Новости физики и космоса 

Выпуск 17 (140) 1 - 15 сентября 

Гигантский телескоп подтвердил общую теорию относительности

Астрономы, работающие на телескопе VLBA, провели чрезвычайно точные измерения гравитационного отклонения излучения. Полученный ими результат хорошо согласуется с теоретическим, предсказанным в рамках общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна. Статья авторов опубликована в журнале The Astrophysical Journal. Краткое описание работы приведено в пресс-релизе Национальной радиоастрономической обсерватории США.

В рамках ОТО предполагается, что вблизи массивных объектов пространство-время искривляются. Этот эффект проявляется в изменении путей лучей света рядом с таким объектом. Первое экспериментальное подтверждение этого предсказания было получено в 1919 году, однако точности сделанных тогда наблюдений было недостаточно для однозначного признания правоты Эйнштейна.

Степень искривления пространства вблизи массивных объектов и отклонения световых лучей в ОТО определяет параметр, обозначаемый греческой буквой "гамма". Если теория Эйнштейна верна, то гамма должна быть в точности равна единице.

Группа телескопов VLBA, рассредоточенная от Гавайских до Виргинских островов позволила астрономам провести чрезвычайно точные измерения. Ученые наблюдали свет, идущий от четырех удаленных квазаров - галактик с активными ядрами. Видимое положение квазаров должно отличаться от действительного, так как гравитация Солнца изменяет пути радиоизлучения квазаров. Исследователи получили значение параметра гамма, равное 0,9998 плюс-минус 0,0003.

Авторы считают, что для дальнейшего уточнения значения гаммы необходимо провести измерения этого параметра другими методами.

Физики впервые нашли магнитные монополи в спиновом льду

Физики смогли получить аналог знаменитых монополей Дирака в экзотическом спиновом льду. Сразу две статьи исследователей на эту тему появились в журнале Science. Краткое изложение работ приводит Nature News.

Монополем Дирака называется гипотетическая частица, обладающая ненулевым магнитным зарядом. Данные частицы появились впервые в работах Дирака, посвященных квантованию электромагнитного взаимодействия. С тех пор физики безуспешно пытались опытным путем их обнаружить.

Монополи, о которых идет речь в новой работе, имеют иную природу, чем изучавшиеся Дираком. Так, в рамках новых исследований ученые моделировали эти частицы в так называемом спиновом льду - материале, в котором спины атомов располагаются аналогично атомам водорода в молекулах льда. В частности, его можно представлять себе состоящим из тетраэдров, с атомами в вершинах. При этом два спина атомов ячейки "смотрят" вовнутрь, а два - наружу.

Данный материал физики помещали в магнитное поле. В результате в спиновом льду возникали регионы, которые можно считать монополями - то есть источниками радиальных магнитных полей. Для регистрации возникновения подобных регионов ученые использовали нейтронную интерферометрию. Новое открытие стало первым практическим подтверждением существования моделей монополей в различных экзотических материалах.

Физики объяснили направление твердости материалов

Физики объяснили причину направленной сверхтвердости некоторых материалов. Статья ученых появилась в журнале Physical Review B, а ее краткое изложение приводит Physical Review Focus.

В рамках работы ученые строили модель особого класса материалов, к которым относится, например, диборидрения ReB₂. Эти материалы отличаются относительной легкостью в производстве (не требуются высокие температура и давление), а по твердости превосходят алмаз, правда только в некоторых направлениях.

Именно последнее свойство и интересовало ученых. Для построения модели они воспользовались результатами изучения более привычных материалов. В частности, одним из авторов исследования ранее была установлена и проверена на практике взаимосвязь между типами межатомных связей и получающейся твердостью материала.

Для того, чтобы применить полученные наработки в случае диборида, ученые поступили следующим образом. Они предположили, что наибольшее значение для твердости имеют связи, перпендикулярные направлению давления на материал. Затем, каждая связь добавлялась в известную уже ранее формулу с весом, который характеризовал отклонение направления связи от плоскости, перпендикулярной направлению давления.

Физики научились общаться под водой с помощью лазера

Американские физики Военно-морской исследовательской лаборатории разработали технологию, которая позволяет получать из воды звук при помощи лазерного луча. О работе ученых сообщается в пресс-релизе лаборатории.

Суть новой технологии заключается в следующем. Проходя сквозь толщу воды, лазер ионизирует ее ("срывает" с молекул воды электроны). Ионизированная вода перегревается выше температуры кипения. Образующиеся пузырьки пара лопаются, производя звуковые волны.

