Новости науки

Физики раскрыли секрет того, почему вода проводит ток

МОСКВА, 2 дек – РИА Новости. Ученые впервые проследили за тем, как одна молекула воды передает протоны своей "соседке", и раскрыли секрет того, почему вода пропускает ток, а другие похожие на нее вещества – не обладают таким свойством, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

"Когда через воду проходит ток, атомам кислорода при этом почти не приходится двигаться. Этот процесс можно сравнить с знаменитой "колыбелью" Ньютона, набором подвешенных шариков, выстроенных в линию. Если поднять один из них и ударить им по линии, только концевые шарики будут двигаться, а остальные будут стоять на месте", — рассказывает Марк Джонсон (Mark Johnson) из Йельского университета (США).

Дистиллированная вода, как и многие другие вещества, состоящие из двух неметаллических элементов, является изолятором, почти не пропускающим электрический ток. Но если в воду добавить даже очень небольшое число ионов, ее электропроводность резко вырастает и она становится полноценным проводником. О том, почему вода проводит ток, ученые спорят уже более двух столетий.

В начале 19 века немецкий химик Теодор Гротгус предложил теорию, которая объясняла то, почему вода пропускает через себя ток и почему электричество может разлагать ее на водород и кислород. Он посчитал, что молекулы воды могут захватывать лишние протоны и передавать их друг другу, подобно палочке в эстафете, благодаря формированию новых водородных и ковалентных связей и их быстрому распаду.

Как рассказывает Джонсон, как именно протекает подобная "эстафета" и как выглядят молекулы воды, участвующие в обмене протонами, до настоящего времени никто не знал, так как проследить за этим процессом крайне сложно из-за его скоротечности и крайне малых масштабов, на которых протекает эта реакция.

Йельским химикам удалось решить эту задачу, обнаружив, что подобные реакции замедляются и становятся видными для инструментов при исполнении двух условий – охлаждения небольшого количества молекул воды почти до абсолютного нуля и использования только "тяжелой" воды – молекул, состоящих из обычного кислорода и дейтерия, тяжелого изотопа водорода.

Подсвечивая такие молекулы при помощи лучей инфракрасного лазера и наблюдая за изменениями в их спектре, ученые смогли увидеть, как свободные ионы дейтерия присоединяются к тяжелой воде, и как они "перепрыгивают" на соседнюю с ней молекулу.

Как показали эти наблюдения, подобные обмены идут не между отдельными молекулами воды, а между своеобразными "коллективами" их молекул, объединяющие в себе четыре молекулы H2O. Это, в целом, подтверждает то, что раньше подозревали ученые на базе компьютерных расчетов, но не могли доказать этого на практике.

Дальнейшее изучение этого процесса, как надеются химики из Йеля, поможет раскрыть другие тайны воды, в том числе ее необычно высокое поверхностное натяжение, и понять, как подобная транспортировка протонов влияет на работу нашего организма и других живых существ.

Источник

Нырнуть в кольца и умереть

После двух десятилетий, проведенных в космосе, более 300 тысяч присланных на Землю потрясающих снимков и как минимум семи новых обнаруженных лун Сатурна, Cassini, межпланетный зонд NASA, готовится пропеть свою «лебединую песню». Беспримерные по числу открытий двенадцать лет, проведенные аппаратом в системе Сатурна, стали целой эпохой в истории изучения Солнечной системы. Благодаря Cassini были открыты ледяные гейзеры, бьющие со спутника Энцелада, говорящие о наличии под его поверхностью жидкого океана, метановые озера на поверхности другой луны — Титана, а также шестиугольный шторм на северном полюсе самого Сатурна.

Но время, отведенное миссии, подходит к концу, и перед тем, как утопить аппарат в атмосфере Сатурна, ученые намерены выжать из него все, дав предпоследнее и отчаянное задание.

30 ноября, применив гравитационный маневр вокруг Титана, зонд увеличит наклон своей орбиты по отношению к кольцам и экватору планеты.

Благодаря выходу на новую орбиту с наклонением 60 градусов с 30 ноября по 22 апреля аппарат каждые семь дней (всего 20 раз)

будет «нырять» сквозь кольца планеты и исследовать их наименее изученный и интересный внешний край.

«Мы называем эту фазу миссии орбитами, задевающими кольца, поскольку мы сможем коснуться внешнего края колец, — пояснила Линда Спилкер, участник миссии из Лаборатории реактивного движения. — Вдобавок у нас есть два инструмента, которые могут брать пробы частиц и газов по мере того, как мы будем пересекать плоскость колец, поэтому в каком-то смысле Cassini действительно заденет кольца».

В ходе большинства предстоящих «нырков» аппарат попытается взять пробы частиц и молекул газов, которые окружают кольца. Во время первых двух пролетов аппарат пролетит прямо через довольно тонкое кольцо, которое пополняется за счет пыли от ударов астероидов по двум внутренним спутникам Сатурна — Эпиметею и Янусу.

NASAЭволюция орбит Cassini, желтый цвет — новая часть миссии

А в марте и апреле ученые заставят аппарат пролететь совсем близко от края кольца F.

«Несмотря на то что это будет самый близкий пролет мимо кольца F, аппарат все же будет на расстоянии 7800 километров от него. Поэтому по поводу возможного вреда для аппарата у нас нет беспокойств», — пояснил руководитель проекта Эрл Мейз.

