Новости физики и космоса 

Выпуск 27 (102) 1 - 15 февраля 

Оптики научились красить лазером любой металл в любой цвет

Оптики из Рочестерского университета научились окрашивать металл, используя сверхкороткие лазерные вспышки. Чуньлэй Го (Chunlei Guo) и Анатолий Воробьев уже сумели придать золотой окрас алюминию, синий - серебру, черный - платине, сообщает университет в своем пресс-релизе.

Го и Воробьев опубликовали в журнале Applied Physics Letters статью, описывающую технологию, которая позволяет, как они надеются, окрасить практически любой металл в любой цвет - или даже заставить металл переливаться всеми цветами радуги.

Исследователи использует очень мощные и очень короткие вспышки лазера для того, чтобы изменить свойства поверхности металла. Каждая вспышка длится несколько фемтосекунд (фемтосекунда - 10^-15, одна квадриллионная секунды), но по мощности сравнима с электрической сетью всей Северной Америки.

Вспышка создает в поверхностном слое металла структуры размером от нескольких микрометров до нескольких нанометров, которые отражают только лучи света с определенной длиной волны (то есть определенного цвета). Варьируя мощность, длину и количество вспышек, можно создавать структуры разной формы и размера (в том числе меньше длины волны), добиваясь практически любого цвета поверхности. Цвет не тускнеет и не исчезает со временем.

Го и Воробьев экспериментировали с платиной, титаном, вольфрамом, серебром и золотом и во всех случаях добивались желаемого результата, поэтому надеются, что технология будет работать и для других металлов. Для того чтобы обработать участок металла размером с десятицентовик, сейчас требуется около получаса.

Из лесных отходов будут производить биотопливо

Исследователи из Организации по научным и промышленным исследованиям Содружества (CSIRO) совместно с учеными из университета Монаш разработали новую технологию, которая позволяет получать биотопливо из лесных отходов. Информация об этой технологии представлена на сайте CSIRO.

В качестве исходного материала можно использовать разнообразные древесные отходы: щепки, кукурузную шелуху, бумагу или сухие листья. В настоящее время большая их часть закапывается или сжигается.

В результате обработки древесных отходов по новой технологии ученые смогли получить концентрированную основу для производства топлива, которая отличается повышенной стабильностью.

Доктор Стивен Лоффлер из отдела изучения леса считает, что производство концентрированной основы поможет существенно снизить затраты. Концентрат можно получать непосредственно в местах лесозаготовок и транспортировать на очистительные заводы.

Кроме того, использование непищевых исходных материалов при производстве топлива предпочтительно, так как позволяет избежать дилеммы: выращивать, например, кукурузу, чтобы накормить голодающих или чтобы использовать как топливо в более благополучных странах.

Физики обогнали сигналом движущийся со скоростью света пучок частиц

Сотрудники Релятивистского коллайдера тяжелых ионов (RHIC, Relativistic Heavy Ion Collider) разработали метод, который позволяет корректирующему сигналу обогнать пучок частиц, мчащийся практически со скоростью света, сообщает Брукхевенская национальная лаборатория США.

РКТИ - один из самых мощных современных коллайдеров - предназначен для моделирования первых секунд существования Вселенной. Сталкивая мчащиеся с огромными скоростями частицы, физики частично воспроизводят процессы, происходившие непосредственно после Большого взрыва. Ученые надеются, что подобные исследования помогут решить фундаментальные теоретические проблемы современной физики.

В одном из экспериментов РКТИ по двум отдельным огромным кольцам длиной около четырех километров в противоположных направлениях мчатся два пучка ионов - ядер атомов золота. Скорость движения пучков составляет до 99,995 процента от скорости света. Пучки состоят из отдельных групп - сгустков, состоящих из миллиардов ионов каждый. Цель эксперимента - столкновение пучков (кольца имеют шесть специальных пересечений), приводящее к возникновению крошечного кусочка раскаленной плотной материи, воспроизводящей условия ранней Вселенной.

В ходе движения ионы в пучке постепенно нагреваются, расстояние между ними увеличивается, и сгустки становятся менее плотными. В этом случае уменьшается количество сталкивающихся частиц, а с ним - объем полезной информации. Для борьбы с этим используется так называемое стохастическое охлаждение, которое, однако, никогда еще не применялось в ускорителях, где частицы движутся сгустками (как в РКТИ), а не непрерывным потоком.

