Млечный путь около двух миллиардов лет назад разбросал сборище чрезвычайно старых звёзд, и учёные нашли их остывшие остатки

Поток Феникса, окружающий Млечный путь, в представлении художника

Астрономы обнаружили остатки древнего семейства звёзд, разорванного на части нашей Галактикой, Млечным путём, примерно два миллиарда лет назад.

Когда-то эти старые звёзды составляли шаровое скопление – сферическое образование звёзд – пока не столкнулись с гало Млечного пути на расстоянии порядка 60 000 световых лет от Земли, после чего на этом месте образовалась звёздная река, которую люди назвали “поток Феникса” [Phoenix Stream]. Это отжившее своё скопление, предок Феникса, “занимает особое место, кардинально отличающееся от наблюдаемых сегодня в местной части Вселенной шаровых скоплений”, написали учёные в работе, опубликованной в журнале Nature.

“Поток Феникса” отличает от остальных крайне низкое содержание металлов (астрономы называют “металлами” все элементы тяжелее гелия). Оно оказалось гораздо ниже т.н. “порога металличности“, соблюдение которого астрофизики считали необходимым условием для формирования шаровых скоплений. Открытие этого экстремального примера переворачивает все наши представления о формировании этих круглых структур, что в итоге повлияет на наше понимание процессов формирования галактик и их эволюции. 

Предок Феникса, очевидно, родился очень давно, в окружении, лишённом тяжёлых элементов – однако неясно, как ему удавалось так долго сопротивляться приливным силам Млечного пути. Нам известно лишь, что около двух миллиардов лет назад наша Галактика захватила своей гравитацией это скопление, и зашвырнула звёзды в галактическое гало, что говорит о том, что там могут встретиться и другие необычные останки.

“Потрясающе иметь отношение к такому неожиданному открытию, – сообщил нам по емейлу ведущий автор работы Чжэнь Вань, аспирант из Сиднейского университета в Австралии. – Для этого понадобилось много работы, и было весьма удивительно узнать, что поток Феникса происходит из шарового скопления”.

“Металличность Феникса, его химическое обогащение значительно ниже, чем у любого из известных шаровых скоплений в Млечном пути, – добавил он. – Это стало неожиданностью – все известные шаровые скопления химически более богаты, чем Феникс. Большой вопрос – почему!”

Один из важных ключей к разгадке заключается в химической эволюции звёзд, шедшей 13,8 млрд лет со дня появления Вселенной. В первых звёздах практически не содержалось металлом, однако каждое новое поколение звёзд куёт такие тяжёлые элементы, как углерод, кислород, никель, железо и золото, которые затем попадают в следующее поколение молодых звёзд. Соответственно, со временем звёзды становятся химически всё более сложными и богатыми металлами, а их металличность отражает свойства газа, из которого они родились.

И тут появляется поток Феникса. Эту звёздную ленту обнаружила в 2016 году Коллаборация по спектроскопическому наблюдению за южным звёздным потоком при англо-австралийском телескопе. Это был проект, предназначенный для обнаружения и разметки звёздных потоков в гало Млечного пути.

Команда Ваня смогла подсчитать количество металлов в звёздах Феникса на основании закономерностей их свечения. Это привело к неожиданному открытию того, что содержание металлов в них находится на уровне 0,3-0,4% от солнечного. Это самая нижняя граница того, что учёные ожидают найти в шаровых звёздных скоплениях.

“Наша команда была в восторге, обнаружив, что металличность потока Феникса ниже нижнего предела металличности, – сказала Тинг Ли, астрофизик из обсерваторий Карнеги, и один из соавторов исследования. – Сначала я не могла в это поверить, и подумал, что мы где-то напортачили, но несколько людей проверили расчёты независимо друг от друга, и мы, наконец, удостоверились в реальности этого”.

Космические лифты могут кардинально уменьшить стоимость выхода в космос, однако до сего момента они не были технически реализуемыми

Возможно, главнейшим препятствием на пути распространения человечества по солнечной системе служит запредельно высокая стоимость выхода из гравитационного колодца Земли. Так, по крайней мере, считают Зефир Пенуар из Кембриджского университета в Британии и Эмили Сэндфорд из Колумбийского университета в Нью-Йорке.

Проблема в том, что ракетные двигатели должны выбрасывать массу в одном направлении, чтобы получать тягу, двигающую космический корабль в другом. И для этого требуется огромное количество топлива, которое в итоге выбрасывают – но которое тоже нужно ускорять вместе с кораблём.

