Новости физики и космоса 

Выпуск 17 (92) 1 - 15 сентября 

Получены самые четкие снимки космоса

Группа ученых из британского Кембриджского университета и Калифорнийского технологического института (Калтех) США разработала технологию, позволившую наземным телескопам обогнать орбитальный "Хаббл" по качеству изображения. Получены самые четкие снимки космических объектов в истории науки, сообщает Кембриджский университет в своем пресс-релизе.

Работа велась в паломарской обсерватории в Калифорнии, принадлежащей Калтеху. Расположенные там телескопы проигрывают "Хабблу" по качеству примерно в десять раз (как и прочие наземные телескопы), однако применение новой технологии, названной "Лаки" (Lucky) позволило получить изображения, превосходящие хаббловские по четкости и разрешению в два раза.

На сделанных с использованием новой технологии снимках звездного скопления M13, которое отстоит от Земли на 25 тысяч световых лет, можно различить звезды, находящиеся на расстоянии одного светового дня друг от друга, а на снимках туманности "Кошачий глаз", удаленной на три тысячи световых лет, - объекты, между которыми всего несколько световых часов.

Существенную проблему для наземных телескопов до сих пор представляла атмосфера, сильно искажающая изображение. Орбитальные телескопы свободны от этого недостатка, но ограничены в размерах, а кроме того, очень дороги.

Технология "Лаки" построена на использовании адаптивной (самонастраивающейся) оптики. Высокоскоростная камера делает двадцать снимков одного и того же участка неба в секунду. Некоторые из них сильно искажены атмосферой, некоторые - менее. Специальная программа выбирает лучшие изображения, а затем автоматически объединяет их в одно.

Подобные методы ранее успешно применялись для наблюдений в инфракрасном свете, однако теперь их удалось распространить и на видимый спектр. По словам исследователей, новое оборудование устроено очень просто, а стоит в 50 тысяч раз меньше, чем "Хаббл", что позволит легко установить его на всех мощных наземных телескопах.

Сотрудники Научного института космического телескопа (Space Telescope Science Institute), одной из организаций, занимающихся орбитальным телескопом "Хаббл" (Hubble), не считают, что новая технология адаптивной оптики, о создании которой несколько дней назад заявила группа ученых, действительно позволяет наземным телескопам превзойти по качеству изображения орбитальные, сообщает журнал Nature.

Новая технология, названная "Лаки" (Lucky), построена на использовании адаптивной оптики. Камера "Лаки" делает двадцать снимков одного и того же участка неба в секунду. Специальная программа выбирает из них лучшие изображения, наименее искаженные атмосферой, а затем автоматически объединяет их в одно. Разработчики утверждают, что изображения превосходят хаббловские по четкости и разрешению в два раза, в то время как стоимость оптической надстройки меньше стоимости орбитального телескопа в 50 тысяч раз.

Мэтт Маунтин (Matt Mountain), директор Научного института космического телескопа, признает многочисленные достоинства "Лаки", однако не считает, что она может заменить "Хаббл". Во-первых, для получения четкого изображения требуется отсеять множество снимков и, соответственно, процесс съемки занимает много времени. Во-вторых, высокого разрешения "Лаки" может достичь только при съемке очень небольшого участка неба. В-третьих, снимаемый объект должен быть достаточно ярким.

В качестве примеров возможностей "Лаки" были опубликованы фотографии звездного скопления М13 и туманности "Кошачий глаз". Комментируя последние, Маунтин отмечает, что они действительно выглядят гораздо четче, чем обычные снимки, сделанные наземными телескопами, однако все-таки проигрывают хаббловским.

Запутаться в квантовой сети

Ученые считают, что сделан первый шаг к «квантовому интернету» и очередной – к квантовому компьютеру: им удалось квантово запутать состояние двух ионов, расположенных в метре друг от друга.

