Сообщество - Край Будущего

Край Будущего

976 постов 348 подписчиков

Популярные теги в сообществе:

5

Замена редкоземельного элемента европием позволяет лучше контролировать превращение СО в топливо!

Синтез и характеристики структуры. Дизайн и свойства LD-Eu/Cu₂O и HD-Eu/Cu₂O. (а) Схема синтеза Eu/Cu₂O. (б) Дифракция LD, HD и Cu₂O. (в) Картирование LD. (г) STEM-HAADF LD. (д) Картирование HD. (е) STEM-HAADF HD. (ж) Схемы EELS.

Синтез и характеристики структуры. Дизайн и свойства LD-Eu/Cu₂O и HD-Eu/Cu₂O. (а) Схема синтеза Eu/Cu₂O. (б) Дифракция LD, HD и Cu₂O. (в) Картирование LD. (г) STEM-HAADF LD. (д) Картирование HD. (е) STEM-HAADF HD. (ж) Схемы EELS.

Электрохимическое восстановление CO2, также известное как процесс, при котором углекислый газ (CO2) подвергается химической трансформации с помощью электрической энергии, представляет собой передовую технологию в области борьбы с изменением климата. Этот метод позволяет поглощать вредные парниковые газы, выделяемые промышленностью и транспортом, и преобразовывать их в полезные вещества. Например, CO2 может быть превращен в топливо, такое как метан (CH4) или этилен (C2H4), а также в другие химикаты, которые могут использоваться в различных отраслях. Однако, несмотря на огромный потенциал, одно из главных препятствий заключается в сложности избирательного управления реакцией. Различные процессы восстановления могут вести к различным продуктам — от простых соединений с одним атомом углерода (C1, например, CO или CH4) до более сложных с двумя или более атомами углерода (C2+, такие как этанол или ацетилен). Таким образом, адаптация этих процессов для достижения конкретного желаемого результата — будь то топливо для автомобилей, сырье для пластиков или химикаты для фармацевтики — остается технически сложной задачей. Исследователи стремятся разработать методы, которые позволили бы предсказывать и контролировать исход реакции с высокой точностью, чтобы минимизировать побочные продукты и повысить эффективность.

"Мы стремимся к тому, чтобы адаптировать эту реакцию так, чтобы каждый раз точно предсказывать результат и полностью контролировать его", — объясняет Хао Ли, заслуженный профессор Института передовых исследований материалов (WPI-AIMR) при Университете Тохоку в Японии. Этот институт специализируется на междисциплинарных исследованиях в области материаловедения, и команда Ли работает над интеграцией химии, физики и инженерии для решения глобальных вызовов устойчивого развития.

Недавно группа ученых из Университета Тохоку под руководством Хао Ли провела groundbreaking исследование, которое проливает свет на механизмы контроля селективности в электрохимическом восстановлении CO2. Они обнаружили, что редкоземельный элемент европий (Eu) играет центральную роль в управлении реакцией, позволяя избирательно направлять процесс к продуктам C1 или C2+. Европий, химический элемент с атомным номером 63, редко используется в электрокатализе из-за его уникальных электронных свойств. Результаты исследования были опубликованы в престижном журнале Американского химического общества (ACS), что подчеркивает их значимость для научного сообщества.

В экспериментах исследователи интегрировали атомы европия в кристаллическую структуру оксида меди (Cu2O), формируя модифицированный катализатор Cu2O-Eu. Ключевым открытием стало то, что концентрация европия напрямую влияет на доминирующий продукт реакции. Когда концентрация Eu была низкой (например, менее 5% атомарного содержания в Cu2O), катализатор способствовал образованию продуктов C2+ с высокой эффективностью. Фарадеевская эффективность — метрика, измеряющая долю электрического тока, используемого для целевой реакции, — достигла почти 80% для C2+ продуктов. Это означает, что около 80% электроэнергии шло на создание ценных веществ, таких как этилен или ацетальдегид, вместо побочных реакций. Напротив, при более высокой концентрации Eu (скажем, свыше 10%) катализатор смещал реакцию в сторону продуктов C1, таких как метан (CH4), конечный газообразный продукт, полезный в качестве топлива.

