На Солнце обнаружили предсказанные 50 лет назад гигантские конвективные ячейки

Оригинал взят у mursic в На Солнце обнаружили предсказанные 50 лет назад гигантские конвективные ячейки

У нас тут в солнечной науке большое открытие. Спустя почти 50 лет поисков на Солнце наконец-то обнаружили давно предсказанные гигантские конвективные ячейки. Обнаружили благодаря наблюдениям с Солнечной Динамической обсерватории (SDO). Суть в том, что эти ячейки очень большие, но двигаются очень медленно. Поэтому чтобы их заметить, надо наблюдать за Солнцем очень часто и с высоким пространственным разрешением, что до появления SDO было невозможно.

Гигантские ячейки не единственные конвективные ячейки на Солнце, но самые большие и самые медленные. На сегодняшний день известны два других типа конвективных ячеек: гранулы и супергранулы. Чтобы понять, что это за ячейки, достаточно представить кипящую кастрюлю с водой, ведь верхние 30% Солнца под фотосферой - это и есть гигантская кастрюля, только не с водой, а плазмой. Самые мелкие и быстрые пузыри - это гранулы. Размер каждой гранулы - тысяча километров, время жизни - 20 минут, а скорость - 7 км/с. Пузыри побольше и помедленнее - супергранулы. Размер супергранулы - около 30 тысяч километров, время жизни - сутки, а скорость - всего 0.5 км/c. Наконец самые еле заметные ячейки - это как раз и есть только что открытые гигантские ячейки. Размер каждой ячейки составляет 200 тысяч километров, время жизни - около месяца, а скорость движения - 8 метров в секунду (т.е. в сто раз медленнее супергранул).

Вы подумаете: "Еще один тип ячеек. А нам-то что с этого?" Дело в том, что основная функция этих ячеек - это перенос энергии изнутри Солнца наружу. Поэтому существование этих ячеек поможет пролить свет на природу 11-летнего цикла Солнечной активности.

( Read more... )

Аксионы и тёмная материя уже обнаружены?

Аксионы, быть может, уже обнаружены

...И вместе с ними — тёмная материя. Правда, чтобы убедиться в этом, потребуется серия экспериментов — к счастью, сравнительно простых и быстро организуемых.

Поиски слабо взаимодействующих частиц тёмной материи (WIMP, вимпов) пока не очень результативны. Напрашивается вопрос: какие ещё частицы могут быть кандидатами на роль тёмной материи?

Вот так аксионы пытались ловить раньше. (Иллюстрация Minowa Group.)

С весьма давних пор на такое место прочат аксионы — гипотетические нейтральные частицы, которые должны слабо взаимодействовать с обычным барионным веществом и в конце своего жизненного пути распадаться на пару фотонов. Вот только все попытки обнаружения следов таких частиц в экспериментах заканчивались безрезультатно.

...Или нам так казалось, предполагает Кристиан Бек (Christian Beck) из Кембриджского университета (Великобритания), автор рассматриваемой здесь провокационной работы. Определённая аномалия в экспериментах со сверхпроводниками вполне может быть результатом деятельности именно аксионов, проходящих через экспериментальную установку. И если это так, то для масс в 0,11 мэВ аксионы уже найдены!


Конечно, бросать в воздух чепчики рано. Во-первых, масса слишком мала. Во-вторых, всё это ещё нужно подтвердить, но бесспорным плюсом гипотезы является сравнительно несложная её проверяемость. Эксперименты со сверхпроводимостью не требуют Большого адронного коллайдера, а потому уже в скором времени мы узнаем: аксионы то были или просто шум.

Традиционный поиск основывался на том, что при прохождении через магнитное поле аксион должен распадаться на два фотона, и наоборот. Пока все попытки обнаружить таким образом аномальное рождение фотонов не удавались, но г-н Бек считает, что есть более простой метод. Он предлагает использовать джозефсоновские переходы — пару сверхпроводников, разделённых между собой, скажем, слоем изолятора. Сверхпроводники при этом будут обмениваться парами электронов через разделяющую их область с частотой, называемой джозефсоновской. Такие приборы довольно широко используются в экспериментальной технике уже сегодня и не являются чем-то запредельно экзотичным.

В предложенной схеме если джозефсоновская частота совпадёт с массой аксиона, то в момент, когда последний войдёт в изолятор между парой сверхпроводников, он даст резкий «горб», скачок в регистрации обмена электронными парами между сверхпроводниками.

