Нефтегазовый минимум Маундера

Сначала позвольте мне рассказать две простых истории.

Где-то неделю назад я и Лев Гудков выступали перед представителями стран ЕС, и Лев Гудков во время выступления продемонстрировал график поддержки населением президента начиная с 1998 года Пока г-н Гудков выступал, я вертела этот график в руках, и я поняла, что я видела совершенно такой же график. Только это был график цены на нефть.

Оба графика совпадали по месяцам. При этом совершенно было не важно, как зовут президента: Ельцин, Путин или Медведев.

Это очень важно понять. Можно ли усилить парниковый эффект, употребляя в пищу горох? Ответ: нет. Количество образовавшегося в результате в человеческих кишечниках парникового газа метана, конечно, будет очень заметно в замкнутом помещении, но на температуру Земли заметного влияния не окажет.

Могут ли либеральное мнение или расстрелы, учиняемые ментами на улицах, повлиять на поддержку президента? Ответ: не больше, чем горох на потепление. То есть какой-то эффект, несомненно, имеется. Но он пренебрежимо мал. График поддержки президента зависит от цены на нефть, а все другие возмущения просто не являются релевантными.

Пример второй. Есть такая дата – 1645–1715 годы. Этот период хорошо известен климатологам, как пик т. н. малого ледникового периода, пик похолодания в мире, когда на льду замерзшей Темзы зимой устраивали ярмарки. Этот период не менее хорошо известен астрономам как минимум Маундера – время минимальной солнечной активности. В 1645–1715 годы на Солнце почти не было пятен.

Но вот когда я стала заниматься связью климата и истории, я вдруг поняла, что эту дату я тоже очень хорошо знаю: с той самой поры, когда еще лет десять назад прочла книгу Роджера Мерримана «Six Contemporaneous Revolutions» – о шести революциях и мятежах, вспыхнувших в Каталонии, Португалии, Неаполе, Британии и Нидерландах, – плюс Фронда во Франции, – и все в начале 1640-х. Конечно, Европа у нас едина, – но не до такой же степени. Конечно, у всех у них были свои причины – в Англии ничтожный король, в Португалии – усилившиеся налоги и т. д. Но как-то есть подозрение, что если бы в тот момент у народа не схватило живот от голода, то проканали бы и налоги, и король.

Более того. 1644 – это ключевой год китайской истории. Это год свержения династии Мин в результате народных восстаний, которые, впрочем, кончились не победой восставших, а завоеванием Китая маньчжурами, которых династия позвала на помощь против мятежников. Причины мятежа Рейн Крюгер описывает так: «На северо-западе суровая зима, последовавшая за сильной засухой, стала причиной неурожая и голода, в охваченных голодом областях даже отмечались случаи каннибализма».

Меня давно занимало это совпадение, и я всегда задавала себе вопрос: а что бы осталось от Англии, если бы в 1640-м вместо буржуазной революции по ней прокатились бы полчища дикарей? Это не очень правильный вопрос. На самом деле правильный вопрос такой: почему Англия отреагировала на похолодание буржуазной революцией, а Китай – кровавой резней, кончившейся приходом варваров?

К чему это я? Первое. Режим Путина крайне устойчив. Любое безрассудство власти и любые протесты общества не способны вызвать возмущений, которые не то что опрокинут – хоть слегка скажутся на кривой, слепо следующей за нефть. Это так же бессмысленно, как, пардон, пердеть, чтобы согреть атмосферу. Система слишком устойчива.

Второе. Рано или поздно эта система придет в неустойчивое состояние, как Англия, Португалия или Китай в 1640 году, и это произойдет не в силу сознательных усилий власти или оппозиции, а в силу природы режима.
Режим живет за счет торговли дорогой энергией. Но именно потому, что энергия дорога, рано или поздно, в силу законов рынка, будет придумано что-то, что сделает ее дешевле. Мы не знаем, что это будет: термоядерная энергия, сланцевый газ или что-то еще. Но это произойдет.

А так как власть Путина живет не по законам рынка, а исходя из мессианской веры в том, что доходы от газа будут только возрастать, даже если новых месторождений не осваивать, а на новые газопроводы тратить по $16 млрд, – то рано или поздно эти два тренда пересекутся, и получится свой нефтегазовый минимум Маундера. Может быть, через пять лет, может, через десять, может быть, будет, как в Испании, где режим Франко кончился со смертью Франко.

Но вот рано или поздно система придет в неустойчивое состояние – в силу того, что развитой мир живет по рыночным законам, а Кремль – по хулиганским. И вот тогда, в этот момент неустойчивости, будет очень важно, по какой канве будут развиваться события: как в Англии в 1640-м или как в Китае в 1644-м.

Нет смысла раскачивать камень, который сидит в яме. Но вот когда камень окажется на вершине горы, очень важно вовремя толкнуть его в правильном направлении.

Создана программа для полетов вокруг черной дыры

Отличительной особенностью новой модели является то, что при расчетах учитывается не только гравитационное линзирование, но и эффект Допплера, вызываемый движением наблюдателя, а также колоссальной гравитацией черной дыры. Кроме этого, для изображения неба вокруг дыры (которая считалась сферически симметричной) ученые использовали данные о положении 118 тысяч звезд.

В программе, созданной учеными, можно выбирать расстояние, на котором наблюдатель располагается от дыры в начальный момент, а также траекторию. Так, например, можно упасть на поверхность дыры. Как это выглядит, показывает вот этот видеоролик (6 Мб).

Кроме этого программа представляет возможность полетать вокруг дыры (15 Мб). На этом ролике виден ряд необычных оптических эффектов, создаваемых гравитацией дыры. Так, например, звезды, расположенные на картине близко к дыре и далеко, движутся в противоположных направлениях.

Совсем недавно другая группа исследователей из США сделала ролик, который не только показывал падение объекта на горизонт событий дыры, но и демонстрировал, каким кажется мир наблюдателю изнутри дыры.

Темная история

Анонсированного неделю назад открытия темной материи не произошло: частицы темной материи, возможно, и были зафиксированы американской установкой CDMS, но доказательств, что это была именно темная материя, нет. Впрочем ученые выражают оптимизм в связи с тем, что эксперимент наконец зафиксировал хоть что-то похожее на нее.

На минувшей неделе научный мир был взбудоражен сообщениями об открытии темной материи. Частицы неуловимого вещества, которое, согласно астрономическим наблюдениям, составляет подавляющую (более 95%) часть вещества Вселенной, якобы были зафиксированы детекторами в ходе эксперимента CDMS (Cryogenic Dark Matter Search, в переводе с английского – «криогенный поиск темной материи»).

В многочисленных блогах, которые ведут ученые по всему миру (подобных блогов, кстати, становится все больше) стали появляться буквально сенсационные сообщения. Суть их сводилась к следующему: в пятницу, 18 декабря, будет объявлено, что физики, работающие в эксперименте CDMS, обнаружили частицы темной материи. При этом утверждалось, что в этот день соответствующая статья появится в журнале Nature. Этот факт, правда, скорее настораживал, чем придавал серьезность сообщениям: ведь в последний рабочий день недели в Nature статьи не выходят, это происходит в среду или в воскресенье.

Зато другой факт свидетельствовал, что повод для разговоров есть.

В нескольких институтах по всему миру на 17–18 декабря были запланированы семинары с докладами участников коллаборации CDMS, где речь должна была пойти о результатах этого эксперимента, полученных за последние два года. Суть предыдущих подобных докладов сводилась к тому, что никаких признаков темной материи на тот момент обнаружено не было.

Что приготовили участники коллаборации CDMS на этот раз, можно было узнать в онлайн-режиме через интернет. Некоторые институты вели видео-трансляцию семинара на своих сайтах, а пользователи, у которых нет возможности смотреть видео, следили за ходом семинара опять-таки через блоги: ученые, присутствовавшие на семинаре, оперативно рассказывали в своих блогах о происходящем там, словно вели текстовую онлайн-трансляцию футбольного матча.

Впрочем и на официальном сайте CDMS довольно быстро появились пресс-релиз и статья по поводу «секрета», который неделю будоражил умы представителей ученого мира.

Секрет же заключался в том, что в ходе эксперимента ученые зафиксировали две частицы, которые с большой вероятностью являются частицами темной материи.

Но, увы, до настоящего революционного открытия пока далеко. Согласно представленным данным, вероятность, что частицы являются фоном, составляет порядка 25%. А для того чтобы можно было уверенно заявить об открытии темной материи (или, как заявили сами ученые, готовиться к поездке в Стокгольм за Нобелевской премией), нужно, чтобы эта вероятность была близка к нулю (или хотя бы составляла менее 1%).

Считается, что кандидатом на роль основного компонента темной материи являются так называемые вимпы (от английской аббревиатуры WIMP –-Weakly Interaction Massive Particle – слабовзаимодействующая массивная частица). Ученые предполагают, что вимпы не участвуют в двух видах фундаментального взаимодействия (электромагнитном и сильном), но участвуют в двух остальных (слабом и гравитационном). В связи с этим обнаружить вимпы очень сложно. В мире проходит большое количество экспериментов, связанных с поиском темной материи. В частности, ее обнаружение может стать одним из результатов работы Большого адронного коллайдера. Другие виды экспериментов основаны на приеме частиц с помощью детектора, хорошо защищенного от космического излучения, то есть находящегося глубоко под землей. Подобный принцип как раз используется в работе CDMS, где применяются охлажденные до температуры, близкой к абсолютному нулю, детекторы из германия и кремния, расположенные на дне шахты, на глубине порядка 750 метров, в северо-восточной Миннесоте (США).

Эта установка и зафиксировала две частицы, которые могут быть отнесены к темной материи.

«Вполне вероятно, что это обнаруженная темная материя, но это не доказано», – признал в интервью The New York Times физик Гордон Кейн из Университета Мичигана.

В то же время физик-теоретик из Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми

(там расположен коллайдер «Теватрон») Джозеф Ликкен заявил, что он очень рад тому, что CDMS «хоть что-то зафиксировал». Если бы установка по-прежнему не смогла «поймать» какие-то частицы, это поставило бы под вопрос существующие ныне теории. «Следующий год будет годом темной материи. Я очень удивлюсь, если это будет не так», – оптимистично заявил Ликкен.

Новый солнечный рекорд продержался чуть более суток

Сообщается, что в 20:50 по московскому времени на Солнце началась вспышка, мощность которой по классификации GOES достигла уровня M3,4. Предыдущее значение составляло M2,3. При этом в общей сложности за прошедшие сутки произошло 20 вспышек, среди которых было 6 класса М.

Ученые подчеркивают, что новая вспышка носила импульсный характер - фаза роста уровня рентгеновского излучения на земной орбите продолжалась всего пять минут. За это время уровень вырос в 60 раз.

По данным ученых, источником вспышек стала область в южном полюсе активности, которая только недавно вышла из-за солнечного горизонта. Специалисты полагают, что столь большое количество энергетических выбросов должно вскоре истощить новую область, получившую порядковый номер 1041.

Уровень мощности вспышек обозначается буквой и числом по классификации GOES (Geostationary Operation Environmental Satellites). Буквы обозначают пять уровней мощности - A, B, C, M и X, а цифры обозначают градацию внутри каждого.

Ученые подчеркивают, что рост количества вспышек может указывать на то, что Солнце вступает в фазу роста активности после продолжительного периода минимума. Предыдущая попытка выйти из состояния спокойствия, которая произошла в мае 2009 года, закончилась для светила неудачей.

Израиль и Турция попытаются присоединиться к CERN

 Уехавшие за рубеж российские ученые написали открытое письмо президенту

Авторы письма выделяют четыре основные проблемы российской науки. Первая - ее существенное отставание от науки мирового уровня. Вторая - отсутствие стратегического планирования развития науки, которое позволило бы выделить ясные цели дальнейшего движения. Третья - низкая заработная плата научных работников, которая спровоцировала резкое падение престижа научных профессий и кадровый дефицит. Четвертой проблемой ученые назвали ухудшение качества преподавания естественнонаучных дисциплин, которое привело к снижению уровня подготовки студентов и аспирантов.

Написавшие письмо специалисты отмечают, что эти трудности возможно преодолеть только при участии государства. Они добавляют, что для восстановления российской науки необходимо разработать целую систему мероприятий. При ее подготовке чиновникам необходимо привлечь "выдающихся ученых, представителей министерств, промышленности, а также зарубежных экспертов".

В числе мер, которые должны быть предприняты, авторы письма указывают повышение уровня оплаты труда научных работников и увеличение общего финансирования науки, выделение важнейших направлений научно-технического прогресса, привлечение в Россию ведущих специалистов из-за рубежа (в качестве одного из способов сделать это авторы называют строительство коллайдера частиц высоких энергий нового поколения). Кроме того ученые отмечают необходимость создания прозрачной системы финансирования науки и укрепления системы независимых научных грантов. Еще одной мерой, которая могла бы спасти положение дел в российской науке, специалисты называют активную популяризацию научных знаний.

Это не первое письмо, адресованное лидерам государства, подписанное большим числом научных работников. Полтора года назад ученые обращались с требованием не допустить введения ученых степеней по теологии. Однако в 2009 году богословские степени были уравнены с научными степенями. В конце сентября ученые обратились к Медведеву с просьбой внести изменения в систему выделения средств на научную деятельность и воспрепятствовать сокращению финансирования государственных научных фондов и массовых конкурсов ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России".

Опубликованы собранные за год телескопом "Ферми" данные

Астрономы выложили в свободный доступ результаты наблюдений космического пространства орбитальным телескопом "Ферми" за год. Об этом сообщается в пресс-релизе на официальном сайте проекта.

По словам ученых, новые данные будут крайне полезны специалистам. Дело в том, что при изучении космических источников гамма-излучения важным является наличие большого количества фактических данных для анализа и проверки гипотез.

Опубликованные данные содержат информацию о более чем 150 миллионах случаев регистрации гамма-излучения инструментами орбитального телескопа. Для сравнения, предыдущий подобный массив данных EGRET, который использовали астрономы для работы, содержал информацию о 1,4 миллиона случаев регистрации гамма излучения.

Телескоп "Ферми" (изначально GLAST) был запущен на орбиту в июне 2008 года. Со времени запуска аппарат позволил ученым совершить ряд замечательных открытий. Так, например, он обнаружил в космосе популяцию пульсаров, которые не видны наземным обсерваториям. Кроме этого аппарат применялся для поиска следов загадочной темной материи.

"Ферми" проработает на расчетной орбите в 565 километров около 10 лет. Стоимость проекта составила около 650 миллионов долларов.

Нобелевский лауреат объявил Вселенную клеточным автоматом

Лауреат Нобелевской премии по физике 1999 года Герард Хоофт предложил новую теорию объединения гравитации и квантовой механики, используя идею клеточных автоматов. Статья ученого еще не принята к публикации в рецензируемый журнал, однако ее препринт доступен на сайте arXiv.org.

Хоофт предлагает модификацию теории локальных переменных, идея которой была предложена еще Альбертом Эйнштейном. Эйнштейн полагал, что квантовая механика обязана всеми своими парадоксами исключительно несовершенству человеческих знаний о природе. Он считал, что квантовая механика по сути является частью более общей (и более похожей на классическую) теории.

Эта идея была формализована в 1964 году Джоном Беллом, который вывел серию неравенств, ограничивающих запутанность частиц (обо всем этом "Лента.Ру" подробно писала). Однако многочисленные опыты, проведенные физиками с тех пор, выявили нарушения этих неравенств. Поэтому теории локальных переменных были признаны непригодными.

В рамках новой работы Хоофт предлагает моделировать взаимодействие частиц во Вселенной как систему из некоторого набора "клеток", состояние каждой из которых определяется состояниями соседних. Подобные системы появились в работах ученых в XX веке и получили название клеточных автоматов (самым известным автоматом является игра "Жизнь"). В результате такого подхода, в новой теории удается сохранить классическое описание движения частиц. При этом, однако, естественным образом появляются фрагменты квантовой механики, в частности, запутанность частиц.

Идея представления Вселенной в виде клеточного автомата не является новой, многие известные ученые ранее уже высказывались в ее пользу. Однако теория Хоофта, как и другие претенденты на объединение гравитации и квантовой механики, обязана пройти длительные испытания "на пригодность". В частности, необходимо выяснить, способна ли новая теория делать проверяемые на практике предсказания (чего, например, не может теория суперструн).

Недавно ученым удалось показать, что другой претендент на звание теории всего (именно так называют физическую теорию, которая объединит гравитацию и квантовую механику) - теория Хоравы не подходит на эту роль. В этой физической теории обнаружились предсказания, которые не согласуются с фактическими данными.

Минимальное приближение к образцу обычной иглы (слева) и иглы, на кончике которой находится молекула угарного газа. Изображение авторов исследования

Физики впервые разглядели отдельные атомы

Европейские физики разработали новую технологию атомной силовой микроскопии, которая позволяет добиваться беспрецедентной детализации объектов. Статья с описанием метода появилась в журнале Science. Кратко исследование описано на портале Physics World.

Атомная силовая микроскопия начала применяться около 20 лет назад. При использовании этого метода изображение объектов создается при помощи иглы микроскопа, скользящей над препаратом. Игла "чувствует" силы атомных связей, действующих между атомами вещества, и соответственным образом отклоняется от прямой траектории.

Из-за технических ограничений игла микроскопа не может приблизиться к препарату ближе, чем на один нанометр. Основной причиной, мешающей игле опуститься ниже, являются силы Ван-дер-Ваальса - относительно слабые силы межмолекулярного взаимодействия. Из-за сил Ван-дер-Ваальса для того, чтобы смоделировать изучаемый объект по отклонению иглы, необходимо очень точно знать ее строение. Для стандартных игл эта характеристика всегда не до конца определена.

На кончике иглы атомного силового микроскопа, разработанного авторами новой работы, находится одна молекула угарного газа. Его химическая формула - CO. Молекула CO отличается высокой стабильностью, и силы Ван-дер-Ваальса оказывают на нее относительно несущественное влияние.

Чтобы продемонстрировать возможности новой технологии, исследователи изучили с ее помощью строение молекулы пентацена. Этот углеводород, состоящий из пяти колец, имеет химическую формулу C₂₂H₁₄. Физики смогли различить все пять колец, а также отдельные атомы углерода и водорода. Разрешение, которого удалось добиться авторам, является лучшим за всю историю атомной силовой микроскопии. Полученное фото молекулы доступно здесь.

Один из авторов работы признался, что решение поместить на кончик иглы молекулу CO было случайным. Молекула попала на иглу, когда ученые проводили исследование с использованием стандартной техники атомной силовой микроскопии.

Перспективы использования нового метода весьма широкие. Атомная силовая микроскопия с чрезвычайно высоким разрешением позволит составить каталог "внешнего вида" различных химических соединений. Кроме того, с его помощью можно изучать еще не описанные молекулы. Также метод окажется востребованным в электронике, где сейчас стремительно развиваются технологии устройств наноразмеров.

Ученые впервые измерили заряд сверхмолнии

Ученым впервые удалось измерить заряд, передаваемый сверхмолнией в ионосферу. Работа авторов опубликована в журнале Nature Geoscience. Ее основные положения изложены в журнале New Scientist.

В отличие от обычной молнии, сверхмолнии (или гигантские молнии, gigantic jets) бьют не вниз от облаков, а вверх - в ионосферу. Нижняя точка таких "молний наоборот" находится на высоте около 14 километров, а верхняя может достигать 90 километров. Впервые сверхмолнии были засняты на видео в 2003 году. Однако величину переносимого заряда до сих пор определить не удавалось.

Авторы новой работы провели видеосъемку сверхмолнии с одновременным измерением магнитного поля низких частот. В итоге им удалось оценить динамику электрических зарядов сверхмолнии. Общий заряд, проходящий по каналу длиной 75 километров между грозовыми облаками и ионосферой составил 144 кулона. Эта величина сравнима с величиной заряда, передаваемого обычной мощной молнией.

Совсем недавно исследователи предложили гипотезу, объясняющую природу сверхмолний и еще одного экзотического типа атмосферных электрических явлений - голубых струй. По мнению авторов, в их появлении "виноваты" электрические пробои.

Ученые объяснили происхождение сверхмолний и голубых струй

Группа ученых предложила модель, объясняющую возникновение "молний наоборот": разрядов, бьющих из облака не в землю, а вверх, в ионосферу, сообщает журнал New Scientist со ссылкой на статью в Nature Geoscience.

До сих пор не было известно, как именно возникают странные природные явления: сверхмолнии (гигантские молнии, gigantic jets) и молнии типа "голубая струя" (синий джет, blue jet). Как следует из названий, первый тип характерен размером и мощностью, второй – цветом, однако основное их замечательное свойство заключается в том, что оба типа молний бьют из облака не вниз, в землю, а вверх, в ионосферу.

Коллектив ученых из Университета штата Пенсильвания и Технологического университета в Нью-Мехико впервые предложил модель, которая описывает образование как наземных молний, так и молний "снизу-вверх". Модель также учитывает образование загадочных "внезапных" (out of the blue) молний, способных бить "ниоткуда", возникая в нескольких километрах от грозы.

По мнению исследователей, голубые струи возникают в результате электрического пробоя между зарядом верхней части грозового облака и экранирующим зарядом, притягиваемым к верхушке облака. Модель предсказывает, что они должны возникать через 5-10 секунд после того, как наземный или внутриоблачный разряд создаст резкий дисбаланс заряда в облаке. Сверхмолнии же образуются как обычный внутриоблачный разряд между зарядом средней и верхней частей грозового облака, который продолжает распространяться вверх от облака.

Исследователи считают, что их модель может использоваться для предсказания того, какими типами молний будет сопровождаться гроза.

Невидимая Вселенная

Лучшие фотографии, сделанные рентгеновским телескопом Chandra

Спустя два месяца после начала своей работы телескоп нашел в пульсаре Крабовидной туманности кольцо из остатков взорвавшейся звезды 504x504, 60K	При помощи Chandra ученые обнаружили самую удаленную радиогалактику. Объект 3C294 отделяет от Земли 10 миллиардов световых лет 565x565, 29K	Этот снимок установил рекорд по длительности экспозиции: телескоп "смотрел" на участок неба размер с одну пятую диска Луны в течение 23 дней. В общей сложности ученые насчитали в этом регионе 600 источников излучения, в основном, черные дыры 576x576, 50K
Глядя на эту фотографию, астрономы смогли услышать черную дыру. Chandra зафиксировал акустические волны, исходящие от супермассивной дыры 756x400, 189K	Эти снимки галактических скоплений помогли ученым разработать новый метод поиска темной энергии 756x266, 33K	Анализ снимков Сатурна показал, что его атмосфера как зеркало отражает рентгеновское излучение, попадающее на планету от Солнца 685x612, 125K
Как на этой фотографии найти темную материю и отделить ее от "обычной", Лента.Ру подробно писала 720x520, 157K	С помощью снимков гигантской эллиптической галактики NGC 4649 ученые научились взвешивать сверхмассивные черные дыры 648x648, 47K	Изучая облака Лаймана-альфа ученые выявили новые механизмы развития звездных скоплений и установили, что черные дыры препятствуют чрезмерному росту галактик 1081x643, 178K
Chandra нашел самую яркую из известных сверхновых - SN 2006gy в галактике NGC 1260 486x601, 68K	Телескоп Chandra выявил, что вокруг Стрельца А* - огромной черной дыры в центре нашей Галактики - расположен регион интенсивного звездообразования 792x335, 60K	Рентгеновские полярные сияния на Юпитере 576x572, 35K
Телескоп показал ученым, как столкновение галактик "поджигает" квазары и стимулирует звездообразование. На врезе - квазар 4C37.43 612x792, 124K	На этом снимке объекта G11.2-0.3 представлен классический вариант того, как должны выглядеть останки сверхновой. Хоть прямо сейчас в учебники 576x535, 72K	Скопление галактик, известное как квинтет Стефана. Голубым цветом показан газ, нагретый до 6 миллионов градусов Цельсия 576x576, 56K
Нейтронная звезда RX J0822-4300, показанная на врезе, движется со скоростью около 4,8 миллиона километров в час. Астрономы называют ее "пушечным ядром" 906x564, 172K	Знаменитая галактика Сомбреро является одним из самых крупных звездных скоплений в созвездии Девы. Звездный ветер от взрывов сверхновых "раздувает" рентгеновское излучение (верхний врез) на расстояние 50 тысяч световых лет от галактики 746x540, 34K	Здесь представлены "обитатели" региона Млечного Пути, недоступного для наблюдений в других диапазонах из-за пыли и газа рукавов Галактики. Синим цветом показан разогретый газ, красные точки - активные звезды 656x656, 39K

Эксперимент по поиску гравитационных волн дал нулевой результат

Эксперимент по поиску гравитационных волн LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory - лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) дал нулевой результат. Подробный отчет об опыте приведен на портале Space.com.

Гравитационные волны представляют собой складки, или рябь на ткани пространства-времени. Их существование предсказывает общая теория относительности, однако до сих пор не было найден ни одного экспериментального доказательства, подтверждающего это предсказание.

Специально для поиска гравитационных волн специалисты из Калифорнийского технологического института и Массачусетского технологического института в 1999 году создали LIGO - комплекс детекторов, способных уловить распространение гравитационных волн. Детекторы LIGO имеют L-образную форму. В детектор пускают луч лазера, который расщепляется перед рукавами равной длины. Два "дочерних" луча проходят по рукавам, а потом вновь объединяются. Если пространство-время "невозмутимо", то лучи совпадут по фазе. В том случае, если сквозь детектор проходит гравитационная волна, лучи пройдут не совсем одинаковой путь и совпадут не полностью. Схему работы детекторов можно увидеть здесь.

Курирующие эксперимент физики пояснили, что исход опыта не означает отсутствия гравитационных волн. Нулевые показания детекторов свидетельствуют об отсутствии волн с большой амплитудой. В ближайшее время ученые приступят ко второй части поисков, в ходе которой они исследуют в тысячу раз больший объем космического пространства, чем в первой части опыта.

Недавно физики нашли новый способ искать гравитационные волны. Наличие складок пространства-времени можно зарегистрировать, анализируя потоки нейтрино от взрывов сверхновых. Правда, для внедрения этого метода в практику исследователям предстоит преодолеть несколько технических трудностей.

Большой Взрыв. Изображение с сайта ucla.edu

Физик придумал способ воссоздать в лаборатории Большой Взрыв

Российский физик, работающий в США, предложил способ воссоздать в лаборатории Большой Взрыв. Аналогию момента начала Вселенной можно получить при помощи метаматериалов. Препринт работы Игоря Смолянинова доступен на сайте arXiv.org.

Свойства метаматериалов зависят не столько от химического состава, сколько от их структуры. Эти вещества особым образом искривляют пути света, поэтому они легли в основу технологий создания материалов-невидимок. Математический аппарат, используемый для описания свойств метаматериалов, напоминает математический аппарат общей теории относительности.

Смолянинов разработал теоретические характеристики метаматериала, который можно рассматривать как эквивалент четырехмерного пространства (два пространственных и два временных измерения). Физик показал, что в определенный момент оно породит трехмерное пространство (два пространственных измерения и одно временное) с множеством частиц. Появление трехмерного пространства можно считать аналогом Большого Взрыва, который, согласно наиболее распространенной точке зрения, породил Вселенную. Сам Смолянинов назвал описанное им явление "игрушечным Большим Взрывом".

Теоретически материал с выведенными Смоляниновым характеристиками может быть создан в лаборатории. Однако на данный момент никто не оценивал, насколько реальна эта перспектива.

Информацию о состоянии Вселенной в первые мгновения после Большого Взрыва физики надеются получить в экспериментах на Большой адронном коллайдере (БАК). Самый большой на планете ускоритель элементарных частиц был запущен в сентябре 2008 года, однако спустя несколько дней он был остановлен из-за аварии. Ожидается, что повторный запуск БАК состоится в ноябре, однако работать коллайдер будет вполсилы.

Сравнение двух фотографий галактики NGC 1566. На второй хорошо видно большое количество мелких звезд. Фото NASA/JPL-Caltech/JHU

Астрономы NASA потребовали пересчитать звезды

Астрономы NASA установили, что традиционные методы оценки количества звезд в космосе могут быть в корне неверны. Об этом сообщается в пресс-релизе агентства, а статья ученых появилась в журнале Astrophysical Journal.

Традиционно для оценки звездной популяции астрономы используют информацию о самых ярких и крупных из видимых звезд. Количество более мелких коллег, которые, вообще говоря, не видны в телескопы, оценивается из тех соображений, что на одну крупную звезду должно рождаться некоторое фиксированное число маленьких. Например, традиционные соотношения следующие: на звезду массой около 20 солнечных приходится в среднем около 500 звезд солнечной массы и меньше.

Новые результаты, собранные в рамках программы Galaxy Evolution Explorer, позволили установить, что эта оценка занижена: на одну крупную звезду в некоторых регионах может приходиться до 2000 мелких. Кроме того, многие регионы могут оказаться "лишены" звезд, поскольку в них отсутствуют крупные светила.

Для объяснения причин недооценки ученые приводят следующий пример. Ночью крупные города Земли хорошо видны из космоса из-за их освещения. Используя данные о крупных городах, можно попытаться оценить количество мелких, считая соотношение крупных и мелких населенных пунктов постоянным. Из этого, в свою очередь, можно получить оценку на население. Однако, применяя данный метод, например, к Африке, мы получим, что там почти отсутствуют люди, поскольку крупных городов в этом регионе сравнительно немного.

По мнению ученых, исправить ситуацию смогут только более совершенные модели звездной эволюции, которые будут учитывать влияние окружающих условий на формирование светил. Кроме этого полезными будут дальнейшие наблюдения за популяциями звезд.

Фото ©AFP

Назад в прошлое

Физики объяснили направление движения времени

Во вторник на Ленте.Ру появилась заметка, в которой излагалась суть открытия, сделанного итальянским физиком Лоренцо Макконе. Макконе удалось с позиций квантовой механики объяснить, почему для нас время движется в некотором выбранном направлении. Формат новостной заметки не позволил изложить многие детали открытия, поэтому Лента.Ру решилась написать более подробный комментарий на данную тему.

Начнем с того, что работа физика хоть и вышла в солидном журнале Physical Review Letters (ее препринт доступен здесь), однако одобрения научного сообщества еще не получила. Заслуживающим внимания эту работу (в которой, к слову, всего четыре страницы) делает то, что специалисты, успевшие с ней ознакомиться, называют подход Макконе "новаторским". Но при этом соглашаться со всеми выводами итальянского физика они не спешат.

Т-симметрия и энтропия

Есть такие слова, так называемые палиндромы, которые можно читать в любом направлении - справа налево или слева направо. Например, слово "топот". Так вот, T-симметрия - это что-то похожее: между событиями, описываемыми симметричными законами, которые работают в прямом порядке и обратном, нет никакой разницы. Формально последнее означает, что формулы, описывающие те или иные явления, остаются верными, если в них t (переменную, отвечающую за время) заменить на -t.

С другой стороны, всем известно, что если чашку горячего чая поставить в холодильник (делать этого, правда, не рекомендуют производители бытового оборудования), то она со временем остынет. Можно представить, что в какой-то момент процесс повернет вспять: чай снова разогреется, а воздух в холодильнике охладится (как будто мы "промотали" время в реальном опыте с чаем назад), - однако в действительности такого еще никто не наблюдал.

Здесь в действие вступает так называемая энтропия - мера необратимого рассеяния энергии (сейчас этот термин перекочевал во всевозможные области знаний от статистической физики до теории информации, о чем будет сказано чуть ниже). Согласно второму закону термодинамики, все происходящие в замкнутой системе процессы приводят к росту этой самой энтропии. Поэтому в опыте с чаем и холодильником обратный по времени процесс с разогревом невозможен.

Направление времени

Впервые понятие энтропии было введено в работах физика Рудольфа Клаузиуса в 1865 году как мера необратимого рассеяния энергии. Клаузиус использовал этот термин для объяснения того факта, что тепло всегда передается от горячего тела к холодному.

За замечательную идею роста энтропии физики ухватились и попытались применить ее в более общем случае для объяснения глобального направления движения времени во Вселенной. Однако эти попытки почти сразу наткнулись на серьезные трудности. Согласно одним теориям, Вселенная постоянно увеличивает энтропию потому, что изначально находилась в состоянии с очень малым значением этой величины. Согласно другим, второе начало термодинамики работает не только в частных случаях (горячее/холодное), но и в космических масштабах (против последнего, например, возражал знаменитый физик Лев Ландау: он полагал, что подобный подход не учитывает общую теорию относительности). Самые "резкие" исследователи вообще предлагают отменить саму теоретическую возможность обратимости времени и поправить физические законы так, чтобы T-симметрия стала в принципе, даже в рассуждениях, невозможна.

Изучив список возможных вариантов решения проблемы (он приводится в конце работы итальянского физика), Макконе предложил новое и элегантное решение. Согласно его теории, события, в которых время движется в обратном направлении, вполне могут происходить. Может быть, даже происходят. Однако информационное устройство Вселенной таково, что никаких данных об этих событиях не сохраняется (и не может сохраниться). Таким образом, они абсолютно неотличимы от тех событий, которые никогда не происходили.