Лазерный луч высокой интенсивности способен изменять оптические свойства воды, выступая в качестве фокусирующей линзы. Кроме того, лучи различных цветов перемещаются в воде с разной скоростью. "Играя" на этих двух особенностях, исследователи научились изменять характеристики взрывов.

Новый метод может быть использован для создания новых средств коммуникации между подводными лодками, а также между подводными лодками и кораблями. В воздушной среде описанные выше эффекты проявляются значительно слабее, чем в воде, поэтому сигнал может проходить большие расстояния, сохраняя исходные параметры. Еще одна потенциальная область применения нового метода - создание звуковых "изображений" предметов, находящихся под водой.

Физики описали технологию превращения вируса в кота Шредингера

Группа физиков описала технологию, позволяющую превратить вирус в квантовую систему. Работа ученых пока не опубликована в рецензируемом научном журнале, но препринт статьи с описанием метода доступен на сайте arXiv.org. Коротко работа описана на портале Nature News.

Объекты квантовых систем в отличие от макрообъектов могут одновременно находиться в двух различных состояниях (это свойство получило название суперпозиции). Например, спин атома может "указывать" одновременно "вверх" и "вниз". Суперпозиция сохраняется до тех пор, пока не будет проведено измерение. В момент, когда ученый измеряет состояние квантовой системы, она переходит в одно из двух состояний.

Феномен суперпозиции наглядно описал австрийский физик Эрвин Шредингер в 1930-х годах. В его примере макроскопической квантовой системой был ящик, в котором находился кот. Кроме кота в ящике была ампула с ядовитым газом. Над ампулой находится молоток, опускание которого управляется распадом ядра радиоактивного изотопа. Вероятность того, что ядро распадется в течение некоторого срока, составляет 50 процентов. До тех пор, пока экспериментатор не откроет ящик, кот одновременно и жив и мертв.

До сих пор самыми крупными объектами, для которых была показана суперпозиция, являлись молекулы. Схема опыта, предложенная авторами новой работы, позволит расширить этот список. В экспериментальной установке вирус в магнитном поле левитирует над полостью. Вся система находится в вакууме. Вирус охлаждается до основного состояния, а затем при помощи лазера его вводят в суперпозицию двух состояний - "остановки" и "движения".

Нанотрубки оказались отличными солнечными батареями

Ученые установили, что углеродные нанотрубки могут значительно увеличить эффективность солнечных батарей. Статья исследователей появилась в журнале Science, а ее краткое изложение приводит ScienceNOW.

Известно, что при попадании фотона в молекулу некоторого материала в нем возникают электроны. При этом они появляются в виде экситонов - квазичастиц, которые состоят из положительно заряженной "дырки" и отрицательно заряженного электрона. При этом в существующих солнечных батареях на один фотон приходится обычно один экситон, а остальная энергия уходит в тепло.

Достаточно давно ученые предполагали, что ситуация может выглядеть совершенно иначе в случае, когда речь идет об объектах нанометрового размера. В рамках новой работы исследователи тестировали эту гипотезу. Для этого они "растянули" углеродные нанотрубки между двумя электродами. Эта батарея облучалась лазерными импульсами. В результате исследователям удалось добиться того, что на каждый фотон в материале возникало как минимум два экситона.

По словам исследователей, новая технология пока далека от массового применения. Созданная ими установка служит скорее для практического доказательства существования эффекта возникновения нескольких квазичастиц от одного фотона. В будущем, однако, ученые надеются, что использование подобной технологии позволит увеличить эффективность солнечных батарей, которая для промышленных моделей сейчас составляет около 20 процентов (то есть 20 процентов солнечной энергии превращается в электрическую).

NASA запустит телескоп для изучения черных дыр в 2011 году

Американское космическое агентство возобновило работы по созданию орбитального рентгеновского телескопа NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array). Разработка NuSTAR была прервана в 2008 году из-за нехватки средств. Запуск аппарата, предназначенного для изучения черных дыр и взрывов сверхновых, намечен на август 2011 года. О будущей миссии сообщается в пресс-релизе Лаборатории реактивного движения (JPL) при NASA.