Известно, что явление квантового запутывания показалось Альберту Эйнштейну настолько причудливым, что он до конца своей жизни по-настоящему так и не поверил в квантовую механику, к созданию которой сам приложил немало усилий. Уже после кончины великого физика учёные смогли показать, что явление действительно существует, и никакие «скрытые параметры» не в состоянии объяснить, как запутанные частицы «чувствуют» друг друга на расстоянии.

В конце XX века учёные поставили использование явления на поток, и хотя применяли его пока лишь только в экспериментах, физики с квантовым запутыванием свыклись. Впрочем, запутывать им до недавних пор удавалось лишь расположенные рядом частицы.

Несколько лет назад демонстрация мгновенной квантовой передачи состояния от одной частицы к другой, расположенной на расстоянии сначала в один, а затем и более сотни километров, всколыхнула публику сообщениями о квантовой телепортации. Однако скептиков не покидало ощущение, что тут есть какой-то подвох: такое состояние передавалось фотонами, а они и так перемещаются очень быстро. В конце 2005 года деваться от квантового запутывания стало некуда: физикам удалось квантово запутать два ансамбля атомов, расположенные на расстоянии в несколько метров, и уже без фотонов мгновенно передать квантовое состояние от одного к другому.

Для последнего опыта использовались состояния групп атомов примерно по 100 тысяч штук в каждой. Это совсем не то, к чему стремятся люди, разрабатывающие квантовый компьютер. Хотя большие ансамбли атомов относительно легко приготовить, ими очень трудно манипулировать: никто не знает, как сделать логические элементы, которые будут обрабатывать состояния громадных систем. Изготовить меньшие логические элементы пока, конечно, тоже никому не удалось, но учёные более или менее представляют себе, как это сделать.

В последнем номере Nature вышла статья, авторам которой удалось запутать состояние двух ионов иттербия-171, находящихся на расстоянии в один метр.

По мнению ведущего автора статьи Давида Мёринга из германского Института квантовой оптики имени Макса Планка, их работа – первый шаг на пути к созданию распределенных квантовых сетей, и будущему «квантовому интернету».

Информация в опыте кодировалась тем, в каком из двух состояний – условно A или B – находился ион. Для запутывания двух ионов ученые заставляли их излучать по одному фотону. От того, на каком уровне оказывался ион после излучения фотона, зависела энергия последнего, однако предсказать заранее, каким она будет, принципиально нельзя. Таким образом, фотон и ион оказывались запутанными.

После этого фотоны посылались по световодам на специальную систему, где детектирование было устроено так, что при одновременном приходе двух сигналов можно было точно сказать, что ионы находятся в разных состояниях – либо один A, другой B, либо наоборот. Квантовая механика утверждает, что если узнать, какой из двух вариантов реализован, нельзя, то использовать схему «либо-либо» нельзя: система находится одновременно в состоянии AB и BA. При этом состояние каждого из ионов в отдельности не определено.

Здесь происходит самое интересное: в дело вступает другой аспект квантовой механики. Хотя система находится одновременно в двух состояниях, наблюдать ее можно лишь в одном из них, и как только акт наблюдения происходит, система сама «коллапсирует» в одно из состояний. В нашем случае достаточно заставить лишь один из ионов сообщить свое состояние – A или B, и это переведет систему двух ионов в состояние AB или BA, соответственно. При этом в состояние B или A мгновенно перейдет и второй ион, где бы он не находился, в метре от первого или, например, на Луне. Впрочем, передать таким образом информацию быстрее скорости света не получится: заставить атом перейти в то состояние, в которое хотелось бы нам, мы не можем.

По мнению одного из авторов исследования, профессора Мерилендского университета Кристофера Монроу, отдельные атомы – наиболее подходящий носитель информации для будущего квантового компьютера, а запутывание находящихся на большом расстоянии кубитов – основа системы передачи информации внутри этого всё ещё мифического устройства.

«Мы продемонстрировали технологию. Для создания системы квантовой обработки информации осталось лишь превратить ее в сеть многих связанных друг с другом компонент», - заключает Монроу.