Теория Макконе

В качестве основного аппарата для формализации этого несколько философского объяснения Макконе выбрал квантовую механику. Полезным свойством этой теории является то, что в ней имеется прекрасный аналог термодинамической энтропии - энтропия фон Неймана, которая, в некотором смысле, является мерой хаотичности информации в квантовой системе.

Для пояснения своей идеи Макконе предлагает следующий умозрительный эксперимент. Представим, что у нас имеется получатель информации Алиса и передатчик информации Боб (двух этих персонажей физики мучают своими экспериментами еще со времен Эйнштейна). Представим, что Алиса сидит в удобной, но совершенно отгороженной от всего остального мира лаборатории. В этом случае она является подсистемой системы "лаборатория". Ее друг Боб, который обитает вне лаборатории, посылает Алисе атом, спин которого находится в состоянии квантовой неопределенности (суперпозиции двух базовых состояний). В результате появляется система "атом-лаборатория".

Когда Алиса измеряет спин атома, то она получает некоторое конкретное значение. При этом с точки зрения системы "лаборатория" (которая стала подсистемой системы "атом-лаборатория") энтропия возрастает. В свою очередь Боб, который находится вне лаборатории, ничего не знает о результатах измерения. Таким образом, для него энтропия системы "атом-лаборатория" не изменилась. Более того, с точки зрения Боба взаимодействие Алисы и атома привело к их "квантовому запутыванию", то есть две подсистемы системы "атом-лаборатория" оказались взаимосвязаны.

Представим теперь, что в нашем эксперименте Боб наделен сверхспособностями - квантовая система "атом-лаборатория" находится в его полной власти. Предположим, он решает распутать атом и Алису. С точки зрения системы "лаборатория" это приводит к уменьшению энтропии фон Неймана. При этом спин атома снова переходит в неопределенное состояние. Последнее означает, что вся прежняя информация об измерениях должна исчезнуть (иначе никакой неопределенности не получится). В результате, все данные в лаборатории Алисы исчезают, включая память о проведенном эксперименте. Таким образом, энтропия уменьшилась, однако никто этого не запомнил. В рамках своей работы Макконе формализует данный мысленный эксперимент математически.

Отсюда итальянский физик делает замечательные выводы. Действительно, пусть процессы, в которых время идет в обратном направлении, происходят. Но тогда эти процессы приводят к уменьшению энтропии. Однако, как было доказано в мысленном эксперименте (а в работе Макконе - математически), эти события не оставляют информационных следов, а значит, их невозможно изучать.

И в заключение

Еще раз хочется отметить, что новая теория пока не является общепринятой, но элегантность рассуждений подкупает. Хочется верить, что идеи Макконе получат дальнейшее естественное развитие. А мы пока продолжим двигаться вперед во времени.

Андрей Коняев

Из звезды Бетельгейзе вырвался фонтан размером с Солнечную систему

На самом подробном снимке умирающей звезды Бетельгейзе ученые заметили огромный выброс размером с Солнечную систему. Его вполне могла породить конвекция — отдельные «пузыри» в атмосфере звезды, каждый в диаметре крупнее земной орбиты.

Одна из самых ярких звезд созвездия Ориона – его «левая подмышка», Бетельгейзе – совсем недавний гость на небе. Ей не больше десятка миллионов лет, и последний общий предок людей и горилл не мог увидеть этого светила. Но и задержится на небе оно недолго: Бетельгейзе – умирающая звезда. Она находится на одной из последних эволюционных стадий – стадии красного сверхгиганта, и должна взорваться как сверхновая в недолгой по космическим меркам перспективе.

Сверхгигантские вопросы

Правда, через сколько именно времени яркая, видимая даже при свете дня, сверхновая появится на небе, астрономы пока сказать не могут. Это могут быть и десятки лет, и многие тысячи. До конца теория строения и жизни красных сверхгигантов до сих пор не построена, и ответов на многие вопросы наука пока дать не может.

Один из таких вопросов – когда ждать взрыва. Другой – как Бетельгейзе и подобные ей красные сверхгиганты теряют громадное количество вещества на последних стадиях жизни. Темпы потери газа здесь могут измеряться миллиардами мегатонн в секунду, и с такой скоростью звезда может сбросить массу, равную солнечной, всего за 10 тысяч лет. Теория потери вещества красными сверхгигантами предсказывает огромное разнообразие возможных механизмов такого процесса, и разобраться, какой из них реализуется на деле, можно лишь при помощи прямых наблюдений.

Бетельгейзе прекрасно подходит для решения этой задачи. Это один из самых близких красных сверхгигантов, он расположен примерно в 640 световых годах от Земли. Светит Бетельгейзе, как 130 тысяч Солнц, так что с Земли выглядит звездой примерно нулевой величины (особенно если смотреть в красном спектральном диапазоне). Размер Бетельгейзе примерно в тысячу раз больше солнечного – если поместить ее на место нашего собственного светила, она поглотит орбиты всех планет земной группы и львиную долю главного пояса астероидов.

Очень большой выброс

В среду Южная Европейская Обсерватория (ESO) опубликовала результаты наблюдения Бетельгейзе с помощью одного из восьмиметровых зеркал Очень большого телескопа (VLT,Very Large Telescope) и трех телескопов поменьше. Работы двух независимых команд ученых приняты к публикации в журнале Astronomy & Astrophysics и доступны в Архиве электронных препринтов Корнельского университета.

Астрономы под руководством Пьера Кервеллы из Парижской обсерватории воспользовались методами адаптивной оптики, реализованными в оборудовании 8−метрового телескопа «Йепун» – одного из инструментов-близнецов квартета VLT. Изображения, которые портит турбулентность в земной атмосфере, ученые исправляли в реальном времени, используя специальную систему зеркал. Одно из них мелкими покачиваниями компенсировало дрожание звезды. Второе зеркало и вовсе гибкое, форму ему в реальном времени придавали 185 рычажков-актуаторов: это позволяет компенсировать действие воздушных линз, проносящихся над телескопом.

Высокая яркость Бетельгейзе позволила дополнить обработку еще одним трюком – методикой отбора самых удачных кадров (Lucky Imaging), каждый из которых делается с очень короткой экспозицией (порядка 10 миллисекунд). Чтобы построить окончательное изображение, Кервелла и его коллеги отбросили 90% кадров, а 10% самых лучших объединили и затем еще подвергли компьютерной обработке по алгоритму Ричардсона—Люси.

В итоге получилось изображение с разрешением примерно в 1/30 угловой секунды – лучше, чем у космического телескопа имени Хаббла, несмотря на то что VLT работал в «более грубых» красных лучах. На этом снимке и проявился странный выброс, простирающийся от звезды на юго-запад на расстояние минимум в шесть ее радиусов. В Солнечной системе такой выброс дотянулся бы до самой далекой из восьми планет – Нептуна. Так удалось однозначно установить, что вещество красные сверхгиганты теряют несимметрично.

Крупномасштабное бурление

Объяснить несимметричную потерю массы наиболее естественно двумя способами. Зачастую веществу легче стекать со звезды в направлении ее полюсов: во-первых, магнитное поле здесь мешает меньше всего, во-вторых, вокруг экватора часто находятся облака плотного газа.

С другой стороны, из теории следует, что в огромных и относительно холодных звездах вроде Бетельгейзе ячейки конвекции могут достигать очень больших относительных размеров. Это на Солнце они упакованы в плотные столбики так называемой грануляции, которых на солнечной поверхности умещаются миллионы. А в чайнике на газовой плите отдельные «пузыри бурления» могут оказаться размером чуть ли не с полчайника.

Судя по работе Кэити Онаки из боннского Института радиоастрономии германского Общества имени Макса Планка, именно механизм чайника на Бетельгейзе и реализуется. Онака и его коллеги получили спектроинтерферограммы Бетельгейзе с помощью трех вспомогательных 1,8−метровых телескопов, входящих в систему интерферометра Очень большого телескопа (VLTI, VLT Interferometre). Хотя вспомогательные телескопы кажутся малышами на фоне 8−метровых гигантов, вместе они давали такое же угловое разрешение, как один 42−метровый телескоп. Света, правда, собирали существенно меньше, но в случае с яркой Бетельгейзе это не проблема.

Такая конфигурация позволила достичь разрешения в 7 раз лучшего, чем получилось у Кервеллы. Правда, строить изображение Онака не стал, ограничившись анализом данных в нескольких спектральных линиях инфракрасного диапазона. Это исследование показало, что на Бетельгейзе присутствуют крупномасштабные движения газа со скоростью до 10−15 км/с.

По спектру видно, что, например, молекулы угарного газа (они отлично выживают в холодной атмосфере Бетельгейзе) в одних регионах приближаются к нам с указанными в предыдущем абзаце скоростями, в других – также быстро удаляются от нас. В общем, классическое конвективное перемешивание, только сами конвективные ячейки, те самые «пузыри» на Бетельгейзе оказываются размером с ползвезды. Это, кстати, около полумиллиарда километров.

Пузырь на выброс

По мнению астрономов, работа Онаки подсказывает, что выброс, найденный Кервеллой, вполне может иметь конвективное происхождение. Грубо говоря, один из гигантских пузырей лопнул и разбрызгал заключенную в нем энергию. Возможно, поднявшаяся к поверхности плазма была слишком горячей и не удержалась в звезде. Возможно, вырвавшееся с ней тепло осветило и нагрело газ над пузырем, сброшенный когда-то в прошлом.

Разобраться в механизме помогут лишь новые наблюдения и уточнение теоретических моделей. Нет сомнений, что астрономы будут еще не раз возвращаться к Бетельгейзе и наверняка смогут заметить изменения в структуре окружающего ее газа. Естественное для таких изменений время должно составлять годы. Примерно полгода-год нужно и для того, чтобы «продавить» свою заявку на наблюдения с VLT и VLTI.

Физические принципы детектирования элементарных частиц

Что можно измерить у элементарных частиц?

Как и в любом физическом эксперименте, при изучении элементарных частиц требуется сначала поставить эксперимент, а потом зарегистрировать его результаты. Постановкой эксперимента (столкновением частиц) занимается ускоритель, а результаты столкновений изучаются с помощью детекторов элементарных частиц.

Для того чтобы восстановить картину столкновения, требуется не просто узнать, какие частицы родились, но и с большой точностью измерить их характеристики, прежде всего траекторию, импульс и энергию. Всё это измеряется с помощью разных типов детекторов, которые концентрическими слоями окружают место столкновения частиц.

Детекторы элементарных частиц можно разбить на две группы: трековые детекторы, которые измеряют траекторию частиц, и калориметры, которые измеряют их энергии. Трековые детекторы стараются проследить за движением частиц, не внося при этом никаких искажений. Калориметры, наоборот, должны полностью поглотить частицу, чтобы измерить ее энергию. В результате возникает стандартная компоновка современного детектора: внутри расположено несколько слоев трековых детекторов, а снаружи — несколько слоев калориметров, а также специальные мюонные детекторы. Общий вид типичного современного детектора показан на рис. 1.

Рис. 1. Общий вид в разрезе типичного современного детектора элементарных частиц. Различные компоненты детектора имеют цилиндрическую форму и концентрическими слоями окружают место столкновения пучков. На торцах цилиндра установлены дополнительные детектирующие элементы. Кроме того, детектор обычно окружают один или несколько соленоидов — катушек, создающих сильное магнитное поле вдоль оси пучков. Рисунок И. Иванова

Ниже кратко описаны строение и принцип работы основных компонентов современных детекторов. Акцент сделан на некоторых, самых общих принципах детектирования. Устройство конкретных детекторов, работающих на Большом адронном коллайдере, см. на странице Детекторы на LHC.

Трековые детекторы

Трековые детекторы восстанавливают траекторию частицы. Они обычно расположены в области магнитного поля, и тогда по искривлению траектории частицы можно определить ее импульс.

Работа трековых детекторов основана на том, что пролетающая заряженная частица создает ионизационный след — то есть она выбивает электроны из атомов на пути своего движения. При этом интенсивность ионизации зависит как от типа частицы, так и от материала детектора. Свободные электроны собираются электроникой, сигнал с которой сообщает о координатах частиц.

Вершинный детектор

Вершинный (микровершинный, пиксельный) детектор — это многослойный полупроводниковый детектор, состоящий из отдельных тонких пластинок с нанесенной прямо на них электроникой. Это самый внутренний слой детекторов: начинается он обычно сразу за пределами вакуумной трубы (иногда первый слой монтируется прямо на внешней стенке вакуумной трубы) и занимает в радиальном направлении первые несколько сантиметров. В качестве полупроводникового материала обычно выбирается кремний из-за его высокой радиационной стойкости (внутренние слои детектора подвержены огромным дозам жесткой радиации).

Рис. 2. Схема устройства пиксельного детектора. Рис. с сайта cms-project-cmsinfo.web.cern.ch

По сути, вершинный детектор работает так же, как матрица цифрового фотоаппарата. Когда заряженная частица пролетает сквозь эту пластинку, она оставляет в ней след — облачко ионизации размером в несколько десятков микрон. Эта ионизация считывается электронным элементом непосредственно под пикселем. Узнав координаты точек пересечения частицы с несколькими идущими подряд пластинками пиксельного детектора, можно восстановить трехмерные траектории частиц и проследить их назад, внутрь трубы. Через пересечение таких восстановленных траекторий в какой-то точке в пространстве восстанавливается вершина — та точка, в которой эти частицы родились.

Иногда оказывается, что таких вершин несколько, причем одна из них обычно лежит прямо на оси столкновения встречных пучков (первичная вершина), а вторая — поодаль. Это обычно означает, что в первичной вершине столкнулись протоны и сразу породили несколько частиц, но некоторые из них успели пролететь какую-то дистанцию, прежде чем распасться на дочерние частицы.

В современных детекторах точность восстановления вершины достигает 10 микрон. Это позволяет надежно регистрировать случаи, когда вторичные вершины отстоят от оси столкновений на 100 микрон. Как раз на такие дистанции отлетают разнообразные метастабильные адроны, имеющие в своем составе c- или b-кварк (так называемые «очарованные» и «прелестные» адроны). Поэтому вершинный детектор является важнейшим инструментом детектора LHCb, главной задачей которого как раз будет изучение этих адронов.

По похожему принципу работают и полупроводниковые микрополосковые детекторы, в которых вместо маленьких пикселей используются тончайшие, но довольно длинные полоски чувствительного материала. В них ионизация не оседает тут же, а смещается вдоль полоски и считывается на ее конце. Полоски конструируются с таким расчетом, чтобы скорость смещения облачка заряда по ней была постоянной и чтобы оно не расплывалось. Поэтому, зная момент прихода заряда на считывающий элемент, можно вычислить координаты той точки, где заряженная частица пронзила полоску. Пространственное разрешение у микрополосковых детекторов хуже, чем у пиксельных, но ими зато можно покрыть намного большую площадь, поскольку они не требуют столь большого числа считывающих элементов.

Дрейфовые камеры

Дрейфовые камеры — это газонаполненные камеры, которые ставятся снаружи полупроводниковых трековых детекторов, там, где уровень радиации относительно низкий и не требуется столь большая точность определения координат, как у полупроводниковых детекторов.

Классическая дрейфовая камера — это заполненная газом трубка, внутри которой натянуто много тончайших проволочек. Работает она наподобие вершинного детектора, но только не на плоской пластинке, а в объеме. Все проволочки находятся под напряжением, а их расположение выбрано таким образом, чтобы в пространстве между двумя массивами проволочек возникало однородное электрическое поле. Когда заряженная частица пролетает сквозь газовую камеру, она оставляет пространственный ионизационный след. Под действием электрического поля ионизация (прежде всего, электроны) движется с постоянной скоростью (физики говорят «дрейфует») вдоль линий поля по направлению к проволочкам-анодам. Достигнув края камеры, ионизация тут же поглощается электроникой, которая передает на выход сигнальный импульс. Поскольку считывающих элементов очень много, по сигналам с них можно с хорошей точностью восстановить координаты пролетевшей частицы, а значит, и траекторию.

Рис. 3. Схема устройства дрейфовой камеры

Обычно количество ионизации, которое создает в газовой камере пролетающая частица, невелико. Для того чтобы увеличить надежность сбора и регистрации заряда и уменьшить погрешность его измерения, требуется усилить сигнал еще до регистрации его электроникой. Делается это с помощью специальной сети анодных и катодных проволочек, натянутых вблизи считывающей аппаратуры. Проходя вблизи анодной проволочки, облачко электронов порождает на ней лавину, в результате которой электронный сигнал многократно усиливается.

Чем сильнее магнитное поле и чем больше размеры самого детектора, тем сильнее траектория частицы отклоняется от прямой, а значит, тем надежнее можно измерить ее радиус кривизны и восстановить отсюда импульс частицы. Поэтому для изучения реакций с частицами очень высоких энергий, в сотни ГэВ и ТэВы, желательно построить детекторы побольше и использовать магнитные поля посильнее. По чисто инженерным причинам обычно удается увеличить только одну из этих величин в ущерб другой. Два крупнейших детектора на LHC — ATLAS и CMS — как раз отличаются тем, какая из этих величин оптимизирована. У детектора ATLAS побольше размеры, но поменьше поле, в то время как в детекторе CMS сильнее поле, но в целом он более компактен.

Время-проекционная камера

Рис. 4. Принцип работы время-проекционной камеры. Рис. с сайта cerncourier.com

Особый тип дрейфовой камеры — это так называемая время-проекционная камера (ВПК). По сути дела, ВПК — это одна большая, размером в несколько метров, цилиндрическая дрейфовая ячейка. Во всём ее объеме создано однородное электрическое поле вдоль оси цилиндра. Весь закрученный ионизационный след, который оставляют частицы при пролете сквозь эту камеру, равномерно дрейфует к торцам цилиндра, сохраняя свою пространственную форму. Траектории как бы «проецируются» на торцы камеры, где большой массив из считывающих элементов регистрирует приход заряда. Радиальная и угловая координаты определяются по номеру датчика, а координата вдоль оси цилиндра — по времени прихода сигнала. Благодаря этому удается восстановить трехмерную картину движения частиц.

Среди работающих на LHC экспериментов время-проекционную камеру использует детектор ALICE.

Детекторы Roman Pots

Существует особый тип полупроводниковых пиксельных детекторов, которые работают прямо внутри вакуумной трубы, в непосредственной близости к пучку. Впервые их предложила в 1970-е годы исследовательская группа из Рима, и за ними с тех пор закрепилось название Roman Pots («римские горшочки»).

Детекторы Roman Pots были разработаны для детектирования частиц, отклонившихся в процессе столкновения на очень малые углы. Обычные детекторы, располагающиеся снаружи вакуумной трубы, здесь непригодны просто потому, что частица, испущенная под очень малым углом, может многие километры лететь внутри вакуумной трубы, поворачивая вместе с основным пучком и не выходя наружу. Для того чтобы зарегистрировать такие частицы, приходится ставить маленькие детекторы внутри вакуумной трубы поперек оси пучка, но не задевая при этом сам пучок.

Рис. 5. Секция вакуумной трубы с рукавами (горизонтальным и вертикальным) для детекторов Roman Pots в эксперименте TOTEM. Фото с сайта cdsweb.cern.ch

Для этого на определенном участке ускорительного кольца, обычно на расстоянии сотни метров от места столкновения встречных пучков, вставляется специальный участок вакуумной трубы с поперечными «рукавами». В них на подвижных платформах размещены небольшие, размером несколько сантиметров, пиксельные детекторы. Когда пучок только впрыснут, он еще нестабилен и имеет большие поперечные колебания. Детекторы в это время прячутся внутри рукавов для того, чтобы избежать повреждений при прямом попадании пучка. После того как пучок стабилизируется, платформы выдвигаются из своих рукавов и пододвигают чувствительные матрицы детекторов Roman Pots в непосредственную близость к пучку, на расстояние 1-2 миллиметра. В конце очередного цикла ускорителя, перед сбросом старого пучка и инжекцией нового, детекторы вновь втягиваются в свои рукава и ждут очередного сеанса работы.

Пиксельные детекторы, используемые в Roman Pots, отличаются от обычных вершинных детекторов тем, что в них максимизирована доля поверхности пластины, занятая чувствительными элементами. В частности, на той кромке пластины, которая ближе всего подносится к пучку, практически отсутствует нечувствительная «мертвая» зона («edgeless"-технология).

Один из экспериментов на Большом адронном коллайдере, TOTEM, как раз будет использовать несколько таких детекторов. Еще несколько подобных проектов находятся в разработке. Вершинный детектор эксперимента LHCb тоже несет в себе некоторые элементы этой технологии.

Подробнее про эти детекторы можно прочитать в статье Roman pots for the LHC из журнала CERN Courier или в технической документации эксперимента TOTEM.

Калориметры

Калориметры измеряют энергию элементарных частиц. Для этого на пути частиц ставят толстый слой плотного вещества (обычно тяжелого металла — свинца, железа, латуни). Частица в нём сталкивается с электронами или ядрами атомов и порождает в результате поток вторичных частиц — ливень. Энергия исходной частицы распределяется между всеми частицами ливня, так что энергия каждой отдельной частицы в этом ливне становится небольшой. В результате ливень застревает в толще вещества, его частицы поглощаются и аннигилируют, и некоторая, вполне определенная, доля энергии выделяется в виде света. Эта вспышка света собирается на торцах калориметра фотоумножителями, которые превращают ее в электрический импульс. Кроме того, энергию ливня можно измерить, собирая ионизацию чувствительными пластинками.

Электроны и фотоны, проходя через вещество, сталкиваются в основном с электронными оболочками атомов и порождают электромагнитный ливень — поток из большого числа электронов, позитронов и фотонов. Такие ливни быстро развиваются на небольшой глубине и обычно поглощаются в слое вещества толщиной несколько десятков сантиметров. Высокоэнергетические адроны (протоны, нейтроны, пи-мезоны и К-мезоны) теряют энергию преимущественно за счет столкновений с ядрами. При этом порождается адронный ливень, который проникает гораздо глубже в толщу вещества, чем электромагнитный, и к тому же он более широкий. Поэтому для того, чтобы полностью поглотить адронный ливень от частицы очень высокой энергии, требуется один-два метра вещества.

Различие характеристик электромагнитный и адронных ливней максимально используется в современных детекторах. Калориметры часто делают двухслойными: внутри расположены электромагнитные калориметры, в которых поглощаются преимущественно электромагнитные ливни, а снаружи — адронные калориметры, до которых «достают» только адронные ливни. Таким образом, калориметры не только измеряют энергию, но и определяют «тип энергии» — является ли она электромагнитного или адронного происхождения. Это очень важно для правильного понимания произошедшего в центре детектора столкновения протонов.

Рис. 6. Кристаллы тяжелого сцинтиллятора германата висмута Bi4Ge3O12 (или, кратко, BGO); плотность 7,13 г/см3 (почти как у железа), показатель преломления 2,15. Фото с сайта www.che.nsk.su

Для регистрации ливня оптическим способом вещество калориметра должно обладать сцинтилляционными свойствами. В сцинтилляторе фотоны одной длины волны поглощаются очень эффективно, приводя к возбуждению молекул вещества, и это возбуждение снимается за счет испускания фотонов более низкой энергии. Для излученных фотонов сцинтиллятор уже прозрачен, и поэтому они могут долететь до края калориметрической ячейки. В калориметрах используются стандартные, давно изученные сцинтилляторы, для которых хорошо известно, какая часть от энергии исходной частицы превращается в оптическую вспышку.

Для эффективного поглощения ливней требуется использовать как можно более плотное вещество. Имеется два способа, как совместить это требование с требованиями к сцинтилляторам. Во-первых, можно выбрать очень тяжелые сцинтилляторы и заполнить ими калориметр. Во-вторых, можно сделать «слойку» из чередующихся пластин тяжелого вещества и легкого сцинтиллятора. Имеются и более экзотические варианты устройства калориметров, например «спагетти"-калориметры, в которых в матрицу из массивного поглотителя внедрено множество тонких кварцевых оптоволокон. Ливень, развиваясь вдоль такого калориметра, создает в кварце черенковский свет, который выводится по оптоволокнам на торец калориметра.

Точность восстановления энергии частицы в калориметре улучшается с ростом энергии. Для частиц с энергиями в сотни ГэВ погрешность составляет порядка процента для электромагнитных калориметров и несколько процентов — для адронных.

Мюонные камеры

Характерная особенность мюонов заключается в том, что они очень медленно теряют энергию при движении сквозь вещество. Так происходит из-за того, что они, с одной стороны, очень тяжелые, поэтому не могут эффективно передавать энергию электронам при столкновении, а во-вторых, они не участвуют в сильном взаимодействии, поэтому они слабо рассеиваются на ядрах. В результате мюоны могут пролететь до момента своей остановки многие метры вещества, проникнув туда, куда не долетают никакие другие частицы.

Это, с одной стороны, делает невозможным измерение энергии мюонов с помощью калориметров (ведь полностью мюон поглотить не удастся), но с другой стороны, позволяет хорошо отличать мюоны от других частиц. В современных детекторах мюонные камеры расположены в самых внешних слоях детектора, часто даже снаружи массивного металлического ярма, создающего магнитное поле в детекторе. Такие трубки измеряют не энергию, а импульс мюонов, и при этом можно с хорошей достоверностью считать, что эти частицы — именно мюоны, а не что-либо еще. Имеется несколько разновидностей мюонных камер, используемых для разных целей.

Идентификация частиц

Отдельный вопрос — это идентификация частиц, то есть выяснение того, что за частица пролетела сквозь детектор. Это не составило бы труда, знай мы массу частицы, но как раз ее мы обычно и не знаем. С одной стороны, массу в принципе можно вычислить по формулам релятивистской кинематики, зная энергию и импульс частицы, но, к сожалению, погрешности в их измерении обычно столь велики, что не позволяют отличить, например, пи-мезон от мюона из-за близости их масс.

В этой ситуации имеется четыре основных метода идентификации частиц:

• По отклику в разных типах калориметрах и в мюонных трубках.

• По энерговыделению в трековых детекторах. Разные частицы производят разное количество ионизации на сантиметр пути, и ее можно измерить по силе сигнала с трековых детекторов.

• С помощью черенковских счетчиков. Если частица летит сквозь прозрачный материал с коэффициентом преломления n со скоростью больше, чем скорость света в этом материале (то есть больше, чем c/n), то она испускает черенковское излучение в строго определенных направлениях. Если в качестве вещества детектора взять аэрогель (типичный показатель преломления n = 1,03), то черенковское излучение от частиц, движущихся со скоростью 0,99·c и 0,995·c, будет существенно различаться.

• С помощью времяпролетных камер. В них с помощью детекторов с очень высоким временным разрешением измеряется время пролета частицей определенного участка камеры и из этого вычисляется ее скорость.

У каждого из этих методов есть свои сложности и погрешности, поэтому идентификация частиц обычно не бывает гарантированно правильной. Иногда программа обработки «сырых» данных с детектора может прийти к выводу, что в детекторе пролетел мюон, хотя на самом деле это был пион. Полностью избавиться от таких погрешностей невозможно. Остается лишь тщательно изучать детектор перед работой (например, с помощью космических мюонов), выяснить процент случаев неверной идентификации частиц и уже в дальнейшем при обработке реальных данных всегда его принимать в расчет.

Требования к детекторам

Современные детекторы элементарных частиц иногда называют «большими братьями» цифровых фотоаппаратов. Однако стоит помнить, что условия эксплуатации фотоаппарата и детектора кардинально различаются.

Прежде всего, все элементы детектора должны быть очень быстрыми и очень точно синхронизованными друг с другом. На Большом адронном коллайдере в пике производительности сгустки будут сталкиваться 40 миллионов раз в секунду. В каждом столкновении будет происходить рождение частиц, которые оставят свою «картинку» в детекторе, и детектор должен не «захлебнуться» этим потоком «снимков». В результате за 25 наносекунд требуется собрать всю ионизацию, которую оставили пролетевшие частицы, превратить ее в электрические сигналы, а также очистить детектор, подготовив его к очередной порции частиц. За 25 наносекунд частицы пролетают всего 7,5 метров, что сопоставимо с размерами крупных детекторов. Пока во внешних слоях детектора собирается ионизация от пролетевших частиц, сквозь его внутренние слои уже летят частицы из следующего столкновения!

Второе ключевое требование к детектору — радиационная стойкость. Элементарных частицы, разлетающиеся от места столкновения сгустков, — это самая настоящая радиация, причем очень жесткая. Например, ожидаемая поглощенная доза ионизирующей радиации, которую получит вершинный детектор за время работы, составляет 300 килогрей плюс суммарный нейтронный поток 5·1014 нейтронов на см2. В этих условиях детектор должен работать годами и при этом оставаться исправным. Это касается не только материалов самого детектора, но и электроники, которой он напичкан. На создание и тестирование отказоустойчивой электроники, которая будет работать в столь радиационно жестких условиях, ушло несколько лет.

Еще одно требование к электронике — низкое энерговыделение. Внутри многометровых детекторов нет свободного места — каждый кубический сантиметр объема заполнен полезной аппаратурой. Система охлаждения неизбежно отбирает рабочий объем детектора — ведь если частица пролетит прямо сквозь охлаждающую трубу, она просто не будет зарегистрирована. Поэтому энерговыделение от электроники (а это сотни тысяч отдельных плат и проводов, снимающих информацию со всех компонентов детектора) должно быть минимальным.

Внешний вид обсерватории "Планк". Изображение ESA

Телескоп для изучения зарождения Вселенной передал первые данные

Орбитальная обсерватория "Планк" по изучению микроволнового фонового излучения Вселенной в четверг, 13 августа, передала первые данные. О начале работы обсерватории сообщается в пресс-релизе Европейского космического агентства (ESA).

Первые дни работы "Планка" курирующие его миссию специалисты будут тестировать его приборы и настраивать режимы работы. Если дебют телескопа будет успешным, собранная информация будет добавлена в общий массив научных данных, полученных "Планком". Ожидается, что телескоп проработает не меньше 15 месяцев.

Для эффективной работы температура телескопа должна быть крайне низкой. Криогенная система аппарата охлаждает его до температуры около минус 273,05 градусов Цельсия. После того, как система заработала в полную силу, "Планк" стал самым холодным из известных космических объектов.

Орбитальная обсерватория "Планк" была выведена в космос ракетой-носителей Arian-5 вместе с самым большим существующим инфракрасным телескопом "Гершель". "Планк" будет регистрировать так называемое микроволновое фоновое, или реликтовое, излучение Вселенной. Увидеть, как будет работать обсерватория, можно здесь.

Считается, что реликтовое излучение сохранилось с самых ранних этапов существования Вселенной. Фактическое обнаружение микроволнового фонового излучения является одним из главных доказательств теории Большого Взрыва.

Суперпланетарная туманность. Иллюстрация авторов исследования

Астрономы обнаружили новый класс космических объектов, который они назвали суперпланетарными туманностями (Super Planetary Nebulae). Статья исследователей с подробным изложение результатов появилась в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, а ее краткое изложение приводится в пресс-релизе Королевского астрономического общества.

В рамках работы группа ученых из США и Австралии изучала при помощи радиотелескопов Большое Магелланово Облако - соседнюю с Млечным Путем карликовую галактику. В результате им удалось обнаружить 15 активных в радиодиапазоне объектов, которым соответствовали планетарные туманности, видимые в оптические телескопы.

По словам исследователей, данный факт означает, что им удалось обнаружить необычайно массивные планетарные туманности. Обычно эти объекты обнаруживают вокруг звезд, масса которых составляет около 0,3-0,6 солнечных. В данном случае расчеты показывают, что центральные звезды туманностей имеет массу 1-8 солнечных. При этом масса газа и пыли, которые входят в туманность, составляет около 2,6 солнечных.

Планетарные туманности образуются на последнем этапе развития звезд, когда светила сбрасывают внешнюю оболочку. В результате образуется газопылевое облако, в центре которого обычно располагается белый карлик. По словам астрономов, они настолько были удивлены обнаружением массивных туманностей, что проверяли свое открытие в течение трех лет прежде, чем опубликовать результаты.

 Солнечный цветок-станция в израильском кибуце. Фото

Как пейзаж из научно-фантастического фильма, солнечная станция-цветок возвышается над пустыней в кибуце Самир.

Станция, первая в своем роде, концентрирует солнечную энергию и, с помощью микротурбины, позволяет поддерживать напряжение в сети 24 часа в сутки.

Ввод в действие турбины назначен на 24 июня. На станции используются более эффективные, чем традиционные, солнечные генераторы, которые также занимают меньшую площадь.

Станция производит электричества достаточного для 70 домов.

В башне установлена микротурбина, которая может работать после захода солнца на энергии, накопленной в терминале, или на других видах топлива.

Спутник "Коронас-Фотон" зарегистрировал новый мощный выброс на Солнце

 ТЕСИС (ФИАН)

11:31 16/06/2009

МОСКВА, 16 июн - РИА Новости. Российская орбитальная рентгеновская обсерватория "Тесис" на борту спутника "Коронас-Фотон" зафиксировала на Солнце мощный выброс вещества - в межпланетное пространство "ушло" около 103-106 миллионов тонн ионизованного газа, говорится в сообщении на сайте обсерватории, созданной учеными Физического института имени Лебедева (ФИАН).