Завершив описание схемы, Кристиан Бек напоминает, что именно её непреднамеренно уже реализовали в эксперименте 2004 года, когда Кристоф Хоффман (Christoph M. Hoffmann) и соавторы изучали разные виды шумов в джозефсоновских переходах. Почти все их удалось тогда объяснить, кроме сильного роста шумов в районе 0,11 мэВ, когда перенос электронных пар без видимой причины резко учащался.

Если всё именно так — аксионы есть; правда, их масса в 200 млрд раз меньше, чем у электрона. Всё что нужно, чтобы в этом убедиться, — попробовать те же опыты с джозефсоновскими переходами, защищёнными различными видами экранирования. Они вряд ли отсекут аксионы, кои, наверное, не проще остановить, чем нейтрино, но все посторонние шумы типа микроволн ими так или иначе подавить можно.

Новый же метод требует лишь джозефсоновских переходов. Сравните их размеры в микрометрах с обычным устроителем; поставить такой эксперимент будет не очень сложно. (Иллюстрация Florida State University.)

Если Кристиан Бек прав, охота за тёмной материей наконец-то приближается к своему несколько неожиданному концу. Однако, помимо общего призыва к осторожности в интерпретации его работы, дополнительно заметим, что для полного покрытия всей тёмной материи аксиону нужно не просто быть, но ещё и встречаться в пространстве нашей Вселенной довольно часто — иначе его может «не хватить» на эту роль, как некогда «не хватило» нейтрино.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters, а его препринтом можно полистать здесь.

Подготовлено по материалам Ars Technica.

Александр Березин

Тень катастрофы для нынешней теории планетообразования.

Планета не на месте.

Есть системы, где даже самые дальние планеты удалены от звезды на тридцатикратно меньшее расстояние, чем у нас. Но, похоже, мы поспешили назвать их коммуналками: глядя на HD 106906, понимаешь, что коммуналка — это именно Солнечная система.

Международная группа учёных под руководством Ванессы Бэйли (Vanessa Bailey) из Аризонского университета (США) обнаружила экзопланету, отстоящую от своей звезды на 650 астрономических единиц.

HD 106906 b — почти коричневый карлик, благо по массе она в 11 раз больше Юпитера. И это, простите, тень катастрофы для нынешней теории планетообразования.

Протопланетный диск есть, планета — тоже (может, и не одна). Одно плохо: там должна быть или эта планета, или диск, иначе мы не сумеем вам объяснить, как именно первая оказалась на своём месте без следов во втором. (Иллюстрация NASA / JPL-Caltech.)

Тело было найдено случайно: никто не искал ничего подобного на таком удалении от молодой звезды HD 106906, которую с Землёй разделяют 300 световых лет. Однако сторонний источник излучения сам собой привлёк внимание учёных, и постепенно астрономы отбросили все остальные версии. То есть в теории это может быть свет от другой звезды, случайно попавшей на фото, но с учётом сегодняшних данных по плотности звёзд в нашем районе Галактики это нереально. Посему факты выглядят так: тело отстоит от своего светила в двадцать с лишним раз дальше, чем самая граничная планета Солнечной от Солнца.



Что же остаётся? А остаётся экзопланета, которая появилась на свет неведомо каким образом. Чтобы такое тело возникло, оно должно быть частью протопланетного диска. Таковой вокруг HD 106906 есть, да только кончается он в 120 а. е. от звезды, что хотя и много (у нас в системе пространство, занятое планетами, вчетверо меньше), но весомо уступает расстоянию до HD 106906 b. Что же это за планета такая? И почему она находится там, где её в принципе не должно быть?

Логичным выглядит предположение о том, что HD 106906 b — просто что-то вроде второй звезды в парной системе. Ну не получилось у неё набрать звёздную массу: худосочной выросла, а отсюда и странности. Однако в системе двух звёзд один компонент может быть легче другого лишь в разумное количество раз. В норме — не более чем 10:1. А тут — с учётом того, что перед нами нормальная звезда главной последовательности, да ещё спектрального класса F5, то есть побольше Солнца, — разница получается далеко за сто к одному!

«Столь экстремальное соотношение масс не предсказывается теориями формирования двойных звёзд, — резюмирует г-жа Бэйли. — А теория планетообразования считает, что планета не может образоваться так далеко от своего светила».