Квантовое запутывание

(quantum entanglement) – одно из наиболее удивительных следствий квантовой механики нескольких частиц. В классической механике полное знание о состоянии частей системы однозначно определяет состояние целого, а состояние целого однозначно определяет состояние частей. В квантовой механике работает лишь половина этого утверждения: наличие полной информации о состоянии частей квантовой системы определяет состояние целого, однако существуют такие состояния целого, которым не соответствует никакая комбинация состояний ее частей.

При этом запутанные частицы сильно скоррелированы – измерение состояния одной из них определяет состояние другой, где бы та не находилась. Казалось бы, это дает возможность передать инфомацию быстрее скорости света, однако существует теорема, показывающая, что это невозможно. Дело в конечном итоге в том, что мы не можем заставить частицу, состояние которой не определено, принять нужное нам состояние со стопроцентной вероятностью. Единственное исключение - если заранее известно, что она находится в этом состоянии. Однако в этом случае заранее известно и состояние запутанной с ней частицы, поэтому никакой новой информации, измерив ее, мы не получим.

Вместе с тем, передача информации через квантовое запутывание возможно, и предполагается, что именно так будут общаться между собой элементы будущего квантового компьютера. Однако для передачи информации по квантовому каналу (казалось бы, мгновенной), необходимо дополнить его каналом классическим, а это сразу ограничивает скорость передачи сообщения скоростью света.

Подлинность одеяний святого Франциска проверили радиоуглеродным анализом

По заказу одной из ветвей францисканского ордена (Ordine dei Frati Minori) итальянский Национальный институт ядерной физики (Instituto Nazionale di Fisica Nucleare) провел радиоуглеродный анализ двух одеяний Франциска Ассизского с целью проверить их подлинность, сообщает журнал Nature.

Франциск Ассизский, или святой Франциск, - католический монах, родился в 1181 и умер в 1226 году. Он основал орден францисканцев, существующий до сих пор, написал несколько сочинений, проповедовал любовь ко всему живому и неживому, по легенде, творил чудеса. Четыре церкви, расположенные в центральной Италии, утверждают, что у них хранятся принадлежавшие Франциску одеяния (сами францисканцы называют их рясами или хабитами).

Одна из ветвей францисканского ордена, управляющая расположенными в Тоскане базиликами: базиликой Святого Креста во Флоренции и базиликой в Кортоне, где хранятся одеяния (прочие одеяния находятся в ведении других ветвей), обратилась к физикам-ядерщикам с просьбой проверить подлинность хабитов.

Взяв небольшие образцы ткани, ученые провели стандартный радиоуглеродный анализ, определяя количество радиоактивного изотопа углерода ¹⁴C при помощи ускорительной масс-спектрометрии.

Анализ показал, что одеяние из Флоренции не могло принадлежать Франциску, для этого оно должно было бы быть на сто лет старше. Одеяние из Кортоны, однако, датируется примерно 1155-1225 годом (речь идет о дате, когда владелец хабита перестал его носить, метод не дает более точной оценки), то есть вполне могло принадлежать святому.

Одеяние хранилось вместе с похоронной подушечкой и Евангелием: для подушечки радиоуглеродный анализ показал те же даты, а подлинность Евангелия подтвердил палеографический анализ: почерк в книге как раз такой, каким писали во времена Франциска.

Астрономы увеличили скорость вращения Сатурна

Калифорнийские ученые установили, что период вращения Сатурна вокруг собственной оси составляет 10 часов, 32 минуты и 35 секунд, то есть на пятнадцать минут меньше, чем считалось ранее. Статью об этом публикует журнал Science.

Для того, чтобы определить период вращения твердой планеты достаточно измерить, как быстро любая фиксированная точка на ее поверхности движется относительно других небесных тел. Для газовых гигантов, однако, такой метод не годится, поскольку атмосфера полностью закрывает твердое ядро. Для Сатурна задача еще сложнее из-за особенностей вращения его магнитного поля, поэтому используются косвенные способы измерения.