Выброс протуберанца произошел в минувшее воскресенье с обратной стороны Солнца в области, которая пока недоступна для наблюдений с телескопов. Увидеть этот участок поверхности можно будет только через два-три дня, когда из-за вращения Солнца он появится в поле зрения Земли.

Исследователи отмечают, что последний раз подобные события наблюдались на Солнце около двух месяцев назад, в середине апреля. Тогда светило выбросило два гигантских протуберанца, один из них преодолел тяготение Солнца и ушел в межпланетное пространство - в сторону Меркурия и Марса.

"Хотя предсказать траектории движения солнечных выбросов удается не всегда, на этот раз можно уверенно говорить, что этот путь пройдет вдали от ближайших к нам планет. Соседи Земли (Меркурий, Венера и Марс) располагаются сейчас к западу от Солнца,... тогда как сгусток раскаленной плазмы отправился в свое путешествие в противоположном направлении с восточного края Солнца", - говорится в сообщении.

"Земле также вновь не удастся почувствовать на себе дыхание Солнца. Хотя угловой сектор, из которого был выброшен протуберанец, находится не так далеко от нашей планеты, линии межпланетного магнитного поля здесь не направлены к Земле, а удаляются от нас. Туда же, в сторону от Земли, будет отклоняться при движении и протуберанец", - отмечают ученые.

По их словам, протуберанцы повторяет своими очертаниями конфигурации магнитных полей, делая их видимыми, что дает возможность исследования структуры и динамики магнитных полей Солнца. На этот раз телескопам удалось сфотографировать в короне Солнца гигантскую магнитную арку высотой более 600 тысяч километров, в два раза превышающей расстояние от Земли до Луны.

Обсерватория ТЕСИС была создана в лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН. Она предназначена для мониторинга солнечной активности и текущего состояния космической погоды, получения ответов на актуальные вопросы физики Солнца, такие, как проблема нагрева короны, механизм солнечных вспышек, природа солнечного цикла. В ходе эксперимента будут получены около миллиона новых изображений Солнца.

Российский спутник "Коронас-Фотон" был выведен на орбиту 30 января. Общее руководство проектом осуществляет Институт астрофизики МИФИ. Он является третьим в ряду спутников "Коронас" (от "Комплексные орбитальные околоземные наблюдения активности Солнца"). Первый из них, "Коронас-И", был запущен в 1994 году и проработал на орбите до 2001 года. Тогда же, в 2001 году, был запущен следующий спутник, "Коронас-Ф", который закончил работу в декабре 2005 года.

Земле не угрожает техногенная катастрофа в 2012 году - ученый

 

С.-ПЕТЕРБУРГ, 29 апр - РИА Новости, Ольга Второва. Землянам не грозит техногенная катастрофа, предрекаемая американскими учеными в 2012 году из-за увеличения активности Солнца, считает заведующий лабораторией космических исследований Главной (Пулковской) астрономической обсерватории РАН Хабибулло Абдусаматов.

Ученые из американской Национальной Академии наук прогнозируют, что в сентябре 2012 года может произойти так называемая "идеальная солнечная" электромагнитная буря, энергия которой способна преодолеть "защиту" Земли и уничтожить ее электроэнергетическую инфраструктуру.

"Солнечная активность изменяется циклично - малыми 11-летними и большими двухвековыми циклами. Ожидаемый не в сентябре 2012 года, а в самом начале 2013 года максимум уровня активности нового 24-го малого солнечного цикла будет проистекать на фоне активного спада большого. Этот подъем солнечной активности будет почти в два раза ниже, чем максимум уровня активности 23-го цикла. Следовательно, ожидаемой учеными из американской Национальной Академии наук серьезной техногенной катастрофы ни в сентябре 2012 года, ни в начале 2013 года произойти не может. И соответственно вызываемого ею длительного экономического кризиса из-за поведения Солнца также не будет", - сказал Абдусаматов в интервью РИА Новости.

Ученый подчеркнул, что именно двухвековой солнечный цикл играет главенствующую роль в развитии дочерних, малых циклов. Об этом, по его словам, свидетельствует и необычайная длительность 23-го малого цикла.

"Продолжительность 23-го цикла уже стала на 2,5 года дольше, чем продолжительность двух предыдущих малых циклов. Однако такое необычное, на первый взгляд, циклическое поведение нашего светила является вполне объяснимым и ожидаемым результатом, происходящим в фазе активного спада большого цикла Солнца, который достигнет своего минимума ориентировочно в 2042 году", - сказал Абдусаматов.

Ученый отметил, что пока уровень солнечной активности и излучаемый Солнцем поток энергии, достигающий нашей планеты, все еще продолжает падать. "Число беспятенных дней на Солнце резко возрастает при рекордно низком уровне излучаемого им потока энергии. Длинный минимум солнечный деятельности еще продолжается", - сказал Абдусаматов.

June 17, 2009: The sun is in the pits of a century-class solar minimum, and sunspots have been puzzlingly scarce for more than two years. Now, for the first time, solar physicists might understand why.

At an American Astronomical Society press conference today in Boulder, Colorado, researchers announced that a jet stream deep inside the sun is migrating slower than usual through the star's interior, giving rise to the current lack of sunspots.

Rachel Howe and Frank Hill of the National Solar Observatory (NSO) in Tucson, Arizona, used a technique called helioseismology to detect and track the jet stream down to depths of 7,000 km below the surface of the sun. The sun generates new jet streams near its poles every 11 years, they explained to a room full of reporters and fellow scientists. The streams migrate slowly from the poles to the equator and when a jet stream reaches the critical latitude of 22 degrees, new-cycle sunspots begin to appear.

Above: A helioseismic map of the solar interior. Tilted red-yellow bands trace solar jet streams. Black contours denote sunspot activity. When the jet streams reach a critical latitude around 22 degrees, sunspot activity intensifies. [larger image] [more graphics]

Howe and Hill found that the stream associated with the next solar cycle has moved sluggishly, taking three years to cover a 10 degree range in latitude compared to only two years for the previous solar cycle.

The jet stream is now, finally, reaching the critical latitude, heralding a return of solar activity in the months and years ahead.

"It is exciting to see", says Hill, "that just as this sluggish stream reaches the usual active latitude of 22 degrees, a year late, we finally begin to see new groups of sunspots emerging."

The current solar minimum has been so long and deep, it prompted some scientists to speculate that the sun might enter a long period with no sunspot activity at all, akin to the Maunder Minimum of the 17th century. This new result dispells those concerns. The sun's internal magnetic dynamo is still operating, and the sunspot cycle is not "broken."

Because it flows beneath the surface of the sun, the jet stream is not directly visible. Hill and Howe tracked its hidden motions via helioseismology. Shifting masses inside the sun send pressure waves rippling through the stellar interior. So-called "p modes" (p for pressure) bounce around the interior and cause the sun to ring like an enormous bell. By studying the vibrations of the sun's surface, it is possible to figure out what is happening inside. Similar techniques are used by geologists to map the interior of our planet.

In this case, researchers combined data from GONG and SOHO. GONG, short for "Global Oscillation Network Group," is an NSO-led network of telescopes that measures solar vibrations from various locations around Earth. SOHO, the Solar and Heliospheric Observatory, makes similar measurements from space.

"This is an important discovery," says Dean Pesnell of NASA's Goddard Space Flight Center. "It shows how flows inside the sun are tied to the creation of sunspots and how jet streams can affect the timing of the solar cycle."

There is, however, much more to learn.

"We still don't understand exactly how jet streams trigger sunspot production," says Pesnell. "Nor do we fully understand how the jet streams themselves are generated."

To solve these mysteries, and others, NASA plans to launch the Solar Dynamics Observatory (SDO) later this year. SDO is equipped with sophisticated helioseismology sensors that will allow it to probe the solar interior better than ever before.

Right: An artist's concept of the Solar Dynamics Observatory. [more]

"The Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) on SDO will improve our understanding of these jet streams and other internal flows by providing full disk images at ever-increasing depths in the sun," says Pesnell.

Continued tracking and study of solar jet streams could help researchers do something unprecedented--accurately predict the unfolding of future solar cycles. Stay tuned for that!

Компьютерная модель магнетара. Хорошо видны струи заряженных частиц, движущиеся вдоль силовых линий магнитного поля звезды. Изображение NASA

Самый быстрый магнетар оказался источником мягких повторяющихся гамма-всплесков

Нейтронные звезды представляют собой очень плотные останки сверхновых. Масса типичной звезды подобного класса лежит в пределах от 1,5 до 2,1 солнечных, а ее диаметр составляет около 12 километров. Свое название нейтронные звезды получили за то, что почти целиком состоят из нейтронов.

Объект под названием SGR J1550-5418 располагается на расстоянии примерно 30 тысяч световых лет в созвездии Наугольника. Он был известен астрономам достаточно давно в качестве источника рентгеновского излучения. Кроме того, из всех известных нейтронных звезд SGR J1550-5418 обладает самым малым периодом вращения - около 2,07 секунды.

Первые вспышки гамма-излучения, исходящие от этого объекта, были зарегистрированы в октябре 2008 года. Наибольшей интенсивности они достигли 22 января 2009 года. В этот день за 20 минут произошло более сотни вспышек. По расчетам ученых, их суммарная энергия больше, чем энергия, которую вырабатывает Солнце за 20 лет. Потоки гамма-излучения были зарегистрированы орбитальными телескопами Swift и Ферми.

Событие января 2009 года заставило ученых классифицировать изучаемый объект как источник мягких повторяющихся гамма-всплесков. Это сделало SGR J1550-5418 всего лишь пятым известным объектом (плюс еще один кандидат) данного класса. По мнению специалистов, столь небольшое число наблюдаемых объектов подобного типа может говорить о том, что нейтронные звезды находятся в фазе источника мягких рентгеновских гамма-всплесков (астрономы полагают, что все магнетары в некоторый период своей жизни являются подобными источниками) достаточно недолго.

Теория Эйнштейна не смогла пройти экспериментальную проверку

Как сообщает Physorg со ссылкой на пресс-релиз Physikalisch-Technische Bundesanstalt, выявлены существенные расхождения процесса фотоэффекта с использованием высокоэнергетичных фотонов с общепринятой теорией фотоэффекта, за которую Альберт Эйнштейн получил Нобелевскую премию по физике.

Выяснилось, что высокоэнергетичные фотоны с длиной волны около 13 нм при высокой плотности излучения (порядка петаватт на квадратный сантиметр) приводят не к "выбиванию" отдельного электрона отдельным фотоном, но к взаимодействию всего волнового пакета с большим количеством внутренних электронов атомов. Эффект наблюдался при взаимодействии с ксеноном и сильно зависит от материала.

Новое открытие ставит под сомнение ряд фундаментальных положений современной квантовой физики и, в то же время, может найти применение в практической деятельности.

Изначально исследовательская группа пыталась решить прикладную задачу - разработки методов определения характеристик излучения рентгеновских лазеров на базе установки FLASH в Гамбурге с лазером FEL на свободных электронах.

Результаты исследования опубликованы в Physical Review Letters.

Более подробная информация о новом открытии будет представлена на портале Исследования и разработки – R&D.CNews.

Пульсар глазами художника. Иллюстрация с сайта allposters.co.uk

Астрономы увидели раскрутку нейтронной звезды

Астрономы впервые увидели рождение миллисекундного пульсара - нейтронной звезды, которая вращается вокруг собственной оси несколько сотен раз в секунду. Об этом сообщает New Scientist, а статья ученых появилась в журнале Science.

В рамках исследования астрофизики изучали пульсар J1023, который располагается на расстоянии примерно 4000 световых лет от Земли. Этот объект представляет собой двойную систему, состоящую из "обычной" звезды массой около одной солнечной и нейтронной звезды. Последняя вращается вокруг собственной оси 592 раза в секунду.

Считается, что этот объект был открыт в 2007 году. Однако в рамках своей работы ученые, изучив большое количество архивных фотографий, пришли к выводу, что J1023 наблюдался уже в 2000 году. Ранние наблюдения позволили установить, что вокруг нейтронной звезды имеется скопление большого количества материи. В более поздних наблюдениях это скопление отсутствовало.

По словам ученых, новые результаты подтверждают современные теории образования миллисекундных пульсаров. Считается, что на первом этапе в двойной системе образуется нейтронная звезда. Это компактные останки звезды, плотность которых сравнима с плотностью нейтронов внутри атомного ядра.

Данный объект обладает мощным магнитным полем и быстро вращается (до нескольких десятков оборотов в секунду). Со временем нейтронная звезда начинает воровать материю у звезды-компаньона, формируя вокруг себя акреционный диск. Именно в таком виде J1023 была зарегистрирована в 2000 году.

Угловой момент диска передается звезде и она начинает вращаться быстрее. Спустя некоторое время скорость достигает критических значений, и звезда сбрасывает акреционный диск. В результате появляется разогнанный пульсар. Именно в таком виде J1023 предстал перед учеными в 2007 году.

Карта реликтового излучения. Иллюстрация NASA/WMAP

В неоднородности реликтового излучения обвинили Солнце

Американские исследователи предложили объяснение неоднородностям реликтового излучения - они полагают, что данные дефекты являются результатом прохождения электромагнитных волн через границу ударной волны (termination shock). Статья исследователей пока нигде не опубликована, однако ее препринт доступен на сайте arXiv.org.

Граница ударной волны - это регион, где скорость солнечного ветра падает до субзвуковых скоростей. Здесь происходит резкое изменение давления, температуры, а также электромагнитных свойств межзвездной среды. Ученые полагают, что граница может действовать как гигантская линза для фотонов реликтового излучения.

Данные, полученные аппаратами Voyager 1 и Voyager 2, которые пересекли эту границу в 2003 и 2007 годах соответственно, указывают на то, что форма линзы далека от идеальной. Таким образом, заявляют исследователи, граница ударной волны может вносить значительные искажения в наблюдаемое реликтовое излучение.

Именно этими искажениями ученые предлагают объяснить наблюдаемую неоднородность излучения, которая противоречит современным космологическим теориям. Кроме того в пользу новой гипотезы говорят данные, полученные аппаратом NASA WMAP. Этот зонд предназначен для сбора данных о реликтовом излучении. На серии снимков, которые получили названия WMAP3 и WMAP5 соответственно, видны явные различия в характеристиках излучения. Ученые объясняют это тем, что со временем активность Солнца меняется, а следовательно изменяется и форма границы ударной волны.

Реликтовое излучение представляет собой излучение, оставшееся после Большого Взрыва. Существование излучения было предсказано теоретически. Фактическое обнаружение этого явления является одним из главных доказательств теории Большого Взрыва.

Грансфилд и Фойстел устанавливают на "Хаббл" новую камеру. Кадр NASA TV

Телескоп "Хаббл" обзавелся новой камерой

Продолжение: Астронавты "Атлантиса" начали второй выход в открытый космос

Астронавты Джон Грансфелд (John Grunsfeld) и Эндрю Фойстел (Andrew Feustel) поздно вечером 14 мая по московскому времени завершили первый выход в открытый космос в рамках миссии шаттла "Атлантис", сообщается на сайте NASA.

Во время работы в открытом космосе астронавты установили на телескоп "Хаббл" новую камеру Wide Field Camera 3. Камера, которая является основным рабочим инструментом телескопа, заменила Wide Field Planetary Camera 2, эксплуатировавшуюся в течение 16 лет.

Установка новой камеры была главной и наиболее сложной задачей Грансфелда и Фойстела. Как отмечает Agence France-Presse, демонтаж старой камеры вызвал у астронавтов определенные трудности, в результате чего они пробыли в открытом космосе на полчаса дольше, чем было запланировано.

Кроме того, астронавты заменили компьютерную систему обработки и передачи данных телескопа, отвечающую за работу всех компонентов "Хаббла" и передачу данных с телескопа на Землю. Астронавты также установили на телескоп новое стыковочное устройство и провели ряд других мелких работ по починке "Хаббла".

Выход в космос продолжался более семи часов и стал первым из пяти запланированных в рамках миссии шаттла "Атлантис". Следующая операция в открытом космосе назначена на 15 мая.

April 1, 2009: The sunspot cycle is behaving a little like the stock market. Just when you think it has hit bottom, it goes even lower.

2008 was a bear. There were no sunspots observed on 266 of the year's 366 days (73%). To find a year with more blank suns, you have to go all the way back to 1913, which had 311 spotless days: plot. Prompted by these numbers, some observers suggested that the solar cycle had hit bottom in 2008.

Maybe not. Sunspot counts for 2009 have dropped even lower. As of March 31st, there were no sunspots on 78 of the year's 90 days (87%).

It adds up to one inescapable conclusion: "We're experiencing a very deep solar minimum," says solar physicist Dean Pesnell of the Goddard Space Flight Center.

"This is the quietest sun we've seen in almost a century," agrees sunspot expert David Hathaway of the Marshall Space Flight Center.

Above: The sunspot cycle from 1995 to the present. The jagged curve traces actual sunspot counts. Smooth curves are fits to the data and one forecaster's predictions of future activity. Credit: David Hathaway, NASA/MSFC. [more]

Quiet suns come along every 11 years or so. It's a natural part of the sunspot cycle, discovered by German astronomer Heinrich Schwabe in the mid-1800s. Sunspots are planet-sized islands of magnetism on the surface of the sun; they are sources of solar flares, coronal mass ejections and intense UV radiation. Plotting sunspot counts, Schwabe saw that peaks of solar activity were always followed by valleys of relative calm—a clockwork pattern that has held true for more than 200 years: plot.

The current solar minimum is part of that pattern. In fact, it's right on time. "We're due for a bit of quiet—and here it is," says Pesnell.

But is it supposed to be this quiet? In 2008, the sun set the following records:

A 50-year low in solar wind pressure: Measurements by the Ulysses spacecraft reveal a 20% drop in solar wind pressure since the mid-1990s—the lowest point since such measurements began in the 1960s. The solar wind helps keep galactic cosmic rays out of the inner solar system. With the solar wind flagging, more cosmic rays are permitted to enter, resulting in increased health hazards for astronauts. Weaker solar wind also means fewer geomagnetic storms and auroras on Earth.

A 12-year low in solar "irradiance": Careful measurements by several NASA spacecraft show that the sun's brightness has dropped by 0.02% at visible wavelengths and 6% at extreme UV wavelengths since the solar minimum of 1996. The changes so far are not enough to reverse the course of global warming, but there are some other significant side-effects: Earth's upper atmosphere is heated less by the sun and it is therefore less "puffed up." Satellites in low Earth orbit experience less atmospheric drag, extending their operational lifetimes. Unfortunately, space junk also remains longer in Earth orbit, increasing hazards to spacecraft and satellites.

Above: Space-age measurements of the total solar irradiance (brightness summed across all wavelengths). This plot, which comes from researcher C. Fröhlich, was shown by Dean Pesnell at the Fall 2008 AGU meeting during a lecture entitled "What is Solar Minimum and Why Should We Care?"

A 55-year low in solar radio emissions: After World War II, astronomers began keeping records of the sun's brightness at radio wavelengths. Records of 10.7 cm flux extend back all the way to the early 1950s. Radio telescopes are now recording the dimmest "radio sun" since 1955: plot. Some researchers believe that the lessening of radio emissions is an indication of weakness in the sun's global magnetic field. No one is certain, however, because the source of these long-monitored radio emissions is not fully understood.

All these lows have sparked a debate about whether the ongoing minimum is "weird", "extreme" or just an overdue "market correction" following a string of unusually intense solar maxima.

"Since the Space Age began in the 1950s, solar activity has been generally high," notes Hathaway. "Five of the ten most intense solar cycles on record have occurred in the last 50 years. We're just not used to this kind of deep calm."

Deep calm was fairly common a hundred years ago. The solar minima of 1901 and 1913, for instance, were even longer than the one we're experiencing now. To match those minima in terms of depth and longevity, the current minimum will have to last at least another year.

In a way, the calm is exciting, says Pesnell. "For the first time in history, we're getting to see what a deep solar minimum is really like." A fleet of spacecraft including the Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), the twin STEREO probes, the five THEMIS probes, Hinode, ACE, Wind, TRACE, AIM, TIMED, Geotail and others are studying the sun and its effects on Earth 24/7 using technology that didn't exist 100 years ago. Their measurements of solar wind, cosmic rays, irradiance and magnetic fields show that solar minimum is much more interesting and profound than anyone expected.

Above: An artist's concept of NASA's Solar Dynamics Observatory. Bristling with advanced sensors, "SDO" is slated to launch later this year--perfect timing to study the ongoing solar minimum. [more]

Modern technology cannot, however, predict what comes next. Competing models by dozens of top solar physicists disagree, sometimes sharply, on when this solar minimum will end and how big the next solar maximum will be. Pesnell has surveyed the scientific literature and prepared a "piano plot" showing the range of predictions. The great uncertainty stems from one simple fact: No one fully understands the underlying physics of the sunspot cycle.

Pesnell believes sunspot counts will pick up again soon, "possibly by the end of the year," to be followed by a solar maximum of below-average intensity in 2012 or 2013.

But like other forecasters, he knows he could be wrong. Bull or bear? Stay tuned for updates.

Introduction

Particle acceleration is one of the more perplexing issues as we try to understand how solar flares work. The particles (electrons at 10s of keV, and ions at MeV energies) contain a large fraction of the total flare energy. Thus one cannot expect to find a self-consistent fluid (MHD) model. Nevertheless virtually all of the theoretical work on large-scale aspects of solar flares is presently within the MHD framework. In the topic described here there are features both of large-scale MHD concepts and also particle acceleration, so these ideas are somehow very attractive!

The coronal magnetic field can undergo large-scale restructurings during a flare or CME. If this restructuring happens adiabatically, i.e. on scales large compared with the Larmor motion of the particles in question, they can gain or lose energy. A "collapsing trap" is exactly the sort of geometry expected from large-scale magnetic reconnection, and so this concept provides a basic mechanism for particle acceleration in a flare or CME. The sketch in Figure 1 shows how this might work. Basically it shows reconnected magnetic field lines "dipolarizing" rapidly away from an X-point above the top of the diagram. This process is the basic element of the standard reconnection models of solar flares, as explained copiously elsewhere among the Nuggets (for example, here. The field-line motion can also be thought of as a plasma flow perpendicular to the field direction. The HTTCS is a "high-temperature turbulent current sheet" structure involved with the magnetic reconnection.

turbulent current sheet" structure involved with the magnetic reconnection.

Figure 1: A collapsing magnetic trap following large-scale coronal reconnection. The longer arrow shows the field deforming, so rapidly as to induce a fast-mode shock wave ("SW").

Betatron vs First-order Fermi Acceleration

A collapsing trap actually may accelerate particles in two distinct ways: "betatron" and first-order Fermi acceleration. These result respectively from diminishing diameter of the collapsing flux tube, and from its decreasing length. The latter is easier to understand - as the trap shortens, the two reflective mirrors apparently approach one another. The motion of the mirror means that the reflected particle gains energy. To understand the betatron process one has to follow the basic physics of adiabatic particle motion; essentially the particle energy increases proportionally to the magnitude of B during the collapse. The Fermi process is a little more complicated since it depends on the field geometry in a more complicated way.

Figure 2: Simplification of the geometry. Contraction of the trap in length L causes Fermi acceleration, and contraction perpendicular to B causes betatron acceleration.

This rough description omits a great deal of complexity. Even though the basic physics is straightforward, and has been known for many decades, the application to an astrophysical situation requires that we know what particles are there, how the flows in the plasma proceed, and other somewhat intangible details involving wave-particle interactions. To assess these complicated issues in a satisfactory manner really requires model-building, using realistic parameters taken from the observations as a guide. We also need to bear in mind the distribution function of the particles prior to the collapse.

Some Data

It seems a foregone conclusion that this mechanism plays some sort of role in flare particle acceleration, since we are quite sure on energetics grounds that the coronal magnetic field has to restructure itself during an event. So any particles attached to restructuring fields are going to get accelerated at least some of the time. Another place where this sort of mechanism is well accepted is the Earth's magnetosphere, where "radial diffusion" pumps particles up in energy as they approach the Earth via multiple scattering processes.

In the case of solar flares it seems very likely that the collapsing-trap physics plays a role in the formation of coronal hard X-ray sources, about which we have been learning a great deal from RHESSI (see here, here, here, or here for various Science Nuggets on likely events.

Figure 3: A coronal hard X-ray source observed by RHESSI (courtesy S. Krucker).

Conclusion

The basic idea of the betatron mechanism was introduced to to explain the behavior of flare hard X-rays in the 1970s by John Brown and Peter Hoyng. The idea of particle acceleration by varying magnetic fields had been around prior to that, notably in a 1933 paper by Swann and then by Forbush, who explained increases of "solar cosmic rays" in this way. The betatron, incidentally, can also be called an Ausserordentlichhochgeschwindigkeit-electronenentwickelndesschwerabeitsbei-gollitron. It (and first-order Fermi acceleration) has come back into vogue not only because of the new information about coronal hard X-ray sources mentioned above, but also because of the growth of the new field of coronal seismology. We've already touched on this in an earlier Nugget. (Yet another Nugget dealt with the probably not unrelated sunquakes). We look forward to the complete surveys of oscillations in the solar corona that the soon-to-be-launched Solar Dynamics Observatory (SDO) will provide. Data comparisons between RHESSI and SDO's imager AIA instrument will be informative. Will these new observations provide further insight into the acceleration mechanisms implied by the "collapsing trap"?

Introduction

This Nugget picks up the discussion of the somewhat tardy Solar Cycle with the (arbitrary) identification number 24. The increase of sunspots into the next cycle maximum should be starting shortly - but hasn't yet. Here we discuss how perplexing this is, considering some of the options, and then briefly review our workshop devoted to planning for the new cycle. We also discuss an innovation - the reporting of the workshop activities in this Wiki.

Figure 1: This figure summarizes the 400 years of regular sunspot number observations.
This figure was prepared by Robert A. Rohde and is part of the Global Warming Art project.

Solar Cycles

As is well known, sunspot numbers go up and down with an 11-year period, which turns out to be half of the 22-year "Hale cycle" (George Ellery Hale discovered solar magnetism, and it turns out that alternate 11-year cycles have mirror-image latitude distributions of magnetic polarity. Richard Carrington, a 19th-century solar astronomer who made many discoveries, started the counts of 11-year "Carrington cycles"). We find ourselves just finished with the 23rd Carrington cycle, and hoping for a 24th to happen. New sunspots have always before emerged roughly on schedule, except for the interesting period of the Maunder Minimum, a period in the late 17th century when sunspots almost disappeared (see Figure 1). This had many interesting implications, effects on radiocarbon dating via, for example, tree rings.

There is currently a slow buzz of excitement regarding the lack of new Cycle-24 sunspots. Could this solar minimum turn into another extended solar minimum, with possible consequences for our terrestrial climate? Or is it too early to be sure? Our workshop dealt with this question in some detail. The consensus opinion (opinions count here, since there is no workable theory of the solar cycle) holds that it is too soon to panic. We illustrate this with Figure 2, which uses the microwave radio index F10.7 to monitor the state of solar activity. More sunspots and more solar flares generally accompany higher values of 10-cm radio flux index (see Figure 1).

Figure 2: Variation of the 10-cm radio flux index F10.7. The red line is the current cycle, as yet not terminated - hence the red?

The comparison of cycle lengths by simply setting a threshold on this index (note that there are many ways to estimate cycle parameters, all of them quite uncertain because we have so few recorded cycles - a humble solar example of cosmic variance perhaps).

Our workshop

The Solar24 workshop focused on trying to get new observations right. There are many new observing facilities now available or soon to appear. In decreasing order of age we could list SDO, Hinode, STEREO, our own RHESSI, TRACE, SOHO, and of course many ground-based observatories. The advance of technology makes the ground-based observatories competitive in spite of the obvious advantages of having your observatory in space where there is no atmosphere - that is, of course, at near-UV, optical, IR and radio wavelengths. The workshop actually consisted of nine workshops, coordinated as follows in Figure 2. As shown in the Figure, the idea was to have these specialized groups cross-fertilize with each other as much as possible. This worked in some of the case, but getting this to happen is a perpetual problem in solar physics, which deals with an object that is at the same time complicated, broadly observed, and not so well understood at the level of its variations and dynamical structures.

Figure 3: Schedule of workshops at the Solar24 meeting in Napa, California, Dec. 2008

One of the key realizations at this workshop (at least as far as author HSH was concerned) was the growing realization that we can begin to return safely to the chromosphere - safely because observing and modeling tools are becoming mature enough to help with sorting it out in a meaningful way physically. This is the most complicated and important layer of the solar atmosphere, we believe.

Our Workshop's Innovation - Wiki reporting

In times past, scientific conferences often had recorded questions and answers, scribbled in real time during the presentations. These often captured some of the more interesting insights due to the spontaneity of the recording process. This type of recording is not done much any more; part of the problem might be in uncertainty about how to handle the archival aspect of the information. Is it appropriate to cite a hasty extemporaneous remark as a piece of real scientific literature?

In the Solar24 conference we (mainly author SC) hit upon a possible alternative that we feel merits extension. For each of the sessions we tried to appoint or recruit "scribes," persons (often younger ones) who would not mind the trouble of acting as real-time reporters into this Wiki. The Wiki formatting is easy, and it is self-correcting in the sense that anybody can go over the material and judiciously improve it. The scribes' notes ideally capture the flow not only of the presentation, which of course typically would be linked as a .pdf file, but also the questions and answers. In this sense it is a modern return to the old conference style of recording the verbal interactions between the speaker and the members of the audience. Personal interaction is a vital part of how science is conducted, as a practical matter. Scientists are just now beginning to use a tool that they invented years ago (the Internets!) to rekindle scientific conversation (see for example arXiv which brings the scientific literature out of stuffy libraries and puts it freely at everyone's fingertips). Many so-called web 2.0 websites are also now trying to harness the power of crowds (crowd-sourcing) to gather knowledge and organize information (see this wiki's grandfather Wikipedia). This "crowd-sourcing" does not need to be unrefereed (see e.g., Scholarpedia).

Conclusion

We do not know what is happening to the new solar cycle, but we conclude that we should take a hint from the Hitchhiker's guide to the Galaxy, hold on tight to our blanket, and not panic. In the meanwhile we have learned a lot about solar activity and are a bit better prepared for its resumption. We think our Wiki is a possible new direction for science publishing and discussion, made possible by the Web technology that enables our Science Nuggets, the Living Reviews, and the indispensable NASA ADS archive access.

Черная дыра, поглощающая материю. Иллюстрация с сайта sciencemuseum.org.uk

Все элементарные частицы оказались миниатюрными черными дырами

Исследователи из США установили, что все известные на настоящий момент элементарные частицы могут представлять собой миниатюрные черные дыры. Статья исследователей пока не принята в какой-либо научный журнал, однако ее препринт доступен на сайте arXiv.org.

На настоящий момент в физике известно четыре фундаментальных взаимодействия: сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное, причем последнее является наиболее слабым. Сейчас во многих теориях предполагается, что гравитация на самом деле является достаточно сильной. Например, в теории суперструн слабость гравитации является "кажущейся" и связана с тем, что мы рассматриваем ее ограничение на наше четырехмерное пространство-время (в рамках теории струн наш мир представляется 10- или 11-мерным).

Исследователи пользовались предположением о том, что гравитация достаточно сильна в случае, когда речь идет о масштабах, сравнимых с планковской длиной, то есть примерно 1,6x10^-35 метра. Расчеты показывают, что в подобных масштабах возможно образование микроскопических черных дыр.

Напомним, что согласно современным представлениям, время жизни подобных объектов крайне мало - они испаряются в результате квантового эффекта, называемого излучением Хокинга. Однако исследователи показали, что в рамках их гипотезы черные дыры могут находиться в некотором устойчивом состоянии.

Расчеты показывают, что подобные черные дыры будут обладать свойствами, сходными с элементарными частицами. В частности, физики отмечают, что возможно существование большого количества микроскопических черных дыр, свойства которых будут заметно отличаться друг от друга.

Отсюда исследователи делают вывод, что существует вероятность, что все элементарные частицы являются просто стабильными микроскопическими черными дырами. Подтверждение эта экстравагантная теория, по мнению физиков, может получить после того, как начнут поступать первые данные с Большого адронного коллайдера.

Майкл Гуд работает в открытом космосе. Фото с сайта NASA

Астронавты завершили четвертый выход к телескопу "Хаббл"

Майкл Массимино (Michael Massimino) и Майкл Гуд (Michael Good) находились вне космического корабля 8 часов 2 минуты. Во время выхода астронавты, в частности, заменили низковольтный блок питания с неисправным трансформатором, из-за которого с августа 2004 года спектрограф "Хаббла" находился в "безопасном режиме".

Из-за сложностей с откручиванием болтов было решено отложить установку новой изоляционной панели. Предполагается, что эта задача будет выполнена во время последнего, пятого выхода астронавтов "Атлантиса" в космос. Он намечен на 9:16 понедельника по восточному поясному времени (17:16 понедельника по московскому) и продлится около пяти часов.

Напомним, благодаря ремонтным работам экипажа "Атлантиса" время службы телескопа "Хаббл" будет продлено на срок до десяти лет, после чего его затопят в Тихом океане.

It gets the accolade as the second Magic telescope collects its first light on 25 April.

Gamma-ray radiation is emitted by the most distant, earliest galaxies and the most violent stellar processes.