Идея стохастического охлаждения проста: специальное устройство (пикап) измеряет, насколько положение частиц в пучке отличается от идеального, и передает информацию об этом корректирующему устройству (кикеру), находящемуся впереди по курсу движения пучка. Кикер при необходимости воздействует на пучок электрическим полем, получая более плотные и холодные сгустки частиц. В случае РКТИ проблема в том, что сигнал от пикапа к кикеру должен обогнать пучок, движущийся почти на предельной скорости.

В РКТИ для этого используется две хитрости. В одном случае микроволновой сигнал отправляется более коротким путем по хорде - отрезку, соединяющему две точки окружности. Пучок движется по более длинному пути, поэтому сигнал обгоняет его. В другом случае сигнал передается по оптоволокну в другую сторону - навстречу пучку, чтобы кикер охладил его на следующем круге.

В РКТИ пока что протестировано только продольное стохастическое охлаждение - сжатие сгустка вдоль направления его движения (длинный сгусток становится короче) - в одном из колец. Количество столкновений ионов уже увеличилось на 20 процентов. Расчеты позволяют надеяться, что введение продольного и поперечного (при котором "толстый" сгусток становится тоньше) охлаждения в обоих кольцах увеличит количество столкновений на 500 процентов.

Ученые изобрели генератор для извлечения энергии при ходьбе

Ученые из университета Саймона Фрезера в городе Барнаби, Канада, сконструировали наколенный генератор, который вырабатывает энергию, достаточную для поддержания работы десяти мобильных телефонов. Работа опубликована в журнале Science.

Прибор получает энергию от тормозящего движения ног при шаге. При ходьбе у человека работают две группы мышц. Одни мышцы отвечают за выбрасывание ноги вперед, другие тормозят ногу перед моментом полного ее выпрямления. Новый прибор "собирает" энергию торможения, которая обычно рассеивается в тепло. Механическая энергия мышечного сокращения трансформируется в электрическую.

Ведущий исследователь Макс Донелан говорит, что принцип, который лег в основу работы прибора, уже используется в легковых автомобилях нового типа. Часть энергии они получают от работы двигателя, а часть извлекают при торможении.

Прибор "собирает" механическую энергию мощностью пять ватт, которую человек тратит на замедление движения ноги и которая обычно рассеивается в тепло. Ношение наколенного генератора требует некоторых затрат энергии. Однако в итоге владелец все равно остается в хорошем плюсе. Для того, чтобы произвести один ватт энергии, прибор требует от владельца затратить дополнительную по сравнению с обычным ритмом ходьбы энергию мощностью менее одного ватта. Для сравнения, ручной генератор, который получает энергию от вращения рукоятки, требует затраты мышечной энергии, общей мощностью почти шести с половиной ватт. На выходе такой генератор выдает энергию мощностью 1 ватт.

Новый прибор опробовали на себе шесть добровольцев. Тестирование наколенного генератора проводили на беговой дорожке. Для определения того, насколько велика дополнительная нагрузка на организм при ношении генератора, ученые замеряли количество потребляемого кислорода при ходьбе с генератором и без него. Прибор весит 1,6 килограмма; добровольцы "носили" по одному прибору на каждой ноге. Ученые установили, что количество потребляемого кислорода при ношении генератора не изменяется.

Сейчас ученые работают над тем, чтобы сделать конструкцию прибора менее громоздкой. В перспективе наколенный генератор смогут использовать те, чья жизнь зависит от бесперебойной работы медицинских приборов, например, инсулинового насоса или кардиостимулятора, поддерживающего нормальный сердечный ритм. В настоящее время они работают на аккумуляторах, для замены которых требуется хирургическая операция.

Астронавты присоединили к МКС космическую лабораторию "Коламбус"

Астронавты NASA Стэнли Лав и Рекс Уолхайм в понедельник вечером присоединили к МКС европейскую космическую лабораторию "Коламбус", сообщает "Интерфакс" со ссылкой на представителей российского ЦУП.

Возвращаясь около 23:30 по московскому времени на борт станции, Лав обнаружил небольшое метеоритное отверстие на перилах около двери в шлюзовую камеру и сообщил о нем на Землю. Кроме работ по установке "Коламбуса", доставленного на орбиту шаттлом, астронавты также отсоединили патрубки от емкости с азотом, которая входит в состав системы терморегулирования МКС.

Всего Лав и Уолхайм работали в открытом космосе более шести часов. Предполагалось, что присоединением лаборатории вместе с Лавом займется гражданин Германии Ганс Шлегель, входящий в состав экипажа "Атлантиса", однако у него возникли проблемы со здоровьем, и в открытый космос вышел Уолхайм. Из-за недомогания Шлегеля, причины которого NASA не раскрывает, запланированный на вечер воскресенья выход за пределы МКС был отложен на сутки.