Что же, нам повезло: теории планетообразования вновь получили хотя и жёсткий, но справедливый удар, побуждающий их к дальнейшему развитию. Причём это именно удача: этой системе считанные миллионы лет, и только поэтому планета разогрета до полутора тысяч градусов и довольно заметна для телескопов, что и сделало возможным её обнаружение непосредственными наблюдениями. Иначе узнать о самом факте такого отклонения было бы очень непросто.

Сравните размеры нашей системы (слева) с их. Условное местоположение центральной звезды вроде бы одно и то же, но Нептун и HD 106906 b получились слегка в разных местах. А мы ещё называем чужие системы «компактными»... (Иллюстрация Vanessa Bailey.)

В принципе, сохраняется небольшая возможность того, что существующие теории верны. Например, планета может быть «бродячей», случайно прибившейся к молодой системе, хотя вероятность этого ничтожно мала. А ещё её могло вышвырнуть в далёкие области своей системы в процессе резонансного взаимодействия с другими планетами. Или, быть может, она «похищена» со своего нормального места гравитацией случайно «проходившей мимо» звезды? Правда, этому есть серьезное противоречие: диск — тот, что заканчивается в 120 а. е., — остался той же формы. Очевидно, что в любом из вариантов его форма вряд ли была бы правильной...

Впрочем, теорию «похищения Европы» можно будет проверить при помощи последующих наблюдений, которые позволят узнать скорость и особенности вращения HD 106906 b вокруг своей звезды.

Отчёт об исследовании появится в издании Astrophysical Journal Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Аризонского университета.

Александр Березин

«Биоручка» позволит «рисовать» имплантаты прямо во время операции

«Биоручка» позволит «рисовать» имплантаты прямо во время операции

Новая техника, стимулирующая регенерацию повреждённых тканей, упростит восстановление после тяжёлых травм.

Австралийские учёные во главе с Гордоном Уоллесом (Gordon G. Wallace) из Вуллонгонгского университета создали BioPen — устройство, способное доставлять живые клетки и факторы роста непосредственно к месту ранения. Это ускоряет регенерацию костей и хрящей, повреждённых в результате травмы.

По сути, портативная «биоручка» позволит хирургам создавать «кастомные» имплантаты прямо во время операции, на кости пациента. (Здесь и ниже фото UOW.)

По сути, BioPen работает как 3D-принтер, только вместо чернил/пластика использует живые клетки, упакованные в биополимер, например, такой как альгинат (экстракт из водорослей), защищённый вторым внешним слоем гелевого материала, который не позволяет смеси высохнуть.


Два гелевых слоя составляют внешнюю часть кончика «ручки»; во время операции они выдавливаются на поверхность кости, которую хирург «разрисовывает», заполняя повреждённую часть этой «пастой».

В BioPen интегрирован источник ультрафиолета, задача которого — облучение «пасты» после её нанесения. Материал, сохраняя необходимую проницаемость, при этом твердеет, что защищает находящиеся внутри него клетки от давления окружающих тканей. Затем, при необходимости получения ещё большей толщины, процедура повторяется, создавая второй и последующие слои.

После доставки клеток к месту назначения они начнут делиться, а затем и дифференцироваться в нервные, мускульные и клетки костной ткани; при достижении нужной численности образуются клеточные сообщества с функциональной активностью, соответствующей той, что имела место в кости до травмы.

Примерно так будет происходить обработка повреждённого участка и на кости пациента.

Представленный австралийскими исследователями способ обработки кости не только ускоряет заживление и сокращает время операции (после сложных переломов), но и, скорее всего, станет своеобразной панацеей при острых повреждениях костной ткани с разрушением значительной части той или иной кости, что встречается сплошь и рядом после спортивных травм или дорожно-транспортных происшествий.

Сейчас учёные готовят разработку к клиническим испытаниям, надеясь, что они будут успешными и откроют их изобретение всему медицинскому миру.

Подготовлено по материалам Вуллонгонгского университета.

Александр Березин

Что вызвало стремительное развитие человеческого интеллекта?

Что вызвало стремительное развитие человеческого интеллекта?

За 200 тыс. лет эволюции Homo sapiens произошло нечто экстраординарное. Каким-то непонятным образом из сметливых обезьян с каменными орудиями труда мы превратились в невероятно блестящие умы, которые оперируют сложным языком и управляют планетой с помощью сельского хозяйства и техники. Как начинался тот интеллектуальный взрыв, который антропологи называют «человеческой революцией»?