Magic measures gamma rays via the particle showers they cause as they arrive in our atmosphere.

When built, the first Magic telescope was the largest gamma-ray telescope in the world, but was supplanted in 2003 by the High-energy Stereoscopic System, a four-telescope array in Namibia.

The mantle will be passed back to Hess later in 2009; this week also sees the first arrival at the Hess site of parts for Hess II, a 30m, 600-tonne successor to the original four Hess telescopes.

The Magic II telescope was due to be inaugurated in September 2008. However, the project's manager Florian Goebel of the Max Planck Institute of Physics in Munich (MPI) died while working on the telescope's camera a week before the initial inauguration date.

Speed limit

Telescopes like Magic and Hess detect gamma rays indirectly, by watching for Cerenkov radiation.

While the speed of light in a vacuum is the universal speed limit, each material has its own, lower speed at which light can travel through it.

Cerenkov radiation is responsible for the blue glow of nuclear reactors

Cerenkov radiation is created when fast-moving gamma rays pass through matter - in this case, the Earth's atmosphere. Gamma rays kick off a shower of fast-moving particles in the atmosphere, which in turn emit Cerenkov radiation.

This process is also responsible for the eerie blue glow of nuclear reactor cores.

"Gamma ray telescopes deal with the highest possible energies and processes that take place in the Universe," said Razmik Mirzoyan, the astrophysicist who is leader of the MPI's Magic group.

"For a given process, one needs to measure its proper messengers, so for measuring very high energies one needs to measure the photons that carry these very energies - gamma rays," he told BBC News.

The second Magic telescope will give the observatory stereoscopic vision, making experiments up to nine times faster and increasing their angular resolution by nearly a third, so that the sources of the gamma rays can be more precisely pinned down.

The telescopes will also be better poised to catch gamma-ray bursts, the showers of the rays that occur when a black hole is formed.

"For dark matter searches, our potential will strongly increase," Dr Mirzoyan added. "The pair of Magics will improve our sensitivity at energies of a few tens of gigaelectron volts, where the signatures of the dark matter could be anticipated."

В хороводе карликовых галактик вокруг Млечного Пути нашёлся парадокс, необъяснимый с точки зрения механики и теории «тёмного вещества». Астрономы считают его сильным свидетельством в пользу спорной теории МоНД, требующей уточнения второго закона Ньютона.

Ещё в 30-х годах прошлого века работавший в США швейцарский астроном Фриц Цвикки заметил, что в самых крупных известных на тот момент структурах Вселенной – скоплениях галактик – чего-то не хватает. Отдельные галактики в этих скоплениях двигались так быстро, что суммарной массы составляющих их звёзд не хватало, чтобы удержать систему связанной, и если бы не какая-то «скрытая масса», эти скопления давно бы разлетелись в разные стороны.

Что представляет собой «скрытая масса», Цвикки не знал и так и не узнал до конца своей жизни. Это мог быть не превратившийся в звёзды газ, пыль, какие-то другие слабо светящиеся объекты. Никаких указаний на её природу не было, а встречалась она, казалось, лишь в галактических скоплениях.

По прошествии 40 лет астрономы снова встретились со «скрытой массой». Сначала учёные из эстонской Тартуской обсерватории под руководством Яана Эйнасто, а затем и американка Вера Рубин с коллегами показали, что массы недостаёт и во внешних областях галактик. Как и галактики в скоплениях, звёзды в галактиках тоже двигались быстрее, чем им было положено, и их тоже, видимо, должно было удерживать что-то «лишнее». Эйнасто тут же сообразил, что именно внешние гало галактик (тогда их называли «коронами», как солнечную корону) и могут быть вместилищем недостающего вещества.

Примерно в то же время дополнительная материя понадобилась и другим теоретикам – тем, кто занимался вопросами образования иерархии космических структур – от звёзд и галактик до гигантских скоплений и крупномасштабных «нитей» и «стенок», вдоль которых расположены скопления. Из расчётов получалось, что массы видимого вещества категорически не хватает, чтобы эти структуры выросли за время жизни Вселенной. Здесь тоже нужно было что-то дополнительное, лишнее, и нужно его было много – в разы больше, чем всего видимого вещества.

К началу 1980-х годов эта проблема – «скрытой массы», или «тёмного вещества», – встала в астрономии во весь рост.

И, по сути, остаётся проблемой до сегодняшнего дня. Что это такое, до сих пор никто не знает, хотя и недостатка в гипотезах на этот счёт не наблюдается.

Доминирующей точкой зрения остаётся та, согласно которой тёмную материю составляют массивные элементарные частицы, по какой-то причине очень слабо взаимодействующие с обычным веществом. Устройство мира этих тёмных частиц остаётся тайной за семью печатями, потому что и наши приборы, сделанные из «обычного» вещества, с этим миром почти не соприкасаются. Его частицы не испускают и не поглощают свет, проходят насквозь через звёзды, планеты и наши тела, не взаимодействуя с «нормальными» атомами.

Заметить их мы можем только по гравитационному притяжению с их стороны – например, в галактиках и их скоплениях, где плотность звёзд очень низка; почувствовать их притяжение на Земле и в её ближайших окрестностях не получается, потому что здесь слишком много обычного вещества, на фоне притяжения которого притяжение скрытой массы просто теряется. Впрочем, в последние месяцы появилось сразу несколько экспериментальных результатов, в которых, не исключено, проявилась именно внутренняя – и совсем нетривиальная – структура мира этой тёмной материи. Развитие этой области науки идёт стремительно, и здесь пока очень сложно отделять зёрна от плевел, а здание «новой физики» – от «лесов» математических конструкций, при помощи которых это здание возводится.

Вместе с тем, есть и радикально иная точка зрения на проблему: если законы движения звёзд и галактик предсказывают больше вещества, чем мы видим, – может, проблема не в веществе и нашем зрении, а в самих законах?

При этом речь не идёт даже о законах теории относительности Эйнштейна. Для описания движения звёзд во внешних областях галактик вполне достаточно приближения ньютоновой механики – закона гравитации Ньютона и второго закона его же динамики, так что с ними и предлагается поспорить. Сторонники этой точки зрения вполне резонно замечают, что экспериментально эти законы никогда не проверялись ни на таких огромных расстояниях, которые имеют место в галактиках, ни при таких крохотных ускорениях, что испытывают звёзды, движущиеся на их границах. Что если эти законы нужно модифицировать?

Попытки «поиграться» с формой закона тяготения предпринимались неоднократно, однако ничего путного из них не вышло. То, казалось бы, успешная модификация вдруг спотыкалась о давно установленный в пределах Солнечной системы факт, то предложенный закон делал предсказания чего-то ненаблюдаемого. Чаще же всего они просто не выполняли своего предназначения – необходимость привлечь «тёмную материю», которую выгнали в дверь, начинала маячить в окне новых наблюдений.

Наконец, в начале 1980-х годов израильский астрофизик Мордехай Мильгром осмелился «покуситься на святое» – он предположил, что менять надо не закон тяготения, а второй закон Ньютона, по которому ускорение тела равно приложенной к нему силе, поделённой на его массу.

Мильгром показал, что если при низких ускорениях силе пропорционально не само ускорение, а его квадрат, то движение внешних областей галактик и их скоплений тут же находят объяснение – безо всякой тёмной материи.

Более того, из «модифицированной ньютоновой динамики» (МоНД) Мильгрома совершенно естественным и очевидным образом вытекали и ещё несколько эмпирических законов, связывающих различные характеристики галактик, над объяснением которых астрономы долго ломали головы. Из-за этих успехов и шанса избежать неведомой «тёмной материи» астрономы, выражаясь современным языком, «повелись» на мильгромовский МоНД, и среди астрономов эта теория обсуждается если и не наравне с доминирующими представлениями о наличии тёмной материи, то, по крайней мере, всерьёз.

Стоит отметить, что отношение к МоНДу среди физиков-теоретиков совсем иное – для большей части из них это ересь почти того же порядка, что светоносный эфир или торсионные двигатели. И их можно понять: например, релятивистскую, то есть удовлетворяющую выраженным теорией относительности представлениям о симметрии пространства-времени, версию МоНДа пришлось ждать 20 лет. Израильский физик-теоретик мексиканского происхождения Якоб Бекенштейн опубликовал соответствующую теорию (тензорно-векторно-скалярную гравитацию, ТеВеС) лишь в 2004 году. А до того момента все рассуждения Мильгрома и его коллег физики-теоретики воспринимали примерно так же, как сегодняшние океанологи восприняли бы бубнёж об особенностях циркуляции вод в Индийском океане, опирающийся на модель плоской Земли.

Сейчас обсуждать МоНД стало делом более пристойным, и вот теперь вполне уважаемый профессор Павел Кроупа из Астрономического института имени Аргеландера при Боннском университете в Германии утверждает, что

ему и его коллегам удалось обнаружить парадокс, разрешение которого так или иначе требует отказа от ньютоновой механики.

О своей работе австралиец чешского происхождения Кроупа рассказал на ежегодном совместном общеевропейском и национальном астрономическом съезде (JENAM), который в 2009 году проходит в британском Хартфордшире.

Работа Кроупы, Мануэля Меца и Гельмута Ерьена посвящена карликовым галактикам, окружающим наш звёздный дом – гигантскую галактику Млечный Путь. Недостаток карликов в наблюдениях и так долгое время считался большой проблемой доминирующей космологической модели, но в последнее время проблема, кажется, потихоньку снимается.

Обнаружить их довольно сложно, потому что на фотографиях неба карликовые галактики не выделяются на фоне мириад светил нашей звёздной системы – их удаётся идентифицировать лишь тогда, когда выясняется, что у всех этих звёзд одинаковые физические и кинематические характеристики. Лишь благодаря исполинскому Слоановскому цифровому обзору неба (SDSS) их количество в последнее время начало приближаться к предсказаниям теории.

Кроупа и его коллеги заметили, что значительная часть карликовых галактик, особенно далёких, располагаются примерно в одной плоскости вокруг Млечного Пути и вращаются в одну и ту же сторону, как планеты Солнечной системы вокруг Солнца. Теория тёмной материи предсказывает, что распределение должно быть более или менее изотропным и уж в любом случае в нём не должно быть выделенной оси вращения.

Этот парадокс можно разрешить, если предположить, что указанные карлики – это ошмётки более крупной галактики, поглощённой Млечным Путём миллиарды лет назад. Однако в таком случае в них не должно быть никакой тёмной материи: ободранные с краёв поглощаемой крупной галактики звёзды отваливались от неё без «хвоста» из тёмной материи. Это, в свою очередь, напрямую противоречит другим наблюдениям: звёзды по краям карликов движутся слишком быстро, чтобы их могло удержать притяжение других звёзд.

Иначе говоря, если работают законы Ньютона и есть тёмная материя, тогда там, где она есть по законам Ньютона, её быть не должно.

По мнению Кроупы и его коллег, из этого парадокса один выход – отказаться от ньютоновой механики.

По словам учёных, стыдиться этого нечего. В истории физики уже были случаи, когда ньютонову механику применяли в тех режимах, где она не была экспериментально проверена – например, на очень высоких скоростях или в очень маленьких масштабах, и это приводило к парадоксам. Именно так возникли теория относительности и квантовая механика. Возможно, пора уточнить ньютонову механику и в режиме очень низких ускорений.

Гравитационный коллапс звезды глазами художника. Джеты (белым цветом) являются источниками гамма-излучения. Иллюстрация с сайта isdc.unige.ch

Найден самый удаленный объект во Вселенной

Астрономы обнаружили самый удаленный из известных на настоящий момент объектов во Вселенной. Им оказались останки взрыва GRB 090423 (вероятно черная дыра), который привел к возникновению вспышки гамма-излучения (gamma-ray burst - GRB). Об этом сообщает New Scientist.

Для измерения расстояния до удаленных объектов Вселенной астрономы используют так называемое красное смещение. Данное явление является результатом расширения пространства, которое приводит к сдвигу спектров излучения объектов в сторону красного цвета. Чем дальше свету добираться до Земли - тем более сдвинутым оказывается спектр.

При помощи орбитального телескопа Swift астрономы обнаружили GRB с красным смещением 8,2. Это означает, что данный взрыв произошел 13,1 миллиарда лет назад, то есть тогда, когда Вселенной было всего несколько сотен миллионов лет. Спектральный анализ вспышки для определения смещения был проведен телескопами на Гавайских островах.

По словам исследователей, новый объект является самым удаленным из известных на сегодняшний день. Предыдущий рекордсмен из класса гамма-вспышек имел смещение 6,7, а самая далекая из известных галактик - 6,96. При этом астрофизики отмечают, что ранее появлялись сообщения об обнаружении галактик со смещением 9 или 10, однако эти данные не были подтверждены независимыми наблюдениями.

Ученые надеются, что новое открытие поможет в изучении так называемой эпохи реионизации. Это время, когда стали появляться первые звезды, которые своим излучением ионизировали нейтральный водород, заполнявший молодую Вселенную.

Согласно современным представлениям, вспышки гамма-излучения возникают, когда гравитационный коллапс массивной звезды, у которой выгорело "топливо", приводит к выбросу так называемых джетов. Эти струи материи, движущиеся с высокой скоростью, и являются источниками гамма-лучей. При этом в результате коллапса формируется черная дыра.

Российский спутник зафиксировал гигантский выброс плазмы на Солнце

Российский спутник зафиксировал гигантский выброс плазмы на Солнце. Датчики спутника в течение 10 часов фиксировали, как на краю солнца при полном отсутствия видимой активности был неожиданно сформирован и выброшен исполинский протуберанец. Его длина составила более 600 тыс. километров. Это в 50 раз больше диаметра Земли.
Скорость выброса достигала нескольких сотен километров в секунду, однако специалисты ожидают, что плазма может не преодолеть притяжения Солнца и упадет обратно. В любом случае, этот протуберанец практически не имеет шансов встретиться с Землей.

Главная страница Wolfram Alpha

В Сети появится универсальный вычислитель ответов

В отличие от поисковиков, Wolfram Alpha не использует полнотекстовый поиск, пытаясь найти в Сети существующий ответ на вопрос, а вычисляет его самостоятельно. Новый сервис сможет ответить на вопрос "Где находится Тимбукту?", "Сколько протонов в атоме водорода?", а также, например, "Когда акции Google стоили больше 300 долларов?", не прибегая к веб-поиску. Вместо этого Wolfram Alpha проанализирует поступающие данные и вычислит результат.

Ожидается, что Wolfram Alpha сможет отвечать на вопросы из области науки, технологии, географии, кулинарии, бизнеса, музыки и многих других.

Основой для Wolfram Alpha является вычислительный механизм Mathematica, одной из самых популярных программ компьютерной алгебры, пригодной как для аналитических преобразований, так и для численных расчетов.

Над проектом работало около сотни человек. Вольфрам утверждает, что новый сервис позволит получать фактологическую информацию при помощи простой поисковой строки.

В возникновении молний обвинили космические лучи

Российские физики предложили свою теорию возникновения молний, сообщает РИА Новости. По мнению ученых из группы Александра Гуревича, работающего в Физическом институте имени Лебедева РАН (ФИАН), молнии рождаются под влиянием космического излучения.

Молния представляет собой гигантский электрический разряд, возникающий в нижних слоях атмосферы. Первым природу молний объяснил американский ученый, журналист и политический деятель Бенджамин Франклин в 1752 году. Во время грозы он запустил воздушного змея с прикрепленным к шнуру металлическим ключом, и увидел, как от ключа разлетаются искры. Франклин заключил, что молния - это разряд, возникающий между облаками и Землей.

Для возникновения разряда необходимо, чтобы между облаками и Землей (или между соседними облаками) была значительная разность потенциалов. Когда она достигает некоего порогового значения, возникает "пробой" - молния.

В этой теории есть одно слабое место. Как рассказал корреспонденту агентства один из исследователей, член-корреспондент РАН Кирилл Зыбин, расчетное значение порогового поля на порядок превосходит реально наблюдаемое. По мнению ученых, для возникновения молний необходима некая "затравка", в качестве которой может выступать космическое излучение. Оно представляет собой потоки частиц высокой энергии, достигающих Земли из космоса.

Гуревич и его коллеги считают, что высокоэнергетические космические частицы запускают процесс, получивший название пробоя на убегающих электронах (ПУЭ). ПУЭ представляет собой лавинообразное размножение в веществе быстрых электронов с характерной энергией 0,1-10 мегаэлектронвольт. В атмосфере ПУЭ возникает в постоянном электрическом поле, на порядок меньшем поля обычного пробоя.

Ученые выдвинули еще одну гипотезу, связанную с молниями. Согласно их данным, при каждом "шаге" молнии выделяется большое количество гамма-квантов. Такой вывод был сделан по итогам наблюдений, проведенных в высокогорной станции ФИАН Тянь-Шане: гамма-всплески фиксировались только во время грозы.

Что касается гипотезы о роли ПУЭ в возникновении молний, то пока проверить ее экспериментально не представляется возможным, уточняют ученые.

Следует отметить, что Гуревич и Зыбин занимались изучением ПУЭ в грозовых процессах еще в 2001 году. Здесь можно прочитать их обзор, посвященный этому вопросу.

Изображение спутника "Коронас-ФОТОН" с сайта проекта

Запуск спутника "Коронас-ФОТОН" отменен за несколько минут до старта

Запуск российского спутника "Коронас-ФОТОН", который должен был состояться с космодрома Плесецк 29 января в 16:30 по московскому времени перенесен на неопределенное время, сообщает "Интерфакс" со ссылкой на помощника командующего Космическими войсками Алексея Золотухина. Решение перенести старт было принято за несколько минут до запланированного времени запуска. Новая дата старта назначена через 24 часа, сообщает РИА Новости.

На орбиту "Коронас-ФОТОН" должна была вывести ракета-носитель серии "Циклон-3". Первые данные о состоянии установленных на спутнике телескопов ТЕСИС должны были поступить на Землю третьего февраля 2009 года.

Комплекс ТЕСИС был разработан в Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца Физического института РАН (ФИАН). Он предназначен для исследования структуры и динамики солнечной короны и переходного слоя солнечной атмосферы, мониторинга солнечных вспышек, изучения нестационарных явлений, таких как выбросы корональной плазмы. Кроме того, с помощью телескопов ТЕСИС ученые надеются разработать методы раннего прогнозирования магнитных бурь и возмущений в земной магнитосфере.

Предполагается, что спутник проработает на орбите три года. За это время ТЕСИС должен получить не менее миллиона изображений солнечной короны, солнечных вспышек и других явлений. Кроме того, спутник запишет около 200 часов видеоматериалов.

"Коронас-ФОТОН" является третьим космическим аппаратом в этой серии. Первые два - "Коронас-И" и "Коронас-Ф", были запущены в 1994 и в 2001 годах соответственно. В настоящее время оба аппарата уже выведены из эксплуатации.

Перспективы современной астрономии

Астрономические новости традиционно являются одними из самых любимых научных новостей. Сообщения о далеких звездах, черных дырах, туманностях, темной материи и темной энергии всегда вызывают повышенный интерес. Чтобы подчеркнуть важность астрономии, по инициативе Международного астрономического союза и ЮНЕСКО наступивший 2009 год будет посвящен этой науке. Какие из астрономических открытий последних лет можно назвать самыми важными? Каковы перспективы развития астрономии в обозримом будущем? На эти и другие вопросы читателей "Ленты.ру" ответил ученый секретарь Национального комитета российских астрономов, ведущий научный сотрудник Института астрономии Российской академии наук Олег Малков.

Обращение Олега Малкова к читателям Ленты.Ру:

Уважаемые читатели Ленты,

прежде всего, хочу поблагодарить вас за интересные вопросы, а администрацию Ленты – за предоставленную нам с вами возможность обменяться мнениями. Конечно, я не являюсь экспертом по всем обсуждаемым проблемам, поэтому прибегал к помощи своих коллег, которым тоже выражаю искреннюю благодарность: Д.З.Вибе, Н.С.Кардашеву, А.А.Соловьеву, В.Г.Сурдину, А.В.Тутукову, Б.М.Шустову. Я также старался снабжать ответы ссылками на сайты, где о данной проблеме можно найти более подробную информацию.

Должен сообщить, что многие из поднятых вами вопросов будут обсуждаться на Всероссийской конференции "Астрономия и общество" (25-27 марта, МГУ) – важнейшем событии Международного года астрономии в России. В программу конференции включены обзорные лекции ведущих российских астрономов на популярные в обществе темы. Лекции рассчитаны на широкий круг слушателей.

Кроме того, на этом сайте мы организовали прием вопросов на астрономические и околоастрономические темы. Те, кто не успел задать вопрос на этой пресс-конференции, или если вам требуется уточнение – добро пожаловать на наш сайт.

Наконец, обращаю ваше внимание на то, что в настоящее время проводится опрос астрономов (как профессионалов, так и просто интересующихся астрономическими проблемами) с целью дать экспертную оценку будущего астрономии. Для этого был скомпилирован список из 35 вопросов формата "Когда произойдет то или иное событие / открытие, связанное с астрономией?" Список был подготовлен ведущими астрономами-популяризаторами с помощью научных журналистов. Тот факт, что ваши вопросы во многом совпадают с вопросами из списка, свидетельствует, что мы правильно расставили акценты и обозначили актуальные проблемы. Мы приглашаем всех желающих ответить на вопросы экспертизы на нашем сайте. Результаты опроса будут обработаны к середине марта, и коллективный прогноз развития астрономии будет доложен на упомянутой выше конференции "Астрономия и общество".

Максим [19.01 13:31]

Какими сроками вы ограничиваете выход астрономии на тот уровень, когда можно будет с хорошей точностью "взвешивать" хотя бы нашу галактику? Последние данные о пересмотре массы нашей галактики ставят под сомнение возможности сколь-нибудь точной оценки масс во вселенной, а из этих оценок родилась темная материя.

Здесь, во-первых, нужно учитывать, что оценки массы именно нашей Галактики сопряжены с особенными трудностями: поскольку мы находимся внутри нее, значительная часть даже светящегося вещества видна нам очень плохо или не видна вовсе. В этом отношении изучать, скажем, Туманность Андромеды гораздо проще. Во-вторых, оценки массы Галактики зависят от расстояния, до которого производятся измерения (строгого понятия "граница Галактики" не существует). В-третьих, важно решить, что именно считать хорошей точностью. Вообще, требуемая точность определяется решаемой задачей. Скажем, массы планет необходимо знать с высокой точностью не из спортивного интереса, а потому, что от знания этих масс зависит наша способность предсказывать траектории космических аппаратов или естественных тел Солнечной системы. Галактическая астрономия пока на точность определения масс галактик особых ограничений не накладывает. Кроме того, гипотеза о темной материи родилась не из оценки массы Галактики, а, скорее, из явного несовпадения оценок массы скоплений галактик, полученных различными способами, то есть, из несовпадения гравитирующей массы и светящейся массы. Темная материя располагается, в основном, между галактиками.

Lathean [19.01 14:45]

Что нужно сделать государственным научным организациям, связанным с изучением космоса, чтобы астрономия и астрофизика в учебных заведениях встали в один ряд с такими дисциплинами как математика, физика, химия, биология?

Астрономия играет важнейшую роль в формировании правильного взгляда на мир у детей и юношества. Идущие сейчас реформы школьного и высшего образования привели, в частности, к уменьшению количества учебного времени, выделяемого на астрономию. Систематическое изучение астрономии представляется особенно актуальным именно сейчас, во времена оглушительного разгула разного рода лженаук и паранаук. Пробелы в образовании подрастающих безграмотных поколений заполняются суррогатами, а государство, развивающееся без науки, всегда становится жертвой более благоразумных соседей.

Если говорить о высших учебных заведениях, то государственные научные организации прилагают все усилия к тому, чтобы специальность "астрономия" осталась в тех вузах, в которых существует сейчас. В этом аспекте Болонский процесс в России смысла не имеет и даже вреден, так как приводит, в частности, к заметному уменьшению часов (и лет), выделяемых на изучение ряда фундаментальных дисциплин (таких как астрономия) и выдавливанию их на уровень магистратуры. От этого традиционно высокий уровень советского и российского высшего образования, по крайней мере в области точных наук, будет только падать.

Что же касается астрономии в школах, то тут необходима, прежде всего, поддержка широкой общественности. Исключение астрономии из списка обязательных для изучения предметов является колоссальной ошибкой. Люди, принимающие решения, должны услышать аргументы, высказываемые обществом за сохранение в школах предмета "астрономия". Усилий одних только научных организаций здесь явно не достаточно.

Интересующийся [20.01 00:39]

1. В последнее время почти каждое астрономическое исследовние требует всё больше денег - сверхкрупные телескопы, телескопы с множеством зеркал, космические телескопы на разные длины волн... хватит ли денег в условиях кризиса?

2. Какие исследования оказались самыми дорогими? Какие важные результаты, наоборот, не потребовали крупных затрат?

3. Каковы сейчас наиболее перспертивные направления исследований в астрономии в целом и в астрофизике в частности?

1. Астрономические исследования стоят, конечно, больших денег, но не запредельных. Например, типичная непилотируемая экспедиция к Марсу обходится в несколько сотен миллионов долларов – по несколько долларов на каждого жителя России. В такую же сумму обходится и создание очень крупного телескопа. Также нужно учитывать, что практически ни один более или менее значимый астрономический проект не реализуется в наше время силами одной страны, а является продуктом обширной международной кооперации. Так что в масштабах страны не такое уж это тяжелое финансовое бремя.

2. Специфика астрономии состоит в том, что основные затраты связаны не с исследованиями, а с изготовлением оборудования – телескопов, которые затем применяются во множестве различных исследований. (Это не относится, конечно, к межпланетным экспедициям.) Самым дорогим телескопом в истории человечества является Космический телескоп имени Хаббла, а инструмент, давший максимальные результаты при минимуме затрат, – это телескоп Галилея. Теоретические исследования, обработка и интерпретация наблюдений, как было сказано выше, являются существенно менее затратными. Хорошим примером такого недорогого, но чрезвычайно эффективного проекта является, например, Международная виртуальная обсерватория.

3. Наиболее перспективными представляются, во-первых, наблюдения объектов на больших красных смещениях, во-вторых, патрульные и обзорные наблюдения.

Вовочка [19.01 15:26]

1. Уважаемый Олег, мой вопрос из общего вопросника, но чуть более конкретный: "Какие из астрономических открытий последних лет, сделанных в России, можно отнести к самыми важным?"

2. "Как соотносятся перспективы развития астрономии в России и в мире: по количеству строящихся телескопов и/или систем, развитию компьютерной сети для обработки результатов наблюдений, по количеству планируемых к открытию кафедр и/или факультетов, по количеству рублей, планируемых для поддержания грантов по астрономии и астрофизике".

1. Начав перечисление важных астрономических открытий, рискую обидеть кого-либо из неупомянутых коллег. Поэтому отсылаю Вас на сайт Научного совета по астрономии Российской академии наук, который ежегодно публикует отчеты об основных достижениях российской астрономии.

2. Вес России в астрономическом мире сильно снизился в 90-е годы прошлого века. Отчасти это определялось политическими обстоятельствами: с распадом СССР российская астрономия практически лишилась инструментальной базы, так как большинство наблюдательных инструментов располагались на юге СССР. Сейчас идет восстановление позиций российской астрономии в мире, хотя средства, выделяемые государством (в основном по линии Российской академии наук) на астрономические исследования – порядка 10-15 миллионов евро в год – составляют пока меньше одного процента от мирового вклада на развитие астрономии. При этом число профессиональных астрономов в России (около тысячи) составляет 4-5 процентов от общемирового числа. О строящихся в России телескопах смотрите ниже.

Борис [20.01 16:17]

Физика, астрофизика, математика - науки, близко связанные с астрономией. В основе всех этих наук лежат теории, законы, расчеты, формулы, которым присвоены имена конкретных людей. Скажем, Эвклидово пространство, закон Ньютона, теория Эйнштейна. Читаешь литературу по астрономии - езде "иностранцы": радиус Шварцшильда, преобразование Лоренца, постоянная Планка, предел Чандасекара, теория гравитации Уайтхеда, теория Калуцы-Клейна, парадокс Клейна, принцип Доплера... Можно перечислять дальше. Есть еще "предел Оппенгеймера-Волкова", но Волков - хоть и родился в Москве, все же канадский, а не россиийкий физик, и зовут его Джордж Майкл, и правильнее писать его фамилию Volkoff как Волкофф, придерживаясь тех же принципов, по которым фамилия Курчатова написанная по англ. или франц., оканчивается всё-таки на -ov, а не на -off. Вопрос же мой вот какой: есть ли в астрономии и сопредельных к ней наукам законы, теории, величины, формулы и т.п., носящие имя (имена) учёных, работавших в России (или в СССР)?

Мне известно только о "Вселенной Фридмана", но хоть он и был российским, советским физиком, более точное название его модели Вселенной - "модель Фридмана-Леметра-Робертсона-Уокера".

Пожалуйста: эффект Сюняева-Зельдовича, модель аккреционных дисков Шакуры-Сюняева, метод Соболева, эффект Вавилова-Черенкова... Между прочим, французы или итальянцы, читая Ваш список, тоже заметили бы: "что за безобразие, одни иностранцы...", хотя вклад и тех, и других в астрономию тоже трудно переоценить.

Станислав [19.01 18:53]

Имеют ли российские астрономы возможность наблюдать на современных зарубежных телескопах, например, таких как европейские телескопы в Чили или на Гавайских островах? Я слышал, что если какая-нибудь страна заплатит определенный взнос, то ученые этой страны получают возможность наблюдать на этих телескопах. Правда ли это? Если да, не пытались ли российские астрономические организации найти деньги (попросить у правительства) на эти цели?

Имеют – при наличии соавтора "с той стороны". Кроме того, можно заплатить взнос и самим перейти на "ту сторону", вступив, например, в Европейскую южную обсерваторию (ESO) – крупнейшую астрономическую организацию мира. Попытки сделать это предпринимались и предпринимаются. Это – недешевое мероприятие (вступительный взнос страны – сто миллионов евро, ежегодный взнос – десять миллионов евро), но оно того стоит. ESO уже эксплуатирует ряд уникальных инструментов на высокогорном плато в Чили с самым лучшим на Земле астрономическим климатом, кроме того, начато создание многоэлементного телескопа-интерферометра в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн (ALMA), экстремально большого оптического телескопа с зеркалом диаметром 42 метра (ELT), уже работает оптический интерферометр (VLT). В случае вступления России в ESO российские астрономы получат доступ к этим уникальным инструментам. Кроме того, большие перспективы для отечественной астрономии открывает участие в международных проектах по созданию гигантских радиотелескопов нового поколения – SKA и LOFAR – с площадью квадратный километр каждый.

Andy-Tynda [20.01 03:56]

Добрый день!

Есть ли, на Ваш взгляд, перспектива у российской астрономии после триумфа "Хаббла", и грядущей постройки телескопа Вэбба? Может имеет смысл сконцентрировать имеющиеся у России ресурсы на одной какой-то задаче?

Роль "Хаббла" в астрономии велика, но не беспредельна, поэтому не стоит преувеличивать его достижения. К тому же, сейчас различные методические усовершенствования, наподобие адаптивной оптики, позволяют все чаще получать сравнимые по качеству изображения на наземных телескопах, которые по размерам и технической оснащенности существенно превосходят "Хаббл", даже отдаленно не приближаясь к нему по стоимости. И появление JWST (телескопа Вэбба) кардинально ситуацию не изменит. Также не стоит преувеличивать и роль больших наземных телескопов. Их все еще слишком мало, и наблюдения на них слишком дорого стоят, оставаясь поэтому штучным товаром. Таким образом, для телескопов умеренных размеров (1-2 метра и даже меньше) по-прежнему остается очень большое поле работы. Сосредотачиваться на какой-то одной задаче вряд ли стоит, памятуя о риске хранения всех яиц в одной корзине. Предпочтительно было бы более широко участвовать в различных международных проектах.

Александр [20.01 04:41]

Расскажите о перспективах российского космического телескопа Миллиметрон. Как высоко Вы оцениваете перспективы его реализации и задачи, которые он способен решить?

"Миллиметрон" – космическая обсерватория инфракрасного и миллиметрового диапазонов, планируемая к запуску в 2016 году. Предполагается, что обсерватория, оснащенная криогенным телескопом диаметром 12 метров, будет работать в автономном режиме, а также как интерферометр с базами "Земля-Космос" (с наземными телескопами) и "Космос-Космос" (после запуска второго аналогичного космического телескопа). Обсерватория обеспечит проведение астрономических исследований со сверхвысокой чувствительностью (до наноЯнских) в автономном режиме и со сверхвысоким угловым разрешением (до наносекунд дуги) в интерферометрическом. Более подробная информация может быть найдена на сайтах Астрокосмического центра ФИАН и НПО им. Лавочкина.

Денис Мелков [20.01 10:24]

1. Почему у американского, европейского, японского космических агенств есть свои телескопы (Хаббл, Спицер, Кассини, Чандра и др.), а у нас нет? Каковы перспективы России в этой отрасли?

2. 21 июня 2005 г. был запущен Космос-1 - аппарат, оснащенный "солнечным парусом". Какова дальнейшая судьба этого эксперимента? Проводит ли Россия другие серьёзные эксперименты в космосе (не считая пауков в невесомости)?

