Новости науки

© NASA

© NASA

Источник

«Хаббл» запечатлел звезду, которая затмила целую галактику на своем «пути»

Автоматическая обсерватория на орбите вокруг Земли поделилась новыми фотографиями сверхъяркой, почти невидимой для нас галактики NGC 7250 созвездии Ящерицы. Космический телескоп «Хаббл» запечатлел как ее свет буквально затмевает очень мощный поток излучения звезды TYC 3203-450-1. Ученые объясняют проявление такого феномена тем, что эта звезда расположилась аккурат на «дороге» между Землей и галактикой NGC 7250, которая находится на удалении 45 миллионов световых лет. Сама же «новоиспеченная» звезда кажется наиболее ярче самой активной галактики нашей Вселенной благодаря своему расположению внутри Млечного Пути, удаленного от Земли на несколько десятков световых лет.

Ни случились такого интересного совпадения, как говорят сами научные сотрудники орбитальной обсерватории «Хаббл», навряд ли удалось бы еще так наглядно проиллюстрировать главную проблему астрономии, заключающуюся в определении расстояния до звезд и других световых источников. То есть, из-за того, что человеческому глазу с Земли, глядя на ночное небо, оно будет казаться «плоским», а не трехмерным. Поэтому ученые не прекращают постоянные поиски новых методов, с помощью которых удастся реально оценивать расстояние между звездами и наиболее удаленными объектами, а так же определить их точку расположения на небе. Вообще положение звезд в реальности и видимости очень и очень часто отличается из-за огромного количества факторов, к числу которых так же относится и движение нашей планеты вокруг Солнца, «раскачивание» ее оси вращения. Вследствие чего, расчеты ученых постоянно нуждаются в коррективах.

Подавляющее число методик для определения расстояния имеет очень узкий диапазон работы. Например, с помощью метода «Годичный Параллакс», ориентируясь на звездное смещение по отношению к другим более далеким объектам по мере вращения Земли вокруг Солнца, можно сделать расчёты только для самых близко расположенных звезд, которые удалены от нас в пределах от 2 до 10 тысяч световых лет.

К другому виду среди числа космических измерительных «линеек» относится метод переменных звезд-цефеид, он менее точно позволит узнать расстояние в пределах галактики. Однако, если скомбинировать два подобных метода, то получится «космическая лестница расстояний», каждая «ступень» которой постоянно улучшается учеными, дабы точнее выяснить как устроена наша Вселенная.

На сегодняшний же день, для решения этой задачи, помимо космического телескопа «Хаббл», среди главных инструментов числится европейский зонд - «звездочет» GAIA, главной заслугой которого является вычисление положения практически миллиарда светил Млечного Пути.

Источник

Марсианский ровер НАСА Opportunity начинает новое путешествие

Марсианский ровер Opportunity весьма почтенного возраста находится на поверхности Красной планеты уже в течение более чем 13 лет, однако до сих пор продолжает начинать новые научные исследования.

Этот упорный робот начал новую главу своей исторической миссии, приступив к поискам новых свидетельств истории воды на поверхности Красной планеты, которые вездеход будет пытаться найти, продолжая двигаться вдоль кольцевого гребня кратера Индевор диаметром 22 километра.

Начиная с конца 2014 г., Opportunity изучал сегмент западного гребня кратера под названием Мыс скорби (Cape Tribulation) – гребень, вздымающийся в высоту на 5 километров – а теперь пришло время роверу двигаться в южном направлении к новой области под названием «Долина настойчивости» (Perseverance Valley).

Эта долина, прорезающая кратер Индевор в направлении с востока на запад, представляет особый интерес для планетологов, поскольку, предположительно, могла быть сформирована в результате протекания воды по поверхности планеты миллиарды лет назад. Исследования, которые будут проведены при помощи этого ровера, помогут определить, что именно – вода, ветра или смесь из обломков горных пород, обильно смазанных водой – сыграло главную роль в формировании этой долины, сообщили представители НАСА в сделанном заявлении.

Когда Opportunity прибудет в Долину настойчивости, которая находится на расстоянии менее 400 метров от его текущего расположения, ровер НАСА будет изучать распределение камней в этой местности по размерам и форме, что позволит определить механизм формирования долины. В случае формирования долины в результате протекания по ней потоков, богатых крупными обломками, Opportunity должен обнаруживать в основном обломки неправильной формы, а в случае формирования этой долины в результате протекания рек по поверхности планеты ровер обнаружит гальку, косую слоистость и то, что называется «восходящим утонением» осадочных частиц, когда более крупные частицы породы располагаются ниже, чем более тонкие частицы.

Начиная с 2015 г. у ровера Opportunity, не рассчитанного на столь продолжительное пребывание на Марсе, начались проблемы с flash-памятью, однако в настоящее время ученые миссии приспособились управляться с этими проблемами и продолжают получать качественные научные данные.

Источник

Поверхности потенциально обитаемых экзопланет более богаты водой, чем считалось

Если вы соберетесь отправиться на одну из потенциально обитаемых экзопланет, то вам лучше взять с собой маску для ныряния. В новом статистическом исследовании показано, что поверхности большинства экзопланет, имеющих повышенные шансы на обитаемость, покрыты океанами более чем на 90 процентов.

Автор этого исследования, доктор Фергюс Симпсон (Fergus Simpson) из Института космических наук Барселонского университета, Испания, построил статистическую модель – основанную на Байесовской вероятности – для предсказания соотношения между сушей и водой на потенциально обитаемых экзопланетах.

