Новости физики и космоса 

Выпуск 2 (149) 16 - 31 января 

В Сеть выложили оригинал истории про Ньютона и яблоко

В Сеть в открытый доступ выложили оригинал истории про яблоко, которое вдохновило Исаака Ньютона на открытие закона всемирного тяготения. С документом можно ознакомиться на сайте британского Королевского общества (эту организацию можно условно назвать аналогом Российской академии наук). 

Документ, в котором описан процесс размышлений ученого, датирован 1752 годом. Автором манускрипта является друг и биограф Ньютона Уильям Стакли. Знаменитый момент падения яблока Стакли описывает следующим образом: "После обеда установилась теплая погода, мы вышли в сад и пили чай в тени яблонь. Он (Ньютон) сказал мне, что мысль о гравитации пришла ему в голову, когда он точно так же сидел под деревом. Он находился в созерцательном настроении, когда неожиданно с ветки упало яблоко. "Почему яблоки всегда падают перпендикулярно земле", - подумал он".

Физики завязали "узлы темноты"

Физикам удалось получить световые поля, в которых имеются "узлы темноты" - замкнутые линии нулевой интенсивности. Статья исследователей появилась в журнале Nature Physics, а ее краткое изложение приводится на сайте Бристольского университета, сотрудники которого принимали участие в работе.

Исследователи смогли предъявить пример волнового поля в трехмерном пространстве, обладающего крайне сложной структурой. Численное моделирование позволило определить, что у этого поля имеется кривая нулевой интенсивности, завязанная в узел. Ученые полагают, что теоретически можно создать голограмму подобного поля.

При этом, когда речь идет об узлах, то их следует понимать в математическом смысле, то есть как замкнутые кривые в трехмерном пространстве (в обычной жизни, например, у шнурков, на которых завязывают узлы, имеются концы). Данные узлы, вообще говоря, нельзя развязать. Исследователям удалось среди прочего получить классический и простейший в некотором смысле узел, называемый трилистником.

Физики создали новую установку для запуска термоядерного синтеза

Группа американских физиков доложила о первых успешных результатах эксперимента по запуску реакций термоядерного синтеза новым способом. Подробности работы приведены в статье авторов в журнале Nature Physics. Коротко исследование описано в пресс-релизе Массачусетского технологического института.

Реакциями термоядерного синтеза называют реакции слияния ядер легких элементов с образованием ядер более тяжелых. Этот процесс сопровождается выделением колоссального количества энергии, однако для запуска подобных реакций требуются энергетические "вложения", намного превышающие выход. В природе реакции термоядерного синтеза происходят, например, в недрах звезд при огромных давлениях и температурах. Люди добились протекания реакций слияния ядер при взрыве водородных бомб.

Одной из основных трудностей при разработке подходов к проведению управляемых термоядерных реакций является необходимость поддерживать в стабильном состоянии плазму - ионизированный газ. Именно в таком состоянии находится вещество при температурах, необходимых для запуска термоядерных реакций. На сегодняшний день наиболее перспективным считается использование токамаков - магнитов тороидальной формы. Токамаки должны стать основной экспериментального реактора ITER, строительством которого будут заниматься ученые из множества стран (хотя в последнее время будущее этого проекта становится все более туманным).

Авторы новой работы решили использовать совсем другой подход. Ученые задействованы в эксперименте под названием Levitated Dipole Experiment - LDX (это можно перевести как эксперимент с использованием левитирующего диполя). Для создания установки LDX физики использовали свои знания о взаимодействии плазмы с магнитными полями планет. При помощи сверхпроводящего магнита, "подвешенного" в пространстве за счет работы другого магнита, исследователи создали магнитное поле, по своим характеристикам напоминающее магнитное поле Земли (левитация необходима для того, чтобы избежать искажений формы поля).