Пожалуй, одна из крупнейших загадок нашей эволюции состоит в том, как возникла символическая культура: под этим всеобъемлющим термином подразумеваются и язык, и искусство, и личные украшения, и обряды (например, похоронные). Символическая культура — это то, что отличает людей от других видов, и тем не менее она старше человека разумного. Каменные орудия, использование огня, искусство — всё это появилось в Африке намного раньше. Например, человек прямоходящий метал дротики и изготавливал яркую краску за тысячи лет до нас.

Охотники и слоны: наскальное искусство горного массива Седерберг на юге Африки (фото Wikimedia Commons).

Следовательно, вопрос ставится таким образом: когда подобная символическая деятельность начала определять человечность? Ответить на него непросто, и, возможно, мы никогда не сможем собрать достаточно сведений и выстроить окончательную хронологию. Тем не менее на этот счёт есть две теории. Одна говорит, что человечество совершило большой культурный скачок приблизительно 60–80 тыс. лет назад, когда люди неслись во весь опор из Африки в Евразию. Другая гласит, что культура развивалась постепенно, в Африке, на протяжении всего периода существования человека разумного.

Термин «человеческая революция» приписывается антропологу Полу Мелларсу, который в 2007 году заявил, что это событие было «эпизодическим ускорением изменений» 60–80 тыс. лет назад, непосредственно перед тем, как средний палеолит сменился верхним. По этой причине эпоху перемен иногда называют революцией верхнего палеолита.

Наскальная живопись из Алжира (фото Patrick Gruban).

Судя по археологическим находкам, люди к тому времени далеко ушли от своих предков в том, что касается технической сложности. Мы стали пользоваться не только камнем, но и костью, причём орудия получили узкую специализацию для самых разных видов деятельности. Люди ловили рыбу, переносили цветные раковины на огромные расстояния (скорее всего, они высоко ценились как украшения), нагревали красители для получения красок, выжигали землю вокруг стоянок, поощряя рост полезных растений, хоронили мёртвых с вложениями в могилу и наносили геометрические узоры на стены пещер.

Есть сведения, что одновременно с этим люди стали жить более крупными группами, иерархическая организация общин усложнилась, и это больше не были стаи бродячих охотников и собирателей. «Революционеры» направились из Африки в Евразию и со временем ассимилировали или вытеснили другие популяции — неандертальцев, денисовцев и всех остальных.
Костяной наконечник из мезолитического слоя пещеры Перс (а); костяные орудия Стилбейской индустрии из пещеры Бломбос (b–g), в том числе шилья (b–e) и наконечники (f–g); линии, вырезанные на орудиях c и g (h и i соответственно); фрагмент кости с гравировкой (j). Изображение Christopher Henshilwood.

Что же стало причиной революции? Г-н Мелларс не знает. Возможно, сыграла роль некая генетическая мутация, быстро распространившаяся по всей Африке. Или «экономические и демографические обстоятельства в условиях быстрого изменения климата и окружающей среды». Действительно, то было время резкого похолодания, вызванного отчасти извержением супервулкана Тоба на Суматре, которое произошло примерно 74 тыс. лет назад. Не исключено, сыграли роль оба фактора сразу.

Г-н Мелларс сравнивает революцию верхнего палеолита с неолитической, которая 10–13 тыс. лет назад привела к быстрому развитию сельского хозяйства и городов. На пару с антропологом Офером Бар-Йосефом они видят в этой параллели свидетельство того, что культура развивается скачкообразно. Эпохи акселерации сменяются периодами относительной стабильности и даже регресса.

В общем, символическое поведение, по их мнению, было результатом революционных перемен. Этим объясняется изобилие произведений искусства и сложных орудий в слоях верхнего палеолита по всему миру.

Охотники на оленей эпохи палеолита.

Однако в последнее время выросло количество находок, говорящих о том, что символическая культура существовала задолго до гипотетического периода акселерации. В связи с этим антропологи Салли Макбреарти и Элисон Брукс полагают, что никакой революции не было. В Африке и на Ближнем Востоке гоминины готовили краску и хоронили мёртвых символическим образом более 180 тыс. лет назад. Обмену на большие расстояния и добыче раковин по меньшей мере 100 тысячелетий. Бусам из скорлупы страусиных яиц — 75 тыс. лет.