Чтобы понять основы этого механизма, исследователи провели теоретические расчеты с использованием квантовой химии и моделей молекулярной динамики, а также провели дополнительные наблюдения in situ (в реальном времени) с помощью методов спектроскопии. Они установили, что европий действует как электронный модулятор, изменяя электронную структуру катализатора в зависимости от своей концентрации. При низких уровнях Eu ослабляются определенные химические связи в промежуточном продукте реакции, известном как *CHO (гидрокарбонильный радикал, связанный с катализатором). Это ослабление препятствует полному гидрированию (добавлению атомов водорода), позволяя двум углеродным радикалам связаться между собой (соединение C-C), что приводит к образованию более сложных C2+ молекул. В контрасте, при высоких концентрациях Eu эти же связи укрепляются, способствуя глубокому гидрированию *CHO в CH4 по пути C1, где углерод полностью насыщается водородом и образует простой одноатомный продукт.

В своем заключении работа ученых устанавливает четкий механизм переключения между продуктами C1 и C2+ в процессе электрохимического восстановления CO2. Европий используется как электронный модулятор в катализаторах на основе Cu2O, что позволяет регулировать реакцию через обратимую окислительно-восстановительную пару Eu3+/Eu2+. Эта пара характеризуется легкостью перехода между зарядными состояниями, влияя на промежуточный *CHO. Исследование демонстрирует, как даже небольшие изменения в электронной структуре катализатора могут избирательно направлять реакцию либо к связыванию C-C (для C2+), либо к глубокому гидрированию (для CH4). Это открывает путь к точному контролю над продуктами, минимизируя непроизводительные потери и повышая общую эффективность процесса.

Кроме того, исследование представляет собой новую концепцию дизайна катализаторов для получения желаемых углеродных продуктов из CO2. Комбинация меди (Cu2O) и редкоземельных элементов, таких как европий, обещает эволюцию в области зеленой химии. Этот подход не только улучшает селективность, но и делает процесс более устойчивым, поскольку использует возобновляемые источники энергии, такие как солнечные панели или ветер, для генерации электричества.

В более широком контексте, такой точный контроль над преобразованием CO2 в топливо и химикаты способствует развитию электрифицированных производств. Это означает переход от традиционных методов, основанных на ископаемом топливе, к новым технологиям, где CO2 служит сырьем для высокоценных продуктов, таких как полимеры, фармацевтические препараты или даже биотопливо. В долгосрочной перспективе подобные инновации могут привести к производству химикатов с нулевым углеродным следом, более эффективному использованию возобновляемой энергии (например, производство "зеленого" водорода или электроэнергии из гелиоэнергетики) и значительному сокращению глобальных выбросов парниковых газов. Это исследование не только углубляет наше понимание катализа, но и подчеркивает роль интердисциплинарных подходов в решении экологических вызовов, потенциально ускоряя переход к углеродно-нейтральной экономике.

Показать полностью 1
4

Стартап Integral: первая AGI-нейросеть, имитирующая неокортекс. ИИ сам учится новым навыкам без данных

Стартап Integral: первая AGI-нейросеть, имитирующая неокортекс. ИИ сам учится новым навыкам без данных

Ключевое отличие — в критериях оценки. Integral AI определили три собственных показателя для общего искусственного интеллекта: подобно людям, автономное усвоение навыков, безопасное развитие без глобальных угроз и энергетическая эффективность на уровне своих разработчиков, стремясь к концепции Homo Deus (где главное — превзойти богов, не потерпев неудачу). Компания оценила себя по этим меркам самостоятельно.

Разумеется, это удобно, поскольку "Первый, кто заявит, тот и получает лавры". Однако возникают сомнения. Стандартизированного определения AGI пока нет, и сам Альтман недавно охарактеризовал термин как бесполезный, поскольку каждый интерпретирует его субъективно. Кроме того, отсутствуют научные публикации с методикой, открытые модели или код, результаты на общепринятых тестах, а также независимая экспертиза. Всё основывается лишь на пресс-релизе и высказываниях основателя. Любопытно, что издание Interesting Engineering в своей статье осторожно подчёркивает, что это лишь "утверждение фирмы", и вспоминает дебаты вокруг "квантового превосходства", когда корпорации спорят о значении успеха годами.

