Новости физики и космоса 

Выпуск 5 (152) 1 - 15 марта 

Исследователи научились слушать броуновское движение

Ученые разработали технологию, позволяющую слушать звуки микромира. В основе технологии лежит принцип лазерного пинцета. Работа ученых пока не принята к публикации в рецензируемый журнал. Коротко она описана в сообщении на портале PhysOrg.

Лазерный, или оптический, пинцет может удерживать объекты микромира и манипулировать ими в том случае, если объекты являются диэлектриками. Объекты притягиваются к лазерному лучу, взаимодействуя с создаваемым им электрическим полем. Авторы новой работы использовали не один лазерный луч, а несколько: интересующий ученых объект окружался кольцом из лучей.

Звуковые волны, исходящие от объекта, воздействовали на проходящие сквозь толщу воды лучи (все эксперименты проводились в жидкой среде). Находящиеся в экспериментальной системе камеры фиксировали изменения лучей. Анализируя информацию с камер, ученые могли восстановить издаваемые объектами звуки.

Авторам удалось записать звуки, производимые при броуновском движении объектов. Этим термином обозначают тепловое беспорядочное движение твердых частиц, взвешенных в газе или жидкости. 

Физики разработали звуковой аналог лазера

Две группы физиков представили разработки, позволяющие получать звуковой аналог лазера, также известный как сазер. Работы обоих коллективов опубликованы в журнале Physical Review Letters. Коротко использованные учеными подходы описаны на портале Nature News.

Термин сазер происходит от английского sound laser (звуковой лазер), сокращенного до saser. "Традиционный" лазерный луч представляет собой луч света строго определенной частоты (цвета). В обычном пучке света, например от Солнца, сочетаются лучи с различными частотами. Лазеры способны усиливать излучение определенной частоты, и в итоге на выходе получается практически "чистый" пучок света.

Ученых особенно интересуют звуковые волны с короткими длинами волн. Это обстоятельство создает серьезные трудности для конструкторов сазеров. При попытке получить луч сазера определенной длины волны (то есть при его усилении) резонируют лучи с широким набором частот (так как необходимая ученым частота получается очень низкой).

Авторы первого исследования обошли эту трудность, используя два кремниевых резонатора. Лазерные лучи заставляли резонаторы колебаться. Ученые определяли, когда один из резонаторов начинал колебаться строго с одной частотой, и заставляли резонаторы соприкоснуться. Полученный звук представлял собой луч сазера. Изменяя расстояние между резонаторами, физики добивались испускания звуков различных частот.

Вторая группа использовала принципиально иной принцип получения сазерных лучей. Ученые работали с колонной, сделанной из чередующихся слоев арсенида галлия и арсенида алюминия. Когда луч лазера "ударял" в вершину колонны, возникающие звуковые волны заставляли электроны арсенида галлия туннелировать сквозь слой арсенида алюминия. Последовательные акты туннелирования усиливали звук определенной частоты, который дополнительно стимулировал процесс туннелирования. В отличие от первой работы, в данном исследовании физики получали не столь чистый сазерный луч.

Физики заявили о возможной регистрации легкой темной материи

Физики заявили о возможной регистрации частиц темной материи. Свои результаты исследователи представили на конференции по темной материи в Лос-Анджелесе. Препринт работы ученых появился на сайте arXiv.org, а его краткое изложение приводит Nature News.

Открытие было сделано при помощи детектора CoGeNT (Coherent Germanium Neutrino Technology), который располагается в бывшей шахте по добыче железной руды в штате Миннесота на глубине около 600 метров. По словам ученых, всего за 56 дней работы им удалось зарегистрировать большое количество сигналов, которые можно интерпретировать как взаимодействующие с детектором частицы темной материи.

Речь идет о регистрации слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP - Weakly Interactive Massive Particles) с массами около 7-11 гигаэлектронвольт. Пока ученые осторожны в своих выводах: по их словам, полученные результаты необходимо проверить. При этом, однако, новые данные вписываются во многие теории темной материи, в большом количестве разработанные в последние годы теоретиками.

