Новости физики и космоса 

Выпуск 22 (97) 16 - 30 ноября 

Создан новый источник Т-лучей

Физики создали сравнительно мощный источник электромагнитных волн терагерцевого диапазона. Т-волны потенциально могут эффективно применяться в медицине для диагностики рака и других заболеваний, а также в службах безопасности для поиска спрятанных предметов, сообщает портал PhysicsWorld.

Т-волнами называют электромагнитные волны с частотой порядка 10¹² герц (обычно от 300 гигагерц до трех терагерц). Это соответствует длинам волн от одного миллиметра (край высокочастотной микроволновой области) до ста микрометров (край дальней инфракрасной области). Считается, что Т-волны могут выполнять часть функций, которые сейчас выполняют рентген и ультразвук, с большей эффективностью (в частности, потому что они причиняют тканям организма меньше повреждений, чем рентген).

Проблема в том, что Т-волны достаточной мощности довольно сложно получить. Частота волн слишком высока, чтобы их могли излучать полупроводниковые устройства, но слишком низка для твердотельных лазеров.

Для получения Т-волн можно использовать так называемые джозефсоновские переходы: устройства, состоящие из двух сверхпроводников, разделенных тонким слоем изолятора, которые применяются в квантовых технологиях. При подаче на переход постоянного напряжения он начинает излучать фотоны с частотой, соответствующей энергетической щели сверхпроводника. Можно добиться того, чтобы переход излучал и Т-волны, но мощность устройства будет слишком низкой.

Коллектив американских, турецких и японских ученых под руководством Ульриха Велпа (Ulrich Welp) из Аргоннской национальной лаборатории США решил проблему использованием высокотемпературных сверхпроводников, состоящих из множества джозефсоновских переходов, которые излучают синфазные волны.

Группа Велпа работала с высокотемпературным сверхпроводником Bi₂Sr₂CaCu₂O₈, также называемым BSCCO (высокотемпературн ый не следует понимать буквально - свойства сверхпроводимости у BSCCO появляются при температуре около -173 по Цельсию). Сама структура BSCCO устроена так, что он состоит из множества джозефсоновских переходов: слоев сверхпроводника CuO₂, разделенных изоляторами BiO и SrO. Энергетическая щель сверхпроводника такова, что переходы способны излучать Т-волны.

Для того чтобы переходы излучали синфазно, исследователи варьируют напряжение, подаваемое на фрагмент BSCCO, до тех пор, пока частота излучения не совпадет с резонансной частотой фрагмента. После этого все переходы постепенно начнут излучать именно на этой частоте.

Немецкие ученые научили золотые наночастицы плыть в нужном направлении

Немецкие ученые разработали метод, который позволяет управлять движением наночастиц между водной и жирной средой. Метод может иметь медицинские применения: в организме наночастицы должны в нужный момент переходить из водной среды (кровь) в жирную (клеточная мембрана), сообщает общество Макса Планка в своем пресс-релизе.

Известно, что в последнее время на использование нанотехнологий в медицинских целях возлагаются большие надежды. Так, недавно "Лента.ру" сообщала о том, что биоинженеры научились с помощью золотых наночастиц наблюдать химические реакции в отдельно взятой клетке, не разрушая ее.

"Загнать" наночастицы в нужное место не так-то просто. В идеале они вводятся в кровь и с ее током доставляются в любую точку тела, где покидают кровеносные сосуды и "входят" в клетки. Однако кровь представляет собой водный раствор, а клеточные мембраны - жирную среду. Это означает, что наночастицы должны быть "растворимы" в обеих средах, причем поочередно: сначала в воде, потом в жире (потом опять в воде).

Коллективу ученых из Института коллоидов и разделов сред под руководством Даяна Вана (Dayang Wang) удалось создать наночастицы, перемещением которых между водным и жирным раствором можно управлять.

Группа Вана присоединила к золотым частицам диаметром от двух до четырнадцати нанометров полимерные цепочки из метилакрилата, на которых "висят" веточки полиэтиленгликоля. Цепочки напоминают по форме щетки для мытья посуды. Именно они "выбирают" среду, куда двинется частица.