Чтобы поверхность планеты демонстрировала обширные участки суши и водного пространства, должен соблюдаться тонкий баланс между объемом воды, накапливающимся с течением времени и пространством для этих объемов воды, в океанических впадинах. Обе этих величины могут значительно меняться при переходе от одной планеты с водой на поверхности к другой, если рассматривать весь набор доступных наблюдениям планет, поэтому важным является выяснить, почему эти величины для случая Земли оказались так хорошо сбалансированы.

Модель Симпсона предсказывает, что на поверхностях большинства экзопланет, наиболее пригодных для обитания жизненных форм, доминируют океаны, занимающие свыше 90 процентов поверхности таких планет. Это заключение базируется на том, что сама Земля близка к статусу так называемого «водного мира» - планеты, в которой вся суша погружена в один, единый океан.

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

Источник

Впервые получен снимок аккреционного диска, окружающего молодую звезду

Команда исследователей из США и Тайваня сделала первый четкий снимок молодой звезды, окруженной аккреционным диском.

Астрофизики давно считают, что аккреционные диски, формирующиеся вокруг молодых звезд, служат для них «источником пищи», помогая молодым звездам расти. Кроме того, из материала аккреционного диска со временем формируются планеты. Однако до настоящего времени не было получено ни одного четкого снимка аккреционного диска, поскольку отсутствовали методы получения такого изображения. Теперь, благодаря напряженной работе, проделанной этой исследовательской группой, а также уникальным возможностям радиотелескопа ALMA, такой метод появился.

Беспрецедентная разрешающая способность радиотелескопа ALMA позволила исследователям подробно рассмотреть молодую звезду под названием IRAS 05413-0104 (входящую в состав системы HH212 и имеющую возраст всего лишь 40000 лет, согласно оценкам), вокруг которой вращается аккреционный диск. Считается, что такие диски состоят из силикатов, железа и других химических соединений и элементов, характерных для межзвездного вещества, и являются источником материи для растущей звезды. Поскольку такие диски имеют трехслойную структуру с более яркими внешними слоями, по сравнению с внутренними, то исследователи описывают их как структуры в форме гамбургера.

Этот снимок позволяет обоснованно опровергнуть одну из гипотез о невозможности существования вокруг звезды аккреционного диска, согласно которой магнитное поле, исходящее из центра звезды, оказывается настолько мощным, что затрудняет вращение аккреционного диска и практически останавливает его, лишая способности накапливать материю. Приведенный здесь снимок со всей очевидностью демонстрирует, что этого явления в действительности не наблюдается. Также на снимке видны газовые джеты, испускаемые звездой, которые пронизывают «гамбургер» в его центральной части.

Исследование вышло в журнале Science Advances; главный автор Чин-Фей Ли (Chin-Fei Lee).

Источник

Открытие сверхновой редкого класса провозглашает новую эпоху в космологии

При помощи автоматизированной системы поиска сверхновых и галактики, находящейся на расстоянии 2 миллиарда световых лет от Земли, которая действует подобно «увеличительному стеклу», астрономы смогли получить множественные изображения сверхновой типа Ia – яркого взрыва звезды – наблюдаемого в четырех различных точках на небе. На сегодняшний день эта сверхновая стала первым объектом своего рода, наблюдаемым в таких благоприятных условиях.

Этот феномен, называемый «гравитационным линзированием», является эффектом Теории относительности Эйнштейна – искажение света массой. Это означает, что гравитационное поле массивного объекта – такого как галактика – может исказить лучи света, проходящего мимо, и перефокусировать их, в результате чего расположенные позади объекты могут казаться ярче и иногда наблюдаться в нескольких местах одновременно.

В новой работе два исследователя из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley Lab), США, предложили новый метод для идентификации этих так называемых «сильно линзированных сверхновых типа Ia» в рамках существующих и будущих обзоров неба. Эта работа была опубликована недавно в журнале Astrophysical Journal Letters. Тем временем работа, описывающая это открытие и наблюдения этой сверхновой типа Ia возрастом 4 миллиарда лет под названием iPTF16geu, была опубликована в журнале Science сегодня, 21 апреля.

«Найти гравитационно линзированную сверхновую невероятно сложно, тем более сверхновую типа Ia. Мы думаем, что по статистике такой случай выпадает всего лишь один раз из 50000, - сказал Питер Ньюджент (Peter Nugent), астрофизик из Подразделения вычислительных исследований Berkeley Lab и автор обеих работ. – Однако теперь, когда первый такой объект обнаружен, нам станет проще искать другие объекты, подобные iPTF16geu».

Источник

Вновь открытая экзопланета стала лучшим кандидатом для поисков внеземной жизни

Вновь открытая суперземля LHS 1140b движется по орбите в обитаемой зоне вокруг тусклого красного карлика под названием LHS 1140, расположенного в созвездии Кита. Красные карлики представляют собой значительно менее крупные и более холодные звезды, чем наше Солнце, и, хотя планета LHS 1140b находится от родительской звезды на расстоянии, примерно в десять раз меньшем, по сравнению с расстоянием от Солнца до Земли, она получает лишь вполовину меньше энергии, чем Земля, и лежит в середине обитаемой зоны звезды. Орбита этой планеты лежит практически целиком в плоскости наблюдения, и каждый раз, когда планета проходит перед диском звезды, она ненадолго блокирует часть излучаемого звездой света, что происходит с периодом примерно 25 суток.

«Это самая удивительная планета, которую мне приходилось видеть за последнее десятилетие, - сказал главный автор нового исследования Джейсон Диттманн (Jason Dittmann) из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра, США. – Мы вряд ли найдем в ближайшее время лучшую цель для поисков жизни за пределами Земли».

Для существования жизни необходимо присутствие воды на поверхности планеты, однако молодые красные карлики часто разражаются вспышками, способными «выдуть» в космос атмосферу планеты. Однако на поверхностях относительно массивных каменистых планет нередко существование океана магмы, который может являться поставщиком водяного пара в атмосферу планеты еще долгое время после того как звезда «успокоится».

