Наука, короче говоря

Хотя спешить с выводами рано. Пока непонятно, какая конкретно доза может быть полезной для человека, а какая станет причиной опасных недугов. Любой организм индивидуален и может реагировать на воздействие излучения по-своему.

Напомню: не стоит без нужды посещать места, где вы видите знак радиационной опасности.

Загадки Венеры

Хотя фантасты частенько переносят действие своих книг и фильмов в далёкие-далёкие галактики или хотя бы к соседним звёздам, некоторые особенности планет Солнечной системы заставляют недоумевать – чем же окрестности Земли так не приглянулись авторам? Вот, например, Венера стала бы идеальным местом для самого мрачного боевика или триллера, даже монстров никаких, как в DOOM, выдумывать не надо, а ещё и тайны готовые есть.

Ещё в середине прошлого века предполагалось, что на Венере условия отчасти похожи на земные. Дело в том, что поверхность этой планеты надёжно укрыта от наблюдателя толстым слоем облаков и делает невозможными наблюдения хоть каких-нибудь деталей рельефа привычными оптическими средствами. Вплоть до первых межпланетных полётов многие учёные выдвигали гипотезы, что под облачным слоем может существовать развитая жизнь, вроде флоры и фауны земного каменноугольного периода.

Но Венера очень сильно разочаровала даже осторожных мечтателей. Облачный покров на ней оказался не из водяного пара, а из серной кислоты. Из-за парникового эффекта от сплошных кислотных туч атмосфера планеты разогрелась до +400 градусов, а её давление почти в сотню раз превзошло земное. После первых удачных посадок на Венеру стало ясно, что у самой поверхности атмосфера является скорее сверхкритической жидкостью, а не газом.

И вот здесь начинается главная загадка планеты.

Дело в том, что Венера очень медленно вращается. Один оборот вокруг оси она совершает за 244 земных суток. Но венерианская атмосфера движется гораздо быстрее, буквально облетая планету за 96 часов. Ветры на определённой высоте, как можете догадаться, очень сильные. Подобное явление называется солидным термином «суперротация». И, что не добавляет ясности, отчего-то атмосфера движется в противоположную сторону относительно вращения планеты.

Если проанализировать все эти данные, то получается, что от трения о почти неподвижную венерианскую поверхность атмосфера должна была постепенно замедляться. Но этого не происходит: каким-то образом энергия Солнца поддерживает процессы в газовой оболочке планеты и заставляет суперротацию продолжаться. Интересно, удастся ли нам изучить это явление подробно в ближайшие годы?

Обуздать энергию звёзд

С каждым годом потребность человечества в электроэнергии всё выше и выше, а значит требуется всё больше электростанций для её производства. Существующие технологии, хотя и продвинулись вперёд по сравнению с прошлым веком, всё равно имеют ряд недостатков. Пожалуй, лишь атомные станции и альтернативные источники вроде солнечных батарей и ветряков оказывают меньше всего воздействия на природу, но им так же требуется много ресурсов. Поэтому во всём мире идёт интенсивное развитие термоядерной энергетики, основанной на процессах, происходящих внутри звёзд.

Термоядерные реакции происходят следующим образом: если при очень высокой температуре и давлении атомные ядра водорода сольются, то произойдёт образование более тяжёлых элементов. По массе они будут отличаться – это как если бы вы наливали молоко в кофе, и при этом полный стакан оказался легче, словно в него пенопласт накрошили. Вот эта разница масс ядер до реакции и после приводит к выделению большого количества энергии.

В результате синтеза мы получаем тепло и безвредный гелий. Как видите, практически безотходное производство. Сырья для термоядерных реакций на планете очень много, например, необходимый водород входит в состав воды.

Но на пути развития термоядерной энергетики стоит одна очень важная проблема. Процесс синтеза приводит к образованию горячей плазмы, то есть газа из заряженных частиц. Пока что основной проблемой является не столько создание условий для реакции, сколько удержание получившейся плазмы – на это уходит энергии больше, чем вырабатывает термоядерная установка.

В апреле 2019 года физики из России приступили к решающему этапу строительства реактора, в котором данная проблема теоретически решена. Предполагается, что в шарообразной камере лазерными лучами удастся разогреть небольшую ёмкость с водородом, после которой запустится синтез. Сама мишень будет покрыта особым веществом, испаряющимся при росте температуры. Пар разлетится во все стороны и в том числе, к центру мишени. Это позволит сжать и нагреть материал до нужных значений, а также удержать плазму на определённое время.

Установка носит название УФЛ-2М и сейчас находится в знаменитом институте экспериментальной физики в городе Саров.

Тунгусский феномен

30 июня 1908 года в районе реки Подкаменная Тунгуска немногочисленные местные жители стали свидетелями пролёта огромного светящегося шара (болида), а затем и ослепительной вспышки. Мощность произошедшего взрыва составила более 40 мегатонн, что превосходит некоторые ядерные испытания ХХ века, а лес на расстоянии 40 км от эпицентра был почти уничтожен.