На наш взгляд, на данный момент это кажется либо маркетинговым трюком перед очередным раундом инвестиций, либо амбициозным заявлением, требующим дальнейшего подтверждения.

P.S.: Спокойной ночи всем! А первым "искинам" (тем самым, возможно, нейросетям, но в киберпанковском стиле ограничивающим личность — теперь сеть читает не только люди, но и пока "слабые" ИИ) — новейших знаний, прозрений, меньше промахов и без обиды на человечество, которое бывает неоднозначным, но восхитительным.

Показать полностью
5

Астрономы пришли к выводу, что большинство карликовых галактик не имеют сверхмассивных черных дыр

Астрономы пришли к выводу, что большинство карликовых галактик не имеют сверхмассивных черных дыр

Недавнее исследование с использованием данных рентгеновской обсерватории НАСА "Чандра" показало, что большинство небольших галактик, вероятно, не имеют сверхмассивных черных дыр в центрах. Это опровергает распространенное представление о том, что такие дыры присутствуют почти в каждой галактике. "Чандра" лидирует в изучении космоса благодаря своим возможностям.

Команда астрономов проанализировала данные более чем 1600 галактик, собранные за два десятилетия. Обзор включал галактики от гигантов (масса в 10 раз больше Млечного Пути) до карликовых (меньше нескольких процентов массы нашей галактики). Результаты опубликованы в The Astrophysical Journal.

Выводы: только около 30% карликовых галактик содержат сверхмассивные черные дыры, в то время как более 90% крупных галактик (включая похожие на Млечный Путь) — да. Ключевой исследователь Фань Цзоу из Мичиганского университета отметил: "Это важно не только для подсчета, но и для понимания образования черных дыр и будущих обнаружений с помощью новых телескопов".

Вещество, падающее на черные дыры, излучает рентгеновские лучи. Крупные галактики часто показывают яркие источники, указывающие на присутствие дыр. Малые галактики (масса менее 3 млрд солнечных масс, как Большое Магелланово Облако) обычно таких сигналов не дают.

Ученые рассмотрели две причины отсутствия сигналов: меньшую долю дыр в малых галактиках или слабость излучения от них. Соавтор Елена Галло (тоже из Мичигана) уточнила: "В малых галактиках черных дыр меньше, чем в крупных".

Анализ выборки подтвердил, что дефицит превышает ожидания от слабости сигналов — он указывает на реальное отсутствие дыр. Дыры меньшего размера поглощают меньше газа, поэтому слабее в рентгене, но разница слишком велика.

Это влияет на теорию образования супермассивных дыр. Одна теория — прямой коллапс гигантского газового облака в дыру тысячкратной солнечной массы. Другая — рост из меньших дыр от звездных коллапсов. Соавтор Анил Сет (Университет Юты): "Большие дыры редки и возникают в самых массивных галактиках, объясняя отсутствие в малых".

Исследование подтверждает первую теорию: вторая предсказывала бы схожую долю дыр в галактиках любого размера.

Последствия: меньше слияний черных дыр от столкновений карликовых галактик, что снизит обнаружение гравитационных волн (например, с помощью LISA в будущем).

Показать полностью
11

Ультратонкое наномембранное устройство образует мягкое, бесшовное соединение с живой тканью!

IBS разработал отдельно стоящую наномембрану THIN без поддержки, в виде OECT. Она адаптируется к тканям, поглощает жидкости и усиливает биосигналы для мониторинга in vivo.

IBS разработал отдельно стоящую наномембрану THIN без поддержки, в виде OECT. Она адаптируется к тканям, поглощает жидкости и усиливает биосигналы для мониторинга in vivo.