Согласно оценке астрономов возраст этой планеты составляет не менее пяти миллиардов лет. Диаметр планеты оценивается приблизительно в 1,4 диаметра Земли – то есть примерно в 18000 километров. Планета имеет массу порядка семи масс Земли, а следовательно, более высокую плотность - это свидетельствует о том, что эта экзопланета, вероятно, состоит из камня с железным ядром в центре.

Исследование опубликовано в журнале Nature.

Источник

Астрономы объясняют, как выбросы черных дыр могли нарушить законы физики

Ученые радиоастрономического Института в Бонне во главе с Кристианом Фендт считают, что движение выбросов со сверхсветовой скоростью некоторого числа гигантских черных дыр, представляют собой своеобразные «танцы», их раскачивания из стороны в сторону. Основанием для таких выводов послужило схожее с Солнцем поведение поверхности диска аккреции черной дыры. В его состав входит раскаленный газ с постоянно происходящими в нем различными магнитными процессами, в числе которых также и присоединение силовых линий и вспышек. Отсюда и следует, что движение и форма выбросов находится под контролем глобального магнитного поля этого диска.

Центр практически любой галактики – это место существования сверхмассивных черных дыр. Масса таких черных дыр в несколько миллионов раз превышают солнечную, в отличие от массы черных дыр, возникших вследствие коллапса звезд. Периодически поглощая звезды, газ и небесные тела, какую-то часть от всей «отобранной» энергии, черные дыры выбрасывают ее в виде разогретых плазменных пучков, иными словами – джетов, скорость которых приближена к скорости света.

Из результатов первых наблюдений за поведением подобных выбросов, выяснились невозможные факты. Материя в различных частях плазменных пучков, могла кардинально изменять скорость своего движения, а в некоторых случаях даже превышать скорость света. Данное открытие привело ученых в ступор, почему происходит возникновение и движение таких пучков материи, ведь это напрямую расходится с законами физики. Ответить на данный вопрос, Фендт вместе со своими коллегами, смогли лишь после проведения наблюдений за самой большой и близкой к нам сверхмассивной черной дырой галактики М87 в созвездии Девы. Джет черной дыры, расположенной в этой галактике был открыт почти столетие назад. Его удаленность от Земли всего на 54 миллиона световых лет позволяет разглядеть его при помощи самых простых наземных телескопов.

Благодаря радиотелескопической сети VLBA, в которую вошла десятка мощных астрономических радиотарелок, ученым удалось запечатлеть «ножку» джета, и приблизиться к нему на расстояние примерно в 7 раз меньше, чем размер самой Солнечной Системы. Именно, проработав сотни полученных снимков, астрономы из Германии определили «танцующее» поведение джета – постоянно раскачивающееся основание и потоки материи, дополнительно ускоряющиеся под воздействием магнитных полей. Из-за таких происходящих колебаний и складывалось впечатление, что движение потока происходит со сверхсветовой скоростью, потому что материя периодически закручивалась в спираль, а не выстраивалась по прямой.

По предположениям исследователей источником этих полей, которые окружают черную дыру, является диск аккреции, так называемый «бублик», который образовывают раскаленный газ и перемолотая материя звезд и планет. Взаимодействие мощных магнитных полей в этом «бублике» и оказывает влияние на поведение джета, а может даже способствуют его зарождению, как бы «перемещая» точку, в которой располагается выброс черной дыры.

Как и на Солнце, рождающиеся на его поверхности вспышки и пятна, подобным образом происходят выбросы черных дыр. Достоверность «родства» этих процессов астрономы надеются проверить в будущем после более детальной расшифровки участниками проекта Event Horizon Telescope снимков ядра М87, полученных в начале этого месяца.

Источник

Создана аномальная материя с отрицательной массой

Физики из Университета штата Вашингтон впервые создали аномальную жидкость с отрицательной массой. Это вещество способно перемещаться в сторону, противоположную направлению внешнего воздействия. Об этом сообщается на сайте Phys.org.

Ученые охладили облако из атомов рубидия до температуры чуть выше абсолютного нуля. В результате получился конденсат Бозе-Эйнштейна. Отличительной особенностью этого состояния вещества является достижение всеми его атомами минимально возможного энергетического состояния, в результате чего можно непосредственно наблюдать квантовые эффекты. Например, образуется жидкость, которая способна течь без трения, поскольку ее атомы не способны взаимодействовать с атомами поверхности и, следовательно, не теряют энергию.

Чтобы охладить рубидий, исследователи воспользовались лазерами. С их же помощью они заставили частицы конденсата находиться внутри «ловушки» — области размером в сто микрон. Для создания отрицательной массы ученые с помощью другого набора лазеров изменяли у атомов одну из их квантовых характеристик — собственный момент импульса или спин.

Между последним и траекториями частиц существует зависимость, обусловленная спин-орбитальным взаимодействием. Таким образом, поменяв момент импульса, можно повлиять на то, как атомы будут двигаться. В результате ученым удалось добиться того, что они покидали ловушку, словно отскакивая от невидимой стены. По словам исследователей, такое поведение характерно для частиц с отрицательной массой.

Источник

Физикам из Стэнфордского университета удалось создать самую большую квантовую систему, состоящую из запутанных атомов. Все частицы в ней, число которых достигает полмиллиона, могут мгновенно взаимодействовать друг с другом, каким бы большим не было расстояние между ними. Статья ученых опубликована в журнале Physical Review Letters. Об этом сообщает сайт Phys.org.