Ученые поместили частицы в на границу двух несмешивающихся сред: воды и толуола (один из нефтяных растворителей). Полимерные щеточки образовывали водородные связи с молекулами воды, и частицы перемещались в водный слой. Затем исследователи нагревали воду и добавляли в нее соль (годится практически любая растворимая соль). Это ослабляло водородные связи, и открывались участки щеточек, способные к взаимодействию с жиром. Частицы, находившиеся на границе сред, переходили в слой толуола.

Белые карлики с углеродной атмосферой привели астрономов в недоумение

Астрономы обнаружили восемь белых карликов, температура которых составляет 18000-24000 кельвинов, а спектр излучения указывает на то, что атмосфера их состоит главным образом из углерода, а не из гелия или водорода, что плохо объяснимо в рамках современных теорий, сообщает журнал Nature.

На окончательной ступени эволюции сравнительно небольшие звезды (такие как наше Солнце) становятся белыми карликами - очень плотными маленькими звездами (диаметр белого карлика в сотни раз меньше солнечного, а масса сравнима с солнечной), в которых, в отличие от обычных звезд, уже не происходит термоядерный синтез.

Традиционные теории звездной эволюции утверждают, что ядра большинства белых карликов, состоящие из углерода и кислорода, окружены слоем гелия, а в 80 процентах случаев также еще и слоем водорода. Считается, что карлики с гелиевой атмосферой (без водорода) возникают в результате так называемой поздней гелиевой вспышки, которая уничтожает водородный слой и перемешивает углерод, кислород и гелий. Впоследствии звезда начинает остывать, и более легкий гелий опять поднимается на поверхность. Когда температура опускается до 13000-10000 кельвинов, за счет конвекционных процессов в атмосфере появляется углерод, но при дальнейшем остывании его концентрация неуклонно продолжает убывать, и даже когда она максимальна, гелия в атмосфере все равно значительно больше.

Когда астрономы исследовали данные Слоановского цифрового обзора неба, собранные к 2003 году (за счет обзора число известных белых карликов увеличилось в четыре раза), при помощи методов спектрального анализа звездной атмосферы, разработанных Патриком Дафуром (Patrick Dufour) в 2005 году, они обнаружили восемь необычных белых карликов. Температура их оценивалась примерно в 18000-24000 кельвинов, но спектральные данные можно было объяснить, только предположив, что атмосфера полностью или почти полностью состоит из углерода.

Откуда берутся такие звезды, пока не очень понятно. Исследователи предполагают, что они являются потомками звезд типа H1504+65, единственной известной до открытия восьми карликов звездой с углеродно (точнее, с углеродно-кислородной) атмосферой. Белый карлик H1504+65 имеет температуру около 200 тысяч кельвинов, в его спектре нет следов водорода и гелия. Вероятно, при остывании H1504+65 превратится в холодный белый карлик с углеродной атмосферой.

Очень большой телескоп нашел 27 протогалактик

С помощью Очень большого телескопа (Very large telescope, VLT) Южной европейской обсерватории (ESO) астрономы обнаружили 27 объектов небольшой яркости, предположительно являющихся галактиками на очень ранней стадии развития - протогалактиками, сообщает ESO в своем пресс-релизе.

Многие ученые предполагают, что галактики, подобные нашей, возникли в результате слияния протогалактик. До сих пор, однако, сообщает ESO, никому не удавалось напрямую наблюдать протогалактики - их излучение настолько слабое, что обнаружить его современными телескопами крайне сложно. Тем не менее, существование протогалактик подтверждалось косвенными данными: они блокируют часть излучения от более далеких объектов.

Международная группа исследователей наблюдала при помощи VLT небольшой участок неба вокруг квазара с 2004 по 2006 год. Время непосредственных наблюдений составило 92 часа (эквивалент 12 ночей), что для подобных измерений очень много. Это позволило с высокой точностью получить спектр излучения, который соответствующая область Вселенной имела более 11 миллиардов лет назад, всего через два миллиарда лет после Большого взрыва.