Собственно, что же случилось в сибирской тайге летом 1908 года, однозначно сказать мы пока не можем. Виной тому время происшествия, чрезвычайно низкая плотность населения рядом с местом катастрофы и отсутствие исследований по горячим следам. Первая профессиональная экспедиция в район феномена отправилась лишь в 1920-х годах по инициативе специалистов-минералогов Кулика и Драверта.

Размах катастрофы под Тунгусской и задержка в изучении события до сих пор заставляет некоторых исследователей на полном серьёзе утверждать, что в Сибири в 1908 году взорвался корабль инопланетян, неприятели испытали атомную бомбу на невидимом дирижабле, и прочие небылицы.

Но, если учитывать особенности произошедшего (пролёт болида, характер вывала леса, состав обожжёной земли), научное сообщество предлагает несколько реалистичных гипотез, из которых всего две претендуют на самые вероятные.

Версия номер один. Столкновение Земли с кометой. Впервые этот вариант предложили еще в 1910 году. Гипотеза очень легко объясняет последствия взрыва: комета испарилась на некоторой высоте, затем взрывная волна отразилась от поверхности, не образовав кратера и оставив деревья в эпицентре стоять без веток и коры. Вещество кометы могло привести к свечению атмосферы, которое действительно наблюдалось в июле 1908 года.

Версия номер два. Рикошет кометы или астероида. Отличается от предыдущей гипотезы следующим: небесное тело вошло в плотные слои атмосферы лишь частично и на короткое время, как бы чиркнув по ним. Далее образовался горячий и сверхплотный участок воздуха, который взорвался и отбросил астероид обратно в космическое пространство. Это явление называют «коснувшимся метеором». Такие пролёты неоднократно фиксировались учёными, последний из них совсем недавно – в декабре 2014 года

Вам какую массу взвесить?

Мир вокруг нас устроен чуть сложнее, чем кажется, и от этого даже в повседневной жизни можно совершать маленькие личные открытия. Вот например, что вы знаете о массе? Ничего необычного в вопросе, положили предмет на весы и узнали…

Не спешите с ответом, ведь по стечению обстоятельств люди продолжают путать массу тела и его вес. И это не всё – массы существуют целых две, инертная и гравитационная. О какой из них вы говорите в магазине, попросив продавца килограмм сахара?

Да сразу обо всех, хотя вы могли и не подозревать об этом.

Масса – это не имеющая направления, то есть скалярная физическая величина, которая определяет самые базовые свойства тела. Например, его инертность, то есть способность противостоять любым воздействиям, вызывающим движение. Для того, чтобы сдвинуть с места вагон, вам потребуется гораздо больше усилий, чем при ударе по мячу. Говоря по правде, я думаю, что мяч после удара ноги полетит, а вагон даже не закачается. В этом случае мы рассматривали инертную массу, которая входит во второй закон Ньютона для определённых систем отсчёта. Когда вы не можете оторваться от стула, чтобы идти мыть посуду, то скорее всего проблема не в лени, а в инертной массе :-)

Есть масса гравитационная, она показывает, какое гравитационное поле может создать тело и как оно способно взаимодействовать с внешними полями. Именно благодаря её наличию работают весы. Объект в поле притяжения планеты давит на прибор, затем он выдаёт показания. Вы уже могли догадаться, что в невесомости обычные магазинные весы абсолютно бесполезны. Благодаря гравитационной массе мы встречаем рассветы и закаты и не сваливаемся с поверхности Земли.

И вот что самое интересное – гравитационная и инертная массы, хоть и определяют разные свойства тел, равны! Это называется принципом эквивалентности сил гравитации и инерции, важным составляющим общей теории относительности. Его неоднократно проверяли и не обнаружили значимых отклонений, так что сомневаться в справедливости выводов нет оснований.

Благодаря принципу эквивалентности мы даже не задумываемся, а какую массу мы узнали, взвесив объект. Это очень замечательное свойство упрощает нашу жизнь, делает Вселенную такой, какой она и является.

Метан на Марсе

Марс, наш сосед по Солнечной системе, продолжает подкидывать учёным загадки. Каналы, которые видели астрономы XIX века, фото пирамид на снимках в эпоху освоения космоса – всё это оказалось оптическим обманом, но поиски жизни на красной планете до сих пор продолжаются. В настоящее время исследования показали несколько аномалий, которые можно истолковать как результат деятельности живых существ, пусть и примитивных.

Одну из них зафиксировали в июне 2019 года. Аппарат «Кьюриосити» уловил своей чувствительной аппаратурой резкое повышение метана в атмосфере планеты. По сравнению с нормальными значениями содержание увеличилось в 22 раза. Казалось бы, обычный газ, который и так содержится в марсианском воздухе, но его источниками могут быть простейшие организмы.