Так называемое кольцо F является условной границей основной системы колец, однако у Сатурна есть и несколько других, более удаленных от планеты колец. Наблюдения, сделанные в последние годы, показали, что кольцо F — довольно сложная, «живая» структура. Ученые обнаружили на снимках Cassini яркие полосы, тонкие филаменты и темные каналы, которые появляются и эволюционируют буквально в течение нескольких часов. Центральная, наиболее плотная часть кольца имеет ширину 50 километров.

Погружения, которые будет осуществлять аппарат, дадут уникальную возможность наблюдать все разнообразие других малых спутников, таких как Пандора, Пан, Атлас и Дафнис. Уже в декабре аппарат приступит к изучению основных колец A, B и F, фотографируя их с разрешением менее одного километра на пиксель.

Такая детализация ни разу не достигалась его камерами с момента прибытия аппарата к системе Сатурна в 2004 году.

Особое внимание будет уделено природе таинственных объектов внутри кольца А, названных пропеллерами, которые, возможно, создаются невидимыми малыми спутниками в толще кольца. А в марте аппарат будет наблюдать за кольцами «на просвет», находясь в их тени, и ученые попытаются зафиксировать облака пыли, поднимаемые ударами микроастероидов.

«Я немного взволнован тем, что нам предстоит сделать, поскольку ни аппарат, ни его инструменты изначально не были предназначены для этого», — пояснила разработчик магнитометра аппарата, профессор космической физики в Имперском колледже Лондона Мишель Доэрти.

Последний этап станет прелюдией к окончанию миссии, которая намечена на 15 сентября — к тому времени аппарат полностью исчерпает запасы топлива. В завершающей части миссии зонд пройдет несколько раз в узкой щели между облаками планеты и внутренним краем колец и, наконец, навсегда исчезнет в плотных слоях атмосферы Сатурна.

Такой финал ученые уготовили аппарату из-за опасности, что, оставшись без топлива, он будет дрейфовать и сможет упасть на один из спутников планеты. Уже известно и точное время гибели — 15.07 мск.

Источник

Лед в углеродных нанотрубках не тает при 150 градусах Цельсия

МОСКВА, 30 ноя – РИА Новости. Физики из МИТ обнаружили, что вода внутри углеродных нанотрубок остается льдом даже при температурах, превышающих не только ноль, но и сто или даже 150 градусов Цельсия, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology.

"Если поместить жидкость в нанополость, то тогда ее фазовое поведение сильно поменяется. Мы ожидали, что точки плавления и кипения воды изменятся, но не были готовы к тому, насколько сильно они сдвинутся. Когда мы уходим на такой микроскопический уровень, все старые правила физики можно выбросить в мусорное ведро", — заявил Майкл Страно (Michael Strano) из Массачусетского технологического института в Бостоне (США).

Страно и его коллеги уже много лет изучают тайны устройства нанотрубок и ищут неортодоксальные варианты их применения на практике. К  примеру, в этом году они показали, что встраивание нанотрубок в листья растений превращает их в сверхчувствительные детекторы взрывчатки, светящиеся при появлении в воздухе следов их молекул, а также утраивает эффективность фотосинтеза.В своей новой работе команда Страно раскрыла еще одно необычное свойство нанотрубок, наблюдая за поведением молекул воды внутри них. Для этого ученые заполняли эти наноконструкции водой и "обстреливали" их при помощи инфракрасного лазера, следя за тем, как молекулы воды отражали эти лучи.

Как объясняют физики, в типичную нанотрубку, чей диаметр составляет от одного до полутора нанометров, может "влезть" очень небольшое число молекул воды, что сильно меняет их физические свойства и то, как они взаимодействуют друг с другом и меняют свое поведение при смене условий среды.

Замораживая и размораживая нанотрубки разных размеров, заполненные водой, Страно и его коллеги открыли крайне удивительный феномен – оказалось, что температура замерзания и плавления воды изменилась внутри нанотрубок гораздо сильнее, чем предсказывала теория.

К примеру, попадание воды в самые толстые нанотрубки диаметром в 1,5 нанометра привело к тому, что вода оставалась льдом даже при температурах, при которых вода обычно является жидкой – от трех до 30 градусов Цельсия. Дальнейшее уменьшение нанотрубок приводило к еще более сильным сдвигам в температуре таяния льда –  при их сужении на 0,1 нанометра температура таяния в среднем повышалась на 10-20 градусов.

Благодаря этому вода в самых тонких нанотрубках, чей диаметр составлял около нанометра, таяла при температуре, превышающей точку кипения для обычной воды. Она, как минимум, составляла 105 градусов Цельсия, и как максимум – около 150 градусов Цельсия.

Как отмечает Страно, удивительным является не только то, что вода остается льдом при столь высоких температурах, но и сам факт того, что она смогла проникнуть внутрь тонких нанотрубок, которые должны, если верить теории, сильно отталкивать воду и не пускать ее внутрь себя. То, почему это все же происходит, пока остается загадкой для американских физиков.

Несмотря на отсутствие понимания принципов их работы, подобные нанотрубки, по словам ученого, имеют массу практических применений. К примеру, их можно использовать для в качестве своеобразных проводов, передающих положительно заряженные ионы, а также для производства ледяных нанотрубок, не тающих при комнатной температуре.