Основной задачей астрономов было измерение слабого сигнала от межгалактического газа, вызывамое фоновым космическим ультрафиолетовым излучением. Однако неожиданно ученые обнаружили двадцать семь отдельных объектов, в спектре излучения которых присутствовали линии так называемой лаймановской альфа-серии (доказательство наличия незаряженного водорода). Такой спектр хорошо соответствует гипотетическому излучению протогалактик.

Астрономы увидели Санта-Клауса в туманности Ориона

С помощью рентгеновского телескопа XMM-Newton астрономы неожиданно обнаружили в туманности Ориона большое облако раскаленного газа, причудливая форма которого напоминает Санта-Клауса, сообщает Европейское космическое агентство (ESA) в своем пресс-релизе.

Туманность Ориона - сравнительно близкая к Земле звездообразующая область, содержащая в том числе и звезды, масса которых значительно больше массы Солнца. Судя по всему, обнаруженное в ней горячее облако возникло благодаря взаимодействию звездного ветра с межзвездным газом.

Ветер от массивных звезд, особенно от Тета-1 Ориона С (40 солнечных масс, температура поверхности 40 тысяч градусов Цельсия), сталкиваясь со сравнительно плотным межзвездным газом на большой скорости, приводит к разогреванию газа до миллионов градусов.

В оптическом и инфракрасном спектре этот горячий газ невидим, кажется, что на огромном участке туманности просто ничего нет. В рентгеновском же спектре отчетливо видно большое облако, по форме, на взгляд европейских астрономов, немного напоминающее Санта-Клауса. Скорее всего, на самом деле горячий газ заполняет всю туманность, а XMM-Newton видит лишь ту его часть, рентгеновское излучение которой не поглощают расположенные перед туманностью области холодного газа.

Открытие было сделано в ходе поиска молодых звезд: многие полученные снимки свидетельствовали о наличии слабого рентгеновского фона. Когда исследователи наконец решили обратить на него внимание, они выяснили, что источником рентгена является раскаленный газ.

Китайский спутник прислал первые фотографии Луны

Китайские власти в понедельник опубликовали первые снимки, сделанные лунным спутником "Чанъэ-1", сообщает агентство "Синьхуа".

Первую фотографию торжественно предъявил публике премьер-министр Китая Вэнь Цзябао. Он произнес речь, в которой поздравил разработчиков с успехом и отметил, что Китай подтвердил свою репутацию одной из немногих космических держав.

Напомним, что в начале ноября японский спутник Луны "Кагуя" также передал первые фотографии и видеозаписи поверхности луны. Японские научные организации подчеркивали, что это первые снимки Луны, сделанные с помощью с использованием технологии высокой четкости (HDTV).

NASA раскрыло подробности пилотируемой миссии на Марс

NASA раскрыло некоторые подробности пилотируемой миссии на Марс, сообщает BBC News.

Корабль для полета на Марс будет собран на околоземной орбите, отдельные его модули будут доставляться туда ракетами-носителями Ares V - новой разработкой NASA. Запуск корабля предварительно назначен на февраль 2031 года. Путешествие продлится шесть-семь месяцев. Масса корабля составит около 400 тонн, для полета будет использоваться специальное криогенное топливо.

Корабль будет оборудован системами для регенерации воздуха и воды. Во время полета астронавты смогут выращивать собственные овощи и фрукты.

Спускаемый грузовой модуль и модуль для проживания астронавтов на поверхности Марса будут запущены отдельно, еще до отправки корабля с экипажем - в декабре 2028 и январе 2029 соответственно.

Астронавты проведут на поверхности Марса около 16 месяцев, используя в качестве источника энергии ядерное топливо.

Закончить миссию раньше срока или прислать астронавтам необходимые дополнительные припасы будет практически невозможно, поэтому все системы должны быть полностью самодостаточными. Астронавты должны иметь возможность ремонтировать механизмы или даже производить новые детали, оказывать друг другу медицинскую помощь и так далее.

