Край Будущего

Детектор частиц sPHENIX — новейший эксперимент на релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC) Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США — опубликовал свои первые физические результаты. Были проведены точные измерения количества и плотности энергии тысяч частиц, образующихся в результате столкновений золотых ионов, движущихся со скоростью, близкой к скорости света.

Основные результаты и их значение.

Две недавно принятые к публикации статьи в журналах Physical Review C и Journal of High Energy Physics описывают эти измерения, которые создают основу для детального изучения кварк–глюонной плазмы (QGP) — уникального состояния материи, существовавшего всего через микросекунды после Большого взрыва около 14 миллиардов лет назад. Оба исследования доступны на сервере препринтов arXiv.

Новые данные показывают, что при более интенсивных ядерных столкновениях образуется больше заряженных частиц и выделяется большая суммарная энергия. Эти результаты согласуются с данными других детекторов RHIC, работающих с 2000 года, подтверждая корректную работу sPHENIX.

Проверка работы детектора.

Джин Хуан, физик из Брукхейвенской лаборатории и сопредседатель сотрудничества sPHENIX, отметил, что для нового и сложного эксперимента важно убедиться в правильности работы детектора, точности калибровки и надежности систем обработки данных. Для этого были проведены базовые измерения характеристик столкновений, которые подтвердили правильность работы оборудования.

Кроме базовых измерений, sPHENIX обладает расширенными возможностями, позволяющими достигать нового уровня точности, обнаруживать редкие сигналы и исследовать кварк–глюонную плазму с высоким разрешением. Меган Коннорс из Университета штата Джорджия и сопредседатель sPHENIX подчеркнула, что успешное определение количества заряженных частиц и их энергии открывает путь к глубокому изучению свойств QGP и раскрытию потенциала детектора.

Технические особенности детектора.

sPHENIX оснащён прецизионными системами слежения, которые восстанавливают траектории частиц, включая редкие, распадающиеся на расстоянии нескольких сантиметров от центра столкновения. Детектор также включает полный набор калориметров для измерения энергии частиц.

• Электромагнитный калориметр измеряет энергию электронов и фотонов.

• Адронный калориметр — первый такого рода в центральной зоне RHIC — измеряет энергию адронов, частиц, состоящих из кварков.

Джин Хуан сравнил системы слежения с гигантской 3D-камерой, позволяющей видеть траектории тысяч заряженных частиц, образующихся в столкновениях. Калориметры определяют энергию этих частиц.

Анализ данных и новые возможности!

Сочетание компонентов и высокая точность измерений позволяют количественно анализировать данные. Например, можно определить, насколько больше энергии выделяется при переходе от периферийных (косых) столкновений к центральным (лобовым). Данные показывают, что при центральных столкновениях энергия и количество заряженных частиц примерно в 10 раз выше, чем при периферийных.

Такая точность позволит выявлять редкие процессы, например образование тяжелых кварков рядом с точкой столкновения. Также детектор сможет реконструировать струи — коллимированные потоки частиц, возникающие из энергичных кварков или глюонов, учитывая всю энергию частиц в струе.

Перспективы исследований струй и субструктуры QGP.

Деннис Перепелица из Университета Колорадо в Боулдере, координатор по физике sPHENIX, отметил, что струи будут использоваться как «микроскоп» для изучения субструктуры кварк–глюонной плазмы. Сравнение взаимодействия струй, генерируемых тяжелыми и легкими кварками, с плазмой может показать, что QGP представляет собой неоднородную структуру — «густой суп», а не однородное «пюре». Это поможет понять, как частицы теряют энергию в плазме и каким образом QGP приобретает свои уникальные свойства.

Первые измерения — результат работы более 300 ученых sPHENIX, включая студентов и аспирантов со всего мира, которые построили, запустили и калибровали детектор, а также провели анализ данных. Меган Коннорс подчеркнула, что эти результаты закладывают фундамент для дальнейших исследований кварк–глюонной плазмы и открывают новую главу в эксперименте sPHENIX.

15 июля 2025 года китайский грузовой космический корабль «Тяньчжоу-9» успешно выполнил стыковку с орбитальной станцией «Тяньгун», закрепив тем самым важный этап в развитии китайской космической программы. В ходе этой миссии «Тяньчжоу-9» доставил на борт станции около 7,2 тонн различного груза, среди которого были продукты питания, топливо, научное оборудование, а также ряд важных обновлений для обеспечения длительного и эффективного функционирования орбитальной платформы и комфорта экипажа.