Источник

Предложена новая версия происхождения «сердца» Плутона

«Ледяное сердце» Плутона представляет собой участок поверхности двудольной структуры, привлекающий внимание исследователей со времен его открытия, состоявшегося после пролета мимо Плутона космического аппарата НАСА «Новые горизонты» (New Horizons) в 2015 г. Особый интерес представляет западная доля «сердца», получившая неофициальное название равнин Спутника, глубокая впадина, в которой находится лед трех типов – лед из азота, метана и монооксида углерода – которая находится на противоположной от Харона, спутника Плутона, по отношению к которому Плутон находится в приливном захвате, стороне карликовой планеты. Уникальные свойства равнин Спутника породили множество теорий, объясняющих их формирование, почти все из которых основаны на том, что эти равнины представляют собой ударную воронку, образовавшуюся в результате столкновения с Плутоном небольшого небесного тела.

Однако в новом исследовании Дуглас Гамильтон (Douglas Hamilton), профессор астрономии Мэрилендского университета, США, предполагает, что равнины Спутника образовались на заре истории эволюции Плутона, а их необычные свойства были приобретены в результате продолжительной эволюции.

Согласно модели Гамильтона конфигурация орбиты Плутона такова, что самыми холодными на его поверхности являются широты, расположенные соответственно на тридцать градусов к северу и югу от экватора. Центр равнин Спутника как раз расположен на 25 градусах северной широты. Поэтому в этих холодных областях поверхности планеты начали формироваться отложения льда, рост которых ускорялся по мере увеличения количества этих отложений льда из-за положительной обратной связи, обусловленной уменьшением количества тепла, получаемого от Солнца поверхностью, покрытой льдом – материалом с высокой отражательной способностью. В это время Плутон ещё вращался с довольно высокой скоростью, однако концентрация массы в районе равнин Спутника сместила центр тяжести карликовой планеты, и она стала испытывать тормозящее действие со стороны спутника Харона, которое со временем привело к замедлению вращения и приливному захвату, в результате чего равнины спутника оказались в одном из двух возможных устойчивых положений – в противоположном Харону положении. Образование впадины под равнинами Спутника Гамильтон объясняет постепенным продавливанием коры планеты под действием массивных отложений льда, аналогичным явлению, наблюдающемуся на Земле в Гренландии.

Источник

Загадка сверхдиффузных галактик разрешена

На протяжении последнего года ученые наблюдали несколько очень тусклых, диффузных галактик. Эти галактики настолько же тусклые, как карликовые галактики, однако занимают огромный объем пространства, сравнимый с объемом пространства, занимаемым нашей галактикой Млечный путь.

До сих пор для ученых оставалось загадкой, каким образом галактики настолько тусклые – содержащие подчас в тысячу раз меньше звезд, чем содержит Млечный путь, могут быть настолько широкими. Сегодня в новом исследовании, проведенном сотрудниками Института Нильса Бора Копенгагенского университета, Дания, показано, что если в то время, когда в галактике формируется большое число звезд, в ней происходит множество взрывов сверхновой, то это может привести к «расталкиванию» как нормальной, так и темной материи, что приводит к расширению галактики.

«Воссоздав почти 100 виртуальных галактик, мы показали, что в тех случаях, когда звездообразование в галактике сопровождается большим числом сверхновых, как нормальная, так и темная материя галактики выталкивается наружу, что заставляет галактику расширяться. Когда в расширяющейся области находится относительно небольшое число звезд, это означает, что галактика становится тусклой и диффузной и поэтому с трудом поддается наблюдениям при помощи телескопа», - объясняет Арианна Ди Чинтио (Arianna Di Cintio), астрофизик из Института Нильса Бора и главный автор нового исследования.

Эти результаты указывают на то, что во Вселенной присутствует намного больше сверхдиффузных галактик, чем считалось ранее. В этих галактиках доминирует темная материя, и они являются карликовыми галактиками, массы которых в 10-60 раз меньше массы типичной крупной спиральной галактики, такой как Млечный путь.
Источник

Свет пульсара помог ученым доказать, что вакуум не является пустым

МОСКВА, 30 ноя – РИА Новости. Необычная поляризация света пульсара в созвездии Южной Короны указала на то, что вакуум не является пустым пространством с точки зрения квантовой физики и что он заполнен постоянно рождающимися и исчезающими виртуальными частицами и античастицами, говорится в статье, опубликованной в журнале MNRAS.

"В соответствии с теорией квантовой электродинамики, вакуум в сильном магнитном поле ведет себя как призма, расщепляющая свет на две составляющие. Этот эффект называется "двойным преломлением вакуума". Ту высокую линейную поляризацию света пульсаров, которую мы измерили, невозможно объяснить никак иначе, если мы не будем учитывать существование этого эффекта", — заявил Роберто Миньяни (Roberto Mignani) из Института астрофизики в Милане (Италия).

Сегодня ученые считают, что вакуум, вопреки нашим обыденным представлениям, не является воплощением абсолютной пустоты и просто пустым местом. Он представляет, в соответствии с законами квантовой физики, постоянно волнующееся "море" из бесконечного числа постоянно рождающихся и самоуничтожающихся пар виртуальных частиц и античастиц. Их взаимодействие, по мнению физиков, должно особым образом влиять на поведение атомов и света.

К примеру, это квантовое "море" должно особым образом влиять на поляризацию света при наличии сильных магнитных полей, заставляя его расщепляться и поляризоваться таким же образом, как свет ведет в себя в некоторых природных кристаллах, заставляющих его распасться на два луча. О существовании подобного эффекта ученые говорят с 30 годов прошлого века, однако им не удавалось его  зафиксировать до настоящего времени.