1. Вопрос "Почему у них есть, а у нас нет?" можно, пожалуй, отнести к риторическим. Перспективы же у России есть. В конце января 2009 года будет запущен космический аппарат "Коронас-Фотон" для исследований Солнца. Готовятся к запуску космический радиотелескоп "Радиоастрон" и межпланетный зонд "Фобос-Грунт". В более отдаленных планах – Всемирная космическая обсерватория для наблюдений в ультрафиолетовом участке спектра WSO/UV, а также космические телескопы рентгеновского, гамма и миллиметрового диапазонов. Кроме того, на уже работающих или работавших космических аппаратах других космических агентств систематически используется российское оборудование.

2. Запуск "Космоса 1" оказался неудачным — первая ступень двигателя ракеты-носителя самопроизвольно прекратила свою работу на второй минуте полета, в результате чего ракета не набрала необходимую для выхода на орбиту скорость и упала в океан. Это был не первый несостоявшийся запуск аппарата, оснащенного солнечным парусом. Но случались и удачи: например, в августе 2004 японское космическое агентство вывело на орбиту ракету с двумя экспериментальными парусами. По-видимому, первой пленкой, развернутой в космосе, надо считать российский эксперимент "Знамя", проведенный в феврале 1993 года на станции "Мир", хотя, строго говоря, тот эксперимент предназначался для апробации освещения Земли из космоса солнечным зеркалом, а не для использования пленки в качестве солнечного паруса.

Алексей [19.01 19:40]

Здравствуйте,Олег.Каковы перспектвы развития астрономии и астрофизики в РОссии.И как вы думаете существуют ли внеземные цивилизации.

p.s.я думаю что все астрономы надеются их найти)

О перспективах развития астрономии в России читайте выше и ниже на этой страничке. Внеземные цивилизации (далее - ВЦ), по-видимому, существуют: Солнце – рядовая звезда в рядовой Галактике, а планетная система у звезды – рядовое явление. Тот факт, что мы пока ВЦ не нашли, имеет несколько возможных объяснений. Например, такое: век цивилизаций недолог. Вскоре после выхода на технологическую стадию развития цивилизации почему-то прекращают свое существование (самоуничтожаются?). Таким образом, при наличии сотен миллиардов звезд в галактике, одновременно существующих цивилизаций чрезвычайно мало, да и те не успевают наладить диалог. Другое возможное объяснение: мы просто "не там" и "не так" ищем. Представьте себе аборигена, сидящего на затерянном в океане острове, стучащего в барабан и время от времени прислушивающегося, не донесется ли ответный стук. Не услышав ответа на свои попытки установить контакт, он делает вывод, что на планете (да и во Вселенной) он один. При этом пролетающие время от времени над островом самолеты он интерпретирует как странные, но не опасные природные явления. Наконец, "молчание Вселенной" можно объяснить и тем, что ВЦ почему-то (и вероятно для этого существуют серьезные причины) не намерены давать о себе знать. И это еще далеко не полный список возможных причин, осложняющих обнаружение ВЦ. Более подробные сведения можно почерпнуть в работе Александра Васильевича Тутукова.

Жорж Казульски [19.01 17:23]

Олег, вам предлагали работать за рубежом? Вообще высок ли спрос на российских астрономов?

И еще, вы верите в инопланетян?

Да, я и ряд моих коллег довольно часто работаем за рубежом, где занимаемся научными исследованиями и преподавательской деятельностью. Надо сказать, что астрономия – весьма "конвертируемая" область деятельности: объект изучения у астрономов всего мира един, да и подходы практически идентичны (чего нельзя сказать, например, о юриспруденции или бухгалтерском учете). Спрос на российских астрономов в мире чрезвычайно высок благодаря высокому уровню советского и отчасти российского астрономического образования. Впрочем, планирующиеся и отчасти уже идущие перемены в области преподавания астрономии (смотрите выше) неминуемо этот спрос снизят.

Дмитрий [19.01 18:36]

Уважаемый Олег!

А какие перспективы у российских телескопов?

Появятся ли новые инструменты? Будут ли они размещены в космосе?

Я понимаю - кризис, но это сейчас. А перспективы?

Александр [19.01 18:32]

Когда-от писал диплом про интегральные характеристики вращающихся галактик...

Тема оказаль давно отработанной.

Вопрос - телескоп Хаббл оставил хоть какие-нибудь возможности для работы астрономов с земли?

Россия постоит что-нибудь подобное или лучше и когда?

Михаил [19.01 14:11]

Слышал о строительстве американцами грандиозного телескопа на Южном полюсе. Давно "шумит" своими открытиями космический телескоп имени Хабла Не могли бы вы рассказать о подобных планах строительства телескопов Россией.

Сейчас два самых крупных оптических телескопа России имеют диаметр главного зеркала 6 метров и 2 метра, тогда как в мире имеется более десятка телескопов с диаметром зеркала свыше 10 метров, а в течении ближайших 10 лет будут построены телескопы с диаметром зеркала свыше 30 метров. Оба российских телескопа установлены на Северном Кавказе в пунктах, где значительное число ночей не пригодны для наблюдений, тогда как в зарубежных обсерваториях в год из-за плохой погоды теряется менее 10 процентов наблюдательного времени.

Несколько лучше ситуация с малыми оптическими робот-телескопами, имеющими широкое поле зрения. В последние годы в России начато развертывание сети таких телескопов, которые уже позволили сделать ряд интересных открытий.

Значительно более успешной выглядит ситуация с радиоастрономическими инструментами – в последние годы введена в действие постоянно действующая радиоинтерферометрическая сеть "Квазар-КВО", происходит развитие и переоснащение радиотелескопов РАТАН-600 и Сибирского солнечного радиотелескопа ССРТ.

Продолжается модернизация 6-метрового телескопа БТА и 2-метрового телескопа в Терсколе, радиотелескопов на Северном Кавказе, в Пущино, в Уссурийске, в Медвежьих озерах и в Калязине. Предполагается завершить строительство горной обсерватории Государственного астрономического института имени Штернберга МГУ вблизи Кисловодска с оптическим телескопом диаметром 2,5 метра, создать сеть оптических и радиотелескопов с широким полем зрения для обзора и систематического мониторинга неба, а также оснастить университеты России телескопами среднего размера (~1 метр). В ближайшие пять лет планируется завершить создание обсерватории с крупнейшим в Северном полушарии (диаметр 70 метров) радиотелескопом миллиметрового диапазона на высокогорном плато Суффа в Узбекистане.

О космических российских телескопах смотрите выше.

Коля [20.01 03:20]

Здравствуйте, Олег.

Что это за Национальный комитет российских астрономов? Когда он создан, какие задачи решает, кому подчиняется? Расскажите по-подробней.

Спасибо.

Национальный комитет российских астрономов (НКРА) – один из научных комитетов Отделения физических наук Российской академии наук (РАН). НКРА в качестве рабочего органа РАН обеспечивает участие Академии и российских астрономов в деятельности Международного астрономического союза (МАС), а также представляет российскую астрономическую науку в других международных научных организациях, членом которых является РАН, ее институты и отдельные ученые. НКРА осуществляет свою деятельность под руководством Президиума РАН и отчитывается перед ним в своей работе. НКРА включает ведущих ученых научно-исследовательских организаций РАН, министерств и ведомств, в которых ведутся исследования в области астрономии. Руководит НКРА академик А.А.Боярчук – ведущий советский / российский астроном, ученый с мировым именем, экс-президент МАС. Базовой организацией НКРА является Институт астрономии РАН. Предшественником НКРА в его деятельности был Национальный комитет советских астрономов.

Арсен Бо [20.01 07:58]

Олег, здравствуйте!

Скажите пожалуйста, где сегодня куются астрономические кадры России? Из каких ВУЗов, из каких регионов поступает большее количество кадров?

А что сегодня со школьными олимпиадами по астрономии и космической физике? в свое время (начало 2000-х) я помню они вызывали ажиотаж среди школьников старших классов. а что сегодня? увеличивается ли интерес школьников к вопросам астрономии? А то в школах то... отменили обязательность преподавания астрономии...

Заранее спасибо за ответы! :)

п.с. душой просто болею за нашу отечественную астрономию:)

В России сейчас около 1000 профессиональных астрономов. Для сохранения и поддержания научного потенциала каждый год в семью астрономов должно вливаться молодое пополнение в количестве не менее 80-100 выпускников вузов – астрономов, физиков и математиков. Вузов, в которых готовят профессиональных астрономов, в России довольно много. Дело в том, что многие видные ученые, ставшие профессионалами-астрономами, вышли из стен вузов физического и математического профиля, получив специальность физика или математика. В этом, собственно, нет ничего удивительного, поскольку астрономия относится к физико-математическим дисциплинам. Квалифицированный физик или математик, если он того пожелает, может найти в астрономии направление исследований, наиболее отвечающее его интересам.

Но есть целый ряд высших учебных заведений, где готовят именно астрономов. Обучение по специальности 010900 "Астрономия" (010702 по новому Перечню направлений подготовки (специальностей) ВПО в соответствии с приказом №4 от 12.01.05 года) ведется в пяти крупнейших университетах Российской Федерации:

- на астрономическом отделении физического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова;

- на астрономическом отделении математико-механического факультета Санкт-Петербургского государственного университета;

- на кафедре астрономии и геодезии физического факультета Уральского государственного университета имени А.М.Горького (Екатеринбург);

- на кафедре астрономии физического факультета Казанского государственного университета имени В.И.Ленина;

- на кафедре физики космоса физического факультета Южного федерального университета (Ростов-на-Дону).

Кроме того, некоторые направления астрономических исследований развиваются в таких крупных университетах и институтах, как Волгоградский государственный университет, Ставропольский государственный университет, Томский государственный университет, Челябинский государственный университет, Московский физико-технический институт, Московский инженерно-физический институт, тесно связанных с крупными астрономическими научными центрами. В общей сложности, ежегодно астрономические отделения и кафедры университетов заканчивают около 100 выпускников.

Что касается астрономических олимпиад, то они по-прежнему весьма популярны. В 2008 году состоялись все традиционные олимпиады: районные, городские, областные, Всероссийская (Новороссийск), Международная (Триест), Азиатско-Тихоокеанская (Бишкек) и другие. На самой престижной, в Триесте, команда России взяла второе место. Кроме того, с помощью интернета прошел Открытый конкурс детского творчества по астрономии и физике космоса, посвященный Международному полярному году (2007-2008 годы); его научным наполнением занимались астрономы Государственного астрономического института имени Штернберга МГУ и Астрокосмического центра ФИАН. Скорее всего, были и другие интеллектуальные состязания на тему астрономии и космонавтики. Поскольку единого центра планирования таких мероприятий не существует, то и учесть их все невозможно.

Наиболее подробная информация об астрономических олимпиадах размещена на этом сервере. Информация о Российской астрономической олимпиаде доступна по этому адресу.

Александр [19.01 15:23]

Уважаемый Олег, не могли бы вы сказать, сколько обсерваторий осталось у нас в стране, и в каких из них идут реальные научные исследования? И еще. Почему в некоторых регионах России астрономию в школе вообще не преподают? (например в ХМАО)

В нашей стране функционирует около полутора десятков астрономических институтов и обсерваторий. Кроме этого, астрономические исследования ведутся различными подразделениями еще примерно пятидесяти научных институтов. Их полный список можно посмотреть на этой странице.

О проблемах преподавания астрономии в школах читайте выше.

noname [20.01 10:15]

Здравствуйте, всегда мечтал, стать астрономом. Вот только не знаю куда мне нужно пойти учиться.

Вы сами, какой факультет, какого университета заканчивали?

Где в России, готовят специалистов в этой области. Возможно ли получить такое образование в Санкт-Петербурге?

Я заканчивал астрономическое отделение физического факультета МГУ. Об астрономических отделениях других университетов читайте выше.

Александр [20.01 12:57]

Как Вы относитесь к тому, что астрономия больше не преподаётся в школах. Вместо этого предлагается ввести в школьную программу такой предмет как - "Основы православия". Мы снова скатываемся в средневековье ?

Об отношении астрономов (крайне негативному) к отмене преподавания астрономии в школе смотрите выше. Что же касается "Основ православия"... Религия – это, безусловно, элемент культуры. Школа, на мой взгляд, должна давать объективные знания, а обогащение духовного мира – прерогатива внешкольного образования.

Иван [20.01 09:36]

Скажите, существует ли возможность поучаствовать в мероприятиях, посвящённых Году Астрономии?

(Окончил в 97-м кружок при Планетарии, с тех пор практики не было.)

Прежде всего, приглашаю Вас на конференцию "Астрономия и общество" (смотрите информацию в самом верху страницы), а также – на сайт Международного года астрономии в России, который мы планируем постоянно обновлять.

Александр [20.01 09:09]

Скажите пожалуйста участвуют ли обсерватории Росии в программе "100 часов астрономии". Если да то какие обсерватории.

Ответ на этот вопрос будет получен от обсерваторий в ближайшие недели и помещен на упомянутый выше сайт.

nina [20.01 09:53]

1.Почему современная наука не хочет использовать понятие эфира для обозначения вакуума?

2. Почему современная наука не занимается физикой сознания? Есть ощущение, что эта проблема напрямую связана с астрономией.

1. Наука – вещь сугубо практическая. Поэтому критерий "хочет – не хочет" в ней не может использоваться. Используется критерий "работает – не работает". Как только кто-то докажет, что описания природных процессов, построенные с использованием понятия эфира, более удобны и точны, понятие эфира будет немедленно востребовано.

2. Почему не занимается? Очень даже занимается: есть психология, психиатрия. А вот Ваше ощущение, что физика сознания напрямую связана с астрономией, разделяют, видимо, далеко не все.

Герман [19.01 23:40]

1. В вашем институте занимается ли кто-либо физикой эфира? Запрещено ли это официально? Весь ли коллектив стоит на лженаучных позициях релятивизма или в ваших рядах есть плюрализм мнений?

2. Ну хотя бы среди молодежи в курилке? Считаете ли Вы и ваши коллеги, что допплеровский эффект - это единственное объяснение красному смещению? Какие ещё причины красного смещения известны/одобрены в вашем коллективе?

1. Довожу до Вашего сведения, что каждый поступающий на работу в астрономическое учреждение клянется на собрании трудов Эйнштейна, что даже во сне не отступит от идеалов релятивизма. Однократное употребление слова "эфир" не в ругательном смысле приводит к штрафу, вторичное упоминание – к понижению в должности до лаборанта. Сотрудник, трижды помянувший эфир не в ругательном смысле, с позором изгоняется из института и вынужден уходить на более высокооплачиваемые должности в бизнесе. За более серьезные отступления от позиций релятивизма полагается сжигание на костре на общем собрании трудового коллектива, впрочем, успевших публично отречься от эфирных взглядов директор учреждения просто расстреливает на заднем дворе под шум автомобильных моторов. :-)

Если серьезно, никаких официальных и неофициальных запретов в науке нет и быть не может. Опровергнуть теорию относительности хотят очень многие, но нужно понимать, что ее разработкой занимались самые выдающиеся физики XX века. Поэтому и для опровержения ОТО (общая теория относительности - прим. Ленты.ру) нужно обладать соответствующей подготовкой. К сожалению, полное незнакомство с методикой научной работы приводит очень многих к мысли, что для опровержения ОТО достаточно прочитать пару популярных статей о ней. Эти люди пишут, как правило, очень наивные тексты, идут с ними в журналы, там от них, естественно, шарахаются (потому что ниспровергателей очень много)... У человека после этого есть два выхода: признать, что взялся не за свое дело, или объяснить все косностью официальной науки. Разумеется, большинство выбирает второй вариант. Отсюда возникает миф о запретах на опровержение ОТО (или квантовой механики, или еще чего-нибудь).

2. Нет, ни я, ни мои коллеги, ни молодежь в курилке так не считают с тех пор, как на собрании трудового коллектива официально были одобрены также гравитационное красное смещение и красное смещение, связанное с космологическим расширением Вселенной.

Олег и Наташа [19.01 23:02]

1. Верите ли Вы в Бога?

2. Разделяете ли Вы мнение некоторых наших академиков (физиков) о том, что необычайно узкий коридор мировых констант, в котором может существовать жизнь на Земле, есть не что иное, как свидетельство божественного начала в возникновении жизни? А если нет, то как это объяснить?

1. Нет. Однако среди моих зарубежных коллег встречаются верующие люди, что не мешает им быть высокопрофессиональными астрономами. Никакого конфликта между наукой и религией в данном случае нет: одна базируется только на знании, другая – только на вере.

2. Прежде всего, существуют исследования, согласно которым при некоторых (заметно отличающихся от "наших") значениях мировых констант также могут существовать вселенные. Как правило, это будут (или есть?) вселенные, разительно отличающиеся от нашей. Представьте себе, например, вселенную, все тела в которой имеют одинаковый характерный размер: размер звезды. Не меньше. Или вселенную, существование тел в которой допускается только в течение временного промежутка в доли секунды. В таких вселенных существование жизни невозможно. Однако, не исключено, что некоторые из ансамбля возможных вселенных являются пригодными для обитания, и в этом смысле определенные области (то есть значения мировых констант) в пространстве параметров являются выделенными. Кроме того, необходимо помнить, что положение и статус нашей Галактики в нашей Вселенной и Солнца в нашей Галактике ничем особенным не выделены и, следовательно, не обязаны никакому божественному началу.

Oleg [19.01 18:47]

Олег, верите ли Вы в то, что американцы были на Луне? В сети все больше доказательств обратного, да и сами американцы как-то загадочно "теряют" вещественные доказательства (пленки, образцы). + правда ли , что пока не существует точных топо-карт поверхности Луны (я видел, как это сказал в одном из интервью сотрудник NASA 2-3- года назад), что и не позволяет на нее прилунится до сих пор?

Действительно, в последнее время появились странные утверждения: "Программа "Аполлон" - блеф! Американцы не были на Луне!"

Казалось бы, такие шутки (или утки?) могли быть запущены лет 30 назад, когда советская программа пилотируемых полетов на Луну провалилась, а американская – удалась. Но нет, именно в те годы никто не сомневался, что Нил Армстронг и его коллеги гуляли по Луне, а вот теперь вдруг – не верят. Кому понадобилось ставить под сомнение великое достижение человечества? Неизвестно. Мы знаем только авторов книг и телепередач, пытающихся посеять сомнения в способности людей решать сверхзадачи. Скорее всего, за спиной этих "ньюсмейкеров" и нет никакого "злого гения". Просто для авторов измышлений это единственный способ заявить о себе. Но раз сомнение посеяно, следует разобраться. Итак ...

Где же родилось это недоверие к техническому прогрессу? Как ни странно – в США. Наиболее известный "Фома неверующий" - это Билл Кейзинг с его книгой "We Never Went to the Moon" (Мы никогда не были на Луне), изданной, кстати, за счет автора. В ней утверждается, что в последний момент перед началом пилотируемых полетов на Луну по программе "Аполлон", в 1969 году, руководство NASA узнало от фирм-поставщиков о ненадежности некоторого оборудования экспедиций и решило заменить реальные полеты их имитацией. Ракеты "Сатурн-5" были запущены без экипажей, а людей в это время тайно переправили на секретную базу в Неваде, где посреди пустыни были сооружены съемочные павильоны, имитирующие поверхность Луны. Там якобы и были разыграны прогулки по Луне.

Обвиняя NASA в великой мистификации, сторонники этой гипотезы приводят следующие аргументы:

- на фотографиях, якобы полученных на поверхности Луны, на небе не видно звезд; а расположение теней на них указывает, что снимки сделаны в павильоне;

- во время экспедиции астронавты не пострадали от радиации, хотя должны были; а очень высокая температура на Луне вообще должна была убить астронавтов.

Приводятся и другие, менее серьезные аргументы, например, заметное на некоторых телекадрах "полоскание" флага как будто бы от порывов ветра; наличие лунной пыли под кораблем, которую должны были "сдуть" его реактивные двигатели, и тому подобное.

Эти обвинения получили в США заметный резонанс: по ним было сделано несколько телепрограмм и опубликована масса газетных статей. Опрос показал, что 6 процентов американцев верит этим "разоблачениям". Вероятно, немалое влияние на публику оказал художественный фильм "Козерог-1", герои которого в невадской пустыне инсценируют полет на Марс. Тему "разоблачения NASA" журналисты не оставляют до сих пор. С годами их обвинения кажутся публике все более убедительными: действительно, если даже сегодня люди не могут гулять по Луне, то как это удалось им более тридцати лет назад?!

Ну что тут скажешь... Полеты на Луну, действительно, стали самым грандиозным техническим проектом ХХ века. С его сложностью не сравнятся ни создание сверхзвуковой авиации, ни атомной бомбы. А уж тем более со значимостью... Не будь лунной гонки в 1960-х, не было бы у нас сегодня ни интернета, ни мобильных телефонов. Поэтому, из любви к науке и технике, давайте вместе разоблачать сторонников "лунной мистификации". Итак, по порядку:

1. На фотографиях, доставленных с поверхности Луны, не видно звезд на небе.

Действительно, звезд не видно. А ведь, казалось бы, при отсутствии атмосферы, на темном лунном небе звезды должны сиять как фонари. Мы видим это во всех фантастических фильмах, но на фотографиях, доставленных с Луны, небо абсолютно беззвездное. Это козырный аргумент у сторонников мистификации, но в действительности это самая легкая загадка.

Все, кто имеет опыт в фотографии, уже знают ответ: экспозиция, подходящая для съемки лунного ландшафта, совершенно недостаточна для съемки звезд. Солнце освещает поверхность Луны и астронавтов в их белых скафандрах ярче, чем в полдень на Земле в пустыне Сахара. В таких условиях требуется экспозиция фотосъемки 1/1000 секунды. А при фотографировании даже самых ярких звезд нужна экспозиция более 1 секунды. Поэтому небо на снимках, доставленных с Луны, кажется беззвездным.

2. Расположение теней на лунной поверхности указывает, что снимки сделаны в павильоне.

Действительно, при разглядывании некоторых снимков создается впечатление, что у предметов, расположенных недалеко друг от друга, тени направлены в разные стороны, что возможно лишь при близко расположенном источнике света (павильон!), а никак не при освещении параллельными солнечными лучами. Однако более внимательный анализ убеждает, что это эффект перспективы, усиленный широкоугольной оптикой фотоаппарата. Каждому, кто стоял у железнодорожного полотна и смотрел на уходящие к горизонту рельсы, знаком этот эффект. Рассмотрите внимательно летние фотографии, сделанные вашей "мыльницей", и вы без труда заметите расходящиеся тени. Чем больше угол охвата у объектива - тем заметнее этот эффект.

3. Во время экспедиции астронавты не пострадали от радиации, хотя должны были бы.

Действительно, при полетах к Луне астронавты попадали за пределы земной магнитосферы, уберегающей нас от космической радиации. К тому же, они дважды пролетали сквозь радиационные пояса Земли, где магнитное поле нашей планеты удерживает высокоэнергичные частицы, летящие от Солнца. За пределом радиационных поясов потоки солнечных частиц постоянно меняются; в моменты вспышек на Солнце они могут стать смертельными для человека. И как раз в годы лунных экспедиций (1969-1972 годы) был максимум солнечной активности. Как же остались живы астронавты?

Для этого были предприняты меры. Траекторию полета спланировали так, что корабль лишь слегка зацепил внутренний, наиболее опасный, радиационный пояс и провел большую часть околоземного полета во внешнем, не столь опасном поясе, учитывая защиту астронавтов стенками корабля. При перелете к Луне и на ее поверхности был определенный риск, что на Солнце произойдет мощная вспышка. Поэтому за несколько лет до начала лунных экспедиций астрономы создали весьма мощную Службу Солнца, которая научилась прогнозировать опасные солнечные явления на несколько дней вперед. Эти прогнозы не были абсолютно надежными, но, как говорится, обошлось.

Разумеется, все астронавты в результате полета "схватили дозу", но вполне приемлемую; не только не смертельную, но даже не очень опасную для здоровья. О сравнительно невысокой радиационной опасности космических полетов говорит, например, тот факт, что Джон Янг два раза летал на кораблях "Джемини", затем дважды летал к Луне, а после этого еще несколько раз – на шаттле.

Кстати, радиация плохо влияет и на фотоматериалы, засвечивая их в кассетах (не зря опытные фотографы сохраняют при себе кассеты, отправляя багаж на рентгеновский досмотр в аэропорту). Разумеется, во время лунных экспедиций предусмотрели и это: до возвращения на Землю пленки хранились в металлическом контейнере.

4. Очень высокая температура на Луне должна была убить астронавтов.

Суточные колебания температуры лунной поверхности достигают 300 градусов, причем в конце дня поверхность нагревается до 130 по Цельсию. Разумеется, все это было известно и до полетов. Именно поэтому все экспедиции опускались на поверхность Луны в утреннее время, пока грунт еще не успел нагреться. В этом смысле даже перестарались: никто из астронавтов не поджарился, зато все они жаловались на холод, особенно – во время сна. Некоторые из них ощущали сильный холод сквозь перчатки, когда переносили к кораблю камни из затененных мест. Не шутка: -150 С.

Если уж говорить о высокой температуре, то с ней астронавты могли столкнуться не снаружи, а внутри своих скафандров, поскольку тело человека и механизмы скафандра выделяют немало тепла, которое необходимо выводить за пределы космического костюма. Для охлаждения по тонким трубкам вдоль тела человека циркулировала вода, отдавая тепло специальному холодильнику в ранце. Если бы с ним что-то случилось, вот это бы действительно была проблема. Но скафандры работали отлично.

Можно еще долго разъяснять ошибки сторонников "великого лунного обмана". Хочется верить, что это их искренние заблуждения. Но все равно обидно и странно, что эти люди не потрудились сами разобраться в своих сомнениях. Ведь материалы по программе "Аполлон" опубликованы и доступны каждому желающему. Например, зайдите на этот сайт. Уверен, что вам долго не захочется оттуда выходить.

Немало сведений можно найти и о нашей лунной программе, хотя и не доведенной до конца, но от этого не менее грандиозной и романтической. Поэтому не стоит обвинять во лжи великих инженеров, ученых и пилотов, совершивших технический и человеческий подвиг – экспедиции на Луну. Наш долг – понять и продолжить это замечательное дело.

Людмила [19.01 23:45]

Много говорится об объеме нашей Вселенной, но компьютерное моделирование основано на плоском восприятии процессов (то,что видят телескопы- это проекция).

Разрабатывается ли в России хотя-бы 3-мерная модель нашей Вселенной с учетом достоверных зафиксированных процессов?

Сколько новых открытий сделают астрономы, которые в корне изменят сегодняшние знания!

То, что видят телескопы – это не проекция! Астрономы могут определять расстояния до небесных объектов, даже весьма удаленных, и вместе с наблюдаемыми координатами на небесной сфере это дает трехмерную картину. Более того, мы можем определять скорости небесных объектов, как в картинной плоскости, так и по лучу зрения. Таким образом, астрономы строят трехмерные модели – модели солнечной окрестности (то есть ближайшие звезды), модели Галактики, модели наблюдаемой части Вселенной и тому подобное, причем модели не статические, а динамические.

Юрий [19.01 14:36]

Когда любители астрономии увидят в электронном виде атлас Вселенной?

Такие проекты уже есть: sky-map.org, Google Sky, многочисленные программы-планетарии...

Андрей [19.01 14:46]

Уважаемый Олег, какие методы в настоящее время считаются наиболее перспективными для поиска планет земного типа в ближайших звездных системах?

Метод лучевых скоростей, метод затмений, метод прямого фотографирования, астрометрический метод, регистрация инфракрасного излучения протопланетного диска (последний – скорее для поиска будущих планет, сейчас они еще не сформировались).

Oleg [19.01 15:30]

Добрый день!

1. Всегда интересовало, какая практическая польза от пребывания вахт в космосе (МКС), есть ли какие результаты, действительно заслуживающие внимания и представляющие научный интерес? В СМИ этот вопрос никак не освещается.

2. Какие новости в развитии теории Большого взрыва?

спасибо!

Роман [19.01 22:52]

Олег, ещё вопрос: каков взгляд современной астрономии на источник и причину Большого Взрыва, что могло послужить толчком, и откуда взялась энергия/масса? А также, в случае появления таких гипотез, какие мысли о том что было 15-16 миллиардов лет назад, если миру 14 миллиардов лет :)

Александр [19.01 20:30]

Известны ли учёным координаты Большого Взрыва на карте Вселенной

1. Результатам экспериментов, проводимых на борту космических кораблей (в частности, МКС) обязан значительный прогресс в биотехнологиях, медицине, в меньшей степени – в материаловедении. В настоящее время в Роскосмосе ведется развитие системы оповещения общественности о наиболее значимых результатах.

2. Истоки и причины Большого Взрыва, происхождение энергии и массы – это вопросы, скорее, не к астрономии, а к физике в целом. Какого-то более или менее общепринятого ответа на них пока нет. Как нет и координат Большого Взрыва... Кстати, воспользуюсь возможностью напомнить, что слово "взрыв" в словосочетании "Большой Взрыв", которое и наводит на мысль о точке с определенными координатами, на самом деле является лишь следствием крайне неудачного перевода английского словосочетания Big Bang – "Большой Бум". Само же словосочетание Big Bang было придумано Фредом Хойлом, который его несерьезностью хотел подчеркнуть свое отрицательное отношение к концепции Большого Взрыва. Космологи не оценили сарказма и не только не устыдились, но и охотно взяли термин на вооружение. В любом случае, нужно понимать, что в рамках теории Большого Взрыва (Большого Бума) вопрос о том, где именно произошел взрыв, не имеет смысла.

Поставим такой мысленный эксперимент. Представим себе воздушный шарик, на поверхности которого живут плоские, двухмерные существа. Они могут перемещаться по поверхности шарика, но не имеют понятий "вверх" и "вниз". И вот шарик начинают надувать. Оболочка растягивается, расстояния между нашими существами увеличиваются, причем каждое из них, постоянно измеряя расстояния между собой и остальными, будет считать именно себя центром расширения вселенной – или, если угодно, точкой, где произошел Большой Взрыв. Так вот, если размерность нашей Вселенной превышает наблюдаемую (а не исключено, что превышает, и намного), то мы находимся в положении таких существ и, по определению, не можем правильно указать координаты Большого Взрыва на карте (доступной нашему понимаю части) Вселенной.

Matvey [19.01 14:36]

Движется ли наше солнце по каким либо траекториям еще помимо вращения вокруг ядра галактики? Читал отрывочные сведения что Солнце системно завязано на систему Сириуса и Плеяд. Достоверна ли эта информация ? если да возможно ли дать схематическое отображение взаимосвязей?

Солнце – одиночная звезда, движущаяся вокруг центра Галактики и вместе с ней. Разделение звезд в окрестностях Солнца на группы (их иногда называют сверхскоплениями, поскольку по геометрическим размерам они существенно превосходят обычные звездные скопления) в какой-то степени условно, то есть зависит от критериев, по которым проводится отбор звезд для группы. Действительно, есть исследования, в которых предполагается, что Сириус, Плеяды, некоторые другие звездные группировки, да и само Солнце входят в общее сверхскопление Сириуса. Однако эти объекты обладают существенно различными возрастами: Плеядам, например, около 140 миллионов лет, Сириусу – примерно 1 миллиард лет, а Солнцу – 4,5 миллиардов лет. Поэтому их близость в пространстве не может быть связана с общностью происхождения. Она либо случайна, либо связана с нахождением на резонансных орбитах в гравитационном поле Галактики.

Необходимо, впрочем, помнить, что все звезды образуются в скоплениях, 95 процентов которых распадаются примерно за 100 миллионов лет. Таким образом, среди звезд, расположенных от нас не очень далеко (несколько десятков парсек) у Солнца наверняка есть "братья", образовавшиеся с ним в одном звездном скоплении. Но "родственники" эти должны быть с Солнцем примерно одного возраста, то есть быть заметно старше и Сириуса и Плеяд.

Павел [19.01 15:51]

Добрый день, Олег.

В настоящее время большинство экзопланет обнаруживаются по их гравитационному воздействию на звезду, вокруг которой они обращаются. Поэтому большинство обнаруженных экзопланет либо платеты-гиганты, либо планеты вращающиеся в непосредственной близости от звезды. И шансы обнаружить планету на которой возможно существование жизни крайне малы.

Каким вы видите будущее исследования экзопланет ?

Да, Вы правы, из-за эффектов селекции все открытые экзопланеты достаточно массивны и достаточно близки к центральному светилу (их условно называют "горячие Юпитеры"). Гипотетический наблюдатель, находящийся в окрестностях одной из соседних звезд, тоже обнаружил бы в нашей Солнечной системе поначалу только Юпитер. Но методики наблюдений улучшаются, и мощность инструментов растет: открываются экзопланеты все меньшей массы и все с большим периодом обращения. Так что открытие экзопланеты земного типа – вопрос времени. Что же касается методов исследования уже открытых экзопланет, то в ближайшем будущем, по-видимому, наибольшие усилия будут направлены на получение все более качественных спектров и, конечно, прямых изображений. Использование радиодиапазона для этих исследований тоже остается актуальным.