Первые измерения, проведенные еще в 1980-х, показали, что Сатурн обращается вокруг собственной оси за 10 часов, 39 минут и 22 секунды. В 2004 году с учетом данных с космического аппарата "Кассини", период был пересчитан и составил 10 часов, 45 минут и 45 секунд. В прошлом году другие измерения дали результат в 10 часов, 47 минут и 6 секунд, сообщает портал Space.Com.

Обобщив данные "Кассини" и аппаратов серий "Вояджер" и "Пионер", астрономы Джеральд Шуберт (Gerald Schubert) и Джон Андерсон (John Anderson) уменьшили период на 15 минут. Хотя разница кажется небольшой, она может иметь существенное значение. Во-первых, новые данные позволяют пересчитать скорость сатурнианских ветров (собственная скорость ветра рассчитывается как видимая скорость движения облаков минус скорость движения твердого ядра). До сих пор измерения показывали, что на Сатурне дуют необычайно быстрые ветры, в то время как на таком же газовом гиганте Юпитере - значительно более медленные. Если же рассчитать скорость ветра, исходя из скорости вращения ядра, определенной Шубертом и Андерсеном, то получается, что ветры на соседних планетах ведут себя примерно одинаково.

Физики "запутали" два атома на расстоянии метра друг от друга

Ученым из Мичиганского университета (University of Michigan) впервые удалось привести два атома, находящиеся на расстоянии метра друг от друга, в состояние квантовой запутанности, сообщает портал PhysicsWorld со ссылкой на журнал Nature.

Квантовые системы могут находиться в нескольких состояниях одновременно (на этом основана способность квантовых битов, или кубитов, в отличие от обычных битов информации, принимать два значения одновременно), это явление называется суперпозицией состояний.

Запутанностью называется явление, при котором состояние двух (или более) квантовых систем должно описываться во взаимосвязи друг с другом, даже если сами системы разнесены в пространстве. Соответственно, физические свойства каждой из систем связаны с физическими свойствами другой, при том что они могут находиться не рядом и ничем не соединяться. Если две запутанные системы находится в суперпозиции состояний, то, измерив состояние одной, можно узнать состояние другой.

Мичиганские исследователи использовали лазерный луч для того, чтобы возбудить два иона, находящися на расстоянии метра друг от друга. Сразу после возбуждения ионы возвращались в одно из двух возможных энергетических состояний. При этом они испускали по фотону, причем по частоте фотона можно определить, в каком состоянии находится ион.

При помощи специальной оптики оба фотона улавливались и направлялись в лучерасщепитель, где они (в некоторых случаях) интерферировали. Фиксируя свойства фотонов на выходе из расщепителя, наблюдатели узнавали, в каких состояниях находятся ионы, но не знали, какой в каком. Таким образом, ионы оказывались "запутаны".

Наблюдения, проводимые собственно над ионами, подтвердили запутанность и корреляцию физических свойств. Ученым впервые удалось запутать два столь удаленных объекта. Исследователи надеются, что в будущем запутанность можно будет сохранять даже на расстоянии километров и использовать в квантовых информационных сетях.

ГЛОНАСС покроет всю Россию до нового года

Система ГЛОНАСС будет введена в полномасштабную эксплуатацию до нового года, сообщает АРМС-ТАСС.

К концу 2007 года численность рабочих спутников системы ГЛОНАСС будет доведена до 18, что позволит обеспечить покрытие большей части территории земного шара, включая всю территорию России. В течение следующего года группировку планируется нарастить до 24 аппаратов, что обеспечит глобальное покрытие.

В настоящее время производится замена спутников ГЛОНАСС на аппараты ГЛОНАСС-М, с увеличенным с трех до семи лет сроком работы. В дальнейшем в составе группировки будут использоваться аппараты ГЛОНАСС-К, со сроком службы 10 лет.

Россия запустила спутник "Фотон"

Сегодня, 14 сентября, в 15:00 по московскому времени, с космодрома Байконур стартовала ракета-носитель "Союз-У" с научно-исследовательским спутником "Фотон-М" номер 3, сообщает РИА Новости.