Вокруг магнита расположена внешняя камера, в которой находится нагретая до 10 миллионов градусов Цельсия плазма. То есть, в отличие от установок с токамаками, плазменный шнур расположен снаружи от магнита. В созданной учеными конструкции возмущения, возникающие в плазме, дополнительно "сближают" атомы газа. При использовании других подходов они, напротив, "расталкивают" частицы плазмы. Подобную "концентрацию" плазмы астрономы фиксировали при наблюдениях магнитосферы Земли или Юпитера.

Несмотря на первый успех саму реакцию синтеза ученым пока запустить не удалось. Более того, для дальнейшей работы на LDX физикам необходимо создать систему более точного, чем сейчас, измерения температуры плазмы - критического параметра запуска термоядерного синтеза.

Физики доказали возможность возникновения черных дыр при столкновении частиц

Физики из США и Канады впервые доказали, что при столкновении элементарных частиц могут образовываться микроскопические черные дыры. Статья ученых выходит в Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводит ScienceNOW. Препринт статьи доступен тут.

Для любого сферического тела с фиксированной массой определен так называемый радиус Шварцшильда - при радиусе меньше этого значения образуется черная дыра, то есть объект со столь мощным гравитационным полем, что даже свет не может покинуть его окрестности. Для Земли этот радиус составляет, например, 8,84 миллиметра.

Еще с начала 70-х годов прошлого века ученые предполагали, что при столкновении частиц с очень большой энергией (в теории относительности масса и энергия связаны знаменитым соотношением E = mc²) могут возникать эффекты, аналогичные сжатию массы до радиуса Шварцшильда. В рамках нового исследования ученые провели численное моделирование столкновения двух частиц и установили, что в этом случае черные дыры действительно могут образовываться.

При этом ученые подчеркивают, что вероятность обнаружения дыр на Большом адронном коллайдере (БАК) очень невелика. Это связано с тем, что энергии столкновений, достижимые на ускорителе, на много порядков меньше, чем необходимые для формирования дыр. Единственный возможный сценарий появления этих объектов - наличие у Вселенной дополнительных пространственных измерений. Однако даже в этом случае дыры будут жить относительно недолго.

Огласили расписание работы коллайдера на 2010 год

Ученые огласили расписание работы Большого адронного коллайдера (БАК) на 2010 год. Помесячный план экспериментов был представлен на зимней конференции по физике элементарных частиц в Аспене.

Доклад, в котором описывались задачи физиков на ближайший год и анализировались причины аварии, произошедшей в сентябре 2009 года, был прочитан физиком Эриком Пребисом (Eric Prebys). Он руководит группой американских лабораторий LARP (LHC Accelerator Research Program - исследовательская программа, работающая на БАК), которая сотрудничает с европейскими учеными из CERN (организация, курирующая проект БАК).

К марту физики намерены увеличить энергию каждого пучка до 3,5 тераэлектронвольт (то есть энергия столкновений составит 7 тераэлектронвольт) и побить свой прошлогодний рекорд по энергии столкновений в 2,36 тераэлектронвольта. В конце июня энергия каждого пучка может быть увеличена до 4-5 тераэлектронвольт, однако эта перспектива будет дополнительно обсуждаться. Если специалисты решат довести энергию пучков до таких значений, то в мае эксперименты на БАК будут прерваны на месяц для перенастройки систем коллайдера.

Большой адронный коллайдер - это самый крупный на планете ускоритель элементарных частиц. С его помощью ученые намерены подтвердить или опровергнуть положения Стандартной Модели - наиболее популярной на сегодняшний день теории, объясняющей фундаментальные физические взаимодействия. Максимально возможная энергия столкновений на БАК составляет 14 тераэлектронвольт.

Физики показали ненужность темной материи

Физики объяснили аномальный избыток высокоэнергетических электронов в космосе, не прибегая к темной материи. В созданной учеными модели "лишние" частицы порождаются излучением звезд. До сих пор одним из самых приемлемых объяснений считались взаимодействия частиц темной материи. Статья авторов принята к печати в журнале The Astrophysical Journal. Ее основное содержание приведено на портале Nature News.