Космоплётов А.М. [19.01 19:39]

Олег, прошла инфа, что экзопланета впервые была зафиксирована оптическим способом. Подтвердилось? Если да, то каковы перспективы этого метода? Тупо говоря, будем ли мы разглядывать вот так, как сегодня Марс, и экзопланеты (в супер-пупер, но телескопы)?

Перспективы у этого метода неплохие, но для получения изображений внесолнечных планет еще очень и очень далеко. Для того, чтобы разглядеть Марс с расстояния всего 1 парсек Ваш супер-пупер телескоп должен иметь диаметр зеркала около 100 метров (диаметр зеркал современных крупнейших телескопов – около 10 метров). А с расстояния 10 парсек – диаметр должен составлять уже километр. Правда, существуют еще интерферометрические наблюдения, но и до их практического применения в этих целях еще далеко.

Дмитрий [20.01 09:39]

Я живу недалеко от Байкала. Не так давно на дне озера ученые установили т.н. нейтринный телескоп. Что это такое? Какие он функции выполняет? И почему для его размещения выбрали такое необычное место?

Нейтрино – элементарные частицы, чрезвычайно слабо взаимодействующие с веществом (например, ежесекундно через тело каждого человека без всяких последствий проходит около 10¹⁴ нейтрино, испущенных Солнцем). Поэтому для нейтринного телескопа лучшего места, чем под водой (или под землей), и придумать нельзя: достигается изоляция от внешних факторов, мешающих наблюдениям – радио, вибрационных, световых и прочих шумов, а для самих нейтрино вода практически прозрачна. Нейтрино, как и кванты света, несут важную информацию о физике и строении испускающих их космических объектов.

Борис [20.01 05:51]

добрый день Олег. меня как бизнесмена интересует, какие результаты вашей деятельности в обозримом будущем могут быть положены на коммерческую основу. неважно что: будь то путешествие людей на Луну или Марс, доставка полезных ископаемых с иных планет на Землю. В общем к чему быть готовыми моим деньгам?

По-видимому, наиболее коммерчески привлекательным проектом является сейчас космический туризм. Во всяком случае, это – не фундаментальные исследования, от которых нельзя ожидать быстрого и гарантированного получения прибыли и финансировать которые может себе позволить только государство, да и то не всякое.

Roman [20.01 11:24]

Слышал, что у какой-то одной американской компании есть эксклюзивные права на распродажу участков на Луне, причём недёшево, и, вроде, там всё давно распродано.... Насколько серьёзны права владельцев этих участков, не знаете? Кто-то в России занимается похожим "бизнесом" распродавая Луну, Марс или ещё что-нибудь?

Продажа участков на Луне, как и продажа имен звезд – это обман доверчивых граждан, которых, как показывают социологические исследования, в любом обществе набирается 20-30 процентов. За счет таких покупателей и существуют эти компании, не имеющие соответствующих прав на продажу участков, имен и прочего. Очевидно, ничто не мешает им продавать одни и те же объекты по несколько раз разным покупателям, а если предположить, что человечество не одиноко во Вселенной, то вполне вероятно, что и на других планетах расторопные местные коммерсанты продают своим соплеменникам те же звезды и в то же самое время!

Яна [20.01 14:10]

Олег, как вы считаете, в будущем создание космических кораблей останется прерогативой государств, или же разработка космического транспорта перейдет к частным компаниям?

Спасибо.

Собственно, это будущее уже наступило. Например, инженер Барт Рутан и частная компания Virgin Galactic создали и запустили в суборбитальный космический полет аппарат с людьми. В ближайшее время число таких компаний, несомненно, возрастет.

Артем Новосибирск [19.01 16:50]

Когда состоится первый полет человека на Марс? Какие сложности существуют по реализации этого проекта, на данный момент?

Андрей Ринго [19.01 16:06]

Добрый день, Олег!

Мой вопрос отнсится не столько к астрономии сколько к вопросу освоения космоса в общем, однако...

Когда, на ваш взгляд, возможна высадка человека на поверхность Марса. Как человек небезразличный к такого рода проблеме, с нетерпением ожидаю этого события!

Спасибо!

Впереди у нас детальное и кропотливое исследование Марса – интереснейшей планеты, более других похожей на Землю. Но нужно ли для этого посылать на Марс человека? С точки зрения астрономов и планетологов, экспедиция людей на Марс – бессмысленная трата сил. Не будем обсуждать риск для экипажа: смельчаки всегда найдутся. Посмотрим на эту идею с точки зрения формулы "затраты – прибыль". Такое чрезвычайно дорогостоящее предприятие позволит провести краткое (две недели? год?) изучение одной крошечной области на поверхности планеты. Будут установлены метеостанции, сейсмографы и доставлены на Землю образцы грунта. Все это с гораздо меньшими затратами и большим размахом могут сделать автоматы. Стоимость пилотируемой и автоматической экспедиций на Марс несопоставима: экспедиция с людьми обходится почти в 100 раз дороже. Настоятельно советую вам прочитать статью В.Г. Сурдина "Нужно ли человеку лететь на Марс?"

Павел [19.01 17:34]

Здравствуйте Олег! Астрономия это моя самая любимая тема! Я много смотрел передач на телевидении про луну и хотел бы узнать 1 Не будет ли человек ещё раз на Луне? 2 Если будет то есть ли в планах какие-нибудь Земные колонии на Луне? Заранее спасибо!

Высадка человека на Луну была продиктована в свое время политическими, а никак не научными соображениями. Колония на Луне – пока это дорого, технически не подготовлено (необходим существенный прогресс в инженерии) и нецелесообразно. Смотрите также дискуссию о полетах на Марс выше.

Александр [20.01 07:44]

Олег, что вы можете сказать нового о макро-объектах, похожих на искусственные, во множестве обнаруженных на Луне, как стационарных, так и движущихся. Существует мнение, что процветающая лунная программа США была остановлена в связи с присутствием на Луне таких объектов и заключающейся в них потенциальной угрозе для человечества в случае продолжения освоения Луны

Это, конечно, фантазии.

Роман [19.01 15:10]

Уважаемый Олег! События января 2009 г. показали серьезную зависимость Человечества от природного газа, запасы которого истощаются. Вместе с тем, в солнечной системе существуют планеты, именуемые газовыми гигантами, весьма богатые метаном. Прорабатывается ли в научных кругах вопрос осуществления возможности доставки газа на Землю?

Нет. В данном случае игра не стоит свеч: необходимые затраты на доставку на порядки перекрывают потенциальную прибыль.

Сергей [19.01 14:53]

Здравствуйте!

Неоднократно упоминалось, что в окрестостях старых звёзд, богатых углеродом-азотом-кислородом, могут образовываться и образуются сложные органические соединения вплоть до аминокислот. Насколько велика концентрация такой "звёздной" органики?

Не только в окрестностях старых звезд, но и в некоторых межзвездных облаках наблюдаются довольно сложные молекулы, относящиеся к спиртам, сахарам, другим видам органических соединений. Время от времени появляются даже сообщения об обнаружении межзвездного глицина – простейшей аминокислоты. Концентрации этих молекул невелики и обычно не превышают одной молекулы на миллион молекул водорода. Сейчас ведется большая исследовательская работа, конечная цель которой – выяснить, какую роль эта межзвездная органика может играть в формировании "первичного бульона". Тут, правда, есть некоторые неясности, связанные с изотопным составом и свойствами симметрии сложных молекул.

Мария [19.01 16:52]

Добрый день, Олег! Прокомментируйте, пожалуйста, нашумевшую информацию об обнаружении метана на Марсе. Существуют ли какие-то более-менее логичные гипотезы объяснения его происхождения?

Основная гипотеза – существование в протопланетном газовом диске водорода и углерода в достаточных количествах.

Михаил [19.01 14:15]

Расскажите пожалуйста о струнной теории (теории межгалактических струн) Основные моменты, на чём основывается, что позволяет обьяснить ...

В современной физике существует фундаментальная проблема. Два базиса, на которых она, современная физика, покоится, а именно общая теория относительности и квантовая механика, будучи неоднократно экспериментально подтвержденными, не могут, оказывается, быть справедливы одновременно. Эти две теории, обусловившие небывалый прогресс физики последнего столетия, который объяснил и расширение Вселенной, и основы строения материи, являются взаимно несовместимыми.

Теория струн (точнее, теория суперструн) – одна из космологических моделей, призванная объяснить это противоречие, а также объединить все взаимодействия, существующие в природе, в единую, всеобъемлющую и непротиворечивую систему.

Рекомендую Вам почитать книгу Брайана Грина "Элегантная Вселенная", в которой простым и ясным языком, доступно и без формул излагается теория струн, а также затрагивается большое количество смежных тем.

Роман [19.01 14:28]

Добрый день, Олег. 1. Скажите пожалуйста, какие последние новости в познании природы квазаров?

2. И еще вопрос: Разделяете ли Вы теорию Хокинга об одноименном излучении?

1. Согласно современным представлениям, квазары – аккрецирующие черные дыры в ядрах галактик. Черные дыры есть в ядрах всех галактик (нашей, в частности), однако они, как правило, достаточно инертны. И только сверхмассивные центральные галактики скоплений, представляющие собой зачастую несколько некогда независимых, но затем столкнувшихся и "склеившихся" галактик, демонстрируют достаточно интенсивную аккрецию вещества на центральную черную дыру. И мы регистрируем это явление как квазар.

2. В принципе, предположение о существовании излучения черных дыр (излучения Хокинга) вытекает из общих термодинамических соображений, о чем можно прочитать в знаменитой книге Хокинга "Краткая история времени": если у черной дыры есть энтропия, то у нее есть температура, а если у черной дыры есть температура, то она должна излучать. То есть вопрос о том, принимает ли ученый предположение об излучении черных дыр, в некоторой степени сводится к вопросу о том, принимает ли он общую теорию относительности и термодинамику. Обе этих теории по отдельности подтверждены экспериментами, поэтому нет причин отвергать и теоретический результат их совместного применения. С другой стороны, квалифицированно разделить или не разделить ту или иную точку зрения ученый может лишь в той области, которая непосредственно относится к его научным интересам. Более того, ученому, который не занимается конкретно физикой гравитации, теорией относительности или черными дырами, нет необходимости принимать какое-то жесткое решение относительно излучения Хокинга или других "далеких" областей науки. Хотя общую ситуацию в них отслеживать все равно приходится. Иначе рискуешь проглядеть тот момент, когда далекие области становятся близкими.

Роман [19.01 22:48]

Олег, вопрос о теории "конца вселенной": помнится, есть теория "холодной смерти" (когда вся энергия звёзд рассеется) и тепловой смерти (когда расширение сменится сжатием - т.н. теория пульсирующей вселенной). Появились ли убедительные аргументы за какой-то из вариантов, и нет ли новых, альтернативных теорий?

Пока мы не видим причин, ограничивающих расширение Вселенной. Так что, если угодно, давайте остановимся на современном варианте "холодной смерти".

Nik [19.01 16:36]

Здравствуйте!

Открытия "из Космоса" сыпятся, как из мешка. 1. Если будет подтверждено наличие "темной материи", не приведет ли это к пересмотру основ: теории Большого взрыва, расширения Вселенной, ограничения скорости света и т.д.?

2. Пожалуйста, сформулируйте, что есть "Время" в понимании современной науки?

1. Нет. Не приведет.

2. Слово "Время", взятое в кавычки и написанное с большой буквы, вызывает искушение ответить, что это информационная программа на "Первом канале". Суть понятия физического времени за последние несколько десятилетий, в общем, не изменилась. Можно почитать статью "Время" в Википедии, но с осторожностью, так как там написано лишнее. А еще лучше почитать англоязычный вариант этой статьи. Существуют определения понятия "время" более компактные (но и более спорные). Например: "время – это мера движения". Или (распространено среди студентов): "время – это то, что течет, но нельзя выпить". :-)

Андрей [19.01 13:10]

Уважаемый Олег,правомерно ли употребление термина "тёмная материя" в значении "тёмное вещество" и не является ли это результатом некомпетентности?

Природа темной гравитирующей субстанции пока остается неясной. Поэтому правильнее использовать термин "темная материя" (имея в виду, что материя = вещество + излучение), чтобы не сужать круг "претендентов".

Дмитрий [19.01 18:37]

Здравствуйте! Скажите пожалуйста, насколько гипотеза академика Амбарцумяна об образовании звёзд из D-тел сегодня, когда так много говорят о тёмной материи и тёмной энергии, актуальна?

Сегодня эта гипотеза (наравне, впрочем, со многими другими) может рассматриваться только в отношении Большого Взрыва. Явления с более ясной физикой (например, звездообразование) в ней не нуждаются.

Михаил [20.01 08:45]

Уважаемый Олег, два вопроса:

1. Модная теория скрытой массы (темной материи) появилась на свет, когда возникла необходимость объяснить кривые вращения галактик. Эта теория вошла в обиход и, в частности, превратилась в могучий механизм для получения грантов. Насколько мне известно, упомянутые кривые могут быть объяснены и более "экономичным" путём -- с помощью теории Моффата (которая суть теория относительности, освобождённая от постулата о симметрии символов Кристоффеля по нижним индексам). Согласно правилу "бритвы Оккама", наиболее "экономичное" объяснение должно рассматриваться в первую очередь. Как Вы объясните, что куда более искуственная (и сомнительнительная с точки зрения физики элементарных частиц) теория темной материи удержалась на гребне моды?

Эту проблему периодически освещает в своих выступлениях Шан Кэрролл из КалТех`а

http://www.researchchannel.org/prog/displayevent.aspx?rID=24509&fID=4661

, но неспециалисту разобраться в этом непросто. Есть ли у Вас или Ваших коллег определённая точка зрения на эту тему?

2. Говоря о теориях, сомнительных с точки зрения физики элементарных частиц: рассматриваются ли нынче в космологии альтернативы инфляции?

3. Мне не раз и не два приходилось слышать, что нобелевская работа Мазера и Смута (эксперимент "КОБЭ") в значительной мере стоит на плечах предшествовавшей им по времени работы Струкова и Скулачёва (эксперимент "Реликт"). До какой степени это так? Дал ли Нобелевский Комитет повод упрекнуть его в несправедливости к коллективу, работавшему над "Реликтом"?

Большое Вам спасибо,

Михаил Александрович Э.

1. Начнем с того, что гипотеза о существовании "скрытого вещества" появилась задолго до того момента, когда возникла необходимость объяснить кривые вращения галактик. Тем, кто владеет английским языком, можно порекомендовать недавний исторический обзор Яана Эйнасто. Кроме того, сейчас предположение о существовании темного вещества используется далеко не только для объяснения кривых вращения, но, например, привлекается для объяснения гравитационного линзирования в скоплениях галактик и лежит в основе существующей модели образования галактик. У этой модели есть свои проблемы, которые известны и широко обсуждаются в научных публикациях, однако ясно, что для выработки альтернативы темному веществу объяснять только кривые вращения галактик уже недостаточно. Далее, можно поспорить и об экономичности теории Моффата, поскольку гипотеза о "скрытой массе" вообще не требует привлечения теории относительности. Кстати, более популярная альтернатива гипотезе о темном веществе так и называется – МОНД, то есть, МОдифицированная Ньютоновская Динамика. Неясно также, что имеется в виду под "сомнительностью с точки зрения физики элементарных частиц".

2. Да, конечно. Например, экпиротический сценарий. Кроме того, в профессиональных публикациях по-прежнему рассматриваются даже модели стационарной Вселенной.

3. В интернете довольно много информации по этому вопросу, например, воспоминания Михаила Сажина, дискуссии с участием А. Брюханова (по последнему адресу есть ненормативная лексика), интервью с Дж. Мазером, в котором он дает оценку отечественных работ. Относительно "стоит на плечах" можно вспомнить известный принцип "'после' не значит 'из-за'". Результаты Мазера были опубликованы через три месяца после результатов "Реликта-1". Этого совершенно недостаточно, чтобы "стоять на плечах". По поводу несправедливости важное замечание сделано А. Брюхановым в этом обсуждении. Суть его состоит в том, что наука – особенно в плане получения премий – это не только публикация в научном журнале. Это еще и мощная публичная информационная поддержка открытия, которая в России отсутствовала тогда и отсутствует сейчас. Поэтому можно смело ожидать повторения подобных коллизий и в будущем.

владимир [20.01 12:08]

Олег, разобрались ли астрофизики с загадками т.н. gamma-bursts?

Природа гамма-вспышек, в общем, понятна. Так называемые "короткие" вспышки (продолжительностью менее 0,1 секунды) – свидетельство слияния нейтронных звезд в двойных системах, а "длинные" (продолжительностью более 2 секунд) – результат коллапса быстровращающихся ядер звезд при взрывах сверхновых опять же в тесных двойных системах.

Марк [20.01 03:27]

Насколько закономерно появление жизни (подобно земной) в ново-образовавшейся солнечной системе ?

По-видимому, жизнь – не исключительная особенность нашей Солнечной системы. О закономерности пока говорить рано: не хватает наблюдательного материала.

Дмитрий [19.01 14:35]

Что вы можете сказать о планете Nibiru, это выдумка или действительно существует небесное тело с периодом обращения 3600 лет и которое скоро пройдет "недалеко" от орбиты Земли?

Это, конечно, выдумка – забавная, наивная и неуклюжая. Особенно веселят попытки подтвердить существование Nibiru данными с космических аппаратов "Пионер-10" и "Пионер-11", а также утверждения, что она уже видна на небосклоне как светило яркостью примерно +2,0 звездной величины.

Василий [19.01 20:25]

Здравствуйте!

Видел несколько иллюстраций нашей галактики, на которых было отмечено положение нашей Солнечной системы. Насколько точно определено место нашей системы в галактике?

К сожалению, не очень точно. Расстояние от Солнца до центра Галактики лежит в пределах от 7 до 8,5 килопарсек. Скорость движения Солнца вокруг центра Галактики – от 200 до 250 км/с. Расстояние до плоскости Галактики известно хуже: различные оценки варьируются от 5 до десятков парсек. Даже общий вид Галактики мы представляем весьма приблизительно: например, достоверно не известно, сколько у нее спиральных рукавов – 2 или 4.

Сергей [20.01 00:40]

Здравствуйте! Расскажите пожалуйста, есть ли в нашей стране программа по изучению Солнца, солнечной активности и магнитных вспышек, и что по ней предпринимается? Планируется ли запуск новых космических аппаратов для наблюдения за Солнцем? Какие самые свежие открытия у российских астрономов, связанные с Солнцем?

Есть такое наблюдение: чем мощнее в стране государственная поддержка астрономии, тем более слабые объекты изучают астрономы данной страны. Так вот, в России от четверти до трети всей астрономии – это солнечная астрономия. :-)

Ею занимаются в Москве (Институт космических исследований, Государственный астрономический институт имени Штернберга МГУ, ИЗМИРАН, в том числе прогноз солнечной активности), в Санкт-Петербурге (Пулковская астрономическая обсерватория ГАО РАН, Физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе, СПб филиал САО, филиал ИЗМИРАН, СПбГУ), в Нижнем Новгороде (НИРФИ, ИПФ), Екатеринбурге (УрГУ, Коуровская обсерватория), Иркутске (Институт солнечно-земной физики, смотрите в частности ежедневные изображения Солнца в радиодиапазоне), Уссурийске (Уссурийская АО).

Каждое научное подразделение имеет свой план работы. Координацию исследований осуществляют Совет "Солнце-Земля" и секция "Солнце" Научного совета по астрономии. Есть две солнечных научных программы РАН, объединяющих большую часть перечисленных выше астрономических учреждений: одна по солнечно-земной физике под эгидой Президиума РАН (с акцентом на космическую погоду и климат, руководитель – академик Г.А. Жеребцов), другая — программа отделения физических наук "Плазменные процессы в солнечной системе" (руководитель – академик Л.М. Зеленый).

До перестройки в стране существовала единая Служба Солнца, которая выжила (с огромным трудом и потерями) только на Горной астрономической станции ГАО РАН в Кисловодске. Сейчас мы прилагаем большие усилия по возобновлению этой службы на всей территории России: горький опыт показал, что ежедневный наземный мониторинг солнечной активности все же необходим, несмотря на наличие космических аппаратов солнечного назначения.

Из достижений последних лет можно указать российский вклад в исследование космической погоды и влияния солнечной активности на климат Земли. Получается, что заметный вклад в глобальное потепление вносит и Солнце, точнее его 200-летний период активности (широко известный 11-летний цикл солнечной активности заметного вклада в климат дать не может вследствие своей краткости). Этот 200-летний цикл в 80-х годах прошлого века прошел максимум (и тогда, в последнюю четверть века, "подогрел" Землю), а сейчас он идет на спад, и этот фактор будет в какой-то степени сдерживать ход глобального потепления.

В Пулково успешно развивается такое направление, как исследование основных свойств солнечных пятен по их долгопериодическим (от 1 до 4 часов) собственным колебаниям. Для исследования таких колебаний необходимы длительные серии непрерывных наблюдений. Это реализуется в Пулково на горизонтальном солнечном телескопе АЦУ-5, где получают спектры пятен и исследуют доплеровские смещения ряда спектральных линий. Для этой же цели привлекаются и данные космических аппаратов (MDI SOHO), а также данные радиогелиографов (Нобеяма в Японии и Сибирский солнечный радиотелескоп в Иркутске). Для теоретической интерпретации этого явления используется новая модель солнечного пятна, разработанная в Пулково.

Илья [20.01 11:38]

Здравствуйте.

Расскажите, пожалуйста, о вероятности столкновения Земли с крупными астероидами. Действительно ли обоснованными являются предложения их разрушения до столкновения с Землей? Может ли быть при необходимости реализован проект запуска ракеты с ядерным зарядом для разрушения астероида на подлете и какого порядка будут затраты, сколько времени может занять подготовка такого запуска?

Исследование вероятности и возможных причин, а также способов предотвращения столкновения Земли с крупными астероидами – важная международная проблема, обсуждению которой, в частности, недавно была посвящена одна из сессий Генеральной ассамблеи ООН. Согласно последним исследованиям, около 1000 небесных объектов – астероидов и комет с размером более 20-30 метров, чьи орбиты в настоящую эпоху сближаются с орбитой Земли до расстояния, не превышающего 7,5 миллионов километров – являются потенциально опасными для Земли. Их орбиты и движение сейчас изучают особенно тщательно.

Встречи Земли с телами размером в десятки метров случаются с частотой примерно раз в 250 лет. Последняя такая встреча состоялась в 1908 году, причем нам крупно повезло: опоздай тунгусское тело на четыре часа – и города Санкт-Петербург сейчас не существовало бы. Столкновения с более крупными телами более редки (например, тела с размерами, превышающими километр, выпадают на Землю раз в сотни тысяч лет), но и более "результативны": рухнувшее на Землю 65 миллионов лет тому назад 10 километровое тело оставило 180 километровый кратер на территории современной Мексики, а также послужило причиной вымирания 80 процентов всех видов живых существ, в том числе динозавров, и ознаменовало переход от мелового периода мезозойской эры к третичному периоду кайнозоя.

Собственно, возможных средств противодействия угрожающим объектам два: уничтожение (раздробление) или отклонение. Первое легче реализовать (по крайней мере, для не очень больших тел), но зато труднее предсказать последствия, так что второе (отклонение) представляется более предпочтительным.

Открытый в 2004 году потенциально опасный объект 2004 MN4=(99942) Apophis, который имеет диаметр 200-350 метров, в 2029 году пройдет в опасной близости от Земли. А в 2036 году он имеет ненулевую вероятность столкнуться с Землей. Человечеству может представиться возможность организовать активное противодействие столкновению.

Главное, что астрономы отчетливо осознали за последние годы – это то, что угрожающий объект может быть обнаружен в любой момент. Особенно непредсказуемыми являются кометы. Подобная угроза не должна застать человечество врасплох!

Антоха [20.01 15:03]

Я знаю что США отложило(из за кризиса) реализацию программы по зашите земли от столкновения с небесными телами. ведут ли другие страны подобные проекты? если ведут то кто?

Работы по этой тематике в США ведутся, но не в том объеме, как запрашивалось группами специалистов в Конгрессе в 2007 году. Россия как одна из ядерных держав, обладающая развитыми космическими технологиями и опытом проведения космических миссий, не может и не должна быть в стороне от решения рассматриваемой проблемы. У нас в стране разработкой программы "Астероидно-кометная безопасность" занимается созданная в 2006 году Экспертная рабочая группа Совета РАН по космосу. Работы в этом направлении проводятся также в Японии и ведущих странах Европы.

Солнечное затмение 1999 года. На фото хорошо видна солнечная корона и хромосфера (тонкая красная полоска на границе диска). Фото пользователя Lviatour с сайта wikipedia.org

Ученые объяснили причину высокой температуры солнечного ветра

Физикам удалось найти доказательства того, что за разогрев солнечного ветра (потоков заряженных частиц, испускаемых звездой) несут ответственность так называемые альвеновские волны. Работа ученых опубликована в журнале Physical Review Letters, а ее пересказ доступен на портале physics.aps.org.

В рамках исследования ученые измеряли температурные и динамические характеристики солнечного ветра на орбите Земли при помощи датчиков, установленных на европейском спутнике SOHO. Предполагая нормальное (максвеловское) распределение скоростей, а также определенный состав ветра (протоны и альфа-частицы), ученые смогли вычислить распределение плотностей, относительные скорости частиц, перпендикулярные и параллельные (относительно силовых линий поля) компоненты давления.

Одним из самых сложных вопросов, касающихся физики Солнца, является разогрев солнечной короны. Дело в том, что температура верхнего слоя светила, называемого хромосферой, не превосходит 15 тысяч градусов по Цельсию. Спектральный анализ солнечного ветра показывает, что его температура может достигать нескольких миллионов градусов по Цельсию.

Одной из основных гипотез является следующая: разогрев верхних слоев обусловлен так называемыми альвеновскими волнами. Эти волны возникают в среде, которая ведет себя как жидкость или газ, и в которой присутствуют магнитные поля (плазма в окрестности Солнца является очень подходящим кандидатом). При определенных физических условиях энергия волн переходит в тепловую. По мнению ученых, именно это происходит в окрестности нашей звезды, и новые результаты являются очередным тому подтверждением.

Американские ученые сделали изобретение, которое способно перевернуть мировую экономику. Планета откажется от бензиновых двигателей и полностью перестроит энергетику. Экология улучшится, но все это потребует многотриллионных инвестиций. Фантастика? Но в истории человечества подобное случалось не раз. На этот раз нашу жизнь может изменить изобретение ученых из Массачусетского технологического института (МТИ) - быстрозаряжаемый аккумулятор.

Страна, которая первой внедрит в жизнь основанные на этой технологии новаторские машины, имеет все шансы стать мировым лидером. И первой выйдет из нынешнего экономического кризиса. Конечно, если не помешают конкуренты.

Представьте себе такую картину: на трассе Москва-Санкт-Петербург через каждые 150 км расположены "розетки", к которым лишь на несколько минут подключаются электромобили и мчатся далее, не загрязняя атмосферу вредными выхлопами. Можно даже придумать щетки, как в обычных генераторах, чтобы заряжаться не прекращая движения. Про зарядку мобильников и ноутбуков за считанные секунды можно и не говорить - это будет уже через два года.

Аккумулятор изобрели заново

Джербранд Сидер и Канг Бьёнву сумели так изменить обычные литий-железофосфатные аккумуляторы, что скорость перемещения катионов лития в них стала почти в 100 раз выше. Иначе говоря, если такой аккумулятор подсоединить к сети, то электроны почти моментально становятся на отведенные им места в кристаллической решетке - раз, и батарея уже заряжена. Соответственно резко уменьшилась продолжительность полной зарядки такого аккумулятора, которая теперь составляет 20-30 секунд, в худшем случае 4-5 минут, т.е. меньше, чем даже заправка бензином на АЗС.

Это революция?

Почему новый аккумулятор так важен - ведь электромобили выпускаются уже давно? Все дело в удобстве использования. Электромобили действительно давно разработаны и выпускаются небольшими партиями, но использование их ограничено малым пробегом на одной зарядке аккумулятора и длительностью этой зарядки, достигающей... 5 часов. Также сейчас уже в массовом масштабе выпускаются гибридные автомобили, в которых установлены попеременно работающие бензиновый и электродвигатель. Но, несмотря на небольшое потребление топлива, они гораздо дороже, чем обычные легковушки с двигателем внутреннего сгорания. А самое главное - требуют многочасовой зарядки и потому непригодны для сколько-нибудь дальних поездок на электротяге. Для поощрения покупки таких автомобилей "продвинутым" правительствам приходится искусственно стимулировать спрос на них - в Англии, например, разрешен бесплатный въезд в центр Лондона, хотя владельцы обычных бензиновых авто платят 25 фунтов в день!

Так что изобретение ученых из знаменитого МТИ имеет все шансы стать началом новой промышленной революции. И на этот раз все начнется в электротехнике, особенно использующейся в электромобилях. Если изобретателям не помешают...

Кому невыгоден технический прогресс

Казалось бы, "экологически продвинутые" правительства, прежде всего западных стран, изобретению очень обрадуются и скоро заставят свое население пересесть на новые быстрые, удобные и экономичные электромобили. Разумеется, и "зеленые" будут страшно рады.

Однако... Вспомните, сколько лет назад в нашу жизнь вошла новинка, перевернувшая жизнь. Те, кому за двадцать, назовут мобильный телефон. Сорокалетние - появившийся в самом конце 1970-х персональный компьютер. Не маловато ли? Ведь в наше время на исследования и разработки выделяется больше средств, чем за всю предшествующую историю человечества. Вспомните хотя бы, сколько революционных изобретений было внедрено в жизнь за сотню лет до момента появления телевидения: паровая машина, бензиновый и дизельные двигатели, пластмасса и парашют, теплоход и автомобиль, телефон, радио... Это далеко не полный список.

Почему же с тех пор почти не появилось ничего принципиально нового и мы продолжаем пользоваться прадедовскими открытиями? Осмелимся предположить, что на самом деле за это время замечательных открытий было сделано гораздо больше. Но их, возможно, "придержали". Чтобы понять, как это могло произойти, далеко ходить не надо, достаточно вспомнить историю компакт-дисков и DVD. Промышленная технология их производства была освоена еще в начале 1980-х годов, но транснациональные корпорации еще очень долго выпускали магнитофоны. Зачем? Чтобы полностью окупить свои инвестиции в заводы по выпуску кассетных магнитофонов и кассет. Или как в России ремонтируют дороги: каждый подрядчик знает, что если асфальт пойдет ямами уже ближайшей весной, то новый подряд все равно дадут ему же. В таких условиях строить хорошие дороги - сплошные убытки. Представьте, сколько будет желающих "похоронить" супераккумулятор среди тех, кто вложил миллиарды в заправки, НПЗ и двигатели... Но будут и другие. Те, кто заработает на новинке триллионы. Им может помочь... кризис.

У России есть возможность для рывка?

"Хоронить" революционные новинки хорошо тогда, когда все хорошо. И нет нужды ничего менять. Однако сейчас ситуация в мире другая. Свирепствует небывалый мировой экономический кризис, а как из него выйти - никто не знает. Старые рецепты вроде выпуска "массовых" автомашин и строительства автодорог уже не работают. Просто печатать деньги, будь это рубли или доллары, тоже слабо помогает. Вот тут-то могла очень помочь новая промышленная революция.

Представьте: по цене ВАЗ-2110 вам предлагают небольшую машину, которая заряжается от специальной розетки на автозаправке за полминуты. Не коптит, не шумит, денег на заправку требует в несколько раз меньше. Можно не сомневаться, купить ее захотели бы многие. Значит, новый завод по выпуску электромобилей быстро бы окупился, и надо было бы строить новый, и потом еще один. Вокруг них появились бы производители комплектующих, аккумуляторов и розеток для зарядки. Вместо старых НПЗ придется строить новые электростанции, прокладывать тысячи километров кабеля. Новые заводы, новые рабочие места, а тут и подъем экономики не за горами.

А главное - что будет решена основная проблема современной экономики: отсутствие спроса. Мы ведь сами усугубляем кризис, не покупая новые машины, не вкладывая в строительство, отказываясь от нового мобильника. А тут придется все поменять.

Понятно, что все "сливки" снимут те страны, которые первыми смогут начать выпуск принципиально новой продукции. Это хороший шанс и для России не только первыми выйти из экономического кризиса, но и стать новым мировым технологическим лидером. Не о такой ли возможности говорили и лидеры страны, когда предлагали сосредоточиться на инвестициях и инновациях?