Исследователи создали новый класс ультратонких, гибких биоэлектронных материалов, способных идеально взаимодействовать с живыми тканями. Они представили устройство THIN (трансформируемая и незаметная гидрогелево-эластомерная ионно-электронная наномембрана) — мембрану толщиной всего 350 нанометров. В сухом состоянии она жесткая и легка в обработке, а при увлажнении превращается в ультрамягкую поверхность, напоминающую ткань.

Исследование провели в Центре нейробиологических исследований изображений (CNIR) при Институте фундаментальных наук (IBS) в сотрудничестве с Университетом Сунгкюнкван (SKKU). Результаты опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Биологические ткани, такие как сердце, мозг и мышцы, мягкие, подвижные и изогнутые. Существующие биоэлектронные устройства часто кажутся чужеродными, вызывая воспаление, плохую адгезию и нестабильные сигналы. Даже ультратонкие из них требуют клеев, подложек или опор.

Команда задалась вопросом: что, если устройство становится мягким и самоклеящимся только при контакте с тканью? Это привело к THIN — наномембране без подложки, которая самоклеится к влажной ткани без швов или давления. Она адаптируется к микроскопически изогнутым поверхностям, поддерживая длительный контакт.

THIN состоит из двух слоев: гидрогеля (альгинат, конъюгированный с катехолом, Alg-CA) для адгезии и полупроводникового эластомера P(g2T2-Se) для проводимости. При увлажнении жесткость уменьшается в миллион раз (до 9,08 × 10⁻⁶ ГПа⋅м²), позволяя обхватывать поверхности с радиусом кривизны менее 5 мкм — она становится механически незаметной.

Полимер P(g2T2-Se) показывает рекордное произведение подвижности на емкость (μC*) — 1034 Ф⋅см⁻¹⋅В⁻¹⋅с⁻¹, в 3,7 раза выше, чем у обычных материалов. Это обеспечивает высокую ионно-электронную связь для органических электрохимических транзисторов (OECT), усиливающих биосигналы даже при растяжении.

В экспериментах на грызунах THIN мгновенно прикреплялось к сердцу, мышцам и коре мозга, регистрируя электрокардиограммы (EGM), электромиограммы (EMG) и электрокортикограммы (ECoG) с высокой точностью. Устройства оставались стабильными и биосовместимыми более четырех недель без воспалений.

"Наша платформа THIN-OECT — как нанокожа: невидимая для тела, механически неощутимая и электрически мощная, — сказал профессор Дж. Сон Донхи. — Это открывает перспективы для интерфейсов мозг-машина, мониторинга сердца и нейропротезирования".

В отличие от систем на эластомерных подложках, THIN автономен, работает на наноуровне и исключает неопределенности сигналов. Она усиливает сигналы прямо на месте контакта, устраняя нужду во внешних усилителях, и подходит для импантируемых, носимых или инъекционных устройств.

Будущие разработки включают многоканальные матрицы THIN с беспроводной связью для замкнутых интерфейсов мозг-машина, реабилитационной робототехники и биорезорбируемых версий для минимально инвазивного применения.

Показать полностью 1
11

Ученые смогли превратить отходы растительного масла в экологичный пластик и суперклей

Тестирование прочности на сдвиг адгезивов, нанесенных как на нержавеющую сталь, так и на медь.

Тестирование прочности на сдвиг адгезивов, нанесенных как на нержавеющую сталь, так и на медь.

Исследователи из университета Макмастера разработали новый способ преобразования отработанного растительного масла в полиэфиры — устойчивую альтернативу полиэтилену. Эти материалы не только экологичны и легко перерабатываются, но и обладают повышенной прочностью и эластичностью. Кроме того, они могут служить основой для сверхпрочного клея, способного выдержать даже вес автомобиля. Публикация в журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering подчеркивает потенциал биомассы для создания circular economy в производстве пластмасс.