Найдено новое доказательство наличия жидкой воды на спутнике Сатурна

Группа ученых разработала математическую модель знаменитых ледяных гейзеров Энцелада, выбрасывающих на высоту сотен километров водяной пар и частицы пыли. Модель предполагает наличие жидкой воды под поверхностью спутника, сообщают исследователи в статье в журнале Nature.

Энцелад, шестой по величине спутник Сатурна (около 500 километров в диаметре), весь покрыт льдом и известен своими ледяными гейзерами (ледяными вулканами, криовулканами), об открытии которых сообщалось в 2006 году. Около южного полюса спутника находятся четыре необычных борозды, называемые тигровыми полосками. Из них на высоту сотен километров поднимаются фонтаны, состоящие в основном из водяного пара. Сразу после этого открытия появилась гипотеза, что на Энцеладе есть не только лед, но вода в жидком состоянии, которая и питает гейзеры.

Помимо водяного пара (и небольшого количества азота, метана и углекислого газа), фонтаны содержат также частицы пыли, причем пыль движется заметно медленнее газа. До сих пор не было известно, почему так происходит.

Группа ученых под руководством Юргена Шмидта (Juergen Schmidt) из Потсдамского университета, в которую входит россиянин Николай Бриллиантов (Потсдамский университет, университет Лестера, МГУ имени Ломоносова), разработала математическую модель двухкомпонентных гейзеров.

По мнению исследователей, замедление пыли не может объясняться взаимодействием пыли и газа в самом фонтане: вещество в нем слишком разрежено. Замедление еще до выхода частиц из-под поверхности, при их просачивании вещества сквозь узкие туннели в тигровых полосках. Трение о стенки туннелей замедляет частицы пыли.

Астроном предлагает изменить определение астрономической единицы

Астроном Питер Нордлингер (Peter Noerdlinger) предлагает изменить определение астрономической единицы - единицы измерения больших расстояний. Текущее определение зависит от массы Солнца, которая постоянно уменьшается, доказывает Нордлингер в препринте своей статьи, поданной в журнал Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy.

Астрономическая единица (а. е.) примерно равна расстоянию от Земли до Солнца. Она примерно в 63 тысячи раз меньше светового года и в 206 тысяч раз меньше парсека. Используется в основном для измерения расстояний между сравнительно близкими объектами, в частности, между объектами Солнечной системы.

Сейчас астрономическая единица составляет 149 597 870,610 километра. По определению Международного астрономического союза, она равна радиусу невозмущенной круговой орбиты, на которой тело пренебрежимой массы имело бы период обращения вокруг Солнца, равный двум пи, деленным на k. Такой период практически равен одному земному году, а k - гауссова гравитационная постоянная. Проблема в том, что k выражается через текущую массу Солнца.

Солнце же, напоминает Нордлингер, постоянно теряет массу: как за счет излучения, так и за счет выбросов вещества. Каждую секунду Солнце теряет около шести миллиардов килограмм. Из-за этого орбиты планет Солнечной системы увеличиваются (зависимость от времени линейная), а скорость их движения по орбите падает (зависимость от времени квадратичная). Например, за сто лет Меркурий отстанет от положения, которое должен занять по расчетам, основанным на современном определении астрономической единицы, на 1,4 километра.

По мнению Нордлингера, даже такие небольшие отклонения требуют отказаться от текущего определения астрономической единицы в серьезной науке. Его можно исправить, зафиксировав условную массу Солнца (например, массу Солнца в какой-то конкретный момент времени) или изменив определение гравитационной постоянной.

Ученые предлагают искать следы пронзающих Землю черных дыр

Международный коллектив ученых под руководством Иосифа Хрипловича (Институт ядерной физики имени Будкера, Новосибирский государственный университет) разработал методы, которые могут позволить обнаружить следы микроскопических черных дыр, пролетающих сквозь Землю, сообщают авторы в препринте своей статьи, выложенном на arXiv.org.

Основным признаком пролета черной дыры, по мнению исследователей, станут порождаемые им звуковые волны, которые можно уловить акустическими детекторами. Кроме того, дыра оставит в земной коре длинный тонкий след в виде трубки из вещества, подвергнувшегося сильному радиационному воздействию. Такие трубки должны сохраняться довольно долго, и их можно надеяться обнаружить геологическим методами.

Черная дыра - объект с исключительно сильным гравитационным притяжением. Любое тело, приблизившееся к черной дыре на расстояние меньше критического (критическое расстояние называется гравитационным радиусом), уже не может покинуть ее область притяжения и, грубо говоря, поглощается ею. Несмотря на это, все черные дыры могут терять массу за счет квантовых эффектов (испарение или излучение Хокинга).