Телескоп NuSTAR будет работать в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне. Ни один из запущенных к настоящему моменту телескопов не был "заточен" именно под жесткое рентгеновское излучение. Основной целью миссии NuSTAR будет наблюдение черных дыр и сверхновых в центральных регионах Млечного Пути. Кроме того, при помощи нового телескопа специалисты NASA рассчитывают изучить природу гамма-всплесков - мощных энергетических выбросов, природа которых до конца не изучена.

NuSTAR включает в себя два телескопа со специально обработанной оптикой и детекторы нового поколения. Ожидается, что чувствительность, спектральное и пространственное разрешение нового прибора будут от 10 до 100 раз выше, чем у работающих сейчас рентгеновских телескопов "Чандра" (Chandra) и XMM.

Проекту NuSTAR повезло больше, чем другим космическим миссиям NASA, реализация которых была отложена на неопределенный срок. Из-за недостатка финансирования агентству с высокой вероятностью придется отказаться от создания лунной базы.

Астрономы создали новый вид телескопов

Американские ученые создали новый вид телескопов, который получил название омнископа. Новая схема предназначена для борьбы с высокой стоимостью современных научных инструментов. Статья исследователей еще не опубликована в рецензируемом журнале, однако ее препринт доступен на сайте arXiv.org.

В рамках работы ученые подошли к оценке стоимости телескопов статистически. Известно, что цена инструмента растет как степень площади главного зеркала аппарата. Для решения этой проблемы предлагается использовать вместо одного большого зеркала несколько более мелких зеркал и принципы интерферометрии.

Трудность подобного подхода заключается в том, что потоки информации от каждого зеркала должны анализироваться попарно. Таким образом, стоимость вычислительной техники, необходимой для анализа данных с массива в N телескопов, является величиной порядка N².

В рамках новой работы ученые предлагают вместо N зеркал использовать группы по M штук. Это позволит добиться стоимости порядка (N/M)² за счет снижения охвата региона звездного неба в соответствующее число раз. Кроме этого ученые предлагают размещать зеркала в форме прямоугольника для того, чтобы для полученного массива данных можно было использовать так называемое быстрое преобразование Фурье. Это позволяет снизить вычислительные затраты до порядка N/M log₂N/M.

По словам исследователей, аналогичный трюк может быть применен к системам телескопов произвольной формы. Это позволит, теоретически, получать достаточно дешевые и чувствительные инструменты, работающие в различных диапазонах электромагнитного спектра.

Астрономы сфотографировали соседа Млечного Пути

Астрономы из Южной европейской обсерватории (ESO) опубликовали фотографии NGC 4945 - соседа Млечного Пути - в высоком разрешении. Об этом сообщается в пресс-релизе на сайте обсерватории.  

Для наблюдения астрономы использовали инструменты, установленные на 2,2-метровом телескопе MPG, который располагается в Чили. Галактика NGC 4945 располагается на расстоянии около 13 миллионов световых лет от Млечного Пути, что для галактик считается достаточно небольшим расстоянием (для сравнения, диаметр нашей галактики составляет около 100 тысяч световых лет).

Из-за своего расположения в пространстве для наблюдателя с Земли данная галактика имеет сигарообразную форму, хотя на самом деле представляет собой диск. Данная галактика относится к так называемым галактикам Сейферта, которые отличаются необычайно яркостью своей центральной части.

Вокруг самой удаленной черной дыры нашли галактику

Астрономы обнаружили вокруг CFHQSJ2329-0301 - самой удаленной из известных сверхмассивных черных дыр - галактику. Об этом сообщается в пресс-релизе Королевского астрономического общество, а статья (pdf) ученых появится в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Черная дыра и ее галактика располагаются на расстоянии 12,8 миллиарда световых лет от Земли, а масса дыры составляет около миллиарда солнечных.

Для наблюдения астрономы использовали новые чувствительные датчики, установленные на телескопе Subaru, который располагается на потухшем вулкане Мауна Кеа. Анализ собранных данных позволил установить, что примерно 40 процентов излучения с длиной волны 9100 ангстрем приходит не от аккреционного диска дыры, а от окружающей ее галактики.

По словам исследователей, новые результаты крайне важны для понимания эволюции Вселенной на ранних этапах ее развития. Одной из главных загадок космологии является механизм появления сверхмассивных черных дыр на ранних этапах развития Вселенной. В настоящее время существует множество теорий на этот счет.