Для создания системы исследователи охладили 500 тысяч атомов рубидия до температуры 25 микрокельвинов (ноль градусов Кельвина — он же абсолютный ноль температуры — равен минус 273,15 градуса Цельсия). Атомы рубидия являются бозонами, то есть подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна. Иными словами, они могут занимать одинаковые энергетические уровни, в том числе достигать минимально возможного квантового состояния. В результате при охлаждении почти до абсолютного нуля бозоны образуют квантовую жидкость, называемую конденсатом Бозе-Эйнштейна, которая способна течь без трения.

Чтобы доказать, что две частицы в квантовой системе являются запутанными (сцепленными), физики многократно измеряют их состояния. Если полученные результаты удовлетворяют неравенствам Белла, то это говорит о том, что частицы просто синхронизированы какими-то скрытыми параметрами. Если же неравенства Белла нарушаются, то они действительно запутаны. При этом квантовую сцепленность приходится доказывать для каждой пары частиц, что неудобно в случае больших систем.

В ходе эксперимента использовался метод, основанный на сжатом состоянии. Вместо того чтобы измерять квантовые характеристики каждого атома, ученые особым образом измеряли параметры всей системы. При этом один параметр становился более определенным, а другой менее, чем это было позволено для несцепленных частиц. После ряда измерений коллективного состояния сжатой системы выяснилось, что оно не удовлетворяло неравенствам Белла.

Источник

Простой и дешёвый метод получения мягких магнитных плёнок для микроволнового применения

Мягкие магнитные материалы (не сохраняют свою намагниченность, в противоположность постоянным магнитам) могут быть как намагничены, так и легко выведены из этого состояния (характеризуются низкой коэрцитивной силой). Они широко применяются в микроволновых приборах, таких как поглотители электромагнитного излучения.

Инженеры предпочитают использовать именно тонкие плёнки мягких магнитных материалов, которые нашли применение в сотовых телефонах и лэптопах, а также в военных целях (вспомним невидимые для радаров самолёты). Но традиционный метод получения таких плёнок требует высокого вакуума, а это, понятно, сказывается на времени производства и приводит к дополнительным расходам. Кроме того, обычная технологическая линия не подходит для изготовления плёнок большой площади, что ограничивает применение стандартных методов производством мягких магнитных материалов для абсорбции микроволн.

Магнитная колончатая тонкая наноплёнка из сплава железо-кобальт-никель, характеризующаяся высокой проницаемостью, которая обеспечена специальными добавками (илл. Bao-Yu Zong / A*STAR).

Учёные из Агентства по науке, технологии и исследованиям A*STAR (Сингапур) продемонстрировали инновационный подход к производству мягких тонких магнитных плёнок, применив метод электроосаждения — масштабируемый подход, работающий при комнатной температуре. Технология не просто проще и дешевле (не требует нагрева и высокого вакуума), но ещё и в меру универсальна для производства широкого спектра мягких магнитных материалов для микроволнового применения.

Исследователи испытали свою идею на сплаве железо-кобальт-никель — мягком магнитном материале с низкой проницаемостью, высокой коэрцитивной силой и другими «менее-чем-идеальными» свойствами. До осаждения на подложку также было добавлено небольшое количество органических молекул, таких как диметиламин, боран (неорганическая молекула) и додецил сульфат натрия. Полученные в итоге тонкие плёнки характеризовались более высокой проницательностью и низкой коэрцитивной силой, что в конечном счёте делает их более востребованными в микроволновых приложениях. Учёные полагают, что присутствие добавок, таких как боран, препятствует окислению железа при электроосаждении, тем самым значительно улучшая качество продукта.

Результаты работы представлены в Journal of Materials Chemistry.

Полученные сингапурскими исследователями тонкие плёнки сплава железо-кобальт-никель демонстрируют ещё и более высокую микроволновую абсорбцию в сравнении с обычными магнитными аналогами. Эти уникальные свойства идеально подходят для использования железо-кобальт-никелевых тонких магнитных плёнок, созданных по новому методу, для высокочастотных микроволновых применений, включая магнитные хранилища данных, переносные беспроводные и биотехнологические приборы.

Подготовлено по материалам A*STAR Research.

Источник

Физики из России создали

МОСКВА, 18 апр – РИА Новости. Ученые из Московского физтеха разработали оригинальную методику "просветки" нанотрубок при помощи ультразвука, которая позволяет определять их длину и толщину, не прикасаясь к ним, говорится в статье, опубликованной в  журнале Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects.

"Мы разработали метод для измерения размеров цилиндрических нанообъектов, у которых длина гораздо больше диаметра. Считаем, что похожий метод можно применить и для обратной ситуации: когда диаметр много больше длины, то есть для нанодисков, к которым, в частности, относится и графен", — заявил Виктор Иванов из МФТИ в Долгопрудном, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

С момента открытия углеродных нанотрубок в 1991 году им прочили большое будущее в современной промышленности. Они обладают множеством полезных свойств — хорошей электро- и теплопроводностью, высокой прочностью и механической устойчивостью. Первые же эксперименты показали, что нанотрубки крайне сложно применять на практике из-за их малых размеров и сложностей в их соединении и сплетении в единые волокна.

Дополнительные проблемы, как рассказывают физики, создает то, что свойства нанотрубок кардинальным образом меняются при увеличении их диаметра или повышении числа слоев углерода. По этой причине большая часть наноматериалов изготавливаются из нанотрубок конкретной толщины и длины, и ошибки при их выращивании сделают подобную продукцию бесполезной. Поэтому измерение нанотрубок является критически важной фазой их производства.

К примеру, при добавлении нанотрубок в электролиты аккумуляторов и другие жидкости необходимо точно знать, как много их будет содержаться в растворе и как хорошо они будут распределены, так как их чрезмерно большое количество трубок или их "неправильные" размеры приведут к их слипанию и другим неприятным эффектам, борьба с которыми является крайне дорогим и сложным занятием.