Фредерик Бегбедер. 99 франков:

"...ты случайно узнаешь, что существуют сверхпрочные стиральные машины, которые, однако, не хочет выпускать ни один производитель; что какой-то тип изобрел нервущуюся нить для чулок, но крупная фирма колготок откупила у него патент и похерила его; что патент на "вечные" шины тоже спрятан в долгий ящик, и это при том, что ежегодно на дорогах гибнут тысячи людей; что нефтяное лобби делает все от него зависящее, дабы затормозить распространение электромобилей (ценой загрязнения атмосферы углекислым газом...), что фольга гораздо вреднее асбеста; что состав кремов от солнца не менялся со времен Второй мировой войны"

10 САМЫХ КРАСИВЫХ ЗА ВСЮ ИСТОРИЮ ФИЗИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

И.А.СОКАЛЬСКИЙ, кандидат физико-математических наук

Зрители: эксперименты прошлого

В пяти предыдущих статьях цикла "Вселенная: материя, время, пространство" (Продолжение. Начало см. в №№ 6—11, 2006), использовав аналогию театра, мы рассказали о том, как устроен наш мир. Время и пространство образуют сцену, на которой разыгрывают сложнейшие и запутанные сюжетные линии главные и второстепенные действующие лица, а также невидимые актеры. Осталось поговорить о нас с вами — о зрителях. Мы не успели к началу спектакля, который начался 14 миллиардов лет назад, а появились в зрительном зале совсем недавно по космическим масштабам времени — прошло всего несколько тысяч лет. Но нам многое удалось понять в театральном действии, хотя еще больше предстоит выяснить. Не все представители рода человеческого посвящают свои жизни познанию законов природы. Только небольшая часть, ученые. О том, как они это делают, — две последние статьи цикла. Сначала поговорим о самых красивых физических экспериментах прошлого.

Земля — шар радиусом около 6400 км. Ядро атома гелия состоит из двух протонов и двух нейтронов. Сила гравитационного притяжения между двумя телами прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояний между ними. В нашей Галактике примерно 100 миллиардов звезд. Температура поверхности Солнца около 6 тысяч градусов. Эти простые физические факты складываются с десятками тысяч других, самых разных, — таких же простых для понимания, или не слишком простых, или совсем сложных, — образуя физическую картину мира.

У человека, начинающего знакомиться с физикой, неизбежно возникает как минимум два серьезных вопроса.

Чтобы понять, нужно запомнить все?

Вопрос первый: неужели для того, чтобы понять устройство Вселенной и законы, по которым она существует, нужно узнать и запомнить все накопленные до сих пор физические факты?! Конечно, нет. Это невозможно. Фактов слишком много. Неизмеримо больше, чем могло бы уместиться не только в человеческом мозгу, но даже на магнитном диске самого современного суперкомпьютера. Только объем информации о размерах, температуре, спектральном классе и местоположении всех звезд нашей Галактики составляет 2—3 терабайта. Если добавить сюда другие характеристики звезд, то этот объем вырастет в несколько десятков или даже сотен раз. Еще в миллионы раз увеличится количество данных, если рассматривать и звезды в других галактиках. А еще сведения о планетах, газовопылевых туманностях. А еще информация об элементарных частицах, их свойствах и распределении по объему Вселенной. А еще... А еще... А еще...

Совершенно невозможно запомнить или даже просто записать куда-нибудь такое количество цифр. К счастью, это и не нужно. В том и заключается невыразимо гармоничная красота нашего мира, что бесконечное многообразие фактов вытекает из очень небольшого количества базовых принципов. Поняв эти принципы, можно не только понять, но и предсказать громадное множество физических фактов. Например, система уравнений электродинамики, предложенная 150 лет назад Дж. Максвеллом, включает в себя всего четыре уравнения, занимающих от силы 1/10 страницы учебника. Но из этих уравнений можно вывести всю кажущуюся на первый взгляд необъятной совокупность явлений, связанных с электромагнетизмом.

В принципе современная физика как раз и ставит себе целью построить единую теорию, которая включала бы в себя всего несколько уравнений (в идеале — одно), описывающих все известные и правильно предсказывающих новые физические факты.

Откуда мы знаем?

Вопрос второй: а откуда мы знаем и почему мы уверены в том, что все это действительно так? Что Земля имеет форму шара. Что в ядре гелия два протона и два нейтрона. Что сила притяжения между двумя телами прямо пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояний. Что уравнения Максвелла правильно описывают электромагнитные явления. Мы знаем это из физических экспериментов. Когда-то, давным-давно, люди от простого созерцания природных явлений постепенно перешли к их изучению с помощью осознанно поставленных экспериментов, результаты которых выражаются числами. Примерно к XVI—XVII векам сложился тот принцип физического познания природы, который до сих пор состоит на вооружении у науки и который можно схематически проиллюстрировать вот так: Явление→Гипотеза→Предсказание→Эксперимент→Теория.

Для объяснения какого-либо природного явления физики формулируют гипотезу, которая могла бы это явление объяснить. На основании гипотезы делают предсказание, которое, в общем случае, представляет собой некоторое число. Последнее проверяют экспериментально, производя измерения. Если число, полученное в результате эксперимента, согласуется с предсказанным, гипотеза получает ранг физической теории. В противном случае все возвращается на вторую стадию: формулируется новая гипотеза, делается новое предсказание и ставится новый эксперимент.

Эксперимент — ключ к пониманию мироздания

Несмотря на кажущуюся простоту схемы, процесс, описанный пятью словами и четырьмя стрелками, на деле занимает порой тысячелетия. Хорошим примером служит модель мира, эволюцию которой мы уже прослеживали в одной из предыдущих статей. В начале нашей эры утвердилась геоцентрическая модель Птолемея, согласно которой в центре мира располагалась Земля, а вокруг нее вращались Солнце, Луна и планеты. Эта модель была общепризнана в течение полутора тысяч лет, сталкивалась, однако, со все более серьезными сложностями. Наблюдаемое положение на небе Солнца, Луны и планет не соответствовало предсказаниям геоцентрической модели и такое противоречие становилось все более непреодолимым, поскольку точность наблюдений росла. Это заставило Николая Коперника предложить в середине XVI века гелиоцентрическую модель, согласно которой в центре находится не Земля, а Солнце. Гелиоцентрическая гипотеза получила блестящее подтверждение благодаря беспрецедентным по точности (для того времени) наблюдениям Тихо Браге, результаты которых совпали с предсказаниями гелиоцентрической модели. Последняя стала общепринятой, получив, таким образом, статус теории.

Этот пример, равно как и рассмотренная нами схема, показывают ключевую роль эксперимента в процессе научного познания окружающего мира. Только с помощью эксперимента можно проверить физическую модель. Чрезвычайно важен тот факт, что результаты эксперимента, так же как и предсказания физической модели, не качественные, а количественные. То есть представляют собой набор самых обыкновенных чисел. Поэтому сравнение вычисленных и измеренных результатов — вполне однозначная процедура. Только благодаря этому физический эксперимент смог стать ключом, открывающим путь к пониманию мироздания.

Десять самых красивых

Десятки и сотни тысяч физических эк¬спериментов было поставлено за тысячелетнюю историю науки. Непросто отобрать несколько "самых-самых"», чтобы рассказать о них. Каков должен быть критерий отбора?

Четыре года назад в газете "The New York Times" была опубликована статья Роберта Криза и Стони Бука. В ней рассказывалось о результатах опроса, проведенного среди физиков. Каждый опрошенный должен был назвать десять самых красивых за всю историю физических экспериментов. На наш взгляд, критерий красоты ничем не уступает другим критериям. Поэтому мы расскажем об экспериментах, вошедших в первую десятку по результатам опроса Криза и Бука.

1. Эксперимент Эратосфена Киренского

Один из самых древних известных физических экспериментов, в результате которого был измерен радиус Земли, был проведен в III веке до нашей эры библиотекарем знаменитой Александрийской библиотеки Эрастофеном Киренским. Схема эксперимента проста. В полдень, в день летнего солнцестояния, в городе Сиене (ныне Асуан) Солнце находилось в зените и предметы не отбрасывали тени. В тот же день и в то же время в городе Александрии, находившемся в 800 километрах от Сиена, Солнце отклонялось от зенита примерно на 7°. Это составляет около 1/50 полного круга (360°), откуда получается, что окружность Земли равна 40 000 километров, а радиус 6300 километров. Почти невероятным представляется то, что измеренный столь простым методом радиус Земли оказался всего на 5% меньше значения, полученного самыми точными современными методами.

2. Эксперимент Галилео Галилея

В XVII веке господствовала точка зрения Аристотеля, который учил, что скорость падения тела зависит от его массы. Чем тяжелее тело, тем быстрее оно падает. Наблюдения, которые каждый из нас может проделать в повседневной жизни, казалось бы, подтверждают это. Попробуйте одновременно выпустить из рук легкую зубочистку и тяжелый камень. Камень быстрее коснется земли. Подобные наблюдения привели Аристотеля к выводу о фундаментальном свойстве силы, с которой Земля притягивает другие тела. В действительности на скорость падения влияет не только сила притяжения, но и сила сопротивления воздуха. Соотношение этих сил для легких предметов и для тяжелых различно, что и приводит к наблюдаемому эффекту.

Итальянец Галилео Галилей усомнился в правильности выводов Аристотеля и нашел способ их проверить. Для этого он сбрасывал с Пизанской башни в один и тот же момент пушечное ядро и значительно более легкую мушкетную пулю. Оба тела имели примерно одинаковую обтекаемую форму, поэтому и для ядра, и для пули силы сопротивления воздуха были пренебрежимо малы по сравнению с силами притяжения. Галилей выяснил, что оба предмета достигают земли в один и тот же момент, то есть скорость их падения одинакова.

Результаты, полученные Галилеем. — следствие закона всемирного тяготения и закона, в соответствии с которым ускорение, испытываемое телом, прямо пропорционально силе, действующей на него, и обратно пропорционально массе.

3. Другой эксперимент Галилео Галилея

Галилей замерял расстояние, которое шары, катящиеся по наклонной доске, преодолевали за равные промежутки времени, измеренный автором опыта по водяным часам.

Ученый выяснил, что если время увеличить в два раза, то шары прокатятся в четыре раза дальше. Эта квадратичная зависимость означала, что шары под действием силы тяжести движутся ускоренно, что противоречило принимаемому на веру в течение 2000 лет утверждению Аристотеля о том, что тела, на которые действует сила, движутся с постоянной скоростью, тогда как если сила не приложена к телу, то оно покоится. Результаты этого эксперимента Галилея, как и результаты его эксперимента с Пизанской башней, в дальнейшем послужили основой для формулирования законов классической механики.

4. Эксперимент Генри Кавендиша

После того как Исаак Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения: сила притяжения между двумя телами с массами Мит, удаленных друг от друга на расстояние r, равна F=γ(mM/r²), оставалось определить значение гравитационной постоянной γ- Для этого нужно было измерить силу притяжения между двумя телами с известными массами. Сделать это не так просто, потому что сила притяжения очень мала. Мы ощущаем силу притяжения Земли. Но почувствовать притяжение даже очень большой оказавшейся поблизости горы невозможно, поскольку оно очень слабо.

Нужен был очень тонкий и чувствительный метод. Его придумал и применил в 1798 году соотечественник Ньютона Генри Кавендиш. Он использовал крутильные весы — коромысло с двумя шариками, подвешенное на очень тонком шнурке. Кавендиш измерял смещение коромысла (поворот) при приближении к шарикам весов других шаров большей массы. Для увеличения чувствительности смещение определялось по световым зайчикам, отраженным от зеркал, закрепленных на шарах коромысла. В результате этого эксперимента Кавендишу удалось довольно точно определить значение гравитационной константы и впервые вычислить массу Земли.

5. Эксперимент Жана Бернара Фуко

Французский физик Жан Бернар Леон Фуко в 1851 году экспериментально доказал вращение Земли вокруг своей оси с помощью 67-метрового маятника, подвешенного к вершине купола парижского Пантеона. Плоскость качания маятника сохраняет неизменное положение по отношению к звездам. Наблюдатель же, находящийся на Земле и вращающийся вместе с ней, видит, что плоскость вращения медленно поворачивается в сторону, противоположную направлению вращения Земли.

6. Эксперимент Исаака Ньютона

В 1672 году Исаак Ньютон проделал простой эксперимент, который описан во всех школьных учебниках. Затворив ставни, он проделал в них небольшое отверстие, сквозь которое проходил солнечный луч. На пути луча была поставлена призма, а за призмой — экран. На экране Ньютон наблюдал "радугу": белый солнечный луч, пройдя через призму, превратился в несколько цветных лучей — от фиолетового до красного. Это явление называется дисперсией света.

Сэр Исаак был не первым, наблюдавшим это явление. Уже в начале нашей эры было известно, что большие монокристаллы природного происхождения обладают свойством разлагать свет на цвета. Первые исследования дисперсии света в опытах со стеклянной треугольной призмой еще до Ньютона выполнили англичанин Хариот и чешский естествоиспытатель Марци.

Однако до Ньютона подобные наблюдения не подвергались серьезному анализу, а делавшиеся на их основе выводы не перепроверялись дополнительными экспериментами. И Хариот, и Марци оставались последователями Аристотеля, который утверждал, что различие в цвете определяется различием в количестве темноты, "примешиваемой" к белому свету. Фиолетовый цвет, по Аристотелю, возникает при наибольшем добавлении темноты к свету, а красный — при наименьшем. Ньютон же проделал допол¬нительные опыты со скрещенными призмами, когда свет, пропущенный через одну призму, проходит затем через другую. На основании совокупности проделанных опытов он сделал вывод о том, что "никакого цвета не возникает из белизны и черноты, смешанных вместе, кроме промежуточных темных; количество света не меняет вида цвета". Он показал, что белый свет нужно рассматривать как составной. Основными же являются цвета от фиолетового до красного.

Этот эксперимент Ньютона служит замечательным примером того, как разные люди, наблюдая одно и то же явление, интерпретируют его по-разному и только те, кто подвергает сомнению свою интерпретацию и ставит дополнительные опыты, приходят к правильным выводам.

7. Эксперимент Томаса Юнга

До начала XIX века преобладали представления о корпускулярной природе света. Свет считали состоящим из отдельных частиц — корпускул. Хотя явления дифракции и интерференции света наблюдал еще Ньютон ("кольца Ньютона"), общепринятая точка зрения оставалась корпускулярной.

Рассматривая волны на поверхности воды от двух брошенных камней, можно заметить, как, накладываясь друг на друга, волны могут интерферировать, то есть взаимогасить либо взаимоусиливать друг друга. Основываясь на этом, английский физик и врач Томас Юнг проделал в 1801 году опыты с лучом света, который проходил через два отверстия в непрозрачном экране, образуя, таким образом, два независимых источника света, аналогичных двум брошенным в воду камням. В результате он наблюдал интерференционную картину, состоящую из чередующихся темных и белых полос, которая не могла бы образоваться, если бы свет состоял из корпускул. Темные полосы соответствовали зонам, где световые волны от двух щелей гасят друг друга. Светлые полосы возникали там, где световые волны взаимоусиливались. Таким образом была доказана волновая природа света.

8. Эксперимент Клауса Йонссона

Немецкий физик Клаус Йонссон провел в 1961 году эксперимент, подобный эксперименту Томаса Юнга по интерференции света. Разница состояла в том, что вместо лучей света Йонссон использовал пучки электронов. Он получил интерференционную картину, аналогичную той, что Юнг наблюдал для световых волн. Это подтвердило правильность положений квантовой механики о смешанной корпускулярно-волновой природе элементарных частиц.

9. Эксперимент Роберта Милликена

Представление о том, что электрический заряд любого тела дискретен (то есть состоит из большего или меньшего набора элементарных зарядов, которые уже не подвержены дроблению), возникло еще в начале XIX века и поддерживалось такими известными физиками, как М.Фарадей и Г.Гельмгольц. В теорию был введен термин "электрон", обозначавший некую частицу — носитель элементарного электрического заряда. Этот термин, однако, был в то время чисто формальным, поскольку ни сама частица, ни связанный с ней элементарный электрический заряд не были обнаружены экспериментально. В 1895 году К.Рентген во время экспериментов с разрядной трубкой обнаружил, что ее анод под действием летящих из катода лучей способен излучать свои, Х-лучи, или лучи Рентгена. В том же году французский физик Ж.Перрен экспериментально доказал, что катодные лучи — это поток отрицательно заряженных частиц. Но, несмотря на колоссальный экспериментальный материал, электрон оставался гипотетической частицей, поскольку не было ни одного опыта, в котором участвовали бы отдельные электроны.

Американский физик Роберт Милликен разработал метод, ставший классическим примером изящного физического эксперимента. Милликену удалось изолировать в пространстве несколько заряженных капелек воды между пластинами конденсатора. Освещая рентгеновскими лучами, можно было слегка ионизировать воздух между пластинами и изменять заряд капель. При включенном поле между пластинами капелька медленно двигалась вверх под действием электрического притяжения. При выключенном поле она опускалась под действием гравитации. Включая и выключая поле, можно было изучать каждую из взвешенных между пластинами капелек в течение 45 секунд, после чего они испарялись. К 1909 году удалось определить, что заряд любой капельки всегда был целым кратным фундаментальной величине е (заряд электрона). Это было убедительным доказательством того, что электроны представляли собой частицы с одинаковыми зарядом и массой. Заменив капельки воды капельками масла, Милликен получил возможность увеличить продолжительность наблюдений до 4,5 часа и в 1913 году, исключив один за другим возможные источники погрешностей, опубликовал первое измеренное значение заряда электрона: е = (4,774 ± 0,009)х10^-10 электростатических единиц.

10. Эксперимент Эрнста Резерфорда

К началу XX века стало понятно, что атомы состоят из отрицательно заряженных электронов и какого-то положительного заряда, благодаря которому атом остается в целом нейтральным. Однако предположений о том, как выглядит эта "положительно-отрицательная" система, было слишком много, в то время как экспериментальных данных, которые позволили бы сделать выбор в пользу той или иной модели, явно недоставало. Большинство физиков приняли модель Дж.Дж.Томсона: атом как равномерно заряженный положительный шар диаметром примерно 108 см с плавающими внутри отрицательными электронами.

В 1909 году Эрнст Резерфорд (ему помогали Ганс Гейгер и Эрнст Марсден) поставил эксперимент, чтобы понять действительную структуру атома. В этом эксперименте тяжелые положительно заряженные а-частицы, движущиеся со скоростью 20 км/с, проходили через тонкую золотую фольгу и рассеивались на атомах золота, отклоняясь от первоначального направления движения. Чтобы определить степень отклонения, Гейгер и Марсден должны были с помощью микроскопа наблюдать вспышки на пластине сцинтиллятора, возникавшие там, где в пластину попадала а-частица. За два года было сосчитано около миллиона вспышек и доказано, что примерно одна частица на 8000 в результате рассеяния изменяет направление движения более чем на 90° (то есть поворачивает назад). Такого никак не могло происходить в "рыхлом" атоме Томсона. Результаты однозначно свидетельствовали в пользу так называемой планетарной модели атома — массивное крохотное ядро размерами примерно 10^-13 см и электроны, вращающиеся вокруг этого ядра на расстоянии около 10^-8 см.

Современные физические эксперименты значительно сложнее экспериментов прошлого. В одних приборы размещают на площадях в десятки тысяч квадратных километров, в других заполняют объем порядка кубического километра. В третьих... Но давайте подождем следующего номера. Современные физические эксперименты — тема следующей (и последней) статьи цикла.

Физики почти обнаружили темную материю

О том, что у ученых, работающих на CDMS, что-то получилось, стало известно 10 дней назад. Тогда слухи о возможной регистрации темной материи просочились в интернет. Изначально даже сообщалось, что статья исследователей принята к публикации в Nature и это косвенно указывает на существенность открытия, однако представители журнала поспешили опровергнуть слухи.

Выяснилось, что в период с 2007 по 2008 год исследователям удалось зарегистрировать два события, которые могут расцениваться как случаи регистрации слабо взаимодействующих массивных частиц (Weakly Interactive Massive Particles, WIMP). По словам исследователей, собранные данные позволяют говорить об обнаружении темной материи с вероятностью 3/4. Они подчеркивают, "чтобы попасть в Стокгольм" (имеется в виду получить Нобелевскую премию), необходима степень уверенности в 99 процентов.

По словам ученых, столь невысокая результативность объясняется не только тем фактом, что частицы темной материи почти не взаимодействуют с обычной материей, но и наличием высокого уровня шума. Детекторы исследователей представляют собой охлажденные почти до абсолютного нуля диски из германия и кремния, расположенные на глубине примерно 747 метров в бывшем железном руднике в Миннесоте. Шум в них создают частицы обычной материи.

Сами исследователи подчеркивают, что повод для оптимизма есть. Дело в том, что в 2008 году сотрудники CDMS уже публиковали работу, в которой приводились результаты работы за 2006-2007 годы. Тогда ученым не удалось обнаружить никаких частиц. Регистрация двух событий (хотя статистика предсказывает, что их должно быть пять за двухлетний период) показывает, что калибровка детекторов идет успешно.

Кроме этого, в настоящее время над регистрацией частиц темной материи работают более совершенные детекторы - например, итальянский XENON100 и британский Zeplin-III. По мнению специалистов, подтверждение регистрации частиц темной материи может состояться "в ближайшие месяцы".

Темная материя изначально появилась как абстракция, необходимая для объяснения движения звезд и галактик. Считается, что большая часть материи во Вселенной является темной, то есть не принимает участие в электромагнитном взаимодействии.

Расположение камер на территории Канады. Иллюстрация NASA

Северные сияния оказались способны к столкновениям

Открытие было сделано благодаря системе камер, расположенных на территории Канады. Кроме этого наблюдения проводились при помощи спутника Themis - космический аппарат не только делал фотографии, но также измерял характеристики магнитного поля и плазмы в окружающем его пространстве.

Исследователи полагают, что вспышки являются результатом сложных процессов, происходящих в магнитосфере Земли во время столкновения сияний. Наиболее интересные процессы, суть которых пока неясна, вероятно происходят в так называемом плазменном хвосте - регионе магнитосферы Земли, с противоположной от Солнца стороны.

Анализ зарегистрированных столкновений позволил выявить у них общие характеристики. Так, оказалось, что в них обычно принимает участие пара сияний - одно крупное и широкое, напоминающее покрывало, а другое мелкое и узловатое. Ученые полагают, что первое связано с плазменными потоками во внутренней части хвоста, а второе - с потоками во внешней. Таким образом, столкновение сияний - следствие столкновения потоков, которое приводит к возникновению вспышек. На последовательные снимки этого процесса можно посмотреть тут.

Совсем недавно норвежские астрономы обнаружили различия между северным и южным полярными сияниями. Данный факт является удивительным потому, что симметрия магнитного поля нашей планеты должна приводить к тому, что сияния также должны распределяться одинаково. По словам ученых, наличие различий в северном и южном сияниях указывает на возможные сезонные изменения в магнитном поле планеты.

Ледяное Солнце: неожиданное открытие

Анализ обстоятельств сверхмощной вспышки на Солнце, произошедшей 5 декабря 2006 года, принес большие неожиданности.

Исследовательская группа NASA под руководством доктора Ричарда Мевальда (Richard Mewaldt) из Калифорнийского технологического института проанализировала обстоятельства одной из самых мощных за последние 30 лет вспышки на Солнце, произошедшей 5 декабря 2006 года. Её мощность была оценена как Х9.

Незадолго до вспышки, 25 октября 2006 года, NASA вывело в космос группировку из двух идентичных аппаратов STEREO. Установленная на них аппаратура позволила существенно детальнее изучить процессы, связанные с выбросами вещества при вспышках.

Оказалось, что они очень плохо согласуются с текущей теорией Солнца.

Час спустя после вспышки 25 октября 2006 года аппаратура одного из спутников зафиксировала поток выброшенного вещества. Оказалось, что он состоял исключительно из неионизированных (а значит, холодных) атомов водорода – в нем не было даже гелия. Продолжительность выброса составила около 90 минут.

Выброс был зарегистрирован только одним аппаратом, что говорит о его узконаправленности.

Затем наступила пауза, длившаяся 30 минут.

И только после этого аппарат зарегистрировал то, что, собственно говоря, и ожидали увидеть учёные – поток ионизованной плазмы водорода, гелия, кислорода, железа.

Динамика
частиц по данным группировки STEREO 5 декабря 2008 года. По оси абсцисс
- время суток (в часах). По оси ординат - условное угловое
распределение потока частиц в плоскости эклиптики (от минус 180 до 180
градусов). Виден компактный (во времени и в пространстве) выброс атомов
водорода, вслед за которым последовал распределённый в пространстве
выброс ионизованной плазмы различных элементов. Причины
узконаправленности потока в настоящее время неясны. Изображение NASA 

Феномен выброса холодных атомов, предваряющего собственно поток плазмы, плохо согласуется с текущими моделями Солнца и требует объяснения.

Проще всего было бы предположить, что на Солнце имеется водород в атомарном состоянии. Однако такая гипотеза потребует слишком коренного пересмотра текущей теории «горячего Солнца», а вместе с ним – и природы процессов выделения им энергии.

Группа доктора Мевальда предположила, что в данном случае холодные атомы водорода образовались из плазмы при рекомбинации протонов и электронов. Двухчасовая же задержка в приходе ионизированной плазмы вызвана её сложным движением в магнитном поле светила. В это же время уже рекомбинировавшие атомы водорода двигались по более короткой траектории, что обусловило временную задержку между двумя потоками вещества.

Насколько такая гипотеза правдоподобна, судить трудно. Она, в частности, вряд ли способна объяснить формирование столь узкого потока атомов, и полное отсутствие в первичном выбросе более тяжёлых атомов.

Неожиданно выявленный факт способен помочь понять природу процессов, происходящих на Солнце и обуславливающих выделение энергии – она пока что далека от объяснения. Тем не менее, это задача исключительной важности – энергия Солнца обеспечивает существование биосферы Земли.

Более подробная информация о странных процессах, происходящих на Солнце, будет представлена на портале Исследования и разработки – R&D.CNews.

Фото пользователя Liftarn с сайта wikipedia.org

Что скрывает ночь

Основные события Международного года астрономии

Однажды вечером в 1609 году Галилео Галилей направил на небо сделанный им странный прибор, представлявший собой длинную трубу со вставленными в нее линзами. В этот тихий вечер было положено начало новому разделу науки - телескопической астрономии. За 400 лет новорожденная наука стала вполне самостоятельной дамой, которая завладевает умами огромного количества поклонников. В 2009 году было решено отдать ей должное - по инициативе Международного астрономического союза и ЮНЕСКО этот год объявлен Международным годом астрономии.

Большинство людей ассоциирует астрономию с красивыми картинками в научно-популярных журналах и книгах. Ученых-астрономов традиционно представляют сосредоточенными мужчинами в белых халатах, ночами напролет глядящими в огромные телескопы. Примерно как на картинке ниже. В 2009 году астрономы наконец решили рассказать миру кто они, что на самом деле делают и зачем (кроме изготовления красочных иллюстраций) это нужно.

Идея посвятить 2009 год астрономии возникла давно. Официально Международный астрономический союз объявил об этом решении в 2006 году. В течение года вовлеченные в проект организации разрабатывали программу возможных мероприятий. Весь 2008 год астрономы, институты, обсерватории, музеи, в общем все-все-все готовились к их проведению. В первые дни 2009 года жители многих городов обнаружили на улицах людей с телескопами, совсем не похожих на скучных "яйцеголовых". Астрономы-любители предлагали всем желающим увидеть привычное небо новым взглядом. Даже небольшой телескоп позволяет увеличить число видимых звезд в десятки раз. А в 30-сантиметровый телескоп уже можно разглядывать отдаленные галактики.

Иллюстрация Sidney Harris с сайта ircamera.as.arizona.edu

Официальная церемония открытия Международного года астрономии (МГА) прошла 15-16 января 2009 года в парижской штаб-квартире ЮНЕСКО. Во время церемонии ученые со всего мира, в том числе нобелевские лауреаты, рассказывали об истории астрономии, ее значении для общества и о целях МГА.

Основная цель МГА - поделиться с публикой "тайными знаниями", которыми владеют только специалисты. На самом деле эти знания и так доступны всем желающим, однако для их поиска нужно приложить некоторые усилия. Проекты МГА призваны подать астрономические сведения в "легкоусвояемой" форме. Кроме того, инициаторы МГА надеются в течение 2009 года наладить связи между учеными из разных стран и между профессиональными астрономами и астрономами-любителями (которых очень много и которые уже совершили немало открытий).

Лучшее (а в современном мире единственное приемлемое) место для размещения большого количества информации - это интернет. Поэтому немалая часть проектов МГА "прописаны" в Сети. Рассмотрим самые интересные из них.

Почитать

Млечный Путь потяжелел в два раза

Новые астрономические данные показали, что масса и скорость вращения Млечного Пути оказались в несколько раз больше, чем считалось до сих пор. Это известие, в свою очередь, означает, что наша Галактика столкнется со своей соседкой - Туманностью Андромеды - раньше рассчитанного срока в пять миллиардов лет. О своем открытии ученые доложили на встрече Американского астрономического общества в Калифорнии. Основные положения их доклада приведены в пресс-релизе на сайте Гарвардского университета.

В своих исследования специалисты из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра и их коллеги использовали распределенную сеть радиотелескопов (Very Long Baseline Array - VLBA). Они сосредоточились на наблюдении областей интенсивного звездообразования. В некоторых районах внутри этих областей находятся источники мазерного излучения. Электромагнитное излучение этого типа возникает, когда облака межзвездного газа получают дополнительную энергию от космических лучей. Получив такой "приток сил", молекулы газа переходят в возбужденное состояние, а затем вновь возвращаются к "обычной жизни", испуская при этом излишки энергии в виде фотонов.

Астрономы провели серию периодических наблюдений за выбранными двадцатью источниками мазерного излучения. Такой подход позволил ученым определить небольшие изменения положения мазеров относительно удаленных неподвижных звезд. Все изучаемые мазеры находились на рукавах нашей спиральной Галактики, и исследователи смогли определить ее структуру, построив трехмерную карту движения источников мазерного излучения.

Полученные ими данные позволили оценить такой параметр Галактики, как скорость вращения ее рукавов (в той области, где находится Солнечная система). Оказалось, что Млечный Путь "крутится" со скоростью около 254 километров в секунду. Это число на 15 процентов больше всех предыдущих значений. Скорость вращения галактик связана с их массой, поэтому авторы работы смогли оценить и этот параметр Млечного Пути. Согласно их расчетам, Галактика приблизительно в два раза тяжелее, чем считалось ранее. А значит, силы притяжения между потяжелевшей до трех триллионов солнечных масс Галактикой и Туманностью Андромеды также больше, чем принято считать. На данный момент астрономы затрудняются назвать новую "дату" столкновения.

Еще одним открытием, которое было сделано с помощью VLBA, стало изменение числа рукавов Млечного Пути. Авторы исследования утверждают, что их не два, а четыре.

Данные, указывающие на то, что имеющаяся у астрономов информация о массе, скорости и числе рукавов не полна, появляются не первый раз. Доказательства, полученные в данной работе, являются более убедительными, чем предыдущие, так как авторам удалось построить трехмерную карту структуры Галактики. Тем не менее, как отмечает Роберт Бенджамин (Robert Benjamin) из Университета Висконсина (University of Wisconsin–Whitewater), исследование ученых не ставит точку в вопросе изучения нашего "космического дома", а всего лишь указывает направление дальнейшей работы.

Центр Млечного Пути, вид с Земли. Фото lucasastronomy.wetpaint.com

Ученые обнаружили в центре Млечного Пути вторую черную дыру

Астрономы установили, что, вероятно, вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути вращается так называемая черная дыра средней величины. Работа ученых появится в журнале The Astrophysical Journal, а ее препринт доступен на сайте arXiv.org.

Согласно современным представлениям в центре Млечного Пути располагается сверхмассивная черная дыра (Стрелец А^*). Одним из нерешенных вопросов астрономии является объяснение наличия вокруг нее большого количества молодых звезд. Дело в том, что гравитационное воздействие дыры не позволяет образовываться звездным "зародышам" - облакам газа, из которых потом рождаются звезды (хотя недавно появлялась информация, что условия в окрестности дыр не столь экстремальны, как считалось ранее). Это означает, что, с точки зрения современной астрономии, звезды образовались где-то еще и только потом попали в окрестность черной дыры.

Другим феноменом является почти хаотическая ориентация орбит звезд вблизи черной дыры относительно плоскости эклиптики галактики.

Компьютерное моделирование позволило установить, что все эти явления хорошо объясняются наличием черной дыры средней массы (существование этих объектов до сих пор не доказано), которая вращается вокруг Стрельца A^*. Масса объекта составляет около 1500 солнечных. Именно гравитация дыры "притаскивает" звезды из близлежащих скоплений и приводит к сложной ориентации орбит.

В соответствии с одной из гипотез, молодые звезды являются останками двойных систем, которые приблизились к Стрельцу A^* на слишком близкое расстояние. Слабым местом этой гипотезы является наличие постоянного "источника" двойных систем, которого до сих пор обнаружено не было.

January 23, 2009: Today, NASA researchers announced an event that will transform our view of the Sun and, in the process, super-charge the field of solar physics for many years to come.

"On February 6, 2011," says Chris St. Cyr of the Goddard Space Flight Center, "Super Bowl XLV will be played in Arlington, Texas."

Wait … that's not it.

"And on the same day," he adds, "NASA's two STEREO spacecraft will be 180 degrees apart and will image the entire Sun for the first time in history."

Right: An artist's concept of one of the STEREO spacecraft. [Larger image]

STEREO's deployment on opposite sides of the Sun solves a problem that has vexed astronomers for centuries: At any given moment they can see only half of the stellar surface. The Sun spins on its axis once every 25 days, so over the course of a month the whole Sun does turn to face Earth, but a month is not nearly fast enough to keep track of events. Sunspots can materialize, explode, and regroup in a matter of days; coronal holes open and close; magnetic filaments stretch tight and—snap!—they explode, hurling clouds of hot gas into the solar system. Fully half of this action is hidden from view, a fact which places space weather forecasters in an awkward position. How can you anticipate storms when you can't see them coming? Likewise researchers cannot track the long-term evolution of sunspots or the dynamics of magnetic filaments because they keep ducking over the horizon at inconvenient times. STEREO's global view will put an end to these difficulties.