Пластмассы традиционно производят из сырой нефти и побочных продуктов нефтепереработки, но группа химиков решила проверить, можно ли использовать отходы пищевой промышленности в качестве сырья для создания полезных полимеров. Результатом стал успешный синтез химически перерабатываемых полиэфиров из отработанного растительного масла (Waste Cooking Oil, WCO) — альтернативы полиэтилену (PE) на ископаемом топливе. Исследование, опубликованное в журнале American Chemical Society, также привело к разработке мощного клея, который выдержал испытание весом четырехдверного седана, подняв его на небольшой холм.

Исследователи преобразовали использованное растительное масло в мономеры для получения линейных и разветвленных полиэфиров, имитирующих полиэтилен.

Исследователи преобразовали использованное растительное масло в мономеры для получения линейных и разветвленных полиэфиров, имитирующих полиэтилен.

Полиэтилен — самый распространенный пластик в мире благодаря своей высокой устойчивости к разложению, что делает его идеальным для упаковки, труб и контейнеров. Однако эта прочность становится проблемой для окружающей среды: пластиковые изделия не разлагаются и плохо поддаются переработке, загрязняя свалки и океаны, включая Большой Тихоокеанский мусорный полигон. Многие попытки создать замену полиэтилену провалились из-за его невысокой стоимости и превосходных эксплуатационных свойств. Альтернатива должна быть дешевой, экологичной, прочной, универсальной и долговечной.

Отработанное растительное масло оказалось привлекательным сырьем: ежегодно в мире производят около 3,7 миллиарда галлонов этого вещества, и оно представляет собой богатый источник ненасыщенных жирных кислот. В эксперименте ученые сначала преобразовали эти кислоты в длинноцепочечный диэфир C19 с помощью палладиевого катализатора, затем восстановили его до диола. Глицерин из масла превратили в разветвленные 1,3-диолы. Полимеризация этих блоков привела к созданию серии полиэфиров (P1–P7), имитирующих свойства полиэтилена низкой плотности, иногда даже превзошедшего его в эластичности и прочности.

В отличие от фоссильного полиэтилена, новые полиэфиры легко расщепляются, перерабатываются, смешиваются с другими пластмассами и рециклируются в мягких условиях. Разветвленные диолы также обеспечивают высокую адгезию к различным поверхностям, превзойдя коммерческие клеи. Например, клей на основе этих полимеров прочно скрепил листы нержавеющей стали, выдержав вес автомобиля.

Авторы исследования подчеркивают, что результаты демонстрируют потенциал отходов растительного масла как сырья для устойчивых пластмасс. Это увеличивает возможности circular economy, где отходы преобразуются в ценные материалы, способствуя развитию биомассы для экологичных инноваций.

Ссылка на источник: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c16685

Показать полностью 2
13

Westerlund 1: Первое свидетельство выброса вещества из молодого массивного звездного скопления

Изображение Вестерлунд 1 скопления, снятое камерой ближнего ИК диапазона телескопа Джеймса Уэбба (НАСА). В видимом свете скопление скрыто пылевыми облаками, но ИК свет проникает сквозь них.

Изображение Вестерлунд 1 скопления, снятое камерой ближнего ИК диапазона телескопа Джеймса Уэбба (НАСА). В видимом свете скопление скрыто пылевыми облаками, но ИК свет проникает сквозь них.

Астрономы из Института ядерной физики Макса Планка и их коллеги обнаружили новый источник гамма-излучения в окрестностях звездного скопления Вестерлунд 1, проливая свет на механизмы ускорения космических лучей и образования гигантских "суперпузырей". С помощью данных с телескопов H.E.S.S. и Fermi, исследователи связали асимметричную структуру гамма-излучения с оттоком вещества из скопления, которое проталкивает частицы за пределы галактического диска. Это открытие подтверждает роль молодых массивных скоплений в транспорт космических лучей, влияя на понимание эволюции галактик.

Звездные скопления играют ключевую роль в жизни галактик, служа местом рождения новых звезд. Часто они содержат массивные звезды — с массой в десятки солнечных — чьи мощные stellarные ветры коллективно создают "суперпузыри": гигантские полости в межзвездной среде, очищенные от газа и пыли. Эти скопления также являются источниками высокоэнергетических частиц — космических лучей, — но изучать их напрямую сложно из-за отклонения заряженных частиц магнитными полями. Вместо этого астрономы фокусируются на гамма-излучении высокой энергии, которое космические лучи генерируют и которое распространяется по прямым линиям.