Иванов и его коллеги придумали оригинальную методику вычисления длины нанотрубок и их диаметра, наблюдая за тем, как ультразвук взаимодействует с растворами, содержащими в себе этот "нобелевский" наноматериал.

Как объясняют ученые, волны звука или ультразвука могут путешествовать через воду и другие жидкости, но при их столкновении с частицами твердой материи часть из них затухает. То, какие волны поглощаются частицами, зависит от их размера, что сейчас нанотехнологи используют для оценки размеров сферических наночастиц.

Российские ученые выяснили, что подобные замеры можно осуществлять и для цилиндрических объектов, изучив и сопоставив спектр ультразвука, проходящего через раствор с наночастицами, который пропускается под давлением узкие трубы и находится в состоянии покоя в широких трубах.

Как объясняют ученые, когда раствор с нанотрубками проходит через узкую трубу, то нанотрубки в нем выстраиваются в параллельные линии, перпендикулярные тому, как будут идти волны ультразвука, пропускаемые через "окно" в трубе. Когда же они находятся в широкой трубе, то наночастицы будут направлены во все стороны. Сравнивая спектры ультразвука в том и другом случае, можно вычислить пропорцию длины и диаметра нанотрубок. Соответственно, зная диаметр трубок, несложно вычислить их длину.

Руководствуясь этой идеей, ученые измерили размеры нанотрубок в трех разных растворах, свойства которых им были заранее хорошо известны. Дополнительно Иванов и его коллеги проверили себя, измерив нанотрубки при помощи атомного и электронного микроскопа.

Как показали эти замеры, ультразвук позволяет достаточно точно и быстро вычислять размеры нанотрубок, не прикасаясь к ним и не извлекая их из раствора или другой среды, где они находятся. Как надеются ученые, их методика найдет свое применение не только в работе с нанотрубками, но и с другими "длинными" углеродными наноматериалами.

Источник

На сегодняшний день астрономы обнаружили более 750 экзопланет, которые могут быть похожими на Землю.

Так же космический телескоп Кеплер обнаружил 2300 объектов, которые являются потенциальными кандидатами на звание землеподобных: которые могут иметь соответствующие размеры, и достаточное расстояние от своей звезды, чтобы иметь возможность поддерживать воду в жидком состоянии и собственно саму «жизнь».

Ученые из НАСА, считают, что Кеплер сможет найти такие планеты в ближайшие два года в Обитаемой зоне. Многие исследователи разделяют этот оптимизм. В агентстве уже ищут подходящие способы для распознавания таких планет. 

Так как яркость звезд в миллионы раз больше яркости принадлежащих им планет, то очень трудно исследовать экзопланеты непосредственно. Благодаря методу транзитной спектроскопии ученые уверены, что смогут найти землеподобные планеты. Метод транзитной спектроскопии основывается на изучении «отпечатка» атмосферы планеты на родительской звезде.

Так же в качестве места исследований НАСА рассматривают обсерваторию ТЕСС, чья миссия по поиску земплеподобных экзопланет в соседних галактиках будет частично спонсироваться корпорацией Гугл.

Источник

«Ледяные реки» на поверхности Цереры делают ее схожей с Землей и Марсом

В журнале «Nature Geoscience» вышла статья с данными проанализированных снимков с космического зонда Dawn. На них довольно отчетливо видно, как своеобразные «ледовые реки», текущие в направлении от полюса к экватору, представляют собой ледяные залежи, простирающиеся по поверхности Цереры. Ученые, в данном явлении, находят некое «родство» карликовой планеты с Землей и Марсом.

Со слов авторов статьи из Технологического института Америки, Бритни Шмидт и ее коллег следует, что за счет покрытия коры Цереры таким большим количеством льда, можно сделать вывод о широком распространении воды в глубине недр доселе неисследованных астероидов, «раскиданных» среди орбит Юпитера и Марса. Такие ледяные запасы могут быть полезны во время поиска ответа на вопрос о происхождении воды на Земле, как и быть весьма ценным источником во время будущих мероприятий по добычи ископаемых в недрах астероидов. Помимо всего, данное открытие делает грань, разделяющую астероиды и кометы, довольно размытой.

Космический зонд Dawn сделал одни из первых снимков Цереры в марте 2015 года, сразу, как только прибыл на эту карликовую планету. Благодаря им, было обнаружено присутствие двух необычных структур, увидеть которые было большим «сюрпризом» для всех - странные, белого цвета и различного размера «отпечатки» в кратере Оккатор, как позже оказалось, это были следы густого «рассола», а также загадочная гора Ахуна пирамидальной формы, вытянувшаяся ввысь четырех километров над Церерой. Позднее, ученые определили, что эта гора не иначе как древний, но уже «потухший» криовулкан, а белого цвета «отпечатки» - это водные пары, составляющие источник временной атмосферы Цереры. Помимо всего, другие регионы оказались богаты залежами «чистого» льда, что свидетельствует о постоянном и непрерывном обновлении поверхности Цереры, иначе, эти льды бы уже давно испарились в космос.

Шмидт вместе с коллегами из института отбрасывают возможность того, что падающие астероиды или обломки комет занесли воду на Цереру, вероятнее всего, что она присутствовала в ее породах прямо с момента своего зарождения. Большую часть скопления таких ледяных залежей, проанализировав их структуру, ученые отметили в приполярных регионах карликовой планеты, а именно за пятидесятой параллелью. Кроме того, они не остаются неподвижными, а периодически медленно «перетекают» по склонам и стенкам кратеров Цереры вниз. По своей манере движения, они очень напоминают передвижение потоков льда на ледниках Земли и Марса.