Миньяни и его коллеги впервые смогли увидеть, как вакуум заставляет свет расщепиться на две половины, наблюдая за пульсаром RX J1856.5-3754 в созвездии Южной Короны при помощи телескопа VLT, установленного в высокогорной обсерватории Параналь в Чили.

Пульсары и нейтронные звезды представляют собой сверхплотные скопления материи, возникающие из останков крупных светил, исчерпавших свои запасы звездного горючего. Они являются источниками сверхмощных магнитных полей, в миллионы раз более мощных, чем в недрах и в окрестностях Солнца, что делает их идеальными "лабораториями" для изучения квантовых свойств вакуума.

Пульсар RX J1856.5-3754 расположен в всего в 400 световых годах от Земли и отличается относительно "тихим" нравом – он почти не излучает радиоволн и его не окружают остатки сверхновой, "фонящие" во всех диапазонах излучения. Это позволило европейским астрономам увидеть его при помощи оптического телескопа и измерить поляризацию его свечения.

Как оказалось, свет данной нейтронной звезды был линейно поляризован на 11-21%, что, по словам астрофизиков, было бы невозможно, если бы вакуум в окрестностях пульсара не обладал "светорасщепляющими" свойствами, предсказываемыми теорией квантовой электродинамики.

Дальнейшие наблюдения за этим эффектом, как надеются ученые, помогут использовать его для изучения "атмосферы" нейтронных звезд и изучения тайн того, как устроены их недра, состоящие из экзотических форм материи.

Источник

Квантовая физика помогла ученым превратить сверхпроводник в изолятор

МОСКВА, 30 ноя – РИА Новости. Физики из США смогли превратить сверхпроводник в изолятор, создав в нем своеобразные зоны "квантовой неопределенности" при помощи слабых магнитных полей, что поможет раскрыть секреты их работы при высоких температурах, говорится в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.

"Создавая новые технологии, мы все время пытаемся "выжать" все больше и больше полезного из квантовых свойств разных материалов, однако они всегда содержат в себе примеси, мешающие реализации этой задачи. Мы показали, что в сверхпроводниках существуют случайные квантовые эффекты, порождаемые магнитными полями и дефектами. Их изучение поможет нам понять, что ограничивает работу сверхпроводников", — заявил Джим Валлис (Jim Vallis) из Брауновского университета (США).

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.

Как рассказывает Валлис, куперовские пары достаточно просто разрушить, повысив температуру внутри сверхпроводника или поместив его в сильное магнитное поле, которые заставят электроны "разорвать" отношения и начать самостоятельную жизнь. Оказалось, что помимо этих двух "энергоемких" методов, существует еще один способ превращения сверхпроводника в изолятор, затрагивающий квантовые свойства материи.

Авторы статьи обратили внимание на то, что куперовские пары внутри сверхпроводников двигаются так, что "пики" и "ямы" в квантовых волнах этих электронов будут связаны друг с другом особым образом. Если эту связь нарушить, создав препятствия для одной из волн и вызвав так называемый "фазовый сдвиг", то тогда куперовская пара распадется, так как она не сможет двигаться дальше.

Валлис и его коллеги попытались создать подобные препятствия, изготовив кусочек сверхпроводника необычной формы из висмута, похожий на губку с множеством микроскопических дырок.

В нормальных условиях электроны перемещаются по нему беспрепятственно, однако, если на одну из таких дырок подействовать очень слабым магнитным полем, в ней возникнут своеобразные квантовые "воронки", вокруг которых будут двигаться потоки электрического тока. Эти структуры будут препятствовать дальнейшему движению куперовских пар и превращать эту "губку" в обычный изолятор, несмотря на то, что магнитное поле подобной силы обычно не способно проникнуть внутрь сверхпроводника и уничтожить пары электронов само по себе.

Как считает Валлис, подобный трюк может помочь физикам понять, какие свойства высокотемпературных сверхпроводников, способных работать при почти "природных" температурах, отвечают за их удивительные свойства, и как их можно улучшить и достичь комнатной сверхпроводимости, подавляя появление подобных "воронок" и связанных с ними дефектов.

Источник

Мощное столкновение сверхновой с окружающим газом породило сверхяркую сверхновую

В новом, уникальном в своем роде исследовании международная команда астрономов, включающая сотрудников Института физики и математики Вселенной им. Кавли (Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, Kavli IPMU), построила модель мощных столкновений между сверхновыми и окружающим их газом – который выбрасывается звездой перед тем, как она вспыхнет как сверхновая, и после звездного взрыва начинает невероятно ярко светиться.

В последнее десятилетие учеными были открыты сверхновые, яркость которых на один-два порядка превышает яркость обычных сверхновых известных науке типов. Эти звездные взрывы называют сверхяркими сверхновыми (Superluminous Supernovae, SLSNe).

В спектрах некоторых из таких сверхновых наблюдается водород, в то время как другие сверхновые типы этого типа демонстрируют спектры, почти лишенные линий водорода. Эти последние носят название SLSNe-I, или сверхярких сверхновых I-го типа, бедных водородом. Объекты этого типа представляют собой научную проблему в теории эволюции звезд, поскольку учеными не до конца поняты даже обычные сверхновые, не говоря уже о сверхярких сверхновых.

В новом исследовании команда астрономов во главе с Еленой Сорокиной, приглашенным исследователем Kavli IPMU, разработала модель, объясняющую широкий спектр кривых блеска сверхновых типа SLSNe-I на основе сценария, предполагающего наименьшую энергию среди других предлагаемых учеными моделей.