Отмечается также, что большинство современных экспериментов по поиску темной материи нацелены на поиск частиц с гораздо большей массой. По словам ученых, "новые результаты могут не понравиться многим физикам".

Примечательно, что CoGeNT располагается в той же пещере, что и детектор CDMS (Cryogenic Dark Matter Search), на котором, вероятно, удалось зарегистрировать несколько частиц темной материи. Физикам удалось обнаружить за год всего два события, при условии, что всего за такой промежуток времени их должно произойти около пяти.

Физики получили самую тяжелую антиматерию

Физикам удалось получить самую тяжелую на сегодняшний день антиматерию. Статья ученых появилась в журнале Science, а ее краткое изложение приводит Nature News.

Чтобы получить антиматерию, ученые использовали ускоритель RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider - Релятивистский коллайдер тяжелых ионов), в котором на энергии 200 гигаэлектронвольт сталкивались ионы золота. В общей сложности физики получали около 70 нужных им ядер антиатомов на 100 миллионов столкновений.

В результате исследователям удалось получить антигипертритон. Обычным тритоном в физике называется ядро трития, то есть частица, состоящая из протона и двух нейтронов. Гипертритон вместо одного нейтрона содержит гиперон - нестабильный барион, масса которого больше массы нейтрона. Антигипертритон, в свою очередь, - это антидвойник гипертритона, состоящий из антипротона, антинейтрона и антигиперона.

Масса получаемого ядра превосходит массу ядра антигелия, который раньше считался самым тяжелым антиэлементом, получаемым на ускорителях элементарных частиц. Ученые отмечают, что время жизни антигипертритона крайне мало - порядка 10^-14 секунды.

Астрофизики подтвердили правоту Эйнштейна

Ученые провели очередную успешную проверку общей теории относительности и космологической модели, основанной на ней. Статья ученых появилась в журнале Nature, а ее краткое изложение приводится в пресс-релизе Калифорнийского университета в Беркли, сотрудники которого принимали участие в работе.

В рамках новой работы изучалось около 70 тысяч галактик, информация о которых была собрана во время Слоановского цифрового обзора неба (SDSS). Все изученные объекты располагаются на расстоянии до 3,5 миллиарда световых лет от Земли. Полученная информация использовалась для вычисления безразмерного параметра E_G, который характеризует эффективность процессов гравитационного линзирования, роста галактических структур, а также формирование скоплений на больших космологических масштабах.

В результате ученые выяснили, что E_G примерно равен 0,4, что хорошо согласуется с предсказаниями общей теории относительности. Однако новые измерения не позволили полностью опровергнуть некоторые альтернативные теории гравитации, например так называемую f(R)-теорию. Дело в том, что E_G для этой теории получается достаточно близким к 4. По словам ученых, чтобы определить более точное значение параметра, необходимы дополнительные измерения.

Физики придумали ускоренный способ зарядки батарей

Физики предложили новый способ зарядки литий-ионных аккумуляторов, который позволяет значительно сократить необходимое для этого процесса время. Статья ученых пока не принята к публикации, однако ее препринт доступен на сайте arXiv.org.

В рамках работы ученые построили компьютерную модель процессов, происходящих внутри обычного аккумулятора. Так, графитовый анод был представлен 160 атомами, организованными в четыре наложенных друг на друга графеновых листа, а электролит в батарее состоял из 156 молекул. Кроме этого в модели присутствовало еще несколько ионов гексафторфосфата и лития.

Во время зарядки аккумуляторов ионы лития попадают на графитовый анод. Ученым удалось установить, что, если во время процесса зарядки особым образом добавить колеблющееся электрическое поле к основному, обеспечивающему зарядку батареи, то время зарядки заметно сокращается. Более того, зависимость времени от параметров дополнительного поля оказывается экспоненциальной, то есть время зарядки можно сократить в разы.

При этом сами исследователи затрудняются ответить на вопрос: как скажется новый способ зарядки на параметрах батарей, например, времени хранения заряда и количестве циклов перезарядки.

Астрофизики уточнили постоянную Хаббла

Гравитационная линза помогла ученым провести самое точное на сегодняшний день измерение постоянной Хаббла. Статья ученых появилась в журнале The Astrophysical Journal, а ее краткое изложение приводится на сайте лаборатории SLAC, сотрудники которой принимали участие в работе.