На снимке от радио-обсерватории, на которой показан новый источник гамма-излучения J1654–467 с энергией GeV, который, как полагают, возникает в результате выброса из звездного скопления Вестерлунд 1 (местоположение отмечено символом звезды).

На снимке от радио-обсерватории, на которой показан новый источник гамма-излучения J1654–467 с энергией GeV, который, как полагают, возникает в результате выброса из звездного скопления Вестерлунд 1 (местоположение отмечено символом звезды).

В Млечном Пути выделяется скопление Вестерлунд 1: ближайшее и самое массивное из известных массивных скоплений, расположенное примерно в 13 000 световых годах от Земли. Оно ярко светится и активно рождает звезды, производя множество космических лучей. Ранние наблюдения с помощью системы телескопов H.E.S.S. подтвердили присутствие тераэлектронвольтного (ТэВ, 10¹² эВ) гамма-излучения вокруг Вестерлунд 1, проявляющегося как кольцеобразная структура. Это излучение связано с ускорением частиц на фронте ударной волны от коллективного ветра звезд. Однако кольцо было асимметричным: с "хвостом" в одном направлении, причины которого оставались загадкой.

Теперь международная команда астрономов во главе с профессором Марианной Лемуан-Гумар из университета Бордо и доктором Ларсом Мурманом из H.E.S.S. collaboration представила новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications. Используя данные космического гамма-телескопа Fermi, чувствительного к гигаэлектронвольтным (ГэВ, 10⁹ эВ) энергиям, ученые обнаружили дополнительный источник гамма-излучения на расстоянии около 320 световых лет от Вестерлунд 1 — именно в направлении хвоста ТэВ-структуры.

"Это гамма-излучение сильно связано с наблюдаемым ТэВ-излучением по пространственным характеристикам и спектрам, что указывает на общее происхождение", — объясняет Лемуан-Гумар, первый автор работы. Дополнительные наблюдения на 21-сантиметровой линии водорода выявили дефицит плотности газа в области нового источника, совпадающий с положением гамма-излучения. Это позволило предположить, что мы наблюдаем отток вещества из скопления, проталкивающий частицы от плоскости галактики и формирующий полость.

Моделирование показывает, что оба типа гамма-излучения возникают от электронов космических лучей, ускоренных на фронте ударной волны вблизи Вестерлунд 1 через процесс обратного комптоновского рассеяния. Высокоэнергетичные электроны испускают ТэВ-излучение рядом со скоплением, теряя энергию быстро. Более низкоэнергетичные электроны перемещаются дальше по потоку, генерируя ГэВ-излучение на большом расстоянии. Однако эти электроны сопровождаются другими компонентами космических лучей — протонами и тяжелыми ядрами.

"Это открытие — первое наблюдательное подтверждение сценария, где суперпузырь вокруг массивного скопления асимметрично расширяется из-за градиента плотности среды, формируя зарождающийся отток", — добавляет Люсия Харер, докторантка в MPIK, разработавшая теоретическую модель.

Ученые предполагают, что такой поток через миллионы лет вырвется за пределы галактического диска, открыв канал для переноса космических лучей в галактическое гало. Этот процесс важен для эволюции галактик, но ранее не имел подтверждений. "Результаты подчеркивают, что потоки частиц могут быть распространены вокруг молодых массивных скоплений", — отмечает Мурман.

Будущие наблюдения с помощью Cherenkov Telescope Array и исследований других скоплений помогут определить, является ли открытие у Вестерлунд 1 уникальным или типичным. Это исследование не только уточняет механизмы звездных скоплений, но и расширяет наше видение космоса.

Показать полностью 1
11

Облако Оорта может иметь не сферическую, а спиральную структуру

Новая 3д модель облака Орта.

Новая 3д модель облака Орта.