Согласно этой модели звезда, из которой впоследствии формируется сверхновая типа SLSNe-I, остается почти лишенной водорода к окончанию своего жизненного цикла, и поэтому за несколько лет или месяцев перед взрывом теряет вместо богатых водородом внешних оболочек слои, обедненные водородом, но богатые углеродом и кислородом. Эти слои формируют вокруг звезды плотное облако, которое в результате последующего взрыва звезды как сверхновой начинает ярко излучать, формируя сверхяркую сверхновую I-го типа.

Исследование вышло в журнале Astrophysical Journal.

Источник

Физики: свет мог двигаться бесконечно быстро во время Большого Взрыва

МОСКВА, 29 ноя – РИА Новости. Флуктуации в микроволновом "эхо" Большого Взрыва указывают на то, что скорость  света была заметно выше в первые дни жизни Вселенной, чем сегодня, и что она достигала бесконечных значений в момент ее рождения, заявляют физики в статье, опубликованной в журнале Physical Review D.

"Теория о непостоянной скорости света сейчас достигла некой точки зрелости, которая позволяет нам проверить ее на практике. Если наблюдения за микроволновым фоновым излучением Вселенной покажут, что вычисленное нами число является точным, то тогда нам придется поменять теорию гравитации Эйнштейна. Все это будет означать, что законы физики тогда и сейчас заметно отличались", — рассказывает Жоао Магуэйхо (Joao Magueijo) из имперского колледжа Лондона (Великобритания).

В соответствии с теорией относительности Эйнштейна, свет и прочие виды электромагнитного излучения движутся через вакуум с постоянной скоростью, равной 300 тысяч километров в секунду и не превышающей это значение в других средах. Этот постулат является краеугольным камнем современной физики, на котором основаны все наши сегодняшние представления об устройстве Вселенной и ее поведении.

Примерно 15 лет назад Магуэйхо и ряд физиков из так называемого института Периметра в Канаде, специализирующегося на поиске "неортодоксальных" физических теорий, сформулировали новую теорию относительности, которая объясняла ряд несостыковок в описании Большого Взрыва и при этом постулировала, что скорость света могла быть иной в первые мгновения существования мироздания.

Естественно, что такая теория была крайне негативно встречена большинством физиков, посчитавших ее более ошибочной, чем выкладки Эйнштейна. Магуэйхо и его коллега Ниайеш Афшорди (Niayesh Afshordi) из института Периметра придумали, как можно проверить эту идею, обратив внимание на особую структуру "эха" Большого Взрыва – так называемого микроволнового фонового излучения Вселенной.

Первые наблюдения за этим излучением, проведенные при помощи зондов WMAP и "Планк", показали, что в нем есть достаточно крупные неоднородности, к примеру, знаменитое "холодное пятно" в созвездии Эридана, которые выходят за пределы допустимого для квантовых флуктуаций вакуума и прочих вещей, предсказываемых современными физическими теориями.

Как объясняет Магуэйхо, соотношение этих крупных и небольших неоднородностей, так называемый спектральный индекс, достаточно сложно предсказать при помощи современных космологических теорий, и поэтому ученым пришлось придумать идею о том, что Вселенная изначально расширялась очень быстро, а затем скорость ее роста резко замедлилась и упала до современных значений. Новые наблюдения показывают, что подобные ускорения и замедления могли происходить как минимум семь раз, что заставляет ученых сомневаться в правдоподобности современной космологии.

То, как это могло произойти и почему это "инфляционное поле", как называют движущий фактор данного процесса ученые, прекратил свое существование, пока никто не может объяснить. Магуэйхо и Афшорди нашли способ отказаться от этой "лишней сущности", предположив, что скорость света могла быть иной в момент Большого Взрыва.

Их расчеты показывают, что в том случае, когда скорость света была бесконечно высокой во время Большого Взрыва и заметно превышала текущее значение в первые мгновения жизни Вселенной, соотношение больших и малых неоднородностей в микроволновом фоновом излучении будет равным тому, которое наблюдали и "Планк", и WMAP – около 0,96478. 

Точность этих наблюдений, как отмечает Магуэйхо, была достаточно низкой – ученым удалось подтвердить эту цифру лишь до третьего знака после запятой. Однако уже в ближайшие несколько лет чувствительность инструментов достигнет значений, необходимых для проверки этой гипотезы и ее подтверждения или опровержения, заключают авторы статьи.

Источник

Российские конструкторы отправят в космос мощный транспортный корабль

Примерно через месяц завершится разработка самого мощного космического корабля России повышенной грузоподъемности. Проектные работы ведутся на РКК "Энергия."

Главное преимущество современного аппарата будет состоять в том, что он сможет взять на борт больше груза, а это значит, что экономическая выгода от запуска "грузовиков" на МКС значительно вырастет.

Кроме того, как отмечают разработчики «грузовика», доставка груза будет обходиться дешевле, если сравнивать с возможностями действующего его аналога. Возможности корабля - 3,4 тонны. Чтобы обеспечить всем необходимым российских космонавтов на международной космической станции, аппарат будет отправляться в космос трижды в год. "Прогрессы" осуществляют транспортировку на МКС четыре раза.

Примерно через 3-4 года аппарат впервые отправится в космос для обслуживания российских космонавтов, работающих на МКС. Эксплуатация устаревших аналогов не запланирована.

Возможно, что именно этому аппарату придется сводить МКС с орбиты, эксплуатация которой прекратится к 2024 году.