В дополнение к этому Элисон Джордж пишет в журнале New Scientist о том, что ген FOXP2, связанный с человеческим общением, появился у нас 170 тыс. лет назад. Археолог Йохан Линд и вовсе считает, что «современный разум» мог возникнуть ещё 500 тыс. лет назад — у человека прямоходящего. Действительно, Homo erectus уже использовал орудия труда и огонь.

Чатал-Хююк — поселение эпохи неолита на территории совр. Турции. Ок. 6500–6000 г. до н. э.

Г-жа Макбреарти и другие указывают на то, что около 130 тыс. лет назад уровень моря повысился и драгоценные археологические слои оказались смыты с побережья Южной Африки. Возможно, именно этим и объясняется сравнительно небольшое количество находок, относящихся к предшествующим временам. Если мы соединим африканскую историю символизма с более поздней евразийской, то получим, по мнению г-жи Макбреарти, картину очень постепенного развития культуры, безо всяких скачков.

Г-н Мелларс основывает свою концепцию на евразийских находках. Но революция не может быть результатом переселения, считает г-жа Макбреарти. В основе культуры мигрантов то, что было приобретено ими на родине, то есть в Африке.

Возможно также, что Африка вовсе не была центром развития культуры. В испанской пещере Эль-Кастильо обнаружены изображения, которым примерно 40 тыс. лет. По некоторым оценкам, к тому времени человек разумный, шедший с востока, ещё не добрался до этих мест. Кто же был автором этих замечательных животных, отпечатков ладоней и загадочных узоров из точек? Неужели неандертальцы? Неужели символической культурой обладали и те, кого мы привыкли считать тупоумными «качками», которых наши предки без труда согнали с насиженных мест?

Хронология человеческих достижений, по Макбреарти.

Если принимать гипотезу о том, что символизм появился до «человеческой революции», то ответ вполне может оказаться утвердительным. Гоминины покидали Африку задолго до того, как это сделал человек разумный, и предки неандертальцев могли принести символическое поведение в Испанию, пока Homo sapiens развивал его на юге Африки. И тогда становится понятным, почему человек разумный ладил с другими видами, попав в Евразию. Возможно, параллельно с межвидовым скрещиванием имела место интеграция культур: хотя сапиенсы существенно превосходили своих новых соседей по многим параметрам, в своей символической основе культуры были схожи.

Учёные, которые не поддерживают ни тот ни другой лагерь, склоняются к промежуточной точке зрения. Вероятнее всего, символическое поведение действительно развивалось на протяжении сотен тысяч лет, но именно человек разумный пришёл к наиболее сложным его формам. Их переняли другие виды и распространили по свету ещё до того, как сапиенсы покинули Африку. Когда же исход состоялся, культурный обмен с неандертальцами и денисовцами привёл к более или менее резкому скачку культурного развития.

Нельзя отрицать того, что время от времени развитие культуры действительно ускоряется, и тут можно вспомнить не только неолит, но и промышленную революцию. В то же время глупо отрицать, что в периоды между этой акселерацией не изобретается ничего важного. Бывает так, что проходит немало времени между появлением чего-то нового и его повсеместным распространением. Возможно, то, что некоторым кажется революцией верхнего палеолита, в действительности было периодом широкого внедрения давно изобретённых технологий.


Изделия людей, живших в пещере Бордер на юге Африки 44 тыс. лет назад. До недавнего времени считалось, что подобные «колечки» человек начал изготавливать на 20 тыс. лет позднее. (Фото Lucinda Blackwell.)


Наскальная живопись из пещеры Эль-Кастильо. Некоторые видят здесь лодки.

Подготовлено по материалам io9.

Дмитрий Целиков

Субботний кинозал. "Чёрные дыры".

Субботний кинозал.

Discovery. Как устроена Вселенная: "Черные дыры" (1080p )

Черные дыры - самые мощные машины уничтожения во Вселенной и самая большая ее загадка. Современная астрономия доказывает, что они могут влиять на все, что мы видим. Это настоящие монстры. Мы их не видим, но мы знаем об их существовании. Нет ничего больше, сильнее и страшнее черной дыры. Они поглощают планеты и звезды, все что находиться рядом. Черные дыры - постоянная головная боль физиков, потому что они нарушают все правила.

Советский плакат

( Read more... )