Опубликованы результаты самого полного исследования Венеры

Опубликованы результаты самого подробного исследования венерианской атмосферы, осуществленного при помощи аппарата Venus Express, сообщает Европейское космическое агентство (ESA) в своем пресс-релизе.

Изучение Венеры, ближайшей к Земле планеты, сильно затрудняет постоянный слой облаков, полностью закрывающий саму планету и внутренние слои атмосферы. Запущенный два года назад европейский зонд Venus Express, который был построен при участии России, Японии и США, позволил получить множество новых данных. Основные результаты излагаются в восьми статьях в последнем выпуске Nature.

Были получены подробные данные о структуре атмосферы и динамике процессов в ней, химическом составе атмосферы и происходящих в ней процессах, а также об утечке вещества из атмосферы в космос. Многие данные еще не обработаны: так, чтобы на основе собранных данных установить точный состав атмосферы, необходимо делать поправку на огромное давление (у поверхности - почти сто земных атмосфер) и высокую температуру (более 400 градусов Цельсия), поскольку в таких условиях газы ведут себя совсем не так, как в атмосфере Земли.

Окончательного ответа на основной вопрос - почему планета, которая так похожа на Землю по размеру, положению и, вероятно, раннему периоду своей истории, так сильно сейчас от нее отличается - ученые пока не нашли. Предположительно до какого-то момента планеты развивались примерно одинаково, но потом их пути значительно разошлись.

Аппарат сделал трехмерные снимки атмосферы, в том числе обнаруженного в прошлом году сверхвихря на Южном полюсе. Получены убедительные доказательства того, что на Венере бывают молнии (молнии могут оказать существенное влияние на состав атмосферы - по одной из теорий, жизнь на Земле не могла бы зародиться без атмосферных электрических разрядов).

Установлено, что Венера постоянно теряет воду: планета лишена сильного магнитного поля и потому не защищена от солнечного ветра. Поток заряженных частиц выбивает из атмосферы многие ионы, главным образом H⁺ и O⁺ - продукты диссоциации воды, вызванной ультрафиолетовым излучением солнца. Причиной же, по которой Венера лишилась (или, может быть, так и не получила) океанов, является парниковый эффект: из-за сильного нагрева поверхности вода активно испарялась. Эти данные были получены при помощи спектрометра SPICAV/SOIR, разработанного при активном участии российских ученых, сообщает "Интерфакс".

Пока неизвестно, активны ли вулканы на Венере - а это крайне важно для понимания устройства как литосферы, так и атмосферы. На приборе, который должен был отслеживать струи серы, выбрасываемые вулканами, сломалось зеркало, так что следил он только сам за собой. Ученые надеются, что инфракрасный датчик отследил выбросы горячей лавы (если они были), но его показания еще не расшифрованы.

Астронавты NASA завершили присоединение модуля "Хармони" к МКС

Американские астронавты Пегги Уитсон и Дэниел Тани успешно выполнили программу работ в открытом космосе и к 19:00 субботы по московскому времени вернулись на борт МКС, сообщает AP со ссылкой на представителей NASA.

Уитсон и Тани завершили присоединение магистральных кабелей между гермоадаптером РМА-2, модулем "Дестини" и модулем "Хармони", который был установлен 14 ноября. Третий член экипажа МКС - россиянин Юрий Маленченко - оставался на борту станции, координируя вместе с наземными службами работу Уитсон и Тани.

Новый космодром в Амурской области будет готов к 2015 году

Новый космодром "Восточный" в Амурской области будет готов к выполнению всех задач, кроме пилотируемых запусков, к 2015 году, а к запускам пилотируемых аппаратов - к 2018 году, сообщает "Интерфакс" со ссылкой на слова первого вице-премьера Сергея Иванова.

О планах постройки нового космодрома сообщалось и ранее, однако на этот раз информация более конкретная. "6 ноября этого года президент РФ подписал указ о создании нового российского космодрома - его название "Восточный", и он будет расположен в Амурской области", - сказал Иванов.

