Новости физики и космоса 

Выпуск 4 (151) 16 - 28 февраля 

Физики получили в лаборатории самое горячее вещество

Физики получили самую высокую на настоящий момент температуру в искусственных условиях, сообщается на официальном сайте Брукхейвенской национальной лаборатории. Статья ученых появится в журнале Physical Review Letters.

В рамках эксперимента производилось столкновение ионов золота в ускорителе RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider - Релятивистский коллайдер тяжелых ионов). В результате была получена кварк-глюонная плазма с температурой около 4 триллионов градусов по Цельсию. Для сравнения, температура нейтронной звезды, сформировавшейся сразу после взрыва сверхновой второго типа, составляет около 100 миллиардов градусов по Цельсию.

Известно, что адроны бесцветны, то есть цветные заряды кварков, входящих в их состав, компенсируют друг друга примерно так же, как компенсируют друг друга заряды электронов и протонов в нейтральном атоме. При сверхвысоких энергиях отдельные адроны перестают быть бесцветными, и образуется кварк-глюонная плазма, которая в целом не имеет цвета, однако считается состоящей из почти свободных кварков и глюонов.

Изначально предполагалось, что такая плазма представляет собой газ, однако в 2005 году по результатам работы RHIC было установлено, что она ведет себя скорее как жидкость, почти лишенная вязкости и текущая без трения. По словам физиков, новые результаты подтверждают данные пятилетней давности.

Силы Ван-дер-Ваальса спасли маленькие астероиды от разрушения

Ученые выяснили, почему небольшие астероиды, составленные из еще более мелких фрагментов и пыли, не разваливаются на куски. Работа исследователей пока не опубликована в рецензируемом журнале, но ее препринт доступен на сайте arXiv.org.

В космосе существует большая популяция вращающихся астероидов, диаметр которых не превышает 150 метров. Многие из них представляют собой не цельный кусок горной породы, а составлены из отдельных фрагментов. До сих пор у ученых не было единого мнения относительно того, какая сила удерживает "составные части" астероидов вместе и противостоит центробежной силе.

Масса таких объектов недостаточна для того, чтобы удерживающей силой была гравитация. Ученые рассматривали несколько возможных вариантов, в том числе электростатическое притяжение разноименно заряженных частиц пыли и кусочков породы и влияние "солнечного ветра".

Согласно расчетам авторов новой работы, наиболее вероятной удерживающей силой является сила Ван-дер-Ваальса. Этим термином обозначают определенный тип относительно слабых сил межмолекулярного взаимодействия. Если выводы авторов верны, то они позволяют объяснить не только природу взаимодействий, "склеивающих" астероиды, но также помогают описать "эволюцию" астероидов. Изначально крупные вращающиеся камни постепенно выбрасывают фрагменты до тех пор, пока не уменьшатся настолько, чтобы силы Ван-дер-Ваальса смогли остановить процесс саморазрушения.

Лунную пыль признали угрозой теории относительности

Пыль, осевшая на расположенных на Луне зеркалах, мешает проводить опыты по точному измерению расстояния между Землей и ее спутником. Эти эксперименты нужны ученым для дополнительной проверки положений теории относительности. О возникших трудностях пишет New Scientist.

Ученые определяют расстояние от Земли до Луны, посылая лазерный луч и измеряя время, которое ему требуется, чтобы преодолеть расстояние до спутника, отразиться от зеркала и вернуться обратно. Эти опыты позволяют определить расстояние с точностью до миллиметров. Столь высокая степень точности позволяет выявить возможные отклонения в положениях теории относительности (если они есть).

Один из ученых, работающих в обсерватории Apache Point в Нью-Мексико (оттуда, в частности, посылают на Луну лазерный луч), обратил внимание, что со временем число фотонов, приходящих с Луны, стало уменьшаться. В норме фотоны могут поглощаться земной атмосферой, однако падение их числа превышало все теоретические расчеты, учитывающие этот параметр.

