачи большего количества данных за данный промежуток времени. Целью разработки системы DSOC является увеличение производительности систем связи космического аппарата и их эффективности в 10-100 раз, по сравнению с традиционными системами космической связи, при неизменных массе, занимаемом объеме и мощности оборудования.

Работы над созданием этого пакета оборудования и программного обеспечения для осуществления лазерной связи проводились в Лаборатории реактивного движения НАСА, находящейся в г. Пасадена, штат Калифорния, США.

Архитектура системы DSOC базируется на передаче с поверхности Земли вспомогательного лазерного «сигнала-маячка», который позволяет стабилизировать геометрическую линию передачи данных и осуществлять последующую нисходящую передачу при помощи лазерного луча, испускаемого с борта космического аппарата.

Лазерный «маячок» для системы DSOC будет передаваться из одного из помещений Лаборатории реактивного движения, с территории Калифорнии.

Первый запуск системы DSOC ожидается примерно через 60 суток после старта миссии Psyche, намеченного на лето 2022 г. Целью мисси Psyche является изучение астероида (16) Психея, металлического астероида, находящегося на расстоянии примерно 2 астрономических единицы от Земли (1 а.е. равна расстоянию от Земли до Солнца). Прибытие зонда к астероиду Главного астероидного пояса ожидается в 2026 г.

Источник

Ученые наблюдают формирование планет в узких кольцах кометного материала

В узких, плотных кольцах, состоящих из комет, происходит формирование планет на окраинах по крайней мере трех далеких планетных систем, обнаружили астрономы, анализируя данные, полученные при помощи двух телескопов НАСА.

Оценка массы этих колец по количеству отраженного ими света показала, что каждая из формирующихся планет имеет размер порядка нескольких размеров Земли, согласно Кери Лисс (Carey Lisse), планетологу из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса, США.

В этом исследовании Лисс и его соавторы изучили наблюдательные данные по трем молодым звездным системам с осколочными дисками, в которых имеются яркие внешние кольца, состоящие из кометоподобных тел, находящихся на расстоянии от 75 до 200 астрономических единиц (1 а.е. эквивалентна расстоянию от Земли до Солнца). Состав материала в этих кольцах варьирует от богатого льдом (в системах Фомальгаут и HD 32297) до обедненного льдом, но богатого углеродом (остатками «выгоревших» комет, система HR 4796A).

В дисках молодых звезд кометные пояса редко похожи на плотные кольца из-за хаотичных столкновений между кометами и зарождающимися планетезималями. Поэтому, проанализировав возможные причины появления в изученных трех планетных системах настолько плотных и узких колец материала, Лисс и его коллеги пришли к выводу, что этот материал удерживают в границах колец своей гравитацией гипотетические «протопланеты-пастухи», подобные спутникам-пастухам Сатурна, благодаря которым обращающийся вокруг гигантской планеты ледяной материал формирует правильные кольца.

Результаты были доложены на собрании Отделения наук о планетах Американского астрономического общества, проводимого на днях в г. Прово, штат Юта, США.

Источник

У Марса имеется изогнутый магнитный «хвост», открыли ученые миссии MAVEN

У Марса имеется невидимый магнитный «хвост», искривленный в результате взаимодействия с солнечным ветром, согласно новому исследованию, в котором используются данные, полученные при помощи космического аппарата НАСА MAVEN.

Космический аппарат НАСА Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission (MAVEN) находится на орбите вокруг Марса, где он производит сбор данных о потере Красной планетой большей части ее атмосферы и воды в космос. В результате этого процесса Марс превратился из планеты, на поверхности которой миллиарды лет назад могла существовать жизни, в холодную и безжизненную пустыню, которой он является в настоящее время. Процесс, формирующий магнитный «хвост» Марса, также способствовал потере атмосферы и воды с поверхности Красной планеты в космическое пространство, указывают исследователи.

Согласно этой работе магнитный хвост Марса является уникальным для планет Солнечной системы и представляет собой нечто среднее между магнитным хвостом Венеры, не имеющей глобального магнитного поля, и магнитным хвостом нашей планеты, имеющей относительно сильное глобальное магнитное поле. Команда обнаружила, что процесс, называемый перезамыканием магнитных линий, мог играть большую роль в формировании магнитного хвоста Марса, придавая ему его уникальную изогнутую форму. Перезамыкание магнитных линий происходит при встрече силовых линий собственного магнитного поля планеты и линий магнитного поля, которое несет с собой солнечный ветер – представляющий собой потоки заряженных солнечных частиц. Согласно моделям, построенным командой, перезамыкание магнитных линий отклоняет магнитный хвост Марса на 45 градусов от ожидаемого направления, прогнозируемого без учета этого эффекта. Результаты этого моделирования близко соответствуют результатам измерений, выполненных при помощи магнетометра орбитального аппарата MAVEN, сообщают исследователи.