В итоге стоимость вывода на орбиту единственного килограмма полезного груза колеблется где-то в районе десятков тысяч долларов. Долететь до Луны и обратно будет ещё дороже. Поэтому все очень заинтересованы в поисках более дешёвого способа выйти на орбиту.

Одна из идей заключается в постройке космического лифта – кабеля, протянувшегося с Земли на орбиту, по которому можно было бы вскарабкаться в космос. Преимущество его в том, что процесс перемещения по кабелю можно будет питать солнечной энергией, поэтому топливо с собой тащить не потребуется.

Но и тут есть проблема. Подобный кабель должен быть чрезвычайно прочным. Потенциальным материалом для него могли бы стать углеродные нанотрубки, если бы их можно было сделать достаточно длинными. Но существующие сегодня варианты материалов пока ещё слишком непрочные.

И тут на сцену выходят Пенуар и Сэндфорд, подошедшие к идее с другой стороны. Они утверждают, что их вариант космического лифта, который они называют космическим тросом, можно сделать из материалов, доступных уже сегодня.

Сначала немного контекста. Обычно космический лифт представляют себе в виде кабеля, закреплённого на земле, и простирающегося за пределы геосинхронной орбиты, на высоту около 42 000 км.

Масса такого кабеля будет значительной. Поэтому его нужно сбалансировать, закрепив на другом конце соответствующую массу. В итоге лифт будет поддерживать центробежная сила.

Уже много лет физики, авторы фантастической литературы и мечтатели восторженно подсчитывали величины этих сил, только чтобы затем прийти в уныние от результатов. Нет ни одного достаточно прочного материала, способного противостоять им – ни паутина, ни кевлар, ни новомодные углепластики.

Поэтому Пенуар и Сэндфорд избрали другой подход. Вместо того, чтобы крепить кабель на Земле, они предлагают закрепить его на Луне и свесить в направлении Земли.

Растения-гипераккумуляторы процветают на почве с высоким содержанием металла, убивающей остальные виды – и ботаники уже изучают потенциал фитомайнинга

Богатый никелем сок дерева из Малайзии

Некоторые из земных растений полюбили металл. Их корни работают практически как магниты, и эти организмы – а их известно около 700 – процветают на богатых металлом почвах, на которых сотни тысяч других видов растений погибают.

Если сделать надрез на одном из таких деревьев, или обработать листья подобного кустарника на прессе для масла, можно получить сок неонового зелёно-голубого цвета. Этот сок на четверть состоит из никеля – и это куда как более сильная концентрация металла, чем можно встретить в руде, которую отправляют на никелевые плавильни по всему миру.

Растения не просто собирают минералы из почвы, включая их в свои тела – они накапливают их до “невообразимых” объёмов, сказал Алан Бейкер, профессор ботаники из Мельбурнского университета, исследовавший взаимоотношения растений с почвой с 1970-х годов. Эти растения может быть наиболее эффективной в мире плавильной печью для минералов с питанием от солнечной энергии. Что, если можно было бы частично заменить традиционную добычу минералов, дорогую по затратам энергии и вреду окружающей среде, на добычу никельсодержащих растений?

Бейкер вместе с международной командой коллег решили убедить в мир в том, что эта идея – не просто некий забавный мысленный эксперимент. И команда доказала это на небольшом масштабе, на клочке земли, взятом в аренду у деревни на малазийской стороне острова Борнео. Каждые 6-12 месяцев фермеры срезают порядка 30 см с этих растений-гипераккумуляторов, и выжигает или выжимает из них металл. После краткой процедуры очистки фермеры получают порядка 250 кг цитрата никеля, что может стоить на международных рынках несколько тысяч долларов. 

Сегодня команда готовится к крупнейшему в мире эксперименту на площади порядка 20 га, а его целевой аудиторией будет индустрия добычи. Исследователи надеются, что за десять лет значительную часть ненасытного потребительского спроса на неблагородные металлы и редкие минералы можно будет удовлетворить при помощи такого же сбора растений, в результате которого мир получает кокосы или кофе.

Сок растения окрашивает тестовую бумажку в красноватый цвет, что говорит о высоком содержании никеля

Космический аппарат “Юнона” совместно с телескопом Хаббла и обсерваторией Джемини помогут учёным лучше разобраться в атмосфере этой планеты

Вид с расстояния всего в 18 000 км от поверхности. “Голубой” участок состоит из закрученных взаимосвязанных штормов. Белые облака слева – высотные, они отбрасывают тени на следующий слой атмосферы, расположенный ниже.