Особое внимание было уделено модернизированным скафандрам для выхода в открытый космос — они обладают увеличенным сроком службы, рассчитанным на четыре года эксплуатации и до 20 выходов в открытый космос. Новые скафандры оснащены улучшенными системами жизнеобеспечения, повышенной мобильностью и защитой от космической радиации, что значительно расширяет возможности космонавтов при проведении работ за пределами станции. Это особенно важно для выполнения сложных технических операций и научных экспериментов, которые требуют длительного пребывания в открытом космосе.

Кроме того, на станцию был доставлен новый тренажёр, предназначенный для поддержания мышечного тонуса и общей физической формы экипажа. В условиях невесомости мышцы и кости человека подвергаются значительной деградации, поэтому регулярные физические нагрузки являются критически важными для здоровья космонавтов. Новый тренажёр отличается компактностью и многофункциональностью, позволяя выполнять широкий спектр упражнений, имитирующих нагрузки на мышцы и сердечно-сосудистую систему, что способствует поддержанию высокого уровня физической подготовки экипажа во время длительных миссий.

Доставка топлива позволила продлить автономность станции и обеспечить стабильную работу её систем, включая поддержание ориентации и энергообеспечение. Научное оборудование, доставленное «Тяньчжоу-9», включает современные приборы для проведения экспериментов в области материаловедения, биологии, физики и медицины, что открывает новые возможности для получения уникальных данных в условиях микрогравитации.

Миссия «Тяньчжоу-9» стала важным шагом в реализации плана по созданию постоянной обитаемой орбитальной станции Китая. Успешная стыковка и разгрузка груза подтверждают высокий уровень технологической готовности и надёжности систем доставки и обслуживания на орбите. В ближайших планах — проведение комплексных испытаний нового оборудования, а также подготовка к будущим пилотируемым полётам, что позволит расширить научную программу и укрепить позиции Китая в международном космическом сотрудничестве.

Таким образом, миссия «Тяньчжоу-9» не только обеспечила необходимыми ресурсами и оборудованием орбитальную станцию «Тяньгун», но и внесла значительный вклад в развитие технологий длительного пребывания человека в космосе, что является ключевым элементом для реализации более амбициозных проектов, включая межпланетные полёты и освоение дальнего космоса.

Доброе утро, дорогие подписчики!

Учёные из Мюнстерского университета в Германии разработали новый способ изучения свойств материалов на атомном уровне с помощью сканирующей туннельной микроскопии (СТМ). Обычно этот метод позволяет рассматривать только самый верхний слой материала, но теперь исследователи смогли увидеть и свойства, скрытые под поверхностью.

Команда под руководством профессора Аники Шленхофф и доктора Мацей Базарника изучала тонкий слой железа, покрытый слоем графена — очень тонкой плёнкой из углерода. Они использовали особый вариант СТМ, который позволяет «заглянуть» глубже, благодаря изучению электронных состояний, находящихся не только на поверхности, но и чуть выше неё.

Эти электронные состояния, взаимодействуя с железом под графеном, сами приобретают магнитные свойства. Благодаря этому учёные смогли увидеть, как ведёт себя магнитный слой железа под графеном, а также изучить структуру и расположение атомов в обоих слоях с очень высокой точностью — вплоть до масштаба отдельных атомов.

Кроме того, новый метод помог понять, как именно атомы углерода в графене расположены относительно атомов железа под ним. Оказалось, что их положение меняется в зависимости от того, как слои уложены друг на друга. Раньше такие различия было невозможно увидеть обычной микроскопией.

Таким образом, новая техника позволяет одновременно исследовать и верхний слой материала, и скрытые под ним слои, раскрывая их структурные, электронные и магнитные свойства. Это открывает новые возможности для изучения сложных многослойных материалов и их взаимодействий.

Современный бетон — один из самых широко используемых материалов в мире, уступающий по объему лишь воде. Однако производство цемента, основного компонента бетона, отвечает за до 10% глобальных выбросов CO2.

Исследователи из Вашингтонского университета и Microsoft создали низкоуглеродистый бетон, добавив в цемент измельчённые сухие морские водоросли. Такая смесь снижает выбросы парниковых газов на 21%, сохраняя прочность материала. Использование моделей машинного обучения позволило значительно ускорить поиск оптимального состава.

При производстве одного килограмма цемента выделяется почти килограмм CO2, в основном из-за сжигания ископаемого топлива и химических реакций при обжиге сырья. Морские водоросли, поглощающие углерод в процессе роста, могут частично заменить цемент, уменьшая углеродный след бетона.