Работа была представлена Джиной ди Браччио (Gina DiBraccio) на 49-м ежегодном собрании Отделения наук о планетах Американского астрономического общества, проходившем недавно в г. Прово, штат Юта, США.

Источник

Новое исследование поможет эффективнее искать потенциально обитаемые планеты

Новое исследование, проведенное учеными НАСА, помогает углубить наше понимание планет-кандидатов, расположенных за пределами Солнечной системы.

«Используя модель, которая более реалистично моделирует атмосферные условия, мы открыли новый процесс, который влияет на потенциальную обитаемость экзопланет и поможет нам теперь более эффективно идентифицировать планеты-кандидаты для дальнейшего изучения», - сказал главный автор новой работы Юка Фуджи (Yuka Fujii) из Института космических исследований Центра космических полетов Годдарда, США.

В предыдущих моделях атмосферные условия воссоздавались лишь в одном измерении – по вертикали. Так же, как и в ряде других недавних моделей в этой новой модели атмосферные условия рассчитываются в трех измерениях, что позволило моделировать циркуляцию потоков в атмосфере и ее особенности, недоступные для одномерных моделей.

Одним из важнейших факторов потенциальной обитаемости планеты является наличие на ее поверхности воды в жидком состоянии в течение достаточно продолжительного времени (миллиардов лет). Если планета находится слишком далеко от звезды, на планете будет слишком холодно, и вода превратится в лед. Если планета находится слишком близко к звезде, то вся вода испарится с ее поверхности и будет потеряна в космос. Это происходит по следующему механизму: сначала водяные пары поднимаются высоко в стратосферу планеты, где затем под действием УФ излучения молекулы воды диссоциируют с образованием водорода и кислорода. Экстремально легкие атомы водорода быстро теряются в космос. Планеты, лишающиеся своих океанов по этому механизму, имеют теплые (средняя температура порядка 66 градусов Цельсия) атмосферы, богатые влагой.

В своем исследовании Фуджи и его коллеги показывают, что во влажных атмосферах планет, расположенных близко к родительской звезде и находящихся в приливном захвате по отношению к своему светилу, на дневной стороне формируется толстый слой облаков, блокирующий большую часть солнечного излучения и в то же время поглощающий ИК-излучение, дающее «мягкое тепло». Поэтому согласно новому исследованию даже планета, расположенная очень близко к родительской звезде, может иметь на поверхности температуры как в тропиках Земли, следовательно может быть обитаемой, заключают авторы.

Исследование появилось в журнале Astrophysical Journal.

Источник

Астрономы впервые наблюдают столкновение двух нейтронных звезд

Источник

На Луне обнаружено возможное укрытие для астронавтов

В новом исследовании подтверждается существование обширной открытой лавовой трубки в области Marius Hills на поверхности Луны, которая может быть использована для защиты астронавтов от опасного влияния космических излучений.

Никто ни разу не находился на поверхности Луны дольше трех суток, в основном по той причине, что скафандры не способны обеспечить требуемый уровень защиты от жестких условий, поддерживающихся на поверхности естественного спутника Земли: экстремальных изменений температуры, радиации и падений метеоритов. В отличие от Земли Луна не обладает атмосферой или магнитным полем, способными защищать людей, находящихся на ее поверхности, от космических угроз.

Наиболее безопасным местом на поверхности Луны считаются лавовые трубки. Они представляют собой каналы, формируемые при затвердевании корки на поверхности потока движущейся лавы. После застывания лавы корка формирует толстую крышу туннеля.

В новой работе японские ученые под руководством Т. Каку (T. Kaku) объединили данные радарных наблюдений поверхности Луны при помощи космического аппарата SELENE с данными по гравитационному полю Луны, полученными при помощи миссии НАСА GRAIL, для обнаружения прежде не описанных лавовых трубок. Радарные данные позволяют обнаружить вход открытых лавовых трубок по двум различным эхо, сопровождающим сигнал, отраженный от поверхности Луны, в результате отражения соответственно от свода и дна лавовой трубки. Данные по гравитационному полю Луны позволяют обнаружить крупные лавовые трубки, присутствие которых уменьшает локальное гравитационное поле Луны из-за уменьшения массы материала, находящегося под поверхностью.

Эта лавовая трубка, расположенная в области Marius Hills, оказалась настолько крупной, что способна вместить в себя крупный город, рассказали авторы.

Исследование опубликовано в журнале Geophysical Research Letters.

Источник