По оценке астрономов, подавляющее число «ледяных рек», движущихся на Церере по причине собственного веса вниз вдоль очертаний крутых склонов или под воздействием таяния льда у подножия, обогреваемого Солнцем или в следствие метеоритных ударов, указывает на то, что приблизительно половина объема всей коры Цереры - это сплошной лед. Исходя из этого, можно сделать вывод об уникальности Цереры как небесного тела в своем классе, имеющего больше сходств с Землей и Марсом, чем с остальными карликовыми безвоздушными планетами, где глобальные запасы льда и вовсе отсутствуют.

Его наличие же на самой Церере дает объяснение странного вида ее очертаний, в том числе и загадочных обвалов во множестве кратеров и их разрушенных стенок, чему раньше планетологам не удавалось дать разумное объяснение.

Источник

Атомные микроскопы давно умеют получать фотографии атомов или молекул, но до сих людям не удавалось запечатлеть отчётливую картину расположения и передвижения зарядов внутри единичной молекулы. Для этого учёные использовали комбинацию разных методов съёмки.

Молекула нафталоцианина до (b) и после (c) переключения состояния таутомеризации. d – картина разности зарядов, полученная вычитанием c из b. e – расчётная асимметрия электрического поля свободной молекулы. В верхних частях рисунков наложены позиции отдельных атомов. Углерод, водород и азот — серый, белый и синие кружки соответственно. Масштабные линейки — 0,5 нм (фотографии Fabian Mohn et al./ Nature Nanotechnology).

Исследователи из лаборатории IBM в Цюрихе (IBM Research — Zurich) скрестили сканирующую туннельную, атомно-силовую и силовую микроскопию с зондом Кельвина (KPFM), благодаря чему измерили распределение электрических зарядов внутри молекулы нафталоцианина (naphthalocyanine, C₄₈H₂₆N₈).

Нафталоцианин поместили на очень тонкий слой изолятора (NaCl), в свою очередь, лежащий на проводящей подложке из меди. Между подложкой и наконечником микроскопа — остриём в миллиардные доли метра — было приложено напряжение (комбинация переменного и постоянного).

Наконечник, подходящий к молекуле вплотную, но не касающийся её, образовал вместе с ней конденсатор. Его параметры зависели от расположения зарядов в той или иной точке образца.

Напряжение на наконечнике заставляло его вибрировать. И частота этой вибрации определялась не только параметрами приложенного напряжения и механическими свойствами консоли, но и разностью потенциалов на обкладках конденсатора, а фактически – расположением зарядов внутри исследуемой молекулы.

 

Схема опыта. В каждой точке будущей картины (позиции измерения отмечены красным) физики получали кривую зависимости отклонения частоты вибрации консоли от величины электрического напряжения. Точка перегиба на графике позволяла высчитать электрический заряд в данной точке нафталоцианина. Все измерения проводились при температуре 5 кельвинов (илюстрация Fabian Mohn et al./ Nature Nanotechnology).

Экспериментаторы сообщают, что ранее подобным способом учёные уже измеряли локальную разницу контактных потенциалов для широкого спектра поверхностей, и даже выявляли состояния единичных атомов, выложенных на подложку, но до сих пор ещё не демонстрировали KPFM-изображения целых молекул с субмолекулярным разрешением.

По информации BBC News, таким методом учёные не только создали электрический портрет нафталоцианина, но и пронаблюдали, как тот меняется, если непосредственно к самой молекуле тоже приложить небольшое напряжение.

В такой ситуации внешний потенциал заставлял атомы водорода в центре X-образной молекулы поменяться местами (явление таутомеризации), что провоцировало перераспределение зарядов во всей молекуле. И это передвижение электронов учёные также успешно отсняли.

«Теперь возможно исследовать на уровне молекулы, как заряд перераспределяется, когда отдельные химические связи образуются между атомами и молекулами на поверхности, — говорит ведущий автор работы Фабиан Мон (Fabian Mohn). — Это важно, поскольку мы стремимся к созданию атомных и молекулярных устройств». (Детали эксперимента можно найти в статье в Nature Nanotechnology.)

Добавим, что та же самая группа физиков ранее первой засняла анатомию молекулы. Нынешнее достижение является развитием того эксперимента.

Источник

Поскакать по Плутону и привязаться к Фобосу

Под эгидой американского национального космического агентства NASA ежегодно проводится конкурс откровенно безумных полуфантастических прожектов, цель которого — выбрать те, что в случае их реализуемости могут стать прорывными космическими миссиями. В рамках программы инновационных передовых концепций (NASA Innovative Advanced Concepts — NIAC) предлагаются как вполне реализуемые проекты, так и что-то из весьма отдаленного будущего.

Так, например, в 2011 году шуму наделало выделение средств на изучение возможности создания «силового луча» — tractor beam — наподобие того, что переносил предметы на расстояние в сериале «Звездный путь». Порой предлагаются и субсидируются даже откровенно лженаучные концепции, но таких, к счастью, немного.

В этом году космическое агентство приняло решение инвестировать в 15 предложенных технологий на ранней стадии (в рамках так называемой Phase I — первого этапа). Согласно правилам, победителям предлагается по $125 тыс. на то, чтобы в течение девяти месяцев провести первоначальный технико-экономический анализ, показать реализуемость концепции и в случае успеха претендовать на дополнительные инвестиции (до $ 500 тыс.) в течение двух лет в рамках второго этапа изучения перспективной разработки.

Участвовать в конкурсе может практически кто угодно (важно лишь, чтобы в группу входил хотя бы один американский гражданин).