Избыток высокоэнергетических электронов в космическом излучении был обнаружен в ходе нескольких экспериментов, использующих различные методы. Практически сразу было предложено объяснение этого феномена: элементарные частицы высоких энергий могут являться результатом аннигиляции частиц темной материи.

Темной материей называют пока еще не открытую субстанцию, которая "ответственна" приблизительно за 23 процента массы Вселенной. Предположения о ее существовании появились после того, как было обнаружено, что многие взаимодействия в космосе не могут протекать так, как они протекают: их участники должны были бы быть тяжелее, чем на самом деле.

Авторы новой работы предложили теорию, в которой задействованы только "обычные" явления. Одним из источником электронов во Вселенной являются взрывы сверхновых. По мере движения электронов сквозь Млечный Путь их энергия падает. Существование высокоэнергетических электронов в рамках этой теории не объяснялось. Исследователи предположили, что излучение, испускаемое звездами, способно воздействовать на энергию электронов таким образом, что конечное распределение этих элементарных частиц по энергиям будет соответствовать наблюдаемому.

Новая модель хорошо объясняла данные, полученные несколькими космическими аппаратами, в том числе аппаратом PAMELA, который обнаружил в космосе необычное соотношение электронов и позитронов (антиматериальных аналогов электронов).

Орбитальный телескоп WISE обнаружил первый астероид

Новый инфракрасный телескоп NASA WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer - что можно перевести как "телескоп с широкоугольной оптикой для изучения Вселенной в ИК-диапазоне") сделал свое первое открытие - ему удалось обнаружить неизвестный ранее астероид. Об этом сообщается на сайте NASA.

Объект, получивший наименование 2010 AB78, располагается на расстоянии 158 миллионов километров от Земли. Астероид, диаметр которого составляет 1 километр, движется по эллиптической орбите под наклоном к плоскости Солнечной системы. По словам ученых, объект не представляет опасности для Земли из-за своего небольшого размера и орбиты, которая проходит вдали от нашей планеты.

Астероид был обнаружен телескопом еще 12 января 2010 года, однако об открытии было объявлено только сейчас. Это связано с тем, что работающие с WISE ученые ожидали подтверждения своего открытия от астрономов с обсерватории на потухшем вулкане Мауна-Кеа.

Опубликованы фотографии кратера Тихо в высоком разрешении

Астрономы, работающие с зондом Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), опубликовали снимки лунного кратера Тихо в высоком разрешении, сообщает портал Space.com. Фото можно посмотреть тут.

Данный кратер привлекает пристальное внимание ученых из-за своей молодости. Так, радиометрическая датировка показывает, что ему 108 миллионов лет. Для сравнения, возраст большинства крупных воронок на Луне составляет около 3,9 миллиарда лет. Диаметр кратера Тихо - 85 километров.

Ученые подчеркивают, что кратер может оказаться моложе. На это указывают, в частности, остатки материала, выброшенного после удара, которые до сих пор присутствуют вокруг воронки. При этом, чтобы достоверно определить возраст, необходимо взять некоторое количество образцов. Это может быть сделано во время будущих миссий к Луне.

Астрономы впервые зафиксировали рождение кометы от двух астероидов

Астрономы предложили объяснение происхождению необычной кометы P/2010 A2, обнаруженной в январе 2010 года. По мнению некоторых ученых, этот объект может являться результатом столкновения двух крупных астероидов, произошедшего относительно недавно. Доводы исследователей изложены на портале Universe Today.

Странный объект был замечен астрономами 6 января. По внешним признакам он напоминал комету, однако некоторые свойства не позволяли однозначно причислить P/2010 к этому классу космических тел. Во-первых, "комета" находится в "неположенном" для нее месте - главном поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера. Во-вторых, ее орбита очень нетипична для кометы. Обычно кометы обращаются вокруг Солнца по вытянутым эллиптическим орбитам, а орбита обнаруженного объекта круговая.

На данный момент у астрономов нет окончательной уверенности, что странное небесное тело действительно образовалось при столкновении двух астероидов. В ближайшем будущем ученые намерены провести наблюдения P/2010 A2 при помощи телескопа "Хаббл".