Исследователь предположил, что фотоны пропадают из-за изменения отражающей способности зеркал. По версии ученого, на их поверхность могла осесть лунная пыль. Покрытое пылью зеркало нагревается значительно сильнее, чем чистое, а повышение температуры влияет на отражающую способность. Кроме того, пыль могла поцарапать поверхность зеркала, что также сказалось на отражающей способности.

На Луне нет атмосферы, а значит, нет ветра, который мог бы поднимать пыль. Однако пылинки могут подниматься вверх и попадать на зеркало при падении на Луну метеоритов.

Физики смогли непосредственно пронаблюдать квантовые эффекты

Физики смогли непосредственно пронаблюдать квантово-механические эффекты. Ученые провели химическую реакцию при столь низких температурах, что случайные столкновения молекул не маскировали квантовых причин реакции. Статья ученых опубликована в журнале Science. Ее краткое изложение приведено на портале Physics World.

В основе всех химических реакций лежат квантово-механические эффекты, однако наблюдать их при комнатных температурах невозможно. Для того чтобы увидеть "работу" квантовой механики, ученые исследуют системы, охлажденные практически до температуры абсолютного ноля.

В данной работе физики использовали молекулы калия и рубидия. Они помещали охлажденную смесь молекул в градиент магнитного поля (магнитная ловушка), где они "прижимались" друг к другу. Окончательно связь формировалась под воздействием лазера. В зависимости от особенностей процесса получения молекул KRb (соединение атомов калия и рубидия) все они могли находиться в одном или различных квантовых состояниях.

При столкновении молекул KRb может происходить реакция, в результате которой образуются молекулы Rb₂ и K₂. Выделяющаяся при реакции энергия "выбрасывала" эти молекулы из магнитной ловушки. Определяя, сколько молекул KRb осталось в ловушке, ученые оценивали интенсивность протекания реакции. Оказалось, что при температуре 500 нанокельвинов (за абсолютный ноль принято значение ноля кельвинов, или минус 273,15 градуса Цельсия) значительно меньше молекул KRb реагируют между собой.

Молекулы KRb могут прореагировать в том случае, если они находятся в различных квантовых состояниях. Если же квантовое состояние молекул одинаково, для протекания реакции необходимо преодолеть энергетический барьер. Это можно сделать при помощи процесса, названного туннелированием. Ученые показали, что при повышении температур вероятность преодоления энергетического барьера молекулами, находящимися в одинаковом квантовом состоянии, увеличивается, и число прореагировавших молекул возрастает.

Новая работа поможет физикам детально изучить влияние квантово-механических эффектов на протекание химических реакций. Кроме того исследование имеет и важное практическое значение. Разработанная исследователями система позволит ученым усовершенствовать методы работы с молекулами при сверхнизких температурах, в частности снизить число нежелательных реакций.

Путешествия с околосветовой скоростью признали опасными

Американские астрономы установили, что путешествие на скорости, близкой к скорости света, будет разрушительным для космического корабля. Свои результаты ученые представят на встрече Американского физического общества, а их краткое изложение приводит журнал New Scientist.

Как оказалось, главную опасность для объекта, движущегося со скоростью, близкой к скорости света , будет представлять межзвездный водород. Физики рассчитали, что при движении со скоростью 0,99999998 световой частицы водорода будут бомбардировать корабль с энергией около 7 тераэлектронвольт (это сравнимо с энергией пучков в Большом адронном коллайдере).

При этом, несмотря на малую плотность межзвездного газа (около 1 атома или иона на кубический сантиметр) бомбардировка окажется, скорее всего, смертельной для команды. Слой алюминия толщиной в 10 сантиметров задержит не более 1 процента от всей радиации, поэтому за секунду астронавты получат дозу радиации, в 1700 раз превышающую смертельную.