По данным Роскосмоса, "Фотон" проведет на орбите 12 суток, после чего вернется на Землю. На спутнике размещено около двадцати научных установок, предназначеных для проведения экспериментов по космическому материаловедению, космической биологии и медицины, физике жидкостей, метеоритике, строению космических аппаратов.

Из живых существ воздействию микрогравитации, проникающей радиации и других нестандартных условий подвергнутся грызуны, дрожжевые культуры, водные микроорганизмы, микроорганизмы, продуцирующие биологически активные вещества.

Всего за время полета будет проведено около сорока европейских экспериментов на установках Европейского космического агентства (ESA), семь совместных российско-европейских экспериментов на материаловедческой установке "Полизон-М", более двадцати российских экспериментов и два китайских.

С орбиты Земли спустят груз на тросе

В ходе полета "Фотона" будет проведен эксперимент, разработанный европейскими и российскими студентами. Незадолго до посадки спутника возвращаемую микрокапсулу Fotino направят на Землю при помощи тридцатикилометрового троса диаметром полмиллиметра, сообщает новостная служба Роскосмоса.

Космический аппарат "Фотон-М" стартует в пятницу, 14 сентября, в 15:00 по московскому времени на ракете-носителе "Союз-У" с космодрома Байконур. После выхода на орбиту спутник будет работать в космосе около 12 суток, затем вернется на Землю. В ходе полета будет проведено 26 экспериментов (ранее другие источники сообщали, что 35), десять из них - российские.

Эксперимент YES2 (Young Engineers Satellite, Спутник молодых инженеров) разработан более чем пятьюстами студентами европейских и российских университетов (с российской стороны участвовали студенты Самарского государственного аэрокосмического университета).

Незадолго до посадки спутника от него отделится возвращаемая микрокапсула Fotino массой около шести килограммов. Капсула будет соединена со спутником тридцатикилометровым тросом диаметром полмиллиметра и массой пять килограммов, сделанным из сверхпрочного полиэтиленового волокна Dyneema.

Некоторое время спутник и "спутник спутника" будут двигаться по околоземной орбите, соединенные тросом. Под действием гравитационных сил капсула начнет совершать колебательные движения вдоль вертикали. В нужный момент трос будет обрезан с двух сторон, траектория Fotino изменится и капсула войдет в атмосферу. Через несколько часов она совершит посадку на парашюте.

Google заплатит 20 миллионов долларов за полет на Луну

Компания Google объявила премию в 20 миллионов долларов для первой частной компании, которая сможет доставить на Луну вездеход и отправить с него на Землю гигабайт фотографий и видеозаписей. Об этом сообщает Associated Press.

Google выступает в качестве партнера калифорнийского фонда X Prize, известного проведением конкурса Ansari X Prize. Его результатом стал первый частный пилотируемый полет в космос, состоявшийся в 2004 году. Еще 50 миллионов долларов ожидают первый американский экипаж, который выведет на орбиту пилотируемый летательный аппарат к 2010 году.

Луноход, победивший в конкурсе Google, должен быть оборудован высококачественной фото- и видеокамерой, а также нормально перенести посадку на лунную поверхность. Предполагается, что аппарат пройдет по ней как минимум 400 метров и отошлет на Землю панорамные снимки, фотографии самого себя и видео - практически в режиме реального времени. Все это будет транслироваться на сайте Google.

Япония запустила искусственный спутник Луны

1:31 пятницы по гринвичскому времени (5:31 по московскому) с тихоокеанского острова Танегасима стартовала ракета-носитель H-IIA с первым японским искусственным спутником Луны на борту, передает агентство France Presse.

Спутник, названный "Кагуя" (Kaguya) в честь принцессы из древней японской сказки, состоит из трех модулей: основного, который будет находиться на лунной орбите на расстоянии около 100 километров от поверхности, и двух вспомогательных спутников меньшего размера. Как сообщалось, японский спутник стал самым сложным аппаратом для лунных исследований, за исключением американской миссии "Аполло".

Миссия "Кагуя" продлится около года. Спутник будет производить съемку поверхности, измерять гравитацию и другие параметры Луны, изучать влияние солнечного и электромагнитного излучения на спутник Земли. На основании этих данных ученые смогут сделать вывод о происхожении и эволюции Луны.