Астрофизики уточнили массу кварковых звезд

Астрофизики установили, что масса кварковых звезд может быть значительно выше, чем считалось до сих пор. Статья ученых пока не принята к публикации, однако ее препринт доступен на сайте arXiv.org. Краткое изложение сути статьи приводит physicsworld.com.

Когда у светила заканчивается "топливо", оно коллапсирует. В зависимости от массы получается либо нейтронная звезда, либо белый карлик, либо черная дыра. Существует, однако, теория, согласно которой в результате подобного коллапса может получаться кварковая звезда, состоящая из странной материи, то есть материи, в которой примерно равное число u-, d- и s-кварков (последние иногда называют "странными", отсюда и название материи).

В настоящее время известно совсем немного кандидатов на роль кварковых звезд. В рамках новой работы, которая носила сугубо теоретический характер, исследователи рассчитывали предполагаемую массу кварковой звезды с использованием математического аппарата теории возмущений.

В результате исследователи установили, что масса кварковой звезды может достигать 2,5 солнечных. При этом масса нейтронной звезды не превосходит двух солнечных. Таким образом, исследователи предполагают, что обнаружение компактного объекта, отличного от черной дыры, с массой свыше двух солнечных можно расценивать как серьезное доказательство существования кварковых звезд.

Зонд сфотографировал на Марсе молодой кратер

Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) сфотографировал на Красной планете относительно молодой кратер. Фотографии и их описание доступны на сайте проекта. 

По словам ученых, на молодость нового кратера указывает тот факт, что на снимках данного региона, выполненных зондом Viking в 70-х годах прошлого века какие-либо кратеры отсутствуют. При этом исследователи не исключают, что воронка могла быть просто засыпана песком.

Кроме этого в пресс-релизе на сайте MRO сообщается, что в ближайшее время в печать поступит номер журнала Icarus, целиком составленный из статей, написанных по результатам наблюдений аппарата. В основном работы посвящены формированию рельефа Красной планеты под воздействием атмосферных и прочих факторов.

Совсем недавно зонду удалось сфотографировать на Марсе "лес", который образован выбросами темного грунта на поверхность в результате весенней возгонки углекислого газа. Обычно дюны зимой покрыты льдом. 

Крупнейший орбитальный телескоп вновь заработал в полную силу

Крупнейший орбитальный телескоп "Гершель" (Herschel) вновь заработал в полную силу. Ученые смогли починить спектрометр HIFI, вышедший из строя более пяти месяцев назад, сообщает BBC News. Окончательно инструменты телескопа начали функционировать в штатном режиме 14 января.

Ученые заметили, что телескоп работает не так, как обычно, 3 августа 2009 года, уточняется в пресс-релизе института космических исследований Нидерландов, сотрудники которого задействованы в миссии "Гершеля". Спектрометр HIFI находился в состоянии, не предусмотренном в руководстве по эксплуатации.

Сбой произошел из-за разряда, который возник после того, как телескоп выполнил сложную последовательность операций. Изначальной причиной неполадок, по мнению специалистов, стало воздействие космических лучей. Определение природы поломки заняло несколько месяцев. Затем ученые разработали алгоритм, призванный наладить работу спектрометра. Все команды телескопу посылали дистанционно.

Чтобы полностью восстановить функциональность HIFI, специалисты задействовали резервную электронику (космические приборы часто снабжаются дублирующими комплектами техники, так как обслуживание в космосе либо невозможно, либо связано со множеством трудностей).

Различия Каллисто и Ганимеда появились в результате метеоритной бомбардировки

Астрофизики объяснили разницу в строении двух спутников Юпитера - Каллисто и Ганимеда. Статья ученых появилась в журнале Nature Geoscience, а ее краткое изложение приводится в пресс-релизе Юго-западного исследовательского института (Southwest Research Institute).

Известно, что Ганимед и Каллисто имеют близкие по величине радиусы (2,6 тысячи и 2,4 тысячи километров) и состоят из льда и камней. При этом, однако, их внутреннее строение заметно отличается. Именно эти отличия и пытались объяснить астрофизики в своей работе.