В рамках исследования астрофизики изучали объект B1608+656, который представляет собой две галактики, расположенные почти одна за другой. Гравитационное поле более близкого к Земле массивного объекта искажает траектории фотонов, идущих от дальней галактики, что приводит к появлению эффекта линзы (так называемая гравитационная линза, или линза Эйнштейна). В результате наблюдатель видит сразу четыре копии одного объекта.

По словам ученых, анализ данных колебаний в излучении фоновой галактики позволил определить скорости удаления данных объектов, которые входят в закон Хаббла. Знание этих параметров, а также информации о расстоянии до объектов в терминах красного смещения позволили ученым получить самое точное на сегодняшний день значение постоянной Хаббла.

Астрономы прояснили спектр загадочного астероида

Астрономы предложили объяснение особенностей спектра астероида 21 Lutetia. Статья с подробным изложением результатов работы появится в журнале Astronomy and Astrophysics, а ее препринт доступен на сайте arXiv.org.

Исследователи предположили, что астероид представляет собой невыпуклое тело с линейными размерами 132 на 101 на 76 километров. Фактически это может означать, что на его поверхности имеется крупный кратер, который и ответственен за форму объекта. Кроме этого часть поверхности астероида покрыта пылью со средним размером частиц около 20 микрометров.

В ближайшее время у астрономов будет возможность подтвердить или опровергнуть данную теорию - с астероидом сблизится аппарат Rosetta. Зонд, основной целью которого является комета Чурюмова-Герасименко, пройдет в относительной близости от астероида и сфотографирует его.

У астероидов нашли свойства терминаторов

Ученые показали, что взрывание астероидов - метод борьбы с ними, который считается наиболее перспективным, может оказаться неэффективным. Результаты работы исследователи представили на конференции по изучению Луны и планет (Lunar and Planetary Science Conference), проходившей в Хьюстоне. Их краткое изложение приводит New Scientist.

Исследователи рассчитали, что будет происходить с астероидами после взрывов. Согласно полученным данным, если взрыв будет недостаточной силы, то куски астероида соберутся обратно под воздействием сил гравитации в течение нескольких часов наподобие того, как собирается жидкометаллический терминатор в одноименном фильме. Дело в том, что при слабом взрыве фрагменты астероида будут удаляться друг от друга слишком медленно, и гравитационное воздействие успеет их "поймать".

Физики зарегистрировали нейтрино земного происхождения

Группе физиков, участвующих в эксперименте Borexino, удалось зарегистрировать геонейтрино - нейтрино, родившиеся в ходе процессов радиоактивного распада в недрах планеты. Статья исследователей была принята к публикации в журнал Europhysics Letters B. Ее препринт можно найти на сайте arXiv.org. Коротко результаты работы приведены на портале Physics World.

Нейтрино - это стабильные нейтральные частицы, которые очень слабо взаимодействуют с веществом. "Типичными" источниками нейтрино являются Солнце и космическое излучение. Однако физики предполагают, что нейтрино (конкретно - электронные антинейтрино) могут испускаться в недрах Земли в результате определенных процессов радиоактивного распада.

Для того чтобы зарегистрировать нейтрино, ученым необходимо тщательно изолировать детекторы от фонового излучения различной природы. Обычно все детекторы нейтрино расположены глубоко под землей. Один из экспериментов по регистрации нейтрино называется Borexino, и все его приборы расположены под горой Гран-Сассо в Италии на глубине около одного километра.

Детектор нейтрино представляет собой слоистую сферу, заполненную специальной смесью органических веществ, суммарная масса которых превышает тысячу тонн. Эта сфера находится внутри огромной емкости, заполненной 2,4 тысячи тонн очень чистой воды. Когда геонейтрино проходит сквозь детектор, они с некоторой вероятностью могут столкнуться с протонами органических молекул. В результате столкновения могут родиться позитрон и нейтрон, и этот процесс будет сопровождаться выделением гамма-излучения и вспышкой, которую и регистрируют физики.