Источник

В НАСА разрабатывают новую еду для длительных космических миссий

В рамках работы над миссией «Орион», целью которой является запуск пилотируемых полетов к Луне и Марсу, в НАСА разрабатывают новое питание для астронавтов.
Питание современных астронавтов, работающих на Международной космической станции, весьма разнообразно. К примеру, День благодарения американские члены экипажа могут отметить традиционной трапезой, включающей индейку и цукаты. Однако подобные гастрономические изыски будут недопустимы при работе на космическом аппарате «Орион», поэтому скорее всего астронавтам придется обходится старыми добрыми питательными батончиками.
Проблема заключается в том, что на «Орионе» будет весьма жестко ограничено пространство, поэтому ученые уже сейчас работают над тем, чтобы максимально уменьшить объем еды и предметов снабжения, необходимых астронавтам в долгосрочных миссиях, а также сократить отходы их жизнедеятельности.
В результате ученые разработали новые высококалорийные питательные батончики, которыми астронавты могут заменить полноценный завтрак. Разнообразие вкусов впечатляет — от банана, клюквы, имбиря и ванили до вкуса жареного мяса. В каждом батончике, который больше напоминает брусок спрессованной каши, или мюсли, сдержится примерно 700 — 800 калорий, что считается нормой для поддержания здорового веса астронавтов.
Используя подобные батончики, организаторам миссии удастся добиться значительного сокращения массы груза для космического аппарата, а также сберечь пространство за счет удобной упаковки и хранения подобных компактных батончиков. В НАСА подчеркивают, что снижение веса груза на борту капсулы «Орион» имеет критическое значение, ведь чем тяжелее космический корабль, тем больше топлива и энергии требуется для того, чтобы поднять его в воздух и доставить в конечный пункт назначения.
Для сравнения, сегодня у космонавтов на МКС есть около 200 вариантов еды на выбор, а к праздникам им, как правило, им готовят особое меню, с традиционными для того или иного праздника блюдами. Такое разнообразие блюд обеспечивается за счет доставки с Земли специальных термостабилизированных или обезвоженных пакетах.
Впрочем, пока о полной замене завтраков новыми питательными батончиками речь не идет. Ученым еще предстоит провести исследования и выяснить, как такой рацион питания повлияет на моральное состояние экипажа в условиях долгосрочных миссий. Напомним, первый пилотируемый полет в рамках миссии «Орион» запланирован на 2021 год.

Источник

Чтобы найти жизнь на Марсе, вероятно, нам следует получше к нему присмотреться

Мог ли ныне уже не функционирующий марсианский ровер НАСА «Спирит» (Spirit) обнаружить доказательства присутствия жизни на Марсе, еще до того как попал в песчаную ловушку и был списан американским космическим ведомством в 2010 г.? Это вполне возможно, говорят два ученых, которые обнаружили на Земле место, сформированное с участием микроорганизмов, которое близко напоминает одну из областей поверхности Марса, которую ровер исследовал в 2007 г.

Объектом этого нового исследования стали пальцевидные образования из кремнезема, которые были запечатлены ровером «Спирит», когда тот находился на Домашнем плато, расположенном в горах Колумбия, внутри кратера Гусева, в апреле 2007 г. Ровер работал в этой местности свыше пяти лет, изучая геологию Марса и атмосферные явления на планете. Ровер-близнец марсохода «Спирит» под названием Opportunity продолжает исследовать Красную планету, спустя 13 лет с момента посадки.

Стив Руфф (Steve Ruff) и Джек Фармер (Jack Farmer) из Школы исследований Земли и космоса Университета штата Аризона, США, провели сравнение структур, наблюдаемых на Домашнем плато, со структурами, наблюдающимися в чилийской пустыне Атакама, близ гейзеров Эль-Татио, где по установленным данным микроорганизмы вносят большой вклад в формирование необычной структуры кремнеземистых отложений.

Кратер Гусева является одной из приоритетных научных целей для будущей миссии НАСА «Марс 2020», в рамках которой к Красной планете будет направлен вездеход, который сможет исследовать подробно эти загадочные кремнеземистые структуры.

Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Источник

Предложен способ обнаружения внеземных цивилизаций

Ученые из Белградской астрономической обсерватории (Сербия) рассказали о деятельности инопланетных цивилизаций, проявления которой человечество могло бы обнаружить уже сегодня. Препринт исследования опубликован на сайте arXiv.org.

В своей работе астрономы попробовали перечислить способы, которыми инопланетные цивилизации могут пользоваться для защиты от глобальных космических угроз, в частности, вспышек сверхновых звезд и гамма-всплесков. Жители других миров, по мнению исследователей, для этого в пределах собственной планетной системы могут размещать различные астроинженерные сооружения.

Они позволят снизить риски, связанные с негативным влиянием ионизирующего и интенсивного электромагнитного излучения и, скорее всего, будут напоминать объекты наподобие сферы Дайсона.

Сфера получила свое название в честь американского физика-теоретика Фримена Дайсона и, по замыслу автора, может быть создана высокоразвитой цивилизацией для аккумулирования энергии своей звезды. Если бы человек создавал такой объект, то радиус сферы мог бы равняться одной астрономической единице.

Источник

На Марсе обнаружены гигантские подповерхностные залежи водяного льда

Под марсианскими равнинами, изрезанными трещинами и усеянными кратерами, располагаются залежи водяного льда объемом примерно с озеро Верхнее, крупнейшее из Великих озер, расположенных в Северной Америке на территории США и Канады, выяснила группа ученых, используя данные, полученные при помощи марсианского орбитального аппарата НАСА Mars Reconnaissance Orbiter (MRO).