Они предположили, что на строение юпитерианских спутников оказала влияние так называемая поздняя тяжелая бомбардировка (Late Heavy Bombardment), которая произошла 3,9 миллиарда лет назад. В это время из-за изменений орбит планет Солнечной системы, траектории большого количества комет и астероидов оказались дестабилизированы, что привело к метеоритным дождям на многих крупных небесных телах.

Ученые полагают, что Ганимеду досталось значительно больше Каллисто во время бомбардировки. В результате лед начал таять, и каменные фрагменты погрузились внутрь небесного тела. Все это привело к появлению у спутника твердого и жидкого ядра и, как следствие, собственного магнитного поля. В свою очередь Каллисто состоит преимущественно из спрессованной смеси льда и горных пород - то есть исходного для обоих спутников материала, не "обработанного" метеоритными бомбардировками.

"Кассини" сфотографировал минутное затмение луны Сатурна

Аппарат "Кассини" сфотографировал затмение одной из лун Сатурна - Тефии. На снимках, сделанных с интервалом в одну минуту, видно, как она скрывается за диском четвертого спутника газового гиганта - Дионы. Фотографии в высоком разрешении и их краткое описание доступны на сайте миссии "Кассини".

На снимках хорошо заметен кратер Одиссей на поверхности Тефии. Его диаметр равен 400 километрам, в то время как диаметр самой луны составляет около 1,6 тысячи километров. Кроме того, видно, что темная часть Тефии, находящаяся напротив Солнца, все же слегка освещена. Это отраженный свет, который исходит от Сатурна (он расположен справа вверху от Тефии и Дионы). На Диону отраженный свет не попадает.

На момент съемки Тефия была удалена от аппарата "Кассини" на расстояние 2,6 миллиона километров, а Диона - на расстояние 2,2 миллиона километров. Все фотографии в оптическом диапазоне были сделаны одной из камер аппарата с малым углом обзора. Пространственное разрешение для Тефии составляет 16 километров на пиксель. Для Дионы этот показатель равен 13 километрам на пиксель.

В появлении Луны обвинили ядерный взрыв

Международная группа исследователей установила, что Луна могла возникнуть в результате взрыва естественного ядерного реактора на Земле. Статья ученых еще не принята к публикации, однако ее препринт доступен на сайте arXiv.org. Краткое изложение препринта приводит портал PhysOrg.com.

Одной из основных теорий возникновения Луны является следующая: примерно 4,53 миллиарда лет назад Земля столкнулась с планетой Тейя, по размерам схожей с Марсом. В результате столкновения часть материи была выброшена в космическое пространство. Остыв, эта порода и сформировала земной спутник. Некоторое время назад работающие с космическими аппаратами STEREO ученые обратились за помощью к пользователям интернета в поиске астероидов в лагранжевых точках L4 и L5. Предполагается, что эти астероиды могут быть остатками Тейи.

Данная теория, однако, не лишена недостатков. Так, согласно самым современным результатам, Луна должна состоять примерно на 80 процентов из материи Тейи и на 20 - из земной. Данные наблюдений показывают, что это не так: соотношение тяжелых и легких изотопов различных элементов в лунном грунте практически идентично земному. В рамках новой работы исследователи смогли объяснить особенности состава земного спутника.

Для этого они обратились к другой теории возникновения Луны и Земли (сформулированной примерно 130 лет назад) из одной быстро вращающейся "капли" раскаленной материи. В данном случае "быстро вращающаяся" означает, что сила гравитационного притяжения была примерно равна центробежной силе. В результате некоторого толчка "капля" разделилась на две: из одной части образовалась Земля, а из другой Луна.

Зонд "Кассини" сфотографировал Прометей

Астрономы, работающие с космическим аппаратом "Кассини", опубликовали снимки сатурнианского спутника Прометей. Фото и их описание приводятся на сайте NASA. 