В настоящее время доказано существование двух типов черных дыр: звездных масс и сверхмассивных. Первые являются конечным этапом эволюции тяжелых звезд, имеют массу до нескольких десятков масс Солнца, происхождение вторых до конца не выяснено, их масса может составлять миллиарды масс Солнца. Предполагается, однако, что могут существовать черные дыры и других типов: промежуточной массы (от 500 до 1000 масс Солнца), а также микроскопические.

Теоретического нижнего предела для массы черной дыры не существует. Предполагается, что на ранних стадиях существования Вселенной за счет неоднородности плотности составлявшей ее материи могли возникнуть микроскопические черные дыры. Самые маленькие из них уже должны были испариться, однако некоторые вполне могли дожить до наших дней. Расчеты показывают, что масса таких дыр должна быть не менее пятисот миллионов тонн, а гравитационный радиус - около фемтометра (10^-15 метра). Это означает, что дыры по размеру во много раз меньше атома: радиус атома обычно составляет порядка одной десятой нанометра (10^-10 метра).

Такие черные дыры, иногда называемые первичными или примордиальными, вполне могут пролетать сквозь планеты, в том числе сквозь Землю. За счет ничтожного гравитационного радиуса дыра не поглощает большого количества материи, таким образом, ее прохождение сквозь Землю остается незамеченным. Группа Хрипловича занялась изучением того, как можно было обнаружить пролет такой дыры, движущейся со сверхзвуковой скоростью, сквозь Землю или хотя бы его следы.

Гравитационное взаимодействие приведет к тому, что за время прохождения сквозь Землю дыра излучит около четырех гигаджоулей энергии. Это не очень много, учитывая, что эта энергия будет распределена во времени (полет дыры займет несколько минут) и пространстве (проделанный путь может быть сравним с диаметром Земли, более 12 тысяч километров), но большая ее часть перейдет в звуковые волны с частотой, лежащем в определенном диапазоне. Эти волны можно надеяться уловить акустическими детекторами.

Россия запустит в 2008 году собственный метеоспутник

третьем квартале 2008 года на орбиту будет выведен российский метеоспутник "Метеор-М1", сообщает РИА Новости со ссылкой на слова заместителя руководителя Роскосмоса Юрия Носенко. В настоящее время Россия не имеет ни одного собственного метеоспутника.

Последний российский метеоспутник "Метеор-3М" окончательно перестал передавать информацию о погоде в 2004 году. После этого Россия была вынуждена заказывать метеоданные, получаемые с зарубежных космических аппаратов.

По словам Носенко, Роскосмос вместе с Росгидрометом работают над подготовкой наземного комплекса приема, обработки и распространения спутниковой информации, которую планируется завершить к марту. Всероссийское НИИ электромеханики имени Иосифьяна (ВНИИЭМ) заканчивает работу над "Метеором-М1". Запуск спутника назначен на третий квартал 2008 года.

В ноябре 2008 года планируется запустить еще один спутник, также собираемый во ВНИИЭМ, -"Электро-Л". Спутник будет висеть на геостационарной орбите над Индийским океаном.

К МКС стартовал грузовик "Прогресс-М63"

В 16:03 по московскому времени с космодрома Байконур к Международной космической станции стартовал грузовой транспортный корабль "Прогресс-М63". Для запуска использовалась ракета-носитель "Союз-У", сообщает "Интерфакс".

На 529-й секунде "Прогресс" отделился от ракеты-носителя и начал двухдневный автономный полет.

Старт "Прогресса" изначально планировался на 7 февраля, однако был перенесен по просьбе NASA, так как на 7 февраля назначен многократно отменявшийся старт шаттла "Атлантис", а одновременная стыковка двух кораблей с МКС затруднительна. В итоге "Прогресс" должен пристыковаться к станции 7 февраля (в 17:34 МСК), в день старта "Атлантиса".

"Прогресс" доставит на МКС грузы первой необходимости: 420 килограмм воды, средства обеспечения газового состава, водобеспечения, средства санитарно-гигиенического обеспечения, пищу, белье для экипажа, средства профилактики неблагоприятного воздействия невесомости и оказания медицинской помощи, оборудование медицинского контроля и обследования, светильники, систему управления и навигации, систему электропитания, систему технического обслуживания и ремонта, комплекс средств поддержки экипажа, а также комплекс целевых нагрузок для проведения научных экспериментов.

Предыдущий грузовик, "Прогресс-М62", был отстыкован от МКС 4 февраля. Две недели корабль будет находиться в автономном полете, за это время будет проведена серия экспериментов по определению свойств плазменного окружения корабля, возникающее при работе его двигателей.