Юпитер – обладатель одной из самых странных атмосфер во всей нашей Солнечной системе. Считается, что у газовых гигантов, подобных Юпитеру, имеется полутвёрдое ядро, однако в основном они состоят из газов типа водорода, гелия и аммиака. Также эта планета вращается быстрее всех остальных в Солнечной системе – в результате в её атмосфере царит большая турбулентность, и появляются сложнейшие штормовые системы. В последние несколько лет космический аппарат “Юнона” от НАСА движется по орбите планеты, чтобы тщательнее присматривать за поведением Юпитера. НАСА взяла название космического аппарата из греческой мифологии: главный бог Юпитер был известным волокитой, и когда он приводил очередную женщину к себе в обитель, он скрывал свои проделки, закрывая себя толстым слоем облаков. Однако он забыл, что его жена, Юнона, могла видеть сквозь облака.

В мае 2020 года НАСА объявило, что два телескопа, космический телескоп им. Хаббла и обсерватория Джемини [строго говоря, состоящая из двух телескопов / прим. перев.] скоординируют свои наблюдения с кораблём “Юнона”, чтобы тщательнее изучить планету. Исследователям нужно понять, как работает атмосфера Юпитера, и лучший способ сделать это – рассматривать её через фильтры с разными длинами волн. К счастью, и у телескопа Хаббла, и у телескопов Джемини есть подходящие фильтры для того, чтобы видеть сквозь дымку Юпитера. Применяя линзы, пропускающие ультрафиолет, инфракрасное излучение и другие длины волн, учёные получат более полную картину происходящего. 

На этой неделе мы облетим знаменитый газовый гигант и взглянем на планету глазами “Юноны”. Прихватите свой скафандр, мы начинаем!

Это фото “Юнона” сделала в мае 2019 года, находясь в 46 000 км от поверхности Юпитера. Можно видеть ветровые пояса планеты, а также целый набор белых штормов, “нитка жемчуга”.

Плазменные двигатели могут помочь реактивным самолётам летать, не сжигая ископаемое топливо

Стальной шарик поддерживается в подвешенном состоянии давлением плазменной струи

Когда-нибудь самолёты будут летать на плазменных струях, не сжигая ископаемое топливо – такое будущее обещает новое исследование китайских учёных.

Плазму на основе таких газов, как ксенон, для обеспечения движения используют различные космические корабли – например, так работала межпланетная станция Dawn от НАСА. Однако подобные маневровые двигатели способны генерировать лишь небольшие усилия, поэтому они и работают только в дальнем космосе, где нет сопротивления воздуха.

Теперь исследователи создали прототип двигателя, способного генерировать плазменные струи с тягой, сравнимой с таковой у обычных реактивных двигателей, причём используя только воздух и электричество.

Воздушный насос нагнетает воздух под высоким давлением со скоростью 30 литров в минуту в камеру ионизации устройства, использующего микроволны для превращения этого потока воздуха в струю плазмы, вырывающуюся из кварцевой трубы. Температура этой плазмы может превышать 1000 °C. 

“Мы можем поднять килограммовый стальной шарик при помощи всего 400 Вт микроволновой энергии”, – говорит Джау Тан, физик из Уханьского университета в Китае, главный автор нового исследования.

Учёные оценили, что давление струи в их устройстве может достигать 2400 ньютонов на м2, что сравнимо с реактивными двигателями коммерческих самолётов. “Результат меня удивил, – говорит Тан. – Это означает, что если бы мы смогли масштабировать источник микроволн и входной поток сжатого воздуха до размеров реактивного двигателя, мы получили бы ту же тягу, но используя лишь электричество и воздух, без ископаемого топлива”.

По словам исследователей, если плазменные струи можно будет использовать на практике, они смогут уменьшить количество используемого ископаемого топлива и выбросов парниковых газов. Согласно Агентству по охране окружающей среды США, самолёты отвечают за 12% от всех выбросов транспортных средств, и за 3% общего производства парниковых газов в стране. Во всём мире в 2018 году авиация была ответственной за 2,4% от общих выбросов двуокиси углерода.

“Мы в восторге от того, что для этого нужны только электричество и кислород, – сказал Тан. – Нам не нужно ископаемое топливо, чтобы питать реактивный двигатель”.