Обычно разработка новых рецептур занимает годы, так как для оценки свойств образцов требуется длительное отверждение. Команда обучила модель машинного обучения на 24 вариантах смеси, что позволило быстро прогнозировать и тестировать новые составы. За 28 дней была найдена оптимальная формула с морскими водорослями, прошедшая проверку прочности.

В дальнейшем учёные планируют изучить влияние разных видов водорослей и других природных отходов на свойства бетона. Цель — создать локальные экологичные альтернативы цементу и ускорить их внедрение с помощью современных цифровых технологий.

Таким образом, сочетание природных материалов и машинного обучения открывает путь к более устойчивому строительству с меньшим воздействием на климат.

Согласно мнению Сандро Ваттиони, стремительный рост числа запусков ракет по всему миру может замедлить восстановление жизненно важного озонового слоя. Эта проблема долгое время недооценивалась, но её можно решить при условии дальновидных и скоординированных действий.

В последние годы ночное небо стало заполняться спутниками из быстро растущих группировок на низкой околоземной орбите, что связано с бурным развитием космической отрасли. Несмотря на открывающиеся новые возможности, это вызывает и экологические вызовы.

Запуски ракет и попадание космического мусора в атмосферу приводят к выбросу загрязняющих веществ в средние слои атмосферы, где они могут повредить озоновый слой — естественный защитный экран от вредного ультрафиолетового излучения. Влияние этих выбросов на озоновый слой — растущая проблема, которую ученые лишь начинают всесторонне изучать.

Хотя исследования воздействия ракетных выбросов на озоновый слой ведутся уже более 30 лет, долгое время считалось, что их влияние незначительно. Однако с ростом количества запусков мнение меняется. В 2019 году в мире было около 97 орбитальных запусков, а к 2024 году их число выросло до 258 и продолжает увеличиваться.

Выбросы от ракет и возвращающегося космического мусора в средних и верхних слоях атмосферы сохраняются в сотни раз дольше, чем наземные загрязнения, поскольку там отсутствуют естественные процессы очистки, такие как вымывание дождём. Несмотря на то, что большинство запусков происходит в Северном полушарии, циркуляция атмосферы распространяет загрязнения по всему миру.

Для оценки долгосрочных последствий роста ракетных выбросов международная исследовательская группа под руководством Лауры Ревелл из Кентерберийского университета использовала химико-климатическую модель ETH Zurich и Физической метеорологической обсерватории в Давосе. Моделирование показало, что при сценарии роста до 2040 запусков в год к 2030 году глобальная толщина озонового слоя может сократиться почти на 0,3%, а сезонное истончение над Антарктидой — до 4%.

Хотя эти показатели кажутся небольшими, важно учитывать, что озоновый слой всё ещё восстанавливается после повреждений, вызванных хлорфторуглеродами (ХФУ), запрещёнными Монреальским протоколом с 1989 года. На сегодняшний день толщина озонового слоя примерно на 2% ниже доиндустриального уровня, а полное восстановление ожидается к 2066 году. Выбросы от ракет, которые сейчас не регулируются, могут отсрочить этот процесс на годы или даже десятилетия в зависимости от дальнейшего развития ракетной отрасли.

Особое значение имеет тип используемого ракетного топлива. Основной вред озоновому слою наносят газообразный хлор и частицы сажи. Хлор разрушает молекулы озона в каталитических реакциях, а сажа нагревает среднюю атмосферу, ускоряя эти процессы. Большинство ракет выделяют сажу, а выбросы хлора характерны для твердотопливных двигателей. Наименее вредными считаются ракеты на криогенном топливе (жидкий кислород и водород), но из-за технологических сложностей они составляют лишь около 6% всех запусков.

Кроме того, важны выбросы, возникающие при повторном входе спутников в атмосферу после окончания их эксплуатации. При сгорании образуются металлические частицы и оксиды азота, которые также могут разрушать озоновый слой. Металлические частицы могут способствовать образованию полярных стратосферных облаков или служить реакционными поверхностями, усиливая потерю озона. Эти процессы пока недостаточно изучены и не включены в большинство моделей.

С ростом количества спутников выбросы при повторном входе будут происходить чаще, и их влияние на озоновый слой, вероятно, превзойдёт текущие оценки. Наука должна продолжать изучение этой проблемы, чтобы восполнить пробелы в знаниях и помочь разработать эффективные меры защиты озонового слоя.

Межзвездные объекты представляют собой пришельцы из далеких солнечных систем за пределами нашей, и недавно был обнаружен уже третий в истории представитель этого редкого класса — 3I/ATLAS. При помощи телескопа Gemini North астрономы запечатлели его временное прохождение поблизости с Землёй. Эти наблюдения откроют учёным новые горизонты в изучении происхождения, орбитальных характеристик и состава этого уникального космического путешественника.