По словам Иванова, космодром будет использоваться для запуска всех космических аппаратов гражданского и двойного назначения, в том числе пилотируемых аппаратов.

Постройка космодрома, сообщил Иванов, будет состоять из нескольких этапов: на первом - до 2010 года - будут вестись проектно-изыскательские работы, в частности, по определению точных координат космодрома. В 2010 году начнется собственно строительство космодрома, которое должно завершиться через пять лет. В 2015 году космодром должен быть готов для всех задач, кроме пилотируемых запусков. К 2018 году будет обеспечена также и возможность пилотируемых запусков.

Ракета "Протон-М" вывела спутник Sirius-4 на орбиту Земли

Ракета-носитель "Протон-М", запущенная с космодрома Байконур, вывела на земную орбиту телекоммуникационный спутник Sirius-4 и разгонный блок "Бриз-М", сообщает в воскресенье агентство "Интерфакс".

По словам представителя ГКНПЦ имени Хруничева, отделение разгонного блока и спутника от третьей ступени ракеты-носителя прошло штатно, на целевую орбиту космический аппарат будет доставлен за счет четырех включений двигателей "Бриз-М". Отделение Sirius-4 от разгонного блока произойдет в воскресенье утром.

Спутник Sirius-4 производства Lockheed Martin Commercial Space Systems является самым большим в системе Sirius - его стартовая масса составляет 4385 килограмм. Спутник будет установлен на геостационарной орбите на высоте 35 786 километров над поверхностью Земли не менее, чем на 15 лет.

Его основной задачей станет работа на телекоммуникационных рынках Скандинавии и Балтии, а также увеличение зоны вещания системы Sirius на Восточную Европу и Россию. Среди других целей - обеспечение двухсторонней связи на территории Скандинавии и Балтии, и спутниковой связи в африканских странах района Сахары.

Скончался основоположник космической медицины академик Олег Газенко

На 89-м году жизни скончался академик РАН, генерал-лейтенант медицинской службы Олег Газенко, считающийся основоположником мировой космической биологии и медицины, сообщает ИТАР-ТАСС.

Олег Газенко в 1950-е годы стал одним из идеологов, руководителей и исполнителей научных программ на биоспутниках Земли, которые позволили подготовить полеты человека в космос.

Хроники безумной кометы

За считанные дни комета Холмса стала ярче в полмиллиона раз

В ночь на 24 октября 2007 года по неизвестным причинам резко увеличилась яркость короткопериодической кометы Холмса. За считанные дни яркость возросла в полмиллиона раз, а диаметр пылевой оболочки кометы превысил диаметр Солнца. Комета уже демонстрировала такое поведение 115 лет назад, когда она была открыта. Причины установить так и не удалось.

Таким образом, комета Холмса из малоизвестного незаметного объекта вдруг стала кометой неслыханной яркости (некоторые астрономы даже сперва приняли ее за новую звезду) и загадкой номер один в Солнечной системе. Самое интересное, что причины вспышки неизвестны, а поступает комета подобным образом уже не в первый раз.

1892

 ноября 1892 года Эдвин Холмс, наблюдая за галактикой M31 (Туманность Андромеды), обнаружил объект яркостью около четырех звездных величин, который оказался короткопериодической кометой. В течение нескольких суток комету независимо открыли и другие исследователи.

Яркость кометы продолжала возрастать и к концу ноября достигла трех звездных величин. Что ее вызвало, осталось неизвестным. В декабре комета начала тускнеть, но пережила еще две вспышки: в январе и в феврале, затем она окончательно потускнела и перестала быть видна невооруженным глазом. Более подробную хронику первых исследований кометы можно прочитать на сайте "Элементы" или на сайте Гэри Кронка.

Впоследствии 17P/Holmes наблюдалась в 1899 и 1906 годах, а затем была потеряна и заново открыта американским астрономом Элизабет Роймер только в 1964 году, после чего наблюдалась регулярно.