За два неполных года (537,2 дня) работы специалисты Borexino зарегистрировали 9,9 "подходящих" событий (вспышек) с погрешностями от -3,4 до 4,1. Участники эксперимента Borexino утверждают, что их данные являются первым реальным подтверждением существования геонейтрино. С такой точкой зрения не согласны ученые, вовлеченные в эксперимент по изучению нейтрино KamLAND, в ходе которого было зарегистрировано 73 события с погрешностью 27. Авторы новой работы полагают, что результаты коллег из KamLAND ненадежны, так как сам эксперимент располагается неподалеку от ядерных реакторов (собственно, основной целью KamLAND является изучение нейтрино, испускаемых реакторами).

Астрофизики превратили черные дыры в спирали

Мария Родригес из Института гравитационной физики Макса Планка показала, что черные дыры могут иметь не только сферическую форму. Статья Родригес еще не принята к публикации, однако ее препринт доступен на сайте arXiv.org.

В рамках теории относительности устойчивой может быть только сферическая черная дыра. Оказывается, это тесно связано с четырехмерностью нашего пространства-времени. Используя теорию струн, в рамках которой наша Вселенная рассматривается как четырехмерная поверхность в десятимерном пространстве, Родригес смогла показать, что естественным физическим ограничениям удовлетворяет гораздо большее число форм.

Так, например, могут существовать черные торы - кольцеобразные регионы пространства, где гравитация настолько сильна, что даже свет не в состоянии их покинуть. Кроме этого могут встречаться замкнутые спирали и даже черные дыры, окруженные черными кольцами.

Родригес отмечает, что полученный ей список является далеко не полным. Кроме того, все необычные формы должны еще пройти анализ на предмет их физической осмысленности - в настоящее время они являются не более чем математической абстракцией.

Взрывы прервали "бэби-бум" в молодой Вселенной

Активному звездообразованию в молодой Вселенной помешали взрывы. К такому выводу пришли исследователи, изучавшие галактику SMM J1237+6203. Результаты своей работы они опубликовали в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Основное содержание исследования изложено в пресс-релизе университета Дарема.

Исследователи наблюдали SMM J1237+6203 при помощи спектрометра NIFS телескопа Гемини. Проанализировав распределение материи в галактике, ученые заключили, что спустя приблизительно 3 миллиарда лет после образования Вселенной SMM J1237+6203 потрясла серия взрывов. По словам авторов, взрывы происходили каждую секунду в течение как минимум миллиона лет. Они разметали материал, из которого могли бы сформироваться новые звезды.

Ученые полагают, что подобные события происходили во многих галактиках юной Вселенной и именно они остановили продолжающийся рост галактик (на большом расстоянии гравитационное притяжение звездных скоплений уже не могло "привлечь" дополнительную материю). Существование некоего "тормозного" процесса предполагалось давно, однако в новой работе представлены экспериментальные доказательства правомерности такой гипотезы.

В привезенных "Аполлонами" лунных образцах нашли воду

Ученые обнаружили в образцах лунной породы, доставленных на Землю в ходе миссий "Аполлонов", следы воды. Специалисты представили эти результаты на конференции по изучению Луны и планет (Lunar and Planetary Science Conference), проходившей в Хьюстоне. Коротко об исследовании пишет New Scientist.

В своей работе ученые использовали технологию масс-спектрометрии вторичных ионов. Ее суть заключается в следующем: образец обстреливают пучком ионов (их называют первичными), они выбивают из образца так называемые вторичные ионы, массу и количество которых определяет прибор. Анализируя полученные данные, ученые могут установить, какие вещества входят в состав исследуемого образца.

По итогам своей работы ученые выяснили, что в образцах минерала апатита, выделенного из лунного грунта, содержится вода в количестве до 6 тысяч частей на миллион. Это очень мало, и при помощи технологий, доступных исследователям 40 лет назад, найти воду было невозможно.

Совсем недавно - в 2008 году - другой коллектив исследователей опубликовал работу, в которой также было показано, что в образцах лунного грунта содержится вода. Однако авторам не удалось представить убедительных доказательств того, что вода не являлась загрязнением, попавшим в лунную породу уже на Земле, уточняет National Geographic.