Указанное значение скорости для расчетов было выбрано из следующих соображений. Именно с такой скоростью должен лететь космический корабль, чтобы добраться до центра Млечного Пути, который располагается на расстоянии 50 тысяч световых лет от Земли, за 10 лет (речь идет о времени на корабле).

Физики измерили замедление времени

Физики провели самый точный на сегодняшний день эксперимент по измерению гравитационного замедления времени, предсказываемого теорией относительности Эйнштейна. Статья ученых появилась в журнале Nature, а ее краткое изложение приводит Nature News.

Суть эксперимента заключалась в следующем. Атомы цезия, охлажденные почти до абсолютного нуля, при помощи лазера "подбрасывались" вверх в специальной камере, после чего под воздействием силы тяжести начинали двигаться по дуге. В некоторый момент времени лазерный импульс переводил частицы в суперпозицию двух состояний - возбужденное и невозбужденное.

При этом траектория возбужденной частицы проходила на 0,1 миллиметра выше траектории невозбужденной. Эта разница в высоте вызывала различное воздействие гравитационного поля Земли на атомы. Спустя некоторое время второй лазерный импульс толкал возбужденные атомы вниз, сводя траектории, соответствующие разным состояниям, вместе.

Согласно одному из принципов квантовой механики (корпускулярно-волновому дуализму) атомы могут рассматриваться как волны. В данном случае частота волн цезия (волн Де Бройля) составляла 3x10²⁵ герц. Это слишком высокая частота, чтобы измерять ее непосредственно. Однако, как оказалось, интерференционную картину взаимодействия двух волн, соответствующих прошедшим по разным траекториям атомам, можно изучать. Специально для этого атомы облучались третьим импульсом.

В результате исследователям удалось измерить воздействие гравитации на замедление времени с точностью, на 4 порядка превосходящей результаты прежних экспериментов. Ученые отмечают, что полученные на практике результаты очень хорошо совпали с предсказываемыми теорией. Таким образом, новый эксперимент может расцениваться как очередное подтверждение теории относительности.

Американец установил точные причины ураганов

Американский физик утверждает, что ему удалось найти причины образования ураганов. Работа ученого пока не принята в рецензируемый научный журнал, но ее препринт можно найти на сайте arXiv.org.

Ураганами называют атмосферные вихри, образующиеся в тропических широтах (обычно для обозначения вихрей, сформировавшихся на Дальнем Востоке и в Юго-Восточной Азии, используют термин тайфун). До настоящего времени точные причины формирования вихрей неизвестны, однако считается, что основными являются два фактора: температура океанической воды и широта.

Автор нового исследования показал, что образование ураганов зависит только от этих параметров (то есть они являются не основными, а единственными). Ученый построил математическую модель, учитывающую только эти два фактора. Модель показала хорошее согласование с данными наблюдений с 1960 по 2007 годы. С ее помощью исследователь смог объяснить, почему в последние годы возросло число ураганов, формирующихся в Атлантическом океане, а число ураганов, образующихся над Тихим океаном, осталось практически неизменным. До сих пор этот факт оставался неясным.

Если предложенная модель окажется верной, ученые смогут предсказывать частоту формирования ураганов в условиях потепления. Как утверждает автор, повышение температуры на два градуса Цельсия будет сопровождаться увеличением частоты ураганов в 11 раз.

Астрофизики застали звезду за поглощением собственной планеты

Астрофизики увидели, как звезда поглощает собственную планету. Статья ученых появилась в журнале Nature, а ее краткое изложение приводит New Scientist.

Ученых интересовала система WASP-12, расположенная в созвездии Возничего. В этой системе присутствует экзопланета WASP-12b, открытая в 2008 году, которая делает один оборот вокруг звезды за 1,1 суток.

По словам ученых, планета в настоящее время сильно "раздута" - при массе около 1,4 юпитерианской, диаметр небесного тела составляет 1,8 диаметра этого газового гиганта. Данные характеристики - следствие работы приливных сил, которые приводят к образованию внутри небесного тела большого количества тепла, которое и "раздувает" планету изнутри.

