Новости физики и космоса 

Выпуск 4 (79) 16 - 28 февраля

В Женеве появился Большой адронный коллайдер

В Европейской лаборатории физики элементарных частиц (CERN) завершается строительство Большого адронного коллайдера (ускорителя частиц, или LHC), сообщает BBC News. LHC является ускорителем нового поколения, способным разгонять частицы до больших энергий, чем ранее созданные устройства подобного рода.

Большие энергии разгона частиц (протонов - 14 тераэлектронвольт, ядер свинца - 1150 тераэлектронвольт) и возможность контроля за движением протонов, которые станут возможны с введением LHC в эксплуатацию, позволят ученым с большей точностью воссоздать условия, существовавшие непосредственно после "Большого взрыва", и лучше понять, как происходило образование вселенной. Кроме того, в результате экспериментов в LHC исследователи надеются зафиксировать бозон Хиггса - частицу, являющуюся одним из главных элементов Стандартной теоретической модели материи, которая является основой современной физики элементарных частиц.

Мощнейший ускоритель со встречными пучками элементарных частиц - протонов, размещен в тоннеле, представляющем собой круг длиной около 28 километров. Тоннель расположен примерно в 100 метрах под землей на окраине Женевы. Установка LHC должна закончиться около 19:00 по московскому времени. Cтроительство коллайдера обошлось CERN в 1,8 миллиарда долларов. Изначально планировалось, что LHC будет введен в строй к 2006 году, однако затем сроки завершения строительства ускорителя были перенесены на 2007 год.

Чтобы обеспечить высокую проводимость без потери энергии, установленные в LHC электромагниты будут охлаждены сверхтекучим гелием до минус 271 градуса Цельсия (что на 2,15 градуса выше "абсолютного ноля"). Это и позволит проконтролировать направление движения протонов, которые в две тысячи раз тяжелее электронов - элементарных частиц, использовавшихся в более ранних ускорителях.

Маршрутная ракета соединит Лондон с Нью-Йорком

NASA объединила усилия с Virgin Galactic для того, чтобы изучить возможности создания сверхзвуковой ракеты для пассажирских перевозок, об этом пишет газета The Times. Такой аппарат сможет преодолевать расстояние от Лондона до Нью-Йорка менее чем за два часа.

Американское агентство NASA поделится своим опытом в области космических исследований с компанией Virgin , занимающейся космическим туризмом, в обмен на помощь в тестировании оборудования и подготовку астронавтов на борту SpaceShipTwo, британского корабля, который в 2008 году начнет испытательные полеты.

Компания Virgin Galactic планирует перевезти своих первых пассажиров уже в 2009 году. Двести человек, которые совершат полет на высоте 130 километров над земной поверхностью, уже забронировали места и внесли депозиты. Полет продолжительностью в два с половиной часа обойдется им по 100 тысяч фунтов стерлингов. Путешествие будет включать 5-минутную экскурсию в невесомость: ракета поднимется так высоко, что пассажиры смогут увидеть Землю из космоса.

Розетта кинула якорь на Марс

Уникальный аппарат Rosetta, который должен коснуться ядра кометы Чурюмова – Герасименко, самостоятельно поменял направление. Помог ему в этом Марс, который послужил гравитационным якорем. На пути к комете Rosette ещё дважды предстоит повернуть при помощи планет.

Исследовательский аппарат Rosetta Европейского космического агентства (ЕКА) в воскресенье утром успешно завершил гравитационный маневр с использованием притяжения Марса, пролетев всего в 250 километрах от поверхности планеты. Как сообщил Associated Press начальник программы полета космического аппарата Манфред Вархаут, наблюдавший за процессом из центра управления полетом на западе Германии, неконтролируемый маневр завершился в 03.40 по западноевропейскому времени (05.40 мск) выходом аппарата из марсианской тени.

15-минутный заход в марсианскую тень, во время которого аппарату пришлось полагаться на свои аккумуляторы, изначально не планировался – предполагалось, что затмения Солнца Марсом удастся избежать.

Маневр, во время которого Rosetta даже сфотографировала часть себя на фоне Марса при помощи камеры спускаемого аппарата, второй из четырех. Первый гравиповорот аппарат совершил в 2005 году близ нашей Земли. Вокруг неё же пройдут и еще два маневра – в 2007 и 2009 годах. В итоге зонд получит достаточный импульс, чтобы достичь своей главной цели – кометы Чурюмова – Герасименко – без дополнительных затрат топлива. Прибытие к комете ожидается в мае 2014 года. В это время Rosetta окажется на расстоянии в 800 млн километров от Солнца и миллиард километров от Земли.

Тогда-то и начнётся небывалая в истории космонавтики операция – высадка спускаемого аппарата на ядро крупной кометы.