Астрофизики выяснили внутреннее строение Титана

Космический зонд "Кассини" составил подробную геологическую карту Титана, сообщается в пресс-релизе на сайте NASA. Статья ученых появилась в журнале Science.

Ранее ученым уже было известно, что кора сатурнианского спутника состоит из смеси примерно равного количества льда и камней, однако более точное распределение этих материалов было неизвестно. Чтобы восполнить этот пробел, ученые использовали данные о гравитационном поле Титана, собранные во время сближений с ним "Кассини" в период с 2006 по 2008 годы.

Оказалось, что внутренняя часть Титана состоит из прессованной смеси льда и камня. При этом толщина внешнего ледяного щита составляет около 500 километров. По словам ученых, полученные ими данные, однако, не позволяют утверждать что-либо о наличии под толщей льда океана. В настоящее время большинство специалистов сходится во мнении, что под щитом имеется жидкая вода.

Новые данные показывают, что процесс формирования Титана занял достаточно длительное время - около миллиона лет. Исследователи подчеркивают, что геологическое строение Титана напоминает строение спутника Юпитера Каллисто. Данное небесное тело также составлено из смеси льда и камня.

Китай отложил строительство орбитальной станции

Китай отложил вывод на орбиту своей орбитальной станции Тяньгун-1 (Tiangong-1), название которой переводится как "Небесный дворец", сообщает AFP.

Модуль массой 8,5 тонн планировалось отправить в космос в конце 2010 года, однако теперь старт состоится не раньше второй половины 2011 года. Точные причины задержки не называются, однако сообщается, что она носит технический характер.

Тянгон-1 будет своего рода орбитальной лабораторией, которая прослужит около двух лет. За это время с ней состыкуются космические корабли "Шеньчжоу-VIII", "Шеньчжоу-IX" и "Шеньчжоу-X", экипажи которых будут проводить в лаборатории различные эксперименты.

Три спутника системы "ГЛОНАСС" выведены на орбиту

Разгонный блок "ДМ-2" успешно вывел на орбиту три навигационных спутника "ГЛОНАСС-М". Об этом 2 марта сообщает "Интерфакс" со ссылкой на пресс-секретаря управления пресс-службы и информации Министерства обороны РФ по Космическим войскам.

Как и было запланировано ранее, отделение кластера аппаратов от разгонного блока было выполнено в 3:52 по московскому времени.

Ракета-носитель "Протон-М" с разгонным блоком "ДМ-2" и тремя спутниками "ГЛОНАСС-М" стартовала с космодрома Байконур в 00:20 по московскому времени.

Последний запуск трех спутников "ГЛОНАСС-М" был осуществлен 14 декабря, в настоящее время все они введены в строй. Таким образом, сейчас на орбите работают 18 спутников, так как 2 из 22 аппаратов орбитальной группировки выведены из строя, а еще 2 находятся на техобслуживании.

Марсианские каналы оказались лавовыми образованиями

Ученые установили, что многие особенности марсианского рельефа, образование которых приписывали воде, могли оказаться результатом тока лавы. Таким образом, вопрос существования в прошлом на Марсе воды может оказаться сложнее, чем считалось до сих пор. Свои результаты ученые представили на проходящей в Техасе Конференции по лунным и планетарным наукам, а краткое изложение результатов приводится в пресс-релизе на сайте NASA.

Объектом внимания исследователей стал один из марсианских каналов длиной около 270 километров, который до последнего времени считался образованным водой. Ученые обработали большое количество снимков региона, где располагается канал, составив самую подробную на сегодняшний день карту данного региона. Прежний анализ позволил ученым найти в канале большое количество мелких островов, а также оттоков от основного "русла".

Теперь ученые смогли разглядеть полосы, характерные для тока лавы, а также возможные ее источники. Кроме этого берега канала в некоторых местах оказались вогнутыми, что является характеристикой не реки, а лавовой трубы. Все это заставило ученых заключить, что канал был образован в результате сейсмической активности.