В результате расчеты показывают, что планета имеет эллиптическую форму. При этом часть ее материи с большой скоростью перетекает на звезду. По мнению ученых, WASP-12b окончательно исчезнет примерно через 10 миллионов лет.

Столкновения белых карликов оказались частым явлением во Вселенной

Астрономы пересмотрели сценарий появления сверхновых первого типа. Статья ученых появилась в журнале Nature, а ее краткое изложение приводит Universe Today.

Считается, что самый распространенный сценарий появления сверхновых первого типа следующий: белый карлик в двойной системе, набрав достаточно материи, взрывается из-за термоядерного синтеза в оболочке. В рамках новой работы астрономы установили, что "популярность" этого сценария может быть значительно переоценена.

Астрономы изучали данные о наблюдении сверхновых в пяти эллиптических галактиках, а также в центральной части спиральной галактики Андромеда, собранные космическим телескопом "Чандра". Оказалось, что рост рентгеновского излучения, предшествующий взрыву (его источником является падающая на карлик материя), в десятки раз ниже расчетного.

По словам ученых, все это указывает на иной механизм возникновения сверхновых например, по словам исследователей, взрыв может быть результатом столкновения двух белых карликов. Если это так, то роль сверхновых в определении шкалы расстояния Вселенной может быть пересмотрена.

Астрономы нашли недостающие примитивные звезды

Астрономы обнаружили "потерянную" популяцию примитивных звезд. Статья ученых появилась в журнале Astronomy and Astrophysics, а ее краткое изложение приводится на сайте Европейской южной обсерватории (ESO). Препринт статьи доступен на сайте arXiv.org.

Известно, что массивные звезды, образовавшиеся вскоре после Большого взрыва 13,5 миллиарда лет назад, должны содержать очень небольшое количество элементов тяжелее гелия, однако наблюдаемая популяция подобных звезд заметно меньше расчетной.

В рамках нового исследования ученым удалось разрешить данное противоречие. Как оказалось, модель, описывающая подобные звезды, давала не совсем верные спектры (поиск подобных объектов производится по анализу спектра). Новая калибровка существующего метода анализа позволила, по утверждению исследователей, обнаружить недостающие объекты.

Используя разработанную технику и данные телескопа VLT, ученые смогли подтвердить, что некоторые звезды, носившие до этого момента статус кандидатов, действительно являются примитивными. Среди них оказались светила с содержанием элементов тяжелее гелия равным 1/3000 и 1/10000 солнечного.

"Кассини" сфотографировал Звезду Смерти

Специалисты, работающие с зондом "Кассини", опубликовали снимки сатурнианского спутника Мимас, прозванного из-за гигантского кратера Гершеля Звездой Смерти. Снимки и их описания появились на сайте проекта CICLOPS, который занимается анализом изображений, полученных зондом. 

Фотография была сделана с расстояния 70 тысяч километров 13 февраля 2010 года во время очередного сближения "Кассини" с Мимасом. На заднем плане хорошо различим силуэт Сатурна, а на самом спутнике - кратер Гершеля диаметром 130 километров, появление которого в свое время едва не уничтожило это небесное тело.

Мимас был открыт в 1789 году. Низкая плотность спутника показывает, что он состоит преимущественно из льда и камней. Кроме этого данный объект не совсем сферичен - его размеры составляют примерно 418 на 382 на 383 километра.

В древнем метеорите нашли тысячи органических соединений

В составе Мурчисонского метеорита - камня, упавшего на Землю в 1969 году, - нашли около 14 тысяч органических соединений. Статья ученых опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Коротко о работе пишет портал BBC News.

Исследования Мурчисонского метеорита, названного так по имени австралийского городка, рядом с которым он упал, ведутся с момента падения. Однако до сих пор ученые искали в составе камня только интересующие их соединения. Авторы новой работы провели крупномасштабный поиск, позволяющий выявить огромное число веществ. Основным методом, который использовали ученые, была масс-спектрометрия.