Ученые во главе с Кэсси Стурман (Cassie Stuurman) из Института геофизики Техасского университета, США, в новой работе исследовали область марсианской поверхности под названием равнины Утопия, расположенную в средних широтах северного полушария планеты при помощи инструмента Shallow Radar (SHARAD) зонда MRO. Анализ данных, полученных в результате более чем 600 пролетов, совершенных аппаратом над этой областью поверхности Красной планеты, выявил наличие залежей водяного льда на площади, превышающей площадь американского штата Нью Мексико. Толщина слоя этих отложений колеблется от 80 до 170 метров, при этом содержание водяного льда в составе материала слоя составляет от 50 до 85 процентов; остальное приходится на пыль и более крупные частицы горных пород.

На широте, на которой расположены эти залежи – примерно на полпути от экватора к северному полюсу Красной планеты – водяной лед не может продолжительное время находиться на поверхности. Он превращается в водяной пар в разреженной, сухой атмосфере планеты. Поэтому залежи льда, обнаруженные под равниной Утопия, защищены от воздействия атмосферы слоем грунта толщиной от 1 до 10 метров.

Отчет об исследовании опубликован в журнале Geophysical Research Letters.

Источник

Космический аппарат «Кассини» готов «вгрызться» в кольца Сатурна

Космический аппарат НАСА «Кассини» (Cassini) вскоре перейдет к очень интересной части с своей миссии. Инженеры непрерывно увеличивали высоту орбиты аппарата над поверхностью Сатурна в течение этого года, чтобы увеличить наклон орбиты по отношению к экватору планеты и её кольцам. И теперь 30 ноября, воспользовавшись помощью гравитации спутника Сатурна Титана, «Кассини» начнет первый этап финальной части своей миссии.

Начиная с 30 ноября и по 22 апреля следующего года, «Кассини» будет двигаться по орбите высоко над и под полюсами Сатурна, погружаясь каждые семь суток – в общей сложности запланировано 20 таких погружений – в неизведанную область близ внешнего края основных колец гигантской планеты.

Во время этих многочисленных погружений в кольца Сатурна научные инструменты «Кассини» будут напрямую измерять число частиц материала колец и молекул разреженных газов, наполняющих пространство в окрестностях колец. В течение первых двух орбит зонд пройдет прямо сквозь экстремально тусклое кольцо, формируемое в результате бомбардировки двух небольших спутников Сатурна, Эпиметея и Япета, крохотными метеорами. В марте и апреле аппарат пройдет рядом с наружной частью кольца F Сатурна на расстоянии 7800 километров от него.

Триумфальным завершением исторической миссии аппарата «Кассини» должно стать гибельное погружение аппарата в атмосферу Сатурна, во время которого будет произведено большое количество измерений параметров внутренних слоев атмосферы газового гиганта. Это погружение запланировано на 15 сентября 2017 г.

Источник

Учёные из Самары создают 3D принтер для «печати» российской базы на Луне

Учёные из Самары и специалисты из Научного объединения им. Лавочкина совместно разрабатывают уникальный принтер, который даст возможность напечатать составляющие и «дома» для базы наших космонавтов на Луне, сообщается на сайте РИА Новости.

Роботизированное техническое оборудование, для изготовления 3D печатных каменных элементов на Луне, должно быть готово в 2018 году.

Учёные и инженеры предполагают, что сначала на Луне необходимо сделать своего рода «камень». Изготовить его будет необходимо из лунного грунта. Этот камень можно сделать, спекая грунт солнечным пучком, который необходимо сфокусировать. Созданный искусственный камень будет защищать модули, которые планируют доставлять с Земли. Кроме того, эти созданные объекты смогут служить как навигация, рассказывается в сообщении.

Эксперт этого удивительного проекта Багров уверен, что рациональней всего при освоении Луны строить объекты под землёй. Он объясняет это тем, что весь процесс строительства можно просто автоматизировать, используя компьютерную технику. Использование 3D принтера и солнечной энергии сделает этот процесс относительно дешёвым, если сравнивать с доставленными модулями с Земли. При чём, эти модули совсем не защищены от радиации.

Источник

Российские физики создают сверхпроводящую "вихревую" память

МОСКВА, 23 ноя – РИА Новости. Физики из МФТИ и их зарубежные коллеги научились управлять так называемыми вихрями Абрикосова, магнитными "воронками" в сверхпроводниках, что открывает дорогу для создания памяти для световых и квантовых компьютеров будущего, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

"Сверхпроводники второго рода используются повсеместно: это и медицина, и энергетика, и многие другие отрасли промышленности. "Вихревая материя", в свою очередь, определяет свойства сверхпроводников. Поэтому контроль над ней и её изучение — важнейшие задачи современной физики", — заявил Иван Вещунов из Московского Физтеха, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Все сверхпроводники обладают необычным свойством – они "не любят" магнитное поле и стремятся его вытолкнуть наружу в том случае, если линии этого поля с ними контактируют. Если сила поля превышает определенное значение, то тогда сверхпроводник резко теряет свои свойства и становится "обычным" материалом.

Этот феномен, который физики называют эффектом Мейснера, работает неодинаково в разных сверхпроводниках. В сверхпроводниках так называемого первого рода магнитное поле не может существовать в принципе, а в их "собратьях" второго рода магнитное поле может проникать на небольшие расстояния в тех точках, где сочетаются сверхпроводящие и несверхпроводящие свойства.