Иран запускает две космические ракеты

Президент Махмуд Ахмадинеджад анонсировал запуск в космос еще двух иранских ракет, передает агентство France Presse. Необходимость пуска ракет глава Ирана объяснил подготовкой к выведению на околоземную орбиту первого иранского спутника Omid (Надежда).

По информации иранского информагентства IRNA, Ахмадинеджад сделал это заявление перед жителями Тегерана на площади Азади во время торжественного празднования 29-ой годовщины Исламской революции. Он отметил, что пуск первой иранской космической ракеты 25 февраля 2007 года прошел успешно, и все поставленные учеными цели были достигнуты.

По оценке американских военных экспертов, иранская космическая ракета представляет собой модернизированный вариант раекты Shahab 3. После пятилетнего тестирования модель была принята на вооружение Ирана в июле 2003 года. Она была разработана Shahid Hemmat Industrial Group, одним из подразделений министерства науки и обороны страны, и может подниматься в воздух на высоту до 2100 километров. По другим сведениям, Ахмадинеджад запустил в 2007 году измененный вариант северокорейской ракеты Taepodong-2.

В своей речи 11 февраля президент подчеркнул, что проект Amid осуществляется совместно российской и иранской сторонами. 4 февраля был торжественно открыт первый в стране космический центр, который и должен будет летом запустить в космос иранскую Надежду. Ранее старт Amid был назначен на конец марта - апрель 2008 года.

Ученые подсчитали вклад потепления в повышение количества и силы ураганов

Марк Сондерс (Mark Saunders) и Адам Ли (Adam Lea) из Лондонского университетского колледжа впервые количественно определили роль поверхностной температуры океана в формировании урагана, сообщают исследователи в статье в журнале Nature.

С 1970 года количество сильных ураганов возросло на 75 процентов, особенно в Тихом и Индийском океанах. В северной Атлантике, Карибском море и Мексиканском заливе количество ураганов было ниже среднего в 70-х и 80-х годах двадцатого века, но резко возросло после 1995 года. Рекорд был поставлен в 2005 года: с июня по декабрь образовалось 15 ураганов. Именно для этих регионов Сондерс и Ли проводили свои расчеты.

К формированию урагана приводит сложное сочетание многих факторов, вклад каждого из которых пока точно не установлен. В последнее время получило широкое признание мнение, что ключевую роль играет температура поверхности океана: чем она выше, тем легче протекает формирование сильного урагана. В частности, в северной Атлантике средняя температура воды за период с июня по август 2005 года превысила среднюю температуру за период с 1901 по 1970 год на 0,9 градуса Цельсия.

До сих пор, однако, никто не предлагал способа количественно определить зависимость количества и силы ураганов от поверхностной температуры воды. Сондерс и Ли с помощью статистических методов смогли разделить вклад двух основных факторов: температуры воды и околоповерхностной скорости ветра. Оказалось, что повышение температуры за период с августа по сентябрь на 0,5 градуса приведет к повышению ураганной активности на 40 процентов. Так, именно локальное повышение температуры воды отвечает за 40 процентов возросшей интенсивности ураганов с 1996 по 2005 год в северной Атлантике.

Расчеты показывают, что повышение температуры воды к 2100 году на два градуса может привести к увеличению максимальной скорости обрушивающихся на побережье ураганов на шесть процентов. С одной стороны, это не очень много, с другой - ущерб, наносимый ураганом, возрастает пропорционально кубу скорости ветра.

Скончался конструктор космических скафандров Гай Северин

В четверг, 7 февраля, на 82 году жизни скончался Генеральный директор и генеральный конструктор Научно-производственного предприятия "Звезда", занимающегося производством систем жизнеобеспечения для летчиков и космонавтов, академик Гай Северин, передает "Интерфакс".

Северин возглавлял НПП "Звезда" с 1964 года. Под его руководством предприятие стало головным в области разработки и производства индивидуальных систем жизнеобеспечения летчиков и космонавтов, скафандров для работы в открытом космосе, средств спасения экипажей и пассажиров и систем дозаправки самолетов в полете.

При непосредственном участии Гая Северина было, в частности, создано катапультное кресло космического корабля "Восток" для полета Юрия Гагарина, а также шлюзовая камера и скафандр, в котором Алексей Леонов впервые вышел в открытый космос.

В последние годы под руководством Северина были созданы новые скафандры для работы на Международной космической станции и станции "Мир", а также новое семейство компьютеризованных авиационных катапультных кресел К-36Д-3,5 для боевых самолетов.