Фотографии были сделаны космическим аппаратом 27 января 2010 года, однако опубликованы только сейчас. На снимках хорошо видна неровная, покрытая кратерами поверхность спутника. Фотография была сделана с расстояния 36 тысяч километров в видимом диапазоне.

Прометей был открыт в 80-х годах прошлого века благодаря фотографиям Сатурна, полученным космическим аппаратом "Вояджер-1". Небесное тело отличается вытянутой формой - его размеры составляют 148 на 100 на 68 километров. Оборот вокруг газового гиганта Прометей делает примерно за 15 часов на расстоянии 134 тысячи километров.

Гравитация Прометея оказывает влияние на кольцо F. В частности, по ходу движения спутник пускает по кольцу своего рода волны. 

Астрономы научились искать гамма-всплески "вслепую"

Астрономам удалось обнаружить сверхновую, обладающими свойствами гамма-всплеска. Причем этот объект ученые нашли, не используя детекторы гамма-излучения. Работа специалистов опубликована в журнале Nature. Коротко исследование изложено в пресс-релизе Национальной радиоастрономической обсерватории США.

Гамма-всплесками называют мощные выбросы жесткого электромагнитного излучения. Они могут длиться от нескольких миллисекунд до десятков минут. Считается, что по крайней мере часть гамма-всплесков формируется при взрыве сверхновых.

Обычно для поиска гамма-всплесков используют детекторы, улавливающие гамма-излучение. Авторы новой работы предложили иную технологию: при помощи массива телескопов VLA (Very Large Array) они регистрировали радиоволны. Анализируя собранные данные, ученые обнаружили, что сверхновая SN2009bb "отбрасывает" от себя материю со скоростью, близкой к скорости света. Такое "поведение" характерно как раз для сверхновых, производящих гамма-всплески.

По мнению авторов работы, новая технология позволит ускорить исследования гамма-всплесков. Во многих случаях луч жесткого излучения может быть направлен в сторону от Земли, поэтому детекторы гамма-излучения не засекут его. Возможно, именно по этой причине SN2009bb не была замечена раньше. Кроме того исследователи не исключают, что гамма-лучи могут "размазываться" и по другим причинам. Если эта гипотеза окажется правомерной, то без использования радиотелескопов многие гамма-всплески останутся невидимыми для астрономов.

Физики взглянули на Вселенную глазами инопланетян

Физики описали, как Вселенная может представляться инопланетным цивилизациям, если таковые, разумеется, существуют. Это стало возможным после описания космоса на основании предложенного в работе "энтропийного" принципа. Статья ученых пока не принята к публикации, однако ее препринт доступен на сайте arXiv.org.

В рамках новой работы ученые пытались обобщить так называемый антропный принцип в космологии, объясняющий ряд нетривиальных соотношений между физическими параметрами космоса. Этот принцип утверждает, что "Вселенная такая, какой мы ее видим, потому, что только в такой Вселенной мог возникнуть наблюдатель-человек".

Одним из аргументов против данного принципа является то, что суждение о глобальных законах, выполненных предположительно для всего космоса, выносится на основании тезиса о существовании наблюдателя в отдельно взятом регионе Вселенной. Чтобы обойти эту трудность, физики предложили более общий подход - в основу всего было решено положить понятие энтропии, которая является мерой хаотичности состояния системы (против аналогичного подхода, например, выступал в свое время советский физик Лев Ландау).

В этом случае возникновение наблюдателя в том или ином регионе космоса происходит при достижении в этом регионе достаточно высокого уровня энтропии. На основании этого предположения и "энтропийного" принципа исследователи смогли вычислить, каким видится мир абстрактному разумному наблюдателю.

Китай запустил свой третий навигационный спутник

Китай запустил свой третий спутник в рамках создания глобальной навигационной системы "Бэйдоу" ("Компас"). ОБ этом 17 января сообщает агентство "Синьхуа".

Запуск ракеты-носителя "Чанчжэн-3III" с навигационным спутником был произведен с космодрома Сичан, что на юго-западе Китая. К настоящему моменту ракета-носитель вывела аппарат на геостационарную орбиту.