На Земле метан образуется благодаря деятельности одноклеточных, называемых археями. Они в чём-то похожи на бактерии, но устроены менее сложно – у археев нет клеточного ядра и биологических мембран, поэтому подобные организмы относят к отдельному надцарству. Некоторые представители археев находили в совсем уж неподходящих для жизни местах – горячих источниках.

Однако по другой версии, метан может возникать из-за химических процессов в марсианских породах, которые содержат своеобразные включения газа. И колебания состава атмосферы в этом случае полностью объясняются сезонным изменением температуры, которое влияет на процессы в местной почве. Примечательно, что за время работы марсохода, регистрировалось несколько повышений содержания метана, пусть и не слишком мощных.

По мнению экспертов, такие вспышки трудно объяснить деятельностью живых организмов. Не тот масштаб и скорость. Зато метан даже на Земле может быть следствием вулканической активности или результатом реакции тёплой воды с веществом, содержащим железо.

Есть и другое предположение – марсианские породы анатаза и монтмориллонит способны выделять метан под действием солнечного света. К тому же, выбросы метана происходят не на всей поверхности Марса, а локально, в определённых точках равнин и кратеров.

Сразу же спешу заверить читателей, что точную причину метановых аномалий красной планеты пока установить нельзя и поэтому рассматриваются все гипотезы.

Как физики с пузырями игрались

Что только не становилось объектом исследований науки за все годы её развития. Гигантские планеты, галактики, мелкие вирусы и совсем крошечные атомы. А недавно физики завершили исследования обычных мыльных пузырей. Тех самых, которые пускают ради развлечения или в процессе принятия ванны. И дело не в том, что учёным просто стало скучно – на самом деле, даже самый простой, знакомый нам процесс, зачастую очень трудно объяснить в понятных терминах.

Представьте себе, что вы находитесь высоко в горах в холодный и ясный день. Вы выдули мыльный пузырь, который после непродолжительного полёта упал на снег и стал замерзать. По всему объёму пузыря начнут распространяться красивые структуры из кристаллов, такие же, как узоры на окнах в зимний январский день. В течении нескольких секунд пузырь замёрзнет или, если внутри воздух будет достаточно тёплым, разрушится. Во всяком случае, красивое зрелище физика точно обеспечит. А заодно вы станете свидетелем «эффекта снежного шара», впервые открытого учёным Винсентом Шефером. Удивительно, но долгие годы было не до конца понятно, какие эффекты заставляют пузырь замерзать именно таким способом.

В лаборатории физики занялись изготовлением пузырей и детально исследовали их замерзание при нескольких условиях. Если пузырь с остывшим воздухом внутри падал на холодную поверхность, то кристаллы начинали формироваться в точке соприкосновения, а затем потоки жидкости поднимали их вверх, словно в причудливом танце. Пузырь в таком состоянии был похож на сувенирный снежный шар, который встряхнули. Процесс завершался через минуту. При этом кристаллы поднимались за счёт потоков тепла, выделявшегося от замерзания в точке соприкосновения с поверхностью. Этот эффект называется эффектом Марангони.

Во втором случае, когда внутри пузыря был тёплый воздух, замерзание шло сначала от основания к середине, но потом быстро останавливалось – поднятые потоками жидкости кристаллики плавились. Затем температура внутри объекта выравнивалась, но стенки пузыря уже начинали истончаться под действием гравитации. Пузырь лопался.

Кстати, физики установили и предельную температуру поверхности, выше которой пузыри не успеют замёрзнуть – минус 6,5 градуса

Физики придумали всемирную паутину

Интернет стал неотъемлемой частью жизни современного человека. Социальные сети, поисковики, онлайн-сервисы, мессенджеры. Кажется, что эта технология с нами вечно, хотя ещё 15 лет назад множество людей обходились даже без сотового.

Но кому или чему мы должны быть благодарны за обилие самой разной информации, для доступа к которой нужен компьютер или смартфон? Откуда пошла технология гипертекста, системы страниц, связанных ссылками?

В конце восьмидесятых продолжалось развитие физики высоких энергий. Этот раздел науки работал с взаимодействиями элементарных частиц или ядер атомов при столкновениях. Учёные просто разгоняли частицы навстречу друг другу и потом изучали сам момент лобового удара и образовавшиеся осколки. Для подобных целей использовались ядерные реакторы и ускорители, а объём полученной информации был настолько большим, что приходилось постоянно совершенствовать цифровые технологии.

Одним из основных комплексов, работающих в сфере высоких энергий, был и остаётся Европейский центр ядерных исследований или CERN. Тот самый, благодаря которому у нас есть Большой адронный колайдер. Сотрудник Центра Тим Бернерс-Ли в 1989 году выступил с идеей системы глобальной сети документов, с помощью которых физики из разных стран смогли бы получать доступ к научной информации и следить за работой ускорителя. Сообщество высоко оценило концепцию и её техническое воплощение – текстовые файлы, которые можно изучать, переходя по ссылкам. Для работы системы понадобилась специальная программа, которую позже назвали браузером.