Данный феномен был открыт в 1957 году советским физиком Алексеем Абрикосовым, за что он, а также Виталий Гинзбург и Энтони Леггет получили в 2003 году Нобелевскую премию по физике.

Как объясняют Вещунов и его коллеги, этот же феномен "частичного проникновения" магнитных полей порождает внутри сверхпроводника особые магнитные "воронки", кольцевые электрические токи, которые сегодня ученые называют "вихрями Абрикосова".

Квантовый характер этих вихрей, а также их стабильность и предсказуемость давно привлекают внимание физиков, пытающихся создать квантовые или световые компьютеры и нуждающиеся в надежных и быстрых запоминающих устройствах, способных напрямую работать с подобными вычислительными устройствами.

Ученые из МФТИ и университета Бордо сделали большой шаг к реализации этой задачи, научившись управлять движением таких вихрей внутри сверхпроводника, используя лазерные импульсы. Идея того, как это можно сделать, достаточно проста – для этого необходимо просто нагреть соседний с вихрем участок до таких температур, при которых сверхпроводящие свойства почти исчезнут, что заставит вихрь "перескочить" в этот участок.

Проблема заключается в том, что осуществлять подобный "прогрев" нужно осторожно, чтобы не разрушить сам вихрь. Руководствуясь этой идеей, российские и французские физики разработали специальную программу управления лазером, которая позволила им построить первые ячейки памяти на базе вихрей Абрикосова и использовать их для "написания" двух букв – A и V – при помощи этих магнитных "воронок".

Конечно, подобная технология еще далека от практического использования, однако, как считают российские физики, реализация подобного эксперимента говорит о том, что вихри Абрикосова действительно можно использовать для создания памяти для компьютеров будущего.

Источник

Немецкие физики "ужали" электронную пушку до размеров коробка

МОСКВА, 23 ноя – РИА Новости. Физики из Немецкого синхротронного центра смогли ужать простейший ускоритель электронов до размеров спичечного коробка, использовав Т-лучи для ускорения частиц до сверхвысоких скоростей, говорится в статье, опубликованной в журнале Optica.

"Электронные пушки используются для получения видеороликов и фотографий с атомным разрешением. Используя подобные миниатюрные электронные пушки, биологи смогут прикоснуться к тайнам работы "живых" машин, в том числе и тех структур, которые отвечают за фотосинтез в растениях. А физики, в свою очередь, смогут лучше понимать то, что происходит с материалами на атомном уровне", — заявил Франц Кертнер (Franz Kaertner) из Немецкого синхротронного центра DESY в Гамбурге.

Большинство современных ускорителей, кроме их экзотических "кильватерных" и лазерных разновидностей, используют радиоволны для передачи энергии разгоняемым частицам. Очень большая длина волны при этом является одной из причин того, почему современные коллайдеры приближаются по площади к небольшому государству.

Физики из Германского синхротронного центра DESY и их коллеги из Америки под руководством Кертнера пытаются использовать для разгона заряженных частиц другой тип волн – так называемое терагерцовое излучение. В октябре они уже представили первый прототип ускорителя электронов на базе Т-лучей, который смогли ужать до размеров спички, благодаря необычным свойствам этих волн.

Как объясняют ученые, терагерцовые волны занимают промежуточное положение между светом и классическими радиоволнами, обладая положительными чертами тех и других. В частности, они так же легко проникают через материю, как радиоволны, и при этом не ионизирует ее. Это позволяет использовать подобные лучи в качестве безопасной замены для рентгена, как основу для сверхскоростных систем связи и ряда других целей.

Главным достоинством этого излучения в контексте ускорения частиц является то, что длина его волн в тысячу раз короче, чем у тех радиоволн, которые используются в современных ускорителях. Это позволяет, в теории, уменьшить размеры всех компонентов в аналогичное число раз, однако сначала физикам нужно приспособить терагерцовые волны для работы в ускорителях.

Первый "спичечный" ускоритель Кертнера и его коллег обладал миниатюрными размерами, однако "качество" вырабатываемого потока электронов – его кучность и разброс в энергиях частиц – было слишком низким для того, чтобы такие устройства можно было использовать для ведения научных экспериментов.

Поэтому немецкие физики фактически создали полностью новый ускоритель, лишенный этих недостатков, радикально поменяв его конструкцию и изменяв принцип разгона электронов.

"Наше устройство представляет собой тонкую пленку из меди, которая способна вырабатывать электроны, если мы облучаем ее с одной стороны пучками ультрафиолетового излучения. С другой стороны ее бомбардируют импульсы терагерцового лазера, которые движутся к электронам через специальный световод, чье устройство способствовало максимальному взаимодействию электронов с Т-лучами. Высокая плотность электронов и минимальный разброс энергий позволяет уже сейчас использовать этот ускоритель для получения фотографий", — добавляет Ронни Хуан (Ronny Huang), коллега Кертнера.

По словам разработчиков ускорителя, все это позволяет достичь рекордной скорости ускорения, которая примерно в два раза превосходит показатели самых лучших электронных пушек. Это позволяет использовать подобные "спичечные" ускорители не только для медицинских исследований и материаловедческих экспериментов, но и в качестве "системы зажигания" в мощнейших рентгеновских лазерах, для работы которых нужны крайне кучные и энергетически однородные пучки электронов.

Источник