Марсианский зонд сфотографировал кратерное поле

Зонд Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) сфотографировал поле кратеров на Красной планете. Описание и изображения доступны на сайте проекта. 

По словам ученых, поле состоит из так называемых вторичных кратеров, которые образовались в результате падения на поверхность планеты материала, выброшенного из основной воронки. Иногда подобные кратеры могут достигать размеров основного "коллеги", однако в данном случае образования достаточно малы.

По словам ученых, изучение характеристик подобных образований является крайне важной задачей. Дело в том, что кратеры, например, на марсианской равнине позволяют оценить ее возраст. Для этого достаточно посчитать количество воронок и поделить их на среднее количество метеоритных осадков в году. При этом, при подсчете кратеров необходимо отличать вторичные от основных.

Япония отказалась от полетов на Луну

Япония решила отказаться от пилотируемой лунной программы из-за дефицита бюджета. Об этом сообщает РИА Новости со ссылкой на данные японской газеты Nikkei.

В руки журналистов газеты попал черновик заключения по лунной программе, составленного комитетом, который возглавляет лично японский премьер-министр Юкио Хатояма. В нем говорится, что разработка собственных средств доставки (ракеты-носителя и корабля) потребует около триллиона иен (11,3 миллиарда долларов), поэтому Япония пока не может себе этого позволить.

Примечательно, что Япония приняла на 2011-й финансовый год рекордный бюджет, который составляет около 92,3 триллиона иен (около 1 триллиона долларов). При этом по существующим прогнозам в текущем году дефицит бюджета составит около 10 процентов. Отправиться к земному спутнику планировалось в 2025 году.

Газета Nikkei отмечает, что прекращение финансирования программы может быть продиктовано не только финансовыми соображениями. Так, например, совсем недавно Барак Обама объявил о прекращении работ по программе "Созвездие", в рамках которой предполагалось вернуться на Луну. В будущем Американское космическое агентство намеревается прибегать к услугам частных космических перевозчиков.

На Луне нашли 40 кратеров со льдом

Ученые обнаружили большое количество заполненных льдом кратеров на северном полюсе Луны. Статья ученых появится в журнале Geophysical Research Letters, а ее краткое изложение приводится в пресс-релизе NASA.

Открытие было сделано после анализа данных, собранных индийским зондом "Чандраян-1" (Chandrayaan-1). В общей сложности удалось найти более 40 кратеров диаметром от 2 до 15 километров (по лунным меркам они могут считаться маленькими), в которых на дне имеется лед. Более того, ученым удалось оценить найденные запасы воды - они составляют более 600 миллионов тонн.

Лед попал в кратеры с комет, которые в течение жизни земного спутника падали на его поверхность. От возгонки замерзшую воду спас тот факт, что дно типичного кратера на полюсе постоянно находится в тени. Исследователи надеются, что их результаты помогут будущим исследователям Луны при строительстве на ней баз.

Совсем недавно аналогичные результаты были получены американским зондом LCROSS. В рамках миссии на поверхность земного спутника упала сначала отработанная ступень ракеты Centaur, которая доставила зонд к Луне, а за ней последовал сам LCROSS, который попутно провел анализ выброшенного от удара ступени материала. Оба падения наблюдались космическими и земными телескопами. После анализа данных выяснилось, что на дне кратера, куда упали аппараты, был лед.

"Кассини" сфотографировал восход спутников над кольцами Сатурна

Космический зонд "Кассини" сфотографировал восход Реи и Януса над кольцами Сатурна. Снимки и их описание доступны на сайте проекта. 

"Кассини" сделал фотографии, находясь на расстоянии примерно 1,7 миллиона километров от Януса. На полученном снимке хорошо видно, как северное полушарие этого спутника выглядывает из-за освещенных Солнцем колец газового гиганта. За Янусом на расстоянии 3,1 миллиона километров от "Кассини" видна Рея.

По словам ученых, регистрация подобных затмений (Янус фактически затмевает Рею на фотографиях) позволяет получить большое количество данных об орбитах сатурнианских спутников. Недавно, используя собранные "Кассини" данные, ученые составили небольшой фильм, в котором хорошо видны аналогичные парные затмения.