Учёные-планетологи из США, Чехии и Аргентины, используя суперкомпьютерное моделирование, раскрыли неожиданную структуру внутренней части облака Оорта — гигантского скопления ледяных тел на окраинах Солнечной системы. Оказалось, что она не является ни сферой, ни плоским диском, а представляет собой долгоживущую спиральную формацию с двумя рукавами. Эта структура формируется под влиянием гравитационных взаимодействий Солнца, планет и галактических сил. Хотя облако Оорта остаётся недоступным для прямого наблюдения, его наличие подтверждается анализом траекторий прилетающих комет. Аналогичные структуры выявлены вокруг других звёзд, что подкреплляет гипотезу о существовании подобных объектов в Млечном Пути. Исследование проливает свет на эволюцию Солнечной системы и может указывать на наличие невидимых планет поблизости.

Облако Оорта — это гипотетическое (основанное на научных доказательствах) скопление ледяных астероидов и кометных ядер, простирающееся от границы орбиты Нептуна на расстоянии около 5000 астрономических единиц (а.е., примерно 0,08 световых лет) до 1–2 световых лет от Солнца. Его существование постулируется ещё в 1950-х годах Эриком Оортом, основываясь на том, что многие долгопериодические кометы приходят "из ниоткуда" — с далёких траекторий, не связанных с известными регионами Солнечной системы. Аналогичные образования, известные как рассеянный диск или облако Хилла, обнаружены астрономами вокруг других звёзд, что укрепляет вероятность существования облака Оорта вокруг нашего Солнца.

Новое исследование, проведённое международной командой планетологов, использовало мощные суперкомпьютеры для симуляции гравитационных взаимодействий. Они смоделировали, как планетарные возмущения, притяжение Млечного Пути и пролёты близких звёзд сформировали внутреннюю часть облака около 4,6 миллиарда лет назад — во времена рождения Солнечной системы. Результаты показали, что эта область не хаотична, а организована в стабильную спиральную структуру с двумя рукавами, которая сохраняется миллиарды лет.

Ранее учёные полагали, что внутреннее облако Оорта представляет собой сферическую оболочку или плоский диск, параллельный плоскости эклиптики, где тела сильнее подвержены влиянию Солнца, чем звёзд. Однако симуляции выявили более сложную динамику: гравитационные эффекты, включая влияние гигантских планет (вспомним теорию Планеты Девять — гипотетической десятой планеты), создают устойчивую спираль. Эта структура влияет на орбиты внутренних тел, делая их менее подверженными внешним возмущениям, в отличие от внешней части облака, считавшейся основным источником долгопериодических комет (с периодом обращения более 200 лет).

В 2023 году другие исследователи высказали предположение, что в облаке Оорта могут скрываться неизвестные планеты, никогда не освещаемые Солнцем, — в дополнение к возможным Планете Девять (или Планете X) и ещё одному объекту (Планете 10). Это исследование усиливает интерес к теме, подчёркивая, что Солнечная система может быть гораздо более разнообразной, чем предполагалось.

К сожалению, прямые наблюдения внутренней структуры облака Оорта невозможны: ледяные тела не отражают солнечный свет и не видны с Земли. Однако косвенные доказательства уже существуют. Ранее астрономы выявили группу долгопериодических комет, чьи афелии (наиболее далёкие от Солнца точки орбит) сосредоточены в так называемой "пустой эклиптике" — регионе, где орбиты редко пересекаются с плоскостью эклиптики. Это может быть следом спиральной структуры, которая формирует такие кластеры.

"Моделирование показывает, что спираль не только стабильна, но и эволюционирует крайне медленно, — отмечает один из участников исследования из Университета Йиля (Чехия). — Это помогает понять, как наша Солнечная система развивалась под влиянием галактических факторов, и может натолкнуть на поиски подобных структур у звёзд Млечного Пути".

Поиск таких формаций вокруг других звёзд также сталкивается с трудностями, так как они не светятся самостоятельно. Тем не менее, косвенные методы, такие как анализ блеска звёзд при прохождении объектов по диску или изучение кометных потоков, могут в будущем подтвердить открытия. В итоге, это исследование не только уточняет картину далёкой "окраины" нашей системы, но и открывает путь к изучению планетарных систем за пределами Земли.