В ньютоновской теории тяготения орбиты вращения вокруг отдельных крупных масс являются идеальными эллипсами. Но в общей теории относительности существует дополнительная прецессия за счёт кривизны пространства-времени, из-за чего орбиты со временем сдвигаются, иногда даже измеряемо. Орбита Меркурия прецессирует со скоростью 43″ в сто лет (1″ – это угловая секунда, 1/3600 градуса); меньшая из чёрных дыр OJ 287 прецессирует со скоростью 39° за 12 лет орбиты.

Сложно оценить всю революционность перехода от ньютоновской точки зрения на Вселенную к эйнштейновской. Согласно ньютоновским механике и тяготению, Вселенная полностью детерминирована. Если бы вы дали учёному массы, местоположение и импульсы всех и каждой частиц Вселенной, он смог бы определить, где будет находиться и что будет делать каждая частица в любой момент в будущем.

В теории уравнения Эйнштейна тоже детерминистские, и можно представить нечто похожее: если бы только вы знали массы, позиции и импульс каждой частицы Вселенной, вы могли бы вычислить что угодно, заглядывая сколь угодно далеко в будущее. Но если в ньютоновской вселенной мы можем записать уравнения, управляющие поведением частиц, во вселенной под управлением общей теории относительности (ОТО) мы даже и на это не способны. И вот, почему. 

Закон всемирного тяготения Ньютона заменила ОТО Эйнштейна. Он полагался на концепцию мгновенного действия на расстоянии, и был весьма простым. Гравитационная константа G в уравнении, а также величины двух масс и расстояние между ними – вот все факторы, определяющие гравитационное взаимодействие. G есть и в теории Эйнштейна.

В ньютоновской вселенной каждый массивный объект действует с хорошо определяемой силой тяготения на каждый другой объект вселенной. Можно определить гравитационное взаимодействие между каждой парой существующих масс, а потом просто подсчитать ньютоновское тяготение. Эта сила также расскажет, как именно будет двигаться масса (поскольку F = ma), и так вы сможете определить эволюцию вселенной.

Но в ОТО эта задача куда как сложнее. Даже если бы вы обладали той же самой информацией – местоположением, массами и импульсами всех частиц – а также конкретной релятивистской системой отсчёта, в которой они определены, этого не хватило бы для описания эволюции вселенной. Структура величайшей теории Эйнштейна слишком сложна даже для этого.

Астрономия, вне всякого сомнения, одна из самых интересных областей физики. В последние несколько десятилетий одним из процветающих направлений в этой области был поиск экзопланет. И хотя первую планету открыли только в 1992 году, на начало апреля 2020 года существует уже 4 144 подтверждённые экзопланеты. Нас, как любителей НФ, естественно, больше всего интересуют те 55 из них, которые считаются потенциально обитаемыми. К сожалению, с обычными телескопами у нас не получится сделать фотографию Земли 2.0 с такой детализацией, которая позволила бы нам понять, есть ли у неё особенности, свидетельствующие о наличии жизни.

Недавно очередной этап конкурса Программы инновационных передовых концепций НАСА (NIAC), по результатам которого будет распределяться финансирование, прошла миссия по использованию Солнца в качестве гравитационной линзы. Её цель – изменить текущую ситуацию с телескопами, воспользовавшись эффектом солнечного гравитационного линзирования.

Всё началось с Эйнштейна

Галактика LRG 3-757 с сильным гравитационным линзированием; вид через телескоп Хаббла

Неудивительно, что именно Эйнштейн в 1936 году подсчитал, что гравитационное поле звезды может служить линзой. Если объект расположен за звездой на линии прямой видимости некоего наблюдателя, то для него её изображение сформирует кольцо. Сегодня это явление называют кольцом Эйнштейна. Только в 1979 году этот эффект был открыт экспериментально – два подозрительно одинаковых наблюдаемых объекта оказались одним и тем же объектом, изображение которого дублировалось гравитационной линзой. Сегодня гравитационное линзирование используется для подсчёта количества и распространения тёмной материи. Как уже ясно из начала этой статьи, благодаря тому, что гравитационная линза усиливает яркость объектов, она может работать и в качестве гравитационного телескопа, позволяя находить тусклые галактики ранней Вселенной.