Астрономы обнаружили готовящуюся к взрыву звезду

Международная группа исследователей обнаружила двойную звездную систему, в которой в ближайшие несколько миллионов лет произойдет взрыв сверхновой. Статья исследователей появилась в журнале Science, а ее краткое изложение приводится в пресс-релизе на сайте Европейского космического агентства (ESA). Астрофизики предсказывают, что, когда произойдет взрыв, сверхновая будет видна на небе невооруженным глазом.

В рамках исследования ученые использовали данные, собранные орбитальным рентгеновским телескопом XMM-Newton. При помощи чувствительных приборов на борту аппарата ученые смогли выяснить, что двойная звезда HD 49798 готовится к катастрофическому взрыву.

Данная система, расположенная на расстоянии примерно 2100 световых лет от Земли, привлекла внимание астрономов еще в 1997 году. Тогда ученые выяснили, что система состоит из белого карлика (представляющего собой останки звезды после гравитационного коллапса) и более крупного коллеги. Карлик вращается вокруг собственной оси с периодом примерно 13 секунд и считается самым быстрым из известных на настоящий момент.

Особенностью новой системы является масса карлика, входящего в нее. Она составляет более 1,2 солнечных и продолжает расти, поскольку карлик ворует массу у соседа. При достижении массы в 1,4 солнечных (так называемого предела Чандрасекара) белый карлик взорвется.

Российскую миссию к Фобосу рекомендовали отложить

Запуск космического аппарата "Фобос-Грунт" было рекомендовано отложить как минимум до 2011 года. Об этом со ссылкой на собственные источники в Роскосмосе сообщает russianspaceweb.com. Причиной является тот факт, что система контроля полета аппарата может не выдержать длительной миссии.

Рекомендации поступили от специалистов, которые в настоящее время занимаются тестированием аппарата в Научно-производственном объединении имени Лавочкина. По данным russianspaceweb.com, судьба миссии, запуск которой пока запланирован на октябрь 2009 года, должна решиться в ближайшие недели. Планируется, что Роскосмос сделает официальное заявление.

В мае 2009 года пресс-служба НПО имени Лавочкина сообщала, что все работы по проекту ведутся согласно графику запуска. Кроме этого совсем недавно Роскосмос и Европейское космическое агентство (ESA) подписали соглашение о сотрудничестве по марсианским проектам "Экзомарс" (ExoMars) и "Фобос-Грунт".

Российский аппарат должен был отправиться к марсианской луне Фобосу, совершить посадку на ней, а также вернуться на Землю с образцами грунта. В общей сложности путешествие должно занять около трех лет.

На Сатурне зарегистрировали рекордную по продолжительности грозу

Астрономы зарегистрировали самую длительную из известных гроз на Сатурне - данное атмосферное явление существует на газовом гиганте с середины января 2009 года. Предыдущий грозовой рекорд составлял 7,5 месяцев и был зарегистрирован в период между 2006 и 2007 годами. Свои результаты ученые представили на Европейском конгрессе по планетарным наукам (European Planetary Science Congress 2009), а их изложение приводит издание Universe Today.

Открытие было сделано при помощи зонда "Кассини". Дело в том, что мощные грозовые разряды сопровождаются излучением в радиодиапазоне. Именно это излучение и регистрировал зонд. Диаметр грозового образования составляет около 3000 километров. Предыдущая гроза-рекордсмен также была зарегистрирована зондом "Кассини".

Новая гроза была обнаружена в районе южной 35-й параллели. Исследователи отмечают, что большинство мощных гроз происходит именно в этом регионе. Почему это так, ученые пока объяснить не могут. Они предполагают, что в данном районе происходит мощное вертикальное перемешивание внешних слоев газового гиганта.

У Сатурна обнаружили временный радиационный пояс

Астрономы обнаружили у Сатурна временный радиационный пояс, который регулярно исчезает и появляется. Свои результаты ученые представят на Европейском конгрессе по планетарным наукам (European Planetary Science Congress 2009), а их краткое изложение приводится в официальном пресс-релизе конгресса.

Ранее астрофизикам уже было известно, что Земля - не единственная планета, обладающая радиационными поясами (так называемыми поясами Ван Аллена) - регионами магнитосферы, где накапливаются и удерживаются попавшие в окрестность планеты заряженные частицы. Однако до настоящего времени динамика изменения поясов была изучена только для Юпитера и Земли.

Теперь, благодаря миссии "Кассини", которая продолжается уже около пяти лет, у ученых появилась информация о поясах Сатурна. В рамках работы астрофизики изучали данные, собранные детектором MIMI, который измеряет энергию и распределение заряженных частиц в пространстве.