«Программа NIAC привлекает исследователей и инноваторов из научных и инженерных сообществ, в том числе представителей бюджетных организаций, — поясняет Стивен Юрчик, помощник руководителя администрации NASA по космическим технологиям. — Программа дает молодежи возможность и средства для изучения умозрительных аэрокосмических концепций, которые мы оцениваем и откладываем в наш технологический портфель будущего».

Одним из победивших в этот раз стал проект выходца из России, сотрудника NASA Вячеслава Турышева — космический телескоп, использующий Солнце как линзу для изучения экзопланет, о котором ранее рассказывала «Газета.Ru».

С полным списком 2017 года для первого и второго этапов можно ознакомиться здесь, а самые интересные, на наш взгляд, концепции Phase I мы перечисляем ниже.

«Попрыгунчик» на Плутоне

Бенджамин Голдман из Global Aerospace Corporation представил концепцию автоматической межпланетной станции (см. иллюстрацию выше), которая войдет в атмосферу Плутона на скорости 14 км/с и доставит на поверхность карликовой планеты посадочный модуль массой 200 кг, снижая скорость за счет аэродинамического торможения

и истратив при этом всего несколько килограммов топлива.

Давление у поверхности Плутона уступает земному в 10 млн раз, однако его атмосфера примерно в семь раз обширнее, чем у Земли, а ее объем в 350 раз превосходит объем самого Плутона. Проходя сотню километров такой сверхразреженной атмосферы (точнее сказать, экзосферы), корабль может потерять 99,999% своей начальной кинетической энергии, что и приведет к конечной скорости, сравнимой или даже меньшей, чем при посадке роверов на Марс. С помощью этой уловки общая потребность в ракетном топливе для посадки на Плутон может быть снижена до 3,5 кг.

После проведения научных исследований на первоначальном месте посадки спускаемый аппарат перейдет в режим «попрыгунчика» — за счет низкой гравитации (0,063 «же») сможет прыгать с места на место, обследуя особенно интересные участки ландшафта. Предложенная концепция позволит детально изучить поверхность Плутона с помощью относительно маломассивного аппарата с разумной стоимостью за 10–15 лет.

Kevin Kempton

Космический лифт над Фобосом

Кевин Кемптон из Научно-исследовательского центра NASA имени Лэнгли предложил подвесить зонд, напичканный датчиками, над поверхностью Фобоса — одного из двух спутников Марса. В отличие от второго спутника, Деймоса, Фобос массивнее и располагается ближе к планете. Закрепить зонд, получивший наименование PHLOTE, предлагается с помощью троса, протянутого из точки Лагранжа L1 (это область гравитационной устойчивости на прямой, соединяющей планету и ее спутник).

Так как точка L1 располагается всего лишь в 3,1 км от поверхности Фобоса, на длину троса не накладывается никаких требований, превосходящих возможности современных технологий (изготовить его планируют на основе углеродных нанотрубок).

Зонд с датчиками может как зависать над поверхностью спутника (всегда повернутого к Марсу одной стороной), так и опускаться на грунт.

Из-за очень низкой гравитации на Фобосе зонд будет испытывать относительно низкие нагрузки на разрыв.

Сам по себе Фобос — весьма интересный объект, его изучению много сил отдали ученые СССР, а позже России, но все экспедиции оказались неудачными. Очередной «Фобос-грунт» планируется у нас и в будущем. Американцы собираются изучать спутник поэтапно, вывесив предварительно на зонде георадар для измерения подповерхностного состава объекта, чтобы определить, насколько толст слой мелкозернистого реголита и какие проблемы он создаст для будущих посадок. Другими важнейшими инструментами могут стать дозиметры для изучения радиационной обстановки, камеры и спектрометр для анализа минерального состава поверхности. PHLOTE обеспечит присутствие постоянного «глаза в небе» для посадочных миссий и оперативного мониторинга.

Навигационный сверхточный доплеровский лидар, сверхлегкие солнечные батареи и высокоэффективные электродвигательные установки должны поддерживать «режим парения» станции в течение длительного срока.

Пользу эта конструкция может принести и в ходе высадки человека на поверхность Марса. Так как Фобос имеет состав, подобный метеоритам — углистым хондритам, полагают, что он содержит минералы, которые можно использовать для пополнения запасов кислорода и топлива на обратный путь к Земле.

Впрочем, подобная «привязь» может применяться не только на Фобосе, но и на Деймосе, а также в точке L1 системы Плутон – Харон, где оба тела приливно «заперты» (повернуты друг к другу всегда одними и теми же боками). Это означает, что космический аппарат типа PHLOTE мог бы спускаться на привязи в разреженную атмосферу Плутона, изучая ее химический состав на всех высотах (в отличие от традиционного зонда).

Adam Arkin

Яблони на Марсе

Адам Эркин из Калифорнийского университета в Беркли, вдохновившись яркими (но сомнительными с научной точки зрения) эпизодами выращивания марсианской картошки героем Мэтта Деймона из фильма «Марсианин» (2015), задумался о возможности преобразования марсианского грунта в питательную среду с помощью биоинженерии. Предлагается вывести бактерии,

способные осуществлять детоксикацию перхлоратов (солей хлорной кислоты) в марсианской почве, а также обогащать ее аммиаком.

Разумеется, подобные разработки трудно переоценить с точки зрения поддержки будущих пилотируемых миссий на Марс, а также дальнейшего терраформирования этой планеты. По отдельности процессы избавления от перхлората и фиксации азота биологам уже известны, однако требуется создать штаммы микроорганизмов одного вида, способных одновременно на то и другое.