Среди идентифицированных органических веществ авторы обнаружили 70 аминокислот - молекул, часть из которых входит в состав земных белков. Исследователи не исключают, что в будущем в составе Мурчисона будет найдено в сотни раз больше химических компонентов. Обнаружить их все в ходе проведенного исследования не позволили ограничения метода.

По оценкам специалистов, возраст Мурчисонского метеорита составляет приблизительно 4,65 миллиарда лет. Считается, что Солнце сформировалось на 150 миллионов лет позже. Ученые предполагают, что Мурчисон пролетал сквозь формирующуюся Солнечную систему и "собрал" на себя содержавшиеся в ней вещества.

NASA выпустит надувные орбитальные станции

Американское космическое агентство (NASA) намерено заняться разработкой надувных орбитальных станций. Такая возможность предусмотрена в бюджете NASA на 2011 год. Полный текст документа можно скачать здесь. Его краткое изложение приводит New Scientist.

Надувную станцию в "свернутом" виде гораздо проще доставить на орбиту, чем модули "обычных" станций. Другими ее преимуществами являются больший объем, меньший вес и, возможно, меньшая стоимость. На данный момент подробностей о конструкции надувной станции в документе нет. Помимо станции Американское космическое агентство намерено заняться работой над другими инновационными проектами. Средства на это появились у NASA после того, как Белый дом принял решение отказаться от лунной программы.

Одной из мер, способных поставить работу над нестандартными идеями "на поток", является восстановление Института перспективных идей (NASA Institute for Advanced Concepts - NIAC). Специалисты NIAC занимались такими проектами, как космический лифт, двигатель на антиматерии, скафандр, получающий энергию от движений космонавта. В 2007 году из-за бюджетных ограничений было принято решение закрыть институт.

"Кассини" сфотографировал на Энцеладе новые гейзеры

Космический аппарат "Кассини" обнаружил большое количество новых гейзеров на Энцеладе. Об этом сообщается на официальном сайте проекта. 

По словам ученых, в окрестности "тигровых полос" на южном полюсе сатурнианского спутника им удалось зарегистрировать 30 гейзеров, из которых 20 были ранее неизвестны. Исследователи также обнаружили, что некоторые ранее замеченные гейзеры постепенно ослабевают, что указывает на временный характер большинства этих образований.

Кроме этого ученым удалось провести более точное измерение температуры в окрестности "тигровых полос" - она составила около 200 кельвинов, что примерно на 20 градусов выше предыдущих результатов. Для сравнения, средняя температура на остальной поверхности Энцелада составляет 50 кельвинов.

Все описанные открытия были сделаны благодаря данным, собранным во время сближения "Кассини" с Энцеладом 21 ноября 2009 года. Тогда аппарат прошел на высоте около 1600 километров над поверхностью спутника недалеко от южного полюса. Новые снимки стали последними фотографиями южного полюса при "дневном" свете, поскольку последующие 15 лет южное полушарие проведет в темноте.

Орбитальный зонд сфотографировал полосы на Марсе

Зонд Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) сфотографировал на поверхности Красной планеты полосы. Снимки и их описание доступны на сайте проекта. 

Ученые полагают, что полосы являются результатом движения по склонам очень мелкого песка и пыли, хотя однозначного мнения о причинах появления этих образований нет до сих пор. Разный цвет породы соответствует различным уровням грунта, которые оказываются обнажены в результате схода песчаных лавин.

Снимки были сделаны при помощи установленной на MRO камеры HiRISE с высоты около 300 километров. По словам ученых, светлые полосы, различимые на снимке - это темные, посветлевшие со временем. Причины этого процесса не уточняются.

Совсем недавно MRO сфотографировал на марсианских дюнах "лес". Дело в том, что зимой песок покрывается слоем замерзшей углекислоты. Весенняя возгонка льда приводит к выбросам темного грунта, формирующего полосы, которые можно принять за "лес".