Космический аппарат назвали в честь знаменитого Розеттского камня, обнаруженного в 1799 году солдатами наполеоновской армии в Египте. В XIX веке с расшифровки Франсуа Шампольоном его иероглифов началось изучение древнеегипетского языка и культуры Древнего Египта – одной из древнейших цивилизаций. В ЕКА считают, что их миссия поможет разгадать тайны старейших объектов Солнечной системы – комет.

Размер космического аппарата – 2,8 х 2,1 х 2 м³, размах солнечных батарей – 30 метров, общий вес – три тонны, из которых 1670 килограммов приходится на горючее. Научное оборудование весит 165 кг, и еще центнер отведен на спускаемый аппарат, который должен приземлиться на ядро кометы.

Разработка Rosetta началась еще в 1993 году в рамках программы ЕКА Horisons-2000. Изначально программа была иной: аппарат планировалось направить к комете Виртанена. Старт назначили на январь 2003 года, но в последний момент пришлось все менять: в декабре 2002 года на космодроме Куру во французской Гвиане взорвалась ракета «Ариан-5», и старт пришлось надолго отложить. Чтобы не терять аппарат, программу миссии в мае 2003 года изменили. Аппарат решили запустить в 2004 году к комете Чурюмова – Герасименко, открытой в 60-х годах крымскими астрономами Климом Чурюмовым и Светланой Герасименко. Старт успешно прошел 2 марта.

По дороге к комете аппарат также пройдет мимо двух астероидов – 2867 Стейнс и 21 Лютеция, изучение которых намечено на сентябрь 2008 и октябрь 2010 года соответственно. В нынешнем году зонд уже успел сфотографировать Лютецию, правда, издалека.

Напомним, что изучение комет космическими аппаратами началось в середине 1980-х, когда к Земле приближалась комета Галлея. Тогда ее посетили сразу пять земных аппаратов: два советских – «ВеГа-1» и «ВеГа-2», один из первых крупных проектов ЕКА Jo, а также японские «Сусей» и «Сакигакэ».

Отходы в киловатты

Мистер Фьюжн – именно такое имя получил новый компактный мусороперерабатывающий завод, способный трансформировать кухонные отходы в топливо и, в конечном счете, в энергию. Об этом заявил Джерри Уорнер, президент компании «Техника в защиту жизни», которая координирует работы по созданию пробного образца такого агрегата. Опробовать новый завод планируется в армии.

Реальный «Мистер Фьюжн» перерабатывает типичные кухонные отходы (остатки еды, бумагу, полиэтилен, пластик) в топливо, которое используется в стандартном дизельном генераторе. Размером примерно с товарный вагон (4 м в длину и примерно по 2,5 м в ширину и в высоту), такой минизавод может вырабатывать 90% энергии, необходимой для генератора, способного выдавать ток в 150 ампер. Отходы сначала сортируются (в армии США эта практика уже прижилась), затем пропускаются через промышленные шредеры (измельчители). Далее, по словам Уорнера, «эта ужасно выглядящая каша» разделяется на более жидкую органическую фракцию, которая сливается в биокаталитический бак, и более твердые материалы-пластики, уходящие в газификационную камеру. В баке энзимы и дрожжи – с остаточными количествами антибиотиков для безопасности – преобразуют органическую кашу в этанол. В газификационной камере пластиковая масса превращается в газ при температуре 600 °C.

«Газ можно получить в течение часа с момента введения отходов, этанол – через 6 часов, – говорит Уорнер. – За 24 часа можно переработать примерно 1125 кг смешанного мусора».

Образующееся топливо – и этанол, и газ – впоследствии сжигают в обычном дизельном двигателе, чтобы произвести электричество. Из 150 ампер тока, которые этот генератор может выдавать, на обслуживание бака уходит всего лишь 13 ампер. В качестве отходов производства остается лишь зола, которую нужно удалять из газификационной камеры каждые 48 часов.

Современный пробный образец обошелся в $950 тыс. Ученые видят у этой разработки хорошие перспективы на будущее и планируют еще больше увеличить ее эффективность, максимально уменьшив потребности в дизеле. «Возможности данного проекта очень велики, – говорит Уорнер, – ведь пластик – это не что иное, как нефть в твердой фазе».

«Техника в защиту жизни» и ее партнеры надеются, что примерно через год они смогут представить такие заводы на промышленном рынке (конечно, под более серьезным названием и с ожидаемой стоимостью порядка $310 тыс.). К тому же перспективы использования не ограничиваются лишь армейским вариантом. «Такой минизавод можно установить в любом небоскребе, чтобы перерабатывать всю массу мусора прямо на месте, – добавляет Уорнер. – В таком случае его разумнее подключить к нагревателю, попутно частично решив для этого здания вопросы отопления и горячего водоснабжения».