Предполагается изучить с этой целью бактерии-экстремофилы рода псевдомонад (Pseudomonas) и в первую очередь — Pseudomonas stutzeri, разные штаммы которых могут как бороться с перхлоратом, так и обладают способностями к азотфиксации (например, штамм A1501). У псевдомонад два важных преимущества, которые делают эксперименты с ними более удобными, чем, например, с фотосинтезирующими экстремофилами — цианобактериями: можно использовать методы, уже отработанные на кишечной палочке, и к тому же удвоение «урожая» возможно всего за час (а не семь часов или даже четыре дня, как в случае с цианобактериями).

Уже разработана камера, моделирующая условия на Марсе: давление менее 10 кПа, температура от –60 до +40 °С, небольшая интенсивность света, ультрафиолетовое излучение, атмосфера, состоящая из 95% углекислого газа и 3% азота. Предстоит уточнить диапазон самых экстремальных условий, в которых изучаемые штаммы смогут выжить, размножаться и выполнять свое предназначение.

Марсом эти разработки, впрочем, не ограничатся — в перспективе планируется изучить возможность биоремедиации земного грунта выведенными бактериями: например, очистки земли вблизи нефтяных скважин, при токсичных разливах, обогащения грунта для увеличения производства овощей, борьбы с голодом в засушливых районах, удовлетворения потребностей больших групп населения и т.д.

John Brophy

Вакуумный дирижабль для Марса

Этот концепт, предложенный Джоном Полом Кларком из Технологического университета Джорджии, аналогичен обычному дирижаблю с той лишь разницей, что подъемную силу порождает не нагретый воздух, гелий или водород,

а жесткая конструкция, поддерживающая внутри вакуум, вытесняющая воздух и обеспечивающая тем самым подъем.

Существующие материалы не могут пока выдержать атмосферное давление на Земле, а вот на Марсе атмосферное давление на два порядка ниже, в нем работа вакуумного дирижабля не только возможна, но и несет определенные выгоды по сравнению с традиционными дирижаблями. Оболочку предполагается сделать многослойной и решетчатой. Решетка используется для поддержки двух слоев вакуумной оболочки. Марсианская атмосфера по сравнению с другими планетами Солнечной системы обладает более высокой средней молекулярной массой и температурой.

В результате вакуумный марсианский дирижабль теоретически может нести в два раза больше полезной нагрузки, чем аналогичный по размерам гелиевый или водородный,

ну а от марсохода он выгодно отличается тем, что не застрянет в песках.

Если вакуумный дирижабль разгерметизируется, то его можно отремонтировать и вновь выкачать воздух, в то время как обычный дирижабль не способен вернуть запас гелия или водорода. Поскольку вакуумный дирижабль не использует газ для подъема, он может выполнять почти бесконечное число компенсационных маневров, чтобы регулировать или стабилизировать высоту при изменениях температуры окружающей среды.

Вакуумный дирижабль также может использовать свою жесткую оболочку для защиты приборов от солнечной радиации и высокоэнергичных частиц, на ней можно разместить солнечные батареи. Осталось лишь подыскать такие материалы и конструкции, что будут достаточно легки и прочны, чтобы выдержать внешнее давление...

John-Paul Clarke

Самый быстрый корабль

Джон Брофи из Лаборатории реактивного движения NASA предложил новый способ полетов к окраинам Солнечной системы. До Плутона на его корабле можно будет долететь за 3,6 года,

а расстояние в 500 астрономических единиц покрывается за 12 лет.

За один год можно будет также доставить полезную нагрузку в 80 тонн на орбиту Юпитера, что открывает возможность пилотируемых миссий к планетам-гигантам.

Новая архитектура предполагает создание массива лазерных излучателей диаметром 10 км и мощностью 100 МВт, разгоняющих аппарат; присутствие массива из фотоэлементов на самом космическом аппарате, эффективно улавливающих передаваемую энергию путем точной настройки на частоты лазеров и генерирующих напряжение в 12 кВ; наконец, ионный двигатель с удельным импульсом 58 тыс. с мощностью 70 МВт (получается, что КПД преобразования света — 70%), где в качестве рабочего тела используется литий, а не более привычный ксенон.

Литий хранится в виде твердого вещества, он легко ионизируется, исключает утечку нейтрального газа из двигателя малой тяги и эрозию, что обеспечивает очень долгий срок службы ракетного двигателя.

Для быстрого космического корабля важно обладать небольшой массой при большой удельной тяге двигателя. Удалив с корабля источник питания и большую часть аппаратных средств преобразования энергии, заменив все это легким массивом из фотоэлементов, можно добиться соотношения 0,25 кг/кВт. Для сравнения: современная автоматическая станция Dawn, занимающаяся исследованиями астероида Веста и карликовой планеты Церера, имеет 300 кг/кВт и удельный импульс 3000 с соответственно.

В перспективе все это позволяет задуматься и о межзвездных путешествиях.

Robert Youngquist

Визит в пекло

Роберт Янгквист из Космического центра NASA имени Кеннеди предложил разработать новое высокотемпературное покрытие, которое отразит до 99,9% солнечных лучей, что в 80 раз лучше нынешних аналогов. Это будет достигнуто за счет использования низкотемпературного покрытия, в настоящее время разрабатываемого при финансовой поддержке NIAC.

За счет компьютерного моделирования предполагается повысить эффективность работы отражателя, рассчитать его производительность и получить рабочий прототип, который отправят для испытаний партнерам из Лаборатории прикладной физики Университета имени Джонса Хопкинса. Результаты моделирования и тестирования будут использованы для разработки миссии к Солнцу,

в ходе которой аппарат должен будет приблизиться к поверхности светила на расстояние одного солнечного радиуса

— на порядок ближе, чем Solar Probe Plus, запуск которого запланирован на август 2018 года. Помимо побития очередного рекорда этот проект позволит существенно продвинуться в решении проблем тепловой защиты и улучшить термический контроль в ходе будущих миссий к Меркурию.

Источник