ИИ и астрономы-любители помогают искать иголки в стоге сена

Вам когда-нибудь хотелось научиться просто включать выработку гормонов счастья в мозге? Представьте, насколько проще было бы вставать с постели каждое утро, выполнять самые скучные этапы вашей работы, находить энергию для того, чтобы всегда показывать только свою лучшую сторону людям, к которым вы неравнодушны. Но возможно ли попытаться натренировать наши мозги на усиление счастья (и стоит ли это делать)?

“Поиск хороших ощущений – природный инструмент выживания”, – пояснила профессор Лоретта Брюнинг, основатель Института внутреннего млекопитающего, во время нашей с ней беседы. “Животные, к примеру, ищут еду, чтобы облегчить неприятное чувство голода. Они ищут тепло, чтобы облегчить неприятное чувство холода. А гормоны счастья начинают вырабатываться ещё до того, как млекопитающее поест или согреется, поскольку мозг включает их сразу, как только видит способ удовлетворить желания”.

То же верно и для людей. Наш мозг включает гормоны счастья, когда вы видите способ удовлетворить связанную с выживанием необходимость, такой, как еда, безопасность или социальная поддержка. Однако у нас есть сложность – наша кора, отвечающая за сознательное мышление, выстраивает длинные ассоциативные цепочки, основываясь на раннем жизненном опыте. 

“Ощущение, которое мы характеризуем, как ’счастье’, вызывают четыре химических соединения, вырабатываемых мозгом: дофаминф, эндорфины, окситоцин и серотонин, – пояснила Лоретта. – Эти ” гормоны счастья ” включаются, когда ваш мозг видит что-либо благоприятное для выживания. А потом их выработка прекращается, чтобы их можно было активировать снова, когда вам опять попадётся что-то хорошее”.

Каждый гормон счастья отвечает за определённое приятное ощущение. К примеру:

Дофамин даёт ощущение восторга и прилив энергии, когда вы находите то, что вам нужно. Он даёт ощущение типа “Эврика! Я понял!” Однако уже удовлетворённые нужды его не вызывают, поэтому вам нужно придумывать новые, улучшенные способы достигать важных для вас вещей на базе уже испытанных всплесков дофамина.

Эндорфины дают ощущение эйфории, способное на некоторое время замаскировать болевые ощущения, чтобы вы смогли убежать от угрозы после получения травмы. Это ощущение, похожее на состояние бегуна после утомительной пробежки, включает физическая боль, смех и плач, что может объяснить терпимость некоторых людей к болезненным взаимоотношениям.

IKEA в рамках поддержки самоизоляции опубликовала рецепт любимых многими мясных тефтелей.

Ингредиенты для 4-х порций:

500 г говяжего фарша

250 г свиного фарша

1 мелко нарубленная луковица

1 долька измельчённого чеснока

100 г панировочных сухарей

1 яйцо

5 столовых ложек молока

соль

перец

Тщательно перемешайте мясной и свиной фарш. Добавьте лук, чеснок, панировочные сухари, яйцо, и перемешайте. Добавьте молоко, щедро посолите и поперчите.

Проект SETI@home отправился в неограниченный академический отпуск, чтобы проанализировать потенциальные внеземные сигналы, записанные за десятилетия поисков

Исследовательский проект, позволявший всем желающим участвовать в поисках разумной жизни на других планетах, закрывается после 21 года работы. Причина проста – проект поиска внеземного разума на дому (SETI@home) за два прошедших десятилетия накопил огромное количество данных, и настало время заняться их анализом.

“Естественно, мне немного грустно от этого, – сказал астроном Эрик Корпела, директор проекта. – Это была достаточно большая часть моей жизни”. 

Как это работает

Проект, основанный в мае 1999 года исследователями из Калифорнийского университета в Беркли, использовал радиотелескопы для определения потенциальных радиосигналов, приходящих из космоса.

Для обработки этих передач требовались огромные вычислительные мощности, поэтому добровольцы могли скачать программу от SETI@home, запустить её на своём персональном компьютере, и, обрабатывая небольшую часть данных, стать частью большой сети, работающей как суперкомпьютер.

Корпела говорит, что программа за два десятилетия набрала 20 млрд потенциальных внеземных сигналов – и это больше, чем могут обработать исследователи. Они с командой, наконец, закончили разработку программы для анализа этих данных. Однако у проекта не хватает рабочей силы, чтобы как следует анализировать данные и одновременно продолжать собирать новые.

Как SETI@home выглядит на ПК