Российские реакторы будут работать на австралийском уране

Австралия, являющаяся мировым лидером по запасам урана, будет поставлять его России для переработки и использования в российских атомных реакторах.

Как сообщает РИА Новости, соответствующее соглашение было подписано в пятницу в Сиднее в рамках визита президента России Владимира Путина в Австралию. Подписи под межправительственным соглашением о сотрудничестве в области использования атомной энергии в мирных целях поставили глава Росатома Сергей Кириенко и глава МИД Австралии Александр Даунер.

Прежнее российско-австралийское соглашение, подписанное в 1990 году, допускало переработку урана, поставлявшегося из Австралии в Россию, только в интересах третьих стран, напоминает агентство.

Главным нанотехнологом страны стал Леонид Меламед

Леонид Борисович Меламед, возглавляющий ИФК "Алемар", назначен гендиректором российской корпорации нанотехнологий, сообщает РИА Новости со ссылкой на заявление первого вице-премьера Сергея Иванова. Соответствующий указ уже подписан президентом.

До "Алемара" Меламед работал в РАО "ЕЭС России", занимая должность первого зампреда правления и курируя финансовый блок холдинга.

Ранее считалось, что наиболее вероятным кандидатом на пост главы "Роснанотеха" является директор Курчатовского института и исполняющий обязанности вице-президента Российской академии наук по нанотехнологиям Михаил Ковальчук.

Корпорация "Роснанотех", созданная указом Владимира Путина 23 июля 2007 года, получит из российского бюджета 130 миллиардов рублей и будет заниматься финансированием перспективных нанотехнологических проектов. На трехлетнее финансирование создания наноиндустрии правительство уже выделило 28 миллиардов рублей.

Японцы заказали замену разбившемуся в Казахстане спутнику

Японская компания JSAT Corporation заказала новый телекоммуникационный спутник взамен аппарата, разбившегося при падении российской ракеты "Протон". Как сообщается на сайте компании, она заказала корпорации Lockheed Martin точно такой же спутник. Его поставка ожидается летом 2009 года. Стоимость уничтоженного спутника и нового заказа не сообщается.

JСSat 11 должен был стать резервным аппаратом в составе орбитальной группировки JSat, насчитывающей 8 спутников, и проработать на орбите не менее 15 лет.

Ракета-носитель "Протон-М" стартовала 6 сентября в 02:42 по московскому времени с космодрома Байконур. На 135-й секунде полета у ракеты предположительно отказали рули тяги, в результате чего автоматически отключились двигатели второй ступени.

Стивен Хокинг рассказал о тайнах Вселенной детям

Знаменитый британский астрофизик Стивен Хокинг (Stephen Hawking) в соавторстве со своей дочерью Люси Хокинг (Lucy Hawking), писательницей и журналисткой, и своим докторантом Кристофом Гальфаром (Christophe Galfard) написал книгу "Ключ к тайнам Вселенной для Джорджа" (George's Secret Key to the Universe), сообщает AFP.

Книга увидит свет на французском языке 6 сентября, на английском - 13 сентября. По задумке авторов, это первая часть трилогии о Солнечной системе, астероидах, черных дырах и других небесных телах. Вторая часть будет готова через год.

Главный герой книги, мальчик Джордж, путешествует со своими друзьями - ученым Эриком и его дочерью Анни - по Вселенной при помощи суперкомпьютера "Космос". По словам авторов, компьютер с необычайными возможностями - единственный фантастический элемент в книге. "Научной фантастики и так слишком много. Мы пишем о научных фактах", - цитирует Люси Хокинг (которой принадлежит идея написать книгу для детей) своего отца.

Стивен Хокинг из-за заболевания нервных волокон уже более сорока лет не владеет собственным телом и давно прикован к инвалидной коляске, причем болезнь прогрессирует. Тем не менее он известен не только как выдающийся ученый-теоретик, но и как популяризатор науки.