15 июня 1999 года комету, почти лишенную в тот момент пылевой оболочки, изучали при помощи телескопа "Хаббл", при этом размер ее ядра был оценен в уже упоминавшиеся 3,4 километра (непосредственно "увидеть" такой маленький объект было невозможно, размер оценили по яркости ядра).

2007

В ночь на 24 октября 2007 года комета, находящаяся на небе рядом с созвездием Персея, повторила достижение 115-летней давности: ее яркость вдруг достигла 8,4 звездных величин, при том, что еще в октябре она была около 16,8. Через несколько часов комету уже можно было наблюдать невооруженным взглядом, а еще чуть позже она приобрела яркость 3,5 и была отчетливо видна даже из большого города.

Оценки максимальной яркости расходятся: максимальную (2,1) приводит журнал Sky&Telescope, другие источники упоминают 2,5 или 3,0. В любом случае скачок поразителен - за несколько суток яркость увеличилась примерно в полмиллиона раз.

9 ноября ученые из Гавайского астрономического института объявили, что комета установила еще один рекорд: диаметр ее комы превзошел диаметр Солнца. Используя широкоугольную камеру канадско-французско-гавайского телескопа (CFHT), исследователи обнаружили, что с момента вспышки кометы кома постоянно расширялась со скоростью около 500 метров в секунду и, наконец, достигла диаметра 1,4 миллиона километров (диаметр Солнца - около 1,39 миллиона километров).

15 ноября были опубликованы предварительные результаты исследования кометы при помощи "Хаббла". Наблюдения показали, что кома состоит из концентрических пылевых оболочек, что с правой стороны комета имеет небольшой слабый хвост, что ядро по-прежнему окружено слоем особо яркой пыли. Пыль в коме распределена неравномерно: на линии восток-запад ее концентрация почти в два раза больше, чем на линии север-юг. Возле кометы не обнаружено никаких осколков других тел, что (если только они не потерялись в пыли) исключает версию о столкновении с чем-либо.

Как комета поведет себя дальше, неизвестно. Японские исследователи ожидают падения яркости в начале-середине 2008 года, гавайские ученые считают, что возможна вторая вспышка, как в 1892 году (а вообще гавайская группа предрекает комете гибель в ближайшие несколько тысяч лет - либо от столкновения с какой-нибудь планетой или Солнцем, либо от полной потери газа). Как бы то ни было, изменения вряд ли пройдут незамеченными: за знаменитой кометой следят профессионалы и любители по всему миру.

Александр Бердичевский

Комета - небольшое небесное тело, движущееся вокруг Солнца по сильно вытянутой орбите. Ядро (голова) кометы, обычно достигающее нескольких километров в диаметре, состоит из камня, льда и замерзших газов.

По мере приближения к Солнцу ядро раскаляется, и комета приобретает кому - газопылевую оболочку вокруг ядра, диаметр которой может достигать нескольких десятков и сотен тысяч километров. Давление солнечного света и солнечный ветер выбивают из комы частицы газа и пыли, которые образуют самую характерную для комет черту - длинный хвост, направленный от Солнца. Длина хвоста может составлять миллионы километров (напомним о недавнем любопытном случае, когда Солнце оторвало комете хвост).

Кометы, приближающиеся к Солнцу чаще, чем раз в 200 лет, обычно называют короткопериодическими или просто периодическими кометами.

Комету Холмса (международное название 17P/Holmes) открыл в 1892 году британский астроном Эдвин Холмс. Комета имеет период обращения 6,9 года, диаметр ядра - предположительно около 3,4 километров. Всемирная слава к комете Холмса пришла 23-24 октября, когда ее яркость неожиданно увеличилась в полмиллиона раз - с 17,0 до 2,8 видимых звездных величин.

Видимая звездная величина - безразмерная числовая характеристика, которая показывает, сколько света от объекта приходит к наблюдателю. Шкала является логарифмической: изменение звездной величины на единицу означает увеличение яркости примерно в два с половиной раза, причем чем меньше величина - тем больше яркость.