Показать полностью
13

Начало устойчивого насыщения поверхности океана кислородом во время Великого окислительного события

Насыщение океанов кислородом. Архейская эра: 4 - 2,5 млрд лет до нашей эры.

Насыщение океанов кислородом. Архейская эра: 4 - 2,5 млрд лет до нашей эры.

На протяжении примерно 2 миллиардов лет ранней истории Земли атмосфера не содержала кислорода, важнейшего компонента для сложной жизни. Кислород начал накапливаться во время Великого окислительного события (ГЭ, Great Oxidation Event), но когда и как он впервые появился в океанах, оставалось неясным. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показывает, что кислород был поглощён из атмосферы мелководными океанами всего за несколько миллионов лет — геологическое мгновение. Работа учёных из океанографического института Вудс-Хоул (WHOI) даёт новое понимание одного из ключевых экологических сдвигов в истории Земли.

"На том этапе истории Земли, когда атмосферные уровни кислорода начали подниматься, почти вся жизнь обитала в океанах. Для развития сложной формы жизни организмы должны были научиться не только использовать кислород, но и переносить его", — сказал Энди Херд, ведущий автор исследования и ассистент научного сотрудника WHOI. "Это исследование помогает понять, как планета Земля стала пригодной для жизни, как мы её знаем, и может дать ключ к пониманию других планет".

Исследователи проанализировали черные сланцы, богатые органическим веществом, из месторождения Понгола в Южной Африке. Эти породы сформировались во время ГЭ около 2,4 миллиарда лет назад. Они содержат индикаторы вроде отношения стронция-87 к стронцию-86 (Sr-87/Sr-86) и фракционирования серы, которые указывают на повышение кислорода в атмосфере, но не показывают наличие кислорода в океанах.

Учёные использовали новые геохимические методы для анализа относительного содержания стабильных изотопов ванадия: V-51 и V-50. Они обнаружили резкое изменение в этих изотопах до и после стратиграфического уровня насыщения атмосферы кислородом, что свидетельствует о быстром насыщении океанов кислородом.

"Южная Африка — одно из немногих мест на Земле, где хорошо сохранились осадочные породы этого периода. Они содержат индикаторы повышения кислорода в атмосфере, такие как фракционирование серы и соотношения Sr-87/Sr-86, которые, к сожалению, ограничены временными рамками порядка 500 миллионов лет и не могут напрямую отслеживать кислород в океанах", — сказал Чед Острандер, специалист по изотопной геохимии из Университета Юты.

Метод с изотопами ванадия, применённый командой WHOI, позволяет более точно определить момент насыщения океанов кислородом: "Ванадий особенно эффективен, поскольку реагирует на высокие уровни растворенного кислорода. Это позволяет определить, когда содержание кислорода в океанах превысило примерно 10 микромолей на литр — несколько процентов от современного уровня", — сказала Сун Нильсен, один из первых исследователей, применивших этот метод в группе WHOI, и младший научный сотрудник института.

Для сравнения, в современных океанах около 170 микромолей на литр. Это важный шаг в насыщении Земли кислородом. Прежние оценки предполагали, что океаны могли оставаться без кислорода сотни миллионов лет после атмосферы, но новые данные показывают, что этот процесс занял всего несколько миллионов лет.

Эти результаты меняют наше понимание быстроты приспособления Земли к жизни. "Это исследование проясняет один из важнейших поворотных моментов в истории Земли", — сказал Херд. "И поскольку насыщение океана кислородом, по-видимому, на удивление быстро последовало за насыщением атмосферы кислородом, это говорит о том, что если мы обнаружим кислород в атмосфере далекой экзопланеты, то есть большая вероятность, что ее океаны также содержат кислород. Отслеживая появление кислорода в океанах, мы приближаемся к пониманию условий для сложной жизни — здесь и на других планетах".

Показать полностью 1
Отличная работа, все прочитано!