Пятеро в поисках Авроры

С космодрома на мысе Канаверал взлетели пять спутников THEMIS, подготовленных, в том числе, и российскими специалистами. Аппараты займутся изучением полярных сияний и магнитных бурь.

В ночь на воскресенье с космодрома на мысе Канаверал во Флориде со второй попытки стартовала ракета-носитель Delta II с пятью спутниками системы THEMIS на борту. Первый старт отложили накануне из-за сильных ветров в верхних слоях земной атмосферы. Как сообщила пресс-служба американской Национальной аэро-космической администрации (NASA), Delta II поднялась в воздух в субботу в 18:01 по времени восточного побережья США (02:01 в ночь на воскресенье по Москве). На утро понедельника известно, что все спутники работают нормально и вышли на свои орбиты.

Запуск проходит в рамках программы NASA THEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms). Эта программа объединяет учёных из США, Канады и Европы, изучающих процессы, связанные с ближним космосом (не нужно путать это программу с прибором THEMIS, установленном на борту марсианского зонда Mars Odyssey).

Пять спутников системы THEMIS, предназначенной для изучения процессов в нижней магнитосфере Земли и ионосфере планеты, включая изучение полярных сияний, разделились после выработки трех ступеней ракеты Delta II. Помочь развести аппараты на разные орбиты помогли девять малых твердотопливных ракетных двигателей.

Спутники системы THEMIS предназначены для изучения процессов в земной ионосфере, а также их связи со строением и физическими явлениями во внутренней части магнитосферы Земли. Сильные магнитные бури здесь, видимо, не всегда вызваны Солнцем, и могут вызвать нарушения в работе систем спутниковой и наземной связи, а также нарушить функционирование протяженных электрических сетей. Такие явления иногда сопровождаются полярными сияниями, которые последнее время наблюдаются все дальше от полюсов.

Запуск готовила группа учёных из Космического Центра Кеннеди (Kennedy Space Center), возглавляемая Яном Манном и Джоном Самсоном - сотрудниками Университета Альберты в Канаде.

Среди возглавляемой ими группы есть и наши соотечественники - Сергей Павлюченко, Андрей Шум, Константин Попов, Мария Ушакова, Наталья Савченко и Людмила Вшивкова.

Одна из ведущих тем работы канадского университета - изучение космических штормов над Северной Америкой. Спутники несут комплект электрических и магнитных датчиков и детекторов космических частиц с высокой энергией.

Ян Манн говорит о проекте так: «Это беспецедентный запуск целой флотилии исследовательских спутников. Мы впервые исследуем связь высвобождения энергии на Солнце и её влияние на крупные изменения космической погоды, результатом которых являются и полярные сияния». Придание спутникам чувствительности к частицам с высокой энергией поможет учёным лучше понять механизм космических штормов и возможность защиты от них. Этот элегантный проект может привести к новому взгляду на полярные сияния.

Всполохи северного сияния можно наблюдать в ночное время в полярной зоне. По этой причине его и назвали «северным сиянием», хотя это и не совсем верно, так как над южным полюсом оно светит не менее активно. Кроме того, случается оно и не в высоких широтах. Одному из авторов статьи в 2003 году довелось наблюдать его на берегу Черного моря в Одессе. В северных широтах полярное сияние поэтично называли Aurora Вorealis в честь богини зари и бога ветра. Это произошло потому, что в Европе северное сияние часто возникает в виде красноватых всполохов над севевным горизонтом, похожих на зарю. Северное сияние чаще возникает в сентябре-октябре и марте-апреле. Подобными свойствами обладает и сияние над южным полушарием - Aurora Australis.

Полярное сияние возникает в результате воздействия солнечного ветра - потока заряженных частиц от Солнца. 

Этот ветер подходит к Земле со скоростью 400-700 км в секунду и вызывает шторм в магнитной сфере Земли. В полярных регионах этому сопутствуют эффектные северные сияния.

«Исследуя процессы, сопутствующие северному сиянию, в околоземном пространстве, мы сможем понять процесс взрывообразного высвобождения высокой энергии у астромагнитных объектов во Вселенной. Это может иметь значение для разработки магнитных ловушек в термоядерных реакторах». - добавил Манн.

Спутники программы THEMIS имеют согласованные орбиты, и каждые 4 дня, находясь на линии от Канады до Европы, они будут отслеживать возмущения в магнитосфере земли.

Данные, полученные со спутников, будут сравниваться с данными, полученными в наземных обсерваториях, расположенных в канадской Арктике. 16-20 таких обсерваторий расположатся в наиболее доступных для человека канадских территориях в зоне полярных сияний, и четыре - на Аляске. Обсерватории оснащены магнитометрами, отображающими магнитные волны и вспышки в околоземном космическом пространстве.

Анализом совокупности данные, полученных со спутников спутниках и в обсерваториях, займется в канадском Университете Альберты группа учёных под руководством И. Манна и Дж. Самсона.