Исследователям удалось обнаружить, что после мощных солнечных выбросов в окрестности орбиты Дионы появляется радиационный пояс. Его существование длится несколько недель. ученые полагают, что частицы, составляющие пояс, оказываются в конце концов на поверхности Дионы и соседней луны - Тефии.

Астрономы нашли сбежавшую от Юпитера луну

Астрофизики установили, что комета 147P/Kushida-Muramatsu в течение почти 12 лет была спутником газового гиганта, однако позже "сбежала". Новые результаты показывают, что Юпитер обзаводится временными лунами чаще, чем считалось до сих пор. Свои результаты ученые изложат на Европейском конгрессе по планетарным наукам (European Planetary Science Congress 2009), а их краткое изложение приводит Universe Today.

При помощи компьютерного моделирования астрономам удалось установить, что комета 147P/Kushida-Muramatsu была спутником газового гиганта с 1949 по 1961 годы. В рамках исследования астрофизики использовали сверхточные данные наблюдений за кометой за последние 9 лет. Эти данные использовались для того, чтобы вычислить прошлую траекторию 147P/Kushida-Muramatsu.

Данная комета стала уже пятой известной на сегодняшний день временной луной. До недавнего времени предполагалось, что подобные временные спутники не задерживаются на орбите Юпитера более одного оборота гиганта. Новые результаты показывают, что 147P/Kushida-Muramatsu сделала примерно два оборота вокруг планеты. Это означает, что подобных временных объектов может быть больше, чем считалось до сих пор.

Китай начал строить четвертый космодром

В понедельник, 14 сентября, в Китае началось строительство нового космодрома, сообщает агентство "Синьхуа". Это будет четвертый и самый большой центр космических запусков в КНР. Закончить строительство планируется к 2013 году.

Новый космодром будет находиться на острове Хайнань в 19 градусах к северу от экватора. Расположение на столь низких широтах позволит Китаю снизить затраты при отправке аппаратов за пределы Земли. На церемонии открытия руководитель штаб-квартиры Космического центра острова Хайнань Ван Вэйчан (Wang Weichang) отметил, что космодром будет преимущественно использоваться для запусков различных типов спутников.

Невидимый индийский зонд будет летать еще тысячу дней

Индийский зонд "Чандраян-1", связь с которым была потеряна 29 августа, будет оставаться на лунной орбите еще тысячу дней. Об этом сообщил представитель Индийского космического агентства (ISRO). Его слова приводит газета The Times of India.

Как и планировалось, "Чандраян-1" разобьется о поверхность Луны в 2012 году. На 2013 год намечен запуск второй индийской лунной миссии "Чандраян-2".

К моменту, когда курирующие миссию "Чандраяна-1" специалисты потеряли связь с зондом, он пробыл на орбите 312 дней и успел совершить 3400 оборотов вокруг Луны. Представители объявили миссию аппарата завершенной (хотя и преждевременно) и подчеркнули, что "Чандраян-1" успел получить большое количество ценных научных данных.

Россия приступила к разработке аппарата для исследования спутника Юпитера

Специалисты НПО имени Лавочкина начали разработку конструкции посадочного модуля, который будет исследовать спутник Юпитера Европу. О планах российских инженеров агентству "Интерфакс" рассказал действительный академический советник Академии инженерных наук России Юрий Зайцев.

Российский аппарат должен стать частью международной миссии под названием "Лаплас". Другое название проекта - EJSM (Europa Jupiter System Mission - миссия по исследованию системы Юпитера). Запуск миссии предварительно намечен на 2020 год.

В исследовательском проекте участвуют несколько стран, в частности, США, страны Евросоюза, Россия и Япония. В ходе EJSM должны быть реализованы две задачи - изучение Европы и другого юпитерианского спутника - Ганимеда. В исследовании Европы будут задействованы четыре аппарата. Один будет обращаться вокруг спутника, другой должен сесть на него (именно он разрабатывается в НПО имени Лавочкина), третий предназначен для изучения магнитосферы планеты. Четвертый аппарат останется на орбите Юпитера и будет служить ретранслятором для передачи данных на Землю.

Европа и Ганимед стали целью для межпланетной миссии по итогам длительного изучения и переговоров европейских и американских астрономов. Поверхность Европы покрыта ледяной коркой, под которой скрыт водяной океан. Ученые не исключают, что в нем могли обитать (или обитают до сих пор) живые организмы.