Используя инструмент Gemini North на Гавайях, исследовательская группа во главе с Карен Мич из Института астрономии Гавайского университета получила изображения кометы 3I/ATLAS — межзвездного объекта, впервые зафиксированного 1 июля 2025 года с помощью системы предупреждения о возможных ударах астероидов по Земле (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System).

Телескоп Gemini North — это половина Международной обсерватории Gemini, финансируемой частично Национальным научным фондом США и управляемой организацией NSF NOIRLab. Исключительная чувствительность мультиобъектного спектрографа Gemini North (GMOS-N) позволила исследовать компактную кому кометы — облако газа и пыли, окутывающее её ледяное ядро.

Межзвездные объекты — это тела, происходящие за пределами нашей Солнечной системы, которые пересекают её орбиту. Их размеры варьируются от нескольких десятков метров до нескольких километров, и они представляют собой обломки космического мусора, оставшиеся после формирования планетных систем их родных звёзд. Вращаясь вокруг своих звёзд, эти остатки могут быть выброшены в межзвёздное пространство под воздействием гравитации крупных планет или проходящих мимо звёзд, что иногда приводит к их пересечению с другими солнечными системами.

«Высокая чувствительность и быстрое планирование наблюдений в Международной обсерватории Gemini позволили с ранних этапов получить ключевые данные об этом межзвёздном госте», — отмечает Мартин Стилл, программный директор NSF в Международной обсерватории Gemini. — «Мы с большим ожиданием ждём новых открытий, поскольку объект прогревается под лучами Солнца, прежде чем продолжить своё холодное и темное странствие меж звёзд».

Обозначаемая официально как комета C/2025 N1 (ATLAS), 3I/ATLAS — лишь третий обнаруженный межзвездный объект после 1I/Оумуамуа в 2017 году и 2I/Борисова в 2019 году. Несмотря на мнение астрономов о том, что межзвездных объектов во Вселенной множество и они, вероятно, регулярно проникают в нашу Солнечную систему, их крайне трудно обнаружить: они становятся заметными лишь при близком подходе и при правильном направлении телескопов в нужное время.

Множество астрономических коллективов по всему миру активно наблюдают комету 3I/ATLAS во время её кратковременного визита, что позволяет коллективно определить ключевые параметры этого тела. Хотя многое ещё остаётся загадкой, уже очевидно, что 3I/ATLAS отличается от своих двух предшественников.

Сделанные до настоящего момента наблюдения свидетельствуют, что диаметр 3I/ATLAS не превышает 20 километров, тогда как Оумуамуа имел размеры около 200 метров, а Борисов — менее километра. Такое значительное превосходство в размерах делает 3I/ATLAS привлекательной мишенью для углублённого изучения.

Комета движется по орбите с чрезвычайно высоким эксцентриситетом — параметром, который отражает степень вытянутости её траектории. При эксцентриситете, равном нулю, орбита является идеально круглой; при значении, близком к 0,999 — сильно вытянутой эллиптической. При значении, превышающем единицу, объект движется по гиперболической траектории, указывающей на его межзвёздное происхождение и возвращение в межзвёздное пространство.

Значение эксцентриситета 3I/ATLAS равно 6,2, что подтверждает его отношение к межзвёздным объектам. Для сравнения, у Оумуамуа эксцентриситет составлял около 1,2, у Борисова — около 3,6.

В настоящий момент 3I/ATLAS располагается внутри орбиты Юпитера, на расстоянии приблизительно 465 миллионов километров от Земли и 600 миллионов километров от Солнца. Его ближайшее сближение с нашей планетой ожидается 19 декабря — на расстоянии около 270 миллионов километров, что не представляет угрозы. Максимальное приближение к Солнцу произойдёт примерно 30 октября на расстоянии 210 миллионов километров — в пределах орбиты Марса. Во время этого подхода комета будет двигаться со скоростью почти 25 000 километров в час.

Хотя 3I/ATLAS — всего лишь третий выявленный межзвёздный объект, астрономы с энтузиазмом предвкушают обнаружение многих новых таких тел с началом работы обсерватории Веры С. Рубин и её десятилетней программы Legacy Survey of Space and Time (LSST). Многоразовое сканирование небес южного полушария раз за разом позволит зарегистрировать миллионы движущихся объектов, среди которых, несомненно, окажется многочисленное неизведанное сообщество межзвёздных пришельцев.