"This is a perspective we've never had before," says STEREO mission scientist Lika Guhathakurta of NASA headquarters. "We're now monitoring more than 270 degrees of solar longitude—that's 3/4ths of the star."

"After all these years," she laughs, "we're finally getting to see the dark side of the Sun."

(Editor's note: The Sun has no dark side. That was a solar physics joke.)

STEREO's journey to the "dark side" began on Oct. 25, 2006, when the twin probes left Earth together onboard a Delta II rocket. High above the atmosphere, they separated and headed for the Moon. What happened next was a first in space navigation. The Moon acted as a gravitational slingshot, flinging the two probes in opposite directions—STEREO-A ahead of Earth and STEREO-B behind. They've been spreading apart ever since, and this is where they are now:

Above: The current positions of the STEREO Ahead (red) and Behind (green) spacecraft relative to the Sun (orange) and Earth (blue). The dotted lines show the angular displacement from the Earth. [more]

Because of the way the Sun spins (counterclockwise in the diagram above), STEREO-B gets a sneak preview of sunspots and coronal holes before they turn to face Earth—a boon for forecasters.

"I know forecasters at NOAA's Space Weather Prediction Center monitor STEREO-B very closely," says St Cyr. "It lets them know what's coming."

At the moment, STEREO-B enjoys a 3-day look-ahead advantage over Earth-based observatories. This has allowed researchers to predict geomagnetic storms as much as 72 hours earlier than ever before. On several occasions in late 2008, STEREO-B spotted a coronal hole spewing solar wind before any other spacecraft did. When the solar wind hit Earth, STEREO-B's long-range forecast was validated by auroras like these:

Above: Photographer Brian Whittaker took this picture from the window of an airplane flying over Greenland on Nov. 9, 2008. The auroras were sparked by a solar wind impact anticipated by STEREO-B. Credit: Spaceweather.com.

St. Cyr notes that experienced ham radio operators can participate in this historic mission by helping NASA capture STEREO's images. The busy Deep Space Network downloads data from STEREO only three hours a day. That's plenty of time to capture all of the previous day's data, but NASA would like to monitor the transmissions around the clock.

"So we're putting together a 'mini-Deep Space Network' to stay in constant contact with STEREO," says Bill Thompson, director of the STEREO Science Center at Goddard.

The two spacecraft beam their data back to Earth via an X-band radio beacon. Anyone with a 10-meter dish antenna and a suitable receiver can pick up the signals. The data rate is low, 500 bits per second, and it takes 3 to 5 minutes to download a complete image.

So far, the mini-Network includes stations in the United Kingdom, France and Japan—and Thompson is looking for more: "NASA encourages people with X-band antennas to contact the STEREO team. We would gladly work with them and figure out how they can join our network."

The two STEREO spacecraft rank among most sophisticated solar observatories launched by NASA to date. They are equipped with sensors that measure the speed, direction and composition of the solar wind; receivers that pick up radio emissions from explosions and shock waves in the sun's atmosphere; telescopes that image the solar surface and all the tempests that rage there; and coronagraphs to monitor events in the sun's outer atmosphere.

"So, really," says Guhathakurta, "we're not only seeing the sun's dark side, we're feeling, tasting and listening to it as well."

Super Bowl Sunday may never be the same….

И даром надо

Все больше новых научных данных открывают для свободного доступа

В ближайшее время научный журнал RNA Biology собирается открыть новый раздел, посвященный семействам молекул РНК. Направление в последнее время бурно развивается, поэтому в вынесении статей на эту тему в отдельный блок нет ничего удивительного. И тем не менее, раздел будет необычным. Все авторы, которые хотят, чтобы их работы были там опубликованы, обязаны выложить полученные данные в Википедию.

Требование журнала кажется очень странным, однако оно отражает наметившуюся некоторое время назад в науке тенденцию выкладывать в свободный доступ все больше и больше свежих данных. Почему ученые добровольно соглашаются делиться с коллегами (читай: конкурентами) своими нажитыми нелегким трудом результатами?

Никому-никому-никому

Публикация статьи - это самый важный этап в работе над научным проектом. Теоретически, можно работать только ради собственного интереса и нигде не презентовать результаты, но на практике исследователи стараются опубликовать статью в самом лучшем (по возможности) журнале и при этом опередить конкурентов. Для научного сообщества ваших результатов не существует, если они нигде не опубликованы.

В некотором роде жизнь ученого - особенно успешного ученого - напоминает жизнь разведчика. Сотрудники конкурирующих лабораторий скрывают друг от друга промежуточные данные и всеми силами стараются узнать, что уже успели сделать "враги". Совсем недавно коллектив физиков написал несколько статей, в которых были использованы фотографии слайдов, показанных другой группой исследователей на конференции. Авторы слайдов отказались предоставить коллегам доступ к цифрам, и тогда коллеги пошли на крайние меры. Этот инцидент закончился благополучно, но часто подобные истории приводят к окончательному разрыву отношений между учеными.

Всем-всем-всем

В последнее время ситуация изменилась. Новые веяния обещают если не конец войны, то хотя бы ее ослабление. Одним из миротворцев является интернет. Все солидные научные журналы уже перенесли в Сеть свои архивы, а новые публикации часто появляются в электронном виде намного раньше, чем в бумажном (так называемые Early Editions или Advanced Online Publications). Исследователям гораздо удобнее прочитать статью, скачав ее из интернета, чем идти за ней в библиотеку. Тем более что ни один институт не может позволить себе заказывать в свои библиотеки номера всех издающихся журналов, а для работы над каждым проектом требуется просмотреть десятки статей.

Важные числа

Для оценки значимости научного журнала или конкретной публикации, а также оценки деятельности ученого используются несколько критериев. Научная периодика ранжируется по импакт-фактору - численному показателю, зависящему от числа опубликованных в журнале статей и количества ссылок на них. Статьи оценивают по индексу цитирования, определяемому по числу ссылок на статью в работах других авторов. Наконец, продуктивность ученого можно установить, используя индекс Хирша, значение которого зависит от числа опубликованных им статей и их цитируемости.

Авторам статей, с другой стороны, выгоднее, чтобы их работу прочло как можно больше народу. Некоторые из тех, кто ознакомился с публикацией, захотят сослаться на нее в своей статье. А число ссылок определяет так называемый индекс цитируемости публикации, другими словами, ее научную значимость (хотя этот критерий часто подвергается критике).

Еще одним фактором, который способствует появлению в Сети самых новых научных данных, является изменение подхода к изучению окружающего мира. Сейчас для того, чтобы написать работу, необходимо проанализировать огромное количество материала. В биологии активно развивается так называемый системный подход. То есть, ученые пытаются восстановить целые метаболические пути организмов или проследить эволюцию гена у различных видов. Для реализации таких задач необходимо изучить массу генетических и биохимических данных. Физики получают от ускорителей элементарных частиц терабайты информации. Телескопы ежедневно передают десятки снимков космоса. Чтобы обработать этот немыслимый объем данных, необходимы усилия сотен ученых. Появление в свободном доступе сырых данных и промежуточных результатов необходимо для того, чтобы процесс исследования продвигался вперед.

Необходимость иметь под рукой исходные данные привела к появлению множества бесплатных баз данных. Кроме того, распространились сайты, куда ученые выкладывают еще неопубликованные статьи (пожалуй, самым известным архивом препринтов является arXiv.org) и бесплатные научные журналы (PLoS ONE, BMC Biotechnology и другие). В отличие от архивов препринтов, журналы со свободным доступом, тем не менее, являются рецензируемыми, то есть перед публикацией статей их оценивают эксперты в соответствующей области.

Сделай сам

Самые "продвинутые" исследователи пытаются организовать "хранилища" научной информации, работающие по принципу Википедии. То есть, пользователи такой базы могут не только читать, но также редактировать информацию. На сегодняшний день полноценно функционируют или запущены в пилотном режиме несколько подобных баз. В Gene Wiki собраны статьи о генах человека. Специальное ПО загружает новые данные из специализированных баз и представляет их в стандартном формате Википедии. WikiPathways содержит информацию о биохимических путях различных организмов. В Protein Data Bank пользователи смогут найти трехмерные структуры белков.

Так как статьи в "википодобных" базах редактируют специалисты, занимающиеся конкретным узким направлением, они поддерживаются на высоком уровне. С другой стороны, привычный формат и обилие перекрестных ссылок позволяют обычным пользователям пользоваться такими базами.

Все серьезно

"Серьезные" журналы, которые по-прежнему требуют платы за просмотр материалов тоже смягчили свои условия и открыли свободный доступ к статьям спустя определенное время (от нескольких месяцев до нескольких лет) после публикации. Один из самых авторитетных научных журналов - Nature - даже запустил три сайта, где желающие могут бесплатно ознакомиться с новыми данными, касающимися глобального потепления и исследования стволовых клеток. На третьем сайте - Nature Precedings - появляются еще неопубликованные научные данные по "горячим" темам. Одной из задач Nature Precedings является предотвращение споров о приоритете научного открытия.

Помимо журналов в деле "обесценивания" результатов исследований принимают участие организации, финансирующие эти исследования. В 2005 году крупнейший научно-исследовательский центр США - Национальный институт здоровья (NIH) выступил с необычной инициативой. Институт обязал ученых, получивших от NIH гранты на исследования, публиковать тексты своих принятых к публикации (то есть, получивших одобрение экспертов) статей, в базе NIH (PubMed Central) раньше, чем через год после публикации. Неудивительно, что эта практика института не встретила одобрения у редакций журналов, которые зарабатывают именно на продаже статей.

И все-таки тех, кто окажется в выигрыше от практики свободного распространения научных данных, больше чем тех, кто проиграет. И поэтому можно предположить, что в будущем число исследователей, открывающих другим свободный доступ к своим результатам, будет увеличиваться. Что, безусловно, приятно.

"At first I didn't believe it," says THEMIS project scientist David Sibeck of the Goddard Space Flight Center. "This finding fundamentally alters our understanding of the solar wind-magnetosphere interaction."

The magnetosphere is a bubble of magnetism that surrounds Earth and protects us from solar wind. Exploring the bubble is a key goal of the THEMIS mission, launched in February 2007. The big discovery came on June 3, 2007, when the five probes serendipitously flew through the breach just as it was opening. Onboard sensors recorded a torrent of solar wind particles streaming into the magnetosphere, signaling an event of unexpected size and importance.

Above: One of the THEMIS probes exploring the space around Earth, an artist's concept. 

"The opening was huge—four times wider than Earth itself," says Wenhui Li, a space physicist at the University of New Hampshire who has been analyzing the data. Li's colleague Jimmy Raeder, also of New Hampshire, says "10²⁷ particles per second were flowing into the magnetosphere—that's a 1 followed by 27 zeros. This kind of influx is an order of magnitude greater than what we thought was possible."

Above: A computer model of solar wind flowing around Earth's magnetic field on June 3, 2007. Background colors represent solar wind density; red is high density, blue is low. Solid black lines trace the outer boundaries of Earth's magnetic field. Note the layer of relatively dense material beneath the tips of the white arrows; that is solar wind entering Earth's magnetic field through the breach. Credit: Jimmy Raeder/UNH. 

The size of the breach took researchers by surprise. "We've seen things like this before," says Raeder, "but never on such a large scale. The entire day-side of the magnetosphere was open to the solar wind."

The circumstances were even more surprising. Space physicists have long believed that holes in Earth's magnetosphere open only in response to solar magnetic fields that point south. The great breach of June 2007, however, opened in response to a solar magnetic field that pointed north.

"To the lay person, this may sound like a quibble, but to a space physicist, it is almost seismic," says Sibeck. "When I tell my colleagues, most react with skepticism, as if I'm trying to convince them that the sun rises in the west."

Here is why they can't believe their ears: The solar wind presses against Earth's magnetosphere almost directly above the equator where our planet's magnetic field points north. Suppose a bundle of solar magnetism comes along, and it points north, too. The two fields should reinforce one another, strengthening Earth's magnetic defenses and slamming the door shut on the solar wind. In the language of space physics, a north-pointing solar magnetic field is called a "northern IMF" and it is synonymous with shields up!

"So, you can imagine our surprise when a northern IMF came along and shields went down instead," says Sibeck. "This completely overturns our understanding of things."

Northern IMF events don't actually trigger geomagnetic storms, notes Raeder, but they do set the stage for storms by loading the magnetosphere with plasma. A loaded magnetosphere is primed for auroras, power outages, and other disturbances that can result when, say, a CME (coronal mass ejection) hits.

The years ahead could be especially lively. Raeder explains: "We're entering Solar Cycle 24. For reasons not fully understood, CMEs in even-numbered solar cycles (like 24) tend to hit Earth with a leading edge that is magnetized north. Such a CME should open a breach and load the magnetosphere with plasma just before the storm gets underway. It's the perfect sequence for a really big event."

Sibeck agrees. "This could result in stronger geomagnetic storms than we have seen in many years."

Земная магнитосфера представляет собой область вокруг нашей планеты, внутри которой действуют магнитные силы. Наиболее вероятной причиной появления магнитного поля является движение жидкой части ядра Земли. Магнитосферу нельзя увидеть невооруженным глазом, однако о ее наличии судят по движениям заряженных или полярных частиц, которые ускоряются под действием магнитного поля.

За годы изучения магнитной оболочки Земли ученые получили представление о тех или иных ее частях. Авторы данного исследования сосредоточились на движении низкоэнергетических ионов, разгоняющихся до более высоких энергий в различных областях магнитосферы. Анализ показал, что в магнитосфере должен присутствовать отдельный слой, обладающий определенным набором свойств.

Исходя из результатов своего исследования, ученые заключили, что теплая плазменная оболочка - это небольшой слой, который формируется на ночной стороне Земли, продолжается на дневную сторону и постепенно исчезает. Обнаруженный слой образуют заряженные частицы с низкой энергией, которые поднимаются от Земли в районе ее полюсов и "путешествуют" в магнитном хвосте планеты. В определенный момент из-за изгиба магнитного поля направление их движения сменяется на противоположное, и частицы устремляются обратно к Земле.

Изучение свойств магнитосферы Земли является весьма важной задачей, так как магнитное поле защищает обитателей планеты от пагубного воздействия космических частиц, например, солнечного ветра, и изменения в этом "защитном щите" могут иметь необратимые последствия.

Объект Sagittarius A*, находящийся в центре Млечного Пути и предположительно являющийся черной дырой. Изображение NASA/CXC/MIT/F.K. Baganoff et.al.

Небо становится ближе

Космические новости прошедшей недели

Сколько весит черная дыра в центре нашей Галактики и существует ли она вообще? Как один необычайно яркий коричневый карлик превратился в двух необычайно тусклых? Наконец, почему изменение толщины льда на спутнике Юпитера Европе резко повысило ее шансы на обитаемость? Ответы на все эти вопросы появились на этой неделе, которую с полным правом можно назвать космической.

На прошедшей неделе в научном мире произошло немало интересных событий. В частности, в Осло и в Стокгольме состоялись церемонии вручения Нобелевских премий, а генетики смогли расшифровать половину генома неандертальца. Однако самые важные события происходили не на Земле и даже не в Солнечной системе. Основным поставщиком новостей был далекий космос.

Вести из бездны

Пожалуй, самой топовой новостью стало сообщение об огромной черной дыре в центре нашей Галактики. Многие издания сообщали, что астрономы обнаружили эту дыру, но на самом деле новостью является не это. О существовании в сердце Млечного Пути сверхмассивного объекта, не отпускающего от себя даже свет, астрономам было известно давно. Изначально факт присутствия "рядом" с нами черной дыры был предсказан теоретически. Позднее у ученых стали накапливаться данные наблюдений, которые лучше всего объяснялись именно гипотезой о существовании гигантской черной дыры. Находящийся в центре Млечного Пути объект, являющийся источником рентгеновского, радио- и инфракрасного излучения, получил название Стрелец А^* (Sagittarius A^*, сокращенно - Sgr A^*).

В 2002 году была опубликована работа, авторы которой наблюдали за движением звезды S2 вокруг галактического центра. Форма ее орбиты четко указывала на то, что сердцевина Млечного Пути "заполнена" черной дырой. Астрономам даже удалось определить ее массу: согласно подсчетам шестилетней давности, вес нашей черной дыры составляет 3,7 миллиона солнечных масс плюс-минус 1,5 миллиона.

В сентябре 2008 года большой коллектив астрономов из разных стран смог в подробностях "рассмотреть" Sgr A^*. Для этого ученым понадобилось несколько радиотелескопов, расположенных в разных частях США. Появление этой работы заставило признать существование черной дыры реальностью даже тех, кто упорно не хотел верить в столь опасное соседство (хотя некоторые ученые продолжают считать, что в сердце Галактики находится какой-то другой объект).

Если бы люди умели видеть не только в оптическом диапазоне, то они могли бы увидеть черную дыру в центре нашей Галактики приблизительно таким образом. Изображение NASA

Так что же сделали авторы работы, пресс-релиз которой появился на прошлой неделе (статья принята к публикации в журнале Astrophysical Journal, а ее препринт доступен на сайте arXiv.org)? Исследователи (это были те же люди, которые наблюдали звезду S2) смогли уточнить массу "нашей" черной дыры. Астрономы в течение 16 лет следили за движением 28 звезд вокруг центра Галактики. Чтобы разглядеть траектории небесных тел, ученые использовали специальную адаптивную оптику и сложные приемы обработки изображений. Без этих технических хитростей заметить смещение далеких звезд невозможно.

Авторам исследования удалось реконструировать трехмерную карту движения звезд вокруг галактического центра. Ее анализ позволил вычислить величину гравитационного поля, которое "заставляет" звезды вращаться. Другими словами, астрономы смогли оценить значение массы черной дыры в центре Галактики. Оно составляет около 4,3 миллиона солнечных масс. Ошибка их измерений составляет около 1,5 процентов (то есть, около 60 тысяч солнечных масс). Правда, если учесть, что существует еще погрешность в определении расстояния от Земли до центра Галактики (это необходимый для вычисления массы черной дыры параметр), то ошибка возрастает до 10 процентов. Но все равно новые результаты гораздо точнее всех, полученных до сих пор.

Считаем карликов

Еще одна работа, новость о которой появилась на прошедшей неделе, тоже посвящена исследованию массивных тел. Хотя по космическим меркам эти объекты считаются совсем небольшими. Речь идет о коричневых карликах, занимающих промежуточное положение между маленькими звездами и гигантскими планетами. Коричневым карликам не хватает массы для того, чтобы достаточно сильно сжать (и разогреть) вещество, из которого они состоят. Поэтому в их недрах не может протекать термоядерная реакция превращения водорода в гелий, которая служит "визитной карточкой" звезд. Но коричневые карлики нельзя назвать и планетами, так как "в молодости" в них все же протекали термоядерные реакции.

Группа астрономов, ведущим из которых был Адам Бургассер (Adam Burgasser) из Массачусетского технологического института, изучала объект, получивший название 2MASS J09393548-2448279 (2M0939). 2M0939 был причислен к коричневым карликам, однако более детальное изучение показало, что это очень необычный карлик. Его яркость почти в два раза превосходила "стандартные" для этих объектов значения. Предположению, что 2M0939 еще очень молод, и внутри него идет термоядерный синтез, противоречили данные о скорости движения карлика - около 100 тысяч километров в час. Чтобы так разогнаться, 2M0939 должен был находиться под воздействием гравитации какого-либо небесного тела (или тел) ближайшие несколько миллиардов лет. Да и масса 2M0939 оказалась больше критической массы коричневого карлика.

Все эти противоречия лучше всего объясняются теорией о двух коричневых карликах, обращающихся вокруг общего центра масс. Если это предположение подтвердится, то карлики 2M0939 окажутся самыми тусклыми из известных "недозвезд".

Обитаемый космос

Следующая новость касается уже совсем небольшого (по космическим меркам) объекта - экзопланеты HD 189733b размером с Юпитер. Астрономы нашли уже около трех сотен подобных тел, однако HD 189733b выбивается из общего ряда больших далеких и непригодных для жизни планет. На этом "горячем Юпитере", обращающемся вокруг звезды HD 189733 на расстоянии 63 световых лет от Земли, были последовательно найдены следы водяных паров, метан и углекислый газ. Группа ученых, опубликовавшая 11 декабря статью в журнале Nature, еще раз подтвердила наличие на HD 189733b паров воды, но их доказательства выглядят более убедительными, чем доказательства, представленные в предыдущих работах. И в прошлом, и сейчас ученые анализировали спектр отраженного от планеты излучения (сами по себе эти небесные тела не испускают свет; отчасти поэтому их так трудно искать).

Что касается наличия на планете HD 189733b углекислого газа, то многие издания сообщили об этом на прошедшей неделе. На самом деле, открытие было сделано чуть раньше, и его значение трудно переоценить. С помощью телескопа "Хаббл" астрономам впервые удалось "увидеть" спектр экзопланеты в дальнем красном свете, обнаружить в нем "следы" СО₂ и оценить его количество. Углекислый газ, метан, вода и кислород являются важными биомаркерами - веществами, которые потенциально могут быть связаны с деятельностью живых организмов. И хотя HD 189733b слишком горяча, чтобы быть обитаемой, использованная учеными технология позволяет искать биомаркеры на более "перспективных" планетах.

Еще двумя косвенными доказательствами возможности зарождения жизни вне Земли можно считать две работы, которые также вышли на прошлой неделе. Автор первой работы, Роберт Тайлер (Robert Tyler) из Вашингтонского университета, провел расчеты, результаты которых указывают, что толщина льда на Европе - одном из спутников Юпитера - значительно меньше, чем считалось до сих пор. А это значит, что вероятность обитаемости Европы значительно выше. Образующимся на поверхности веществам, необходимым для поддержания жизни, легче проникнуть под лед, в океаны к потенциальным потребителям (предполагается, что жизнь зарождается в воде).

Ученые, выполнившие второе исследование, предложили новый метод поиска массивных лун у экзопланет. "Экзолуны" являются перспективными кандидатами на обитаемость, так как массы многих из них вполне хватает для удержания атмосферы. Кроме того, на некоторых спутниках других планет была найдена вода (как и на Европе). И хотя пока обнаружение новых экопланет или "экзолун" небольшого (а значит, более пригодного для жизни) размера все еще является очень трудоемкой задачей, новые разработки постепенно переводят поисковые работы из разряда искусства в более или менее обыденную практику.

На этой неделе появлялись и новости, "свидетельствующие" о том, что на некоторых из многочисленных экзопланет жизнь точно есть. Так, в Китае была обнародована видеозапись, на которой запечатлен НЛО, появившийся над Шанхаем 27 августа 1987 года. Земное или инопланетное происхождение у странного объекта - неизвестно, но утверждается, что запись хранилась в архивах под грифом "совершенно секретно".

В существование внеземного разума верят многие жители нашей планеты, а некоторые даже пытаются развлечь "зеленых человечков". Компания Deep Space Communications Network, занимающаяся отправкой произвольных сообщений в космос, передала гипотетическим обитателям планетных систем в районе Альфы Центавра фильм "День, когда Земля остановилась" (The Day the Earth Stood Still) с Киану Ривзом в главной роли. Фильм рассказывает о том, как пришелец пытался помочь людям справиться с глобальным потеплением.

Конечно, мы перечислили далеко не все космические события, произошедшие с 8 по 12 декабря. Обилие неземных новостей заставляет верить в предсказание БГ. Похоже, что небо действительно становится ближе.

Наука своими руками

Как создавались легендарные и совсем новые научные фальсификации

Всем людям нравится, когда то, что они делают, дает ощутимые результаты. Желательно также, чтобы результаты получались достаточно быстро и были оценены окружающими. В науке такое развитие событий является скорее удачей. Но некоторым людям везет больше, чем остальным. Правда, иногда выясняется, что они немного помогли своей фортуне. Мы решили вспомнить самые известные и совсем свежие научные фальсификации.

Не совсем археология

Наукой, создающей оптимальные условия для фальсификаций, является археология (и палеонтология). Долгое время не существовало точных методов датировки образцов, поэтому узнать, когда именно попал в землю выкопанный артефакт, было затруднительно. Некоторые "поразительные находки", оказавшиеся впоследствии умелыми подделками, десятилетиями служили основой для создания новых теорий.

Одним из таких "долгожителей" является Пилтдаунский человек, череп которого был обнаружен в 1912 году археологом-любителем Чарльзом Доусоном в окрестностях города Пилтдаун в британском графстве Суссекс. Черепная коробка Пилтдаунского человека напоминала человеческую, а челюсть была больше похожа на челюсть обезьяны, только зубы больше напоминали зубы человека. Археологи провозгласили находку недостающим звеном эволюционной цепи между обезьяной и человеком. Возраст Пилтдаунского человека был оценен в 500 тысяч лет.

В течение 40 лет после обнаружения необычного черепа о нем были написаны сотни статей и защищено почти полтысячи диссертаций. Разгромная статья, в которой было доказано, что череп Пилтдаунского человека является подделкой, появилась в 1953 году. Антрополог и палеонтолог Кеннет Окли вместе с коллегами определили возраст останков, проанализировав содержание в них фтора. Выяснилось, что череп Пилтдаунского человека состоит из трех частей: человеческого черепа возрастом около 500 лет, челюсти орангутанга и окаменелых зубов шимпанзе, обработанных так, чтобы они больше напоминали человеческие.

Автор подделки, подорвавшей репутацию палеонтологии, до сих пор неизвестен. По одной из гипотез, "недостающее звено" создал автор рассказов о Шерлоке Холмсе Артур Конан Дойль.

Еще одной находкой, переполошившей антропологов, стал человек из Небраски. Собственно останки состояли всего из одного зуба, обнаруженного в 1917 году в штате Небраска геологом Гарольдом Куком. В 1922 году на основании этого фрагмента палеонтолог Генри Осборн воссоздал череп человека из Небраски, или Hesperopithecus haroldcooki. Вскоре были созданы рисунки загадочного предка человека "в полный рост" и даже с семьей.

В 1927 году были наконец найдены другие части скелета H. haroldcooki. Но радости археологам они не принесли. Оказалось, что зуб, ставший основой для создания стольких научных теорий, принадлежал вымершему роду парнокопытных млекопитающих, внешне напоминающих свиней.

История человека из Небраски (хотя ее, скорее, можно связать с недостаточной проверкой фактов, чем с фальсификацией) стала одним из любимых аргументов креационистов, утверждающих, что эволюционная теория несостоятельна, что палеонтология не заслуживает доверия, а все находки останков древних людей или гоминид являются ошибкой или фальсификацией.

Чтобы доказать, что эволюция существует, а переходные формы между различными группами организмов - не выдумка (критики эволюционной теории называют их отсутствие доказательством ее ошибочности), ученые иногда шли на, мягко говоря, не совсем этичные поступки. В 1904 году на Всемирной выставке, проходившей в США, был представлен живой "обезьяночеловек". После завершения выставки пигмей Ота Бенга был перевезен в зоопарк в Бронксе, где его клетка сначала располагалась рядом с клетками, где жили обезьяны. Через некоторое время Ота Бенга стал делить свое "жилище" с орангутангом.

После нескольких лет жизни в зоопарке "обезяночеловека" выпустили. Еще через несколько лет он покончил жизнь самоубийством.

Вскоре Ньюэлл продал статую нескольким предпринимателям за 37,5 тысячи долларов. Они, в свою очередь, выставили "кардиффского великана" в Сиракузах. Шоумен Финеас Барнум хотел приобрести статую за 60 тысяч долларов, но получил отказ. Тогда он отлил из гипса своего великана и тоже начал выставлять его, заявляя, что именно его гигант настоящий. Между владельцами великанов началась тяжба, и тогда в прессе появилось сообщение, что статуя является подделкой. Владелец табачной фабрики Джордж Халл заказал каменное изваяние "библейского исполина" и закопал его за домом своего приятеля Ньюэлла, поспорив с местным проповедником насчет стиха из Книги Бытия.

Не совсем физика

Физика тоже позволяет любителям научных сенсаций проявить себя в полной мере. Особые условия эксперимента или новый прибор предоставляют прекрасные возможности для получения потрясающих результатов.

В 1999 году Лаборатория Беркли объявила, что ее сотрудникам удалось синтезировать 116-й и 118-й элементы периодической системы. Эти тяжелые трансурановые элементы крайне неустойчивы и живут всего лишь доли секунд, так что получить их очень непросто. Физики под руководством Виктора Нинова бомбардировали свинцовую мишень (атомный номер свинца в таблице Менделеева - 82) ионами криптона (атомный номер - 36). Согласно результатам Нинова и коллег, им удалось получить три иона элемента с атомным номером 118. Его неустойчивое ядро распадалось, давая ядро элемента с номером 116, которое давало ядро 114-го элемента.

Ни одной из лабораторий, пытавшихся повторить замечательные результаты, это не удалось. Проведенное расследование установило, что Нинову не удалось тоже. Трансурановые элементы стоили физику работы и карьеры.

Совсем недавно, в конце августа 2008 года, из-за желания стать автором научной сенсации профессорского звания лишился сотрудник Университета Пердью Рузи Талейархан. В 2002 году он вместе с коллегой Ричардом Лейхи объявил о проведении реакции холодного термоядерного синтеза при помощи кавитации – схлопывания пузырьков газа внутри жидкости.

Холодный термоядерный синтез – слияние ядер легких элементов с образованием ядер более тяжелых при относительно невысоких температуре и давлении – смог бы раз и навсегда решить энергетических проблемы человечества. Вот только добиться проведения этой реакции пока еще никто из физиков не смог. Включая тех физиков, которые пытались повторить опыт Талейархана и Лейхи.

Но в 2005 году в журнале Nuclear Engineering and Design была опубликована статья, авторы которой утверждали, что их попытка добиться протекания реакции с помощью кавитации увенчалась успехом. В 2006 году вышла статья Талейархана, в которой он ссылается на эту работу как на независимое подтверждение своих результатов.

Расследование Университета Пердью показало, что эксперименты, описанные в первой статье, были выполнены в лаборатории самого Талейархана, причем он активно принимал участие в процессе. При этом его имя в списке авторов не значилось. Такая работа не может считаться независимым подтверждением, и ссылаться на нее как минимум неправомерно. Санкции университета объяснялись именно "научной недобросовестностью" Талейархана. И хотя прямого подтверждения того, что его результаты были сфабрикованы, пока нет (хотя есть очень много сомнений), вряд ли теперь кто-то станет всерьез воспринимать "кавитационный термояд".

Не совсем наука

Каким образом научные исследования становятся известными другим ученым? Для этого необходима публикация статьи, в которой рассказывалось бы об этом исследовании, в научном журнале. Авторитетные научные журналы являются рецензируемыми – то есть, перед тем как та или иная статья будет опубликована, ее читают один или несколько специалистов в соответствующей области.

Считается, что такая схема позволяет исключить немалую часть "мусора" (хотя она и не всегда позволяет вычислить подтасовки). Недавно выяснилось, что система рецензирования не столь эффективна, как хотелось бы. Рецензируемый "Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов" опубликовал работу некоего Михаила Жукова под названием "Корчеватель: алгоритм типичной унификации точек доступа и избыточности". Оказалось, что статья была сгенерирована компьютерной программой SCIgen для написания псевдонаучных текстов, созданной студентами Массачусетского технологического института (MIT).

И это не первый случай, когда научному сообществу выдают за научные исследования откровенную бессмыслицу. В 1970 году некто Майлар Фокс выступил в Калифорнийском институте с докладом "Математическая теория игр и ее применение к обучению врачей-терапевтов". Докладчик оказался актером, а сам доклад состоял из противоречивых и бессмысленных утверждений.

Таким образом, вряд ли стоит ожидать, что в обозримом будущем число научных фальсификаций уменьшится.

Nov. 19, 2008: An international team of researchers has discovered a puzzling surplus of high-energy electrons bombarding Earth from space. The source of these cosmic rays is unknown, but it must be close to the solar system and it could be made of dark matter. Their results are being reported in the Nov. 20th issue of the journal Nature.

"This is a big discovery," says co-author John Wefel of Louisiana State University. "It's the first time we've seen a discrete source of accelerated cosmic rays standing out from the general galactic background."

Right: An artist's concept of cosmic rays hitting Earth's upper atmosphere. Credit: Simon Swordy, University of Chicago. 

Galactic cosmic rays are subatomic particles accelerated to almost light speed by distant supernova explosions and other violent events. They swarm through the Milky Way, forming a haze of high energy particles that enter the solar system from all directions. Cosmic rays consist mostly of protons and heavier atomic nuclei with a dash of electrons and photons spicing the mix.

Wefel likens it to driving down a freeway among family sedans, mini-vans and trucks—when suddenly a bunch of Lamborghinis bursts through the normal traffic. "You don't expect to see so many race cars on the road—or so many high-energy electrons in the mix of cosmic rays." During five weeks of ballooning in 2000 and 2003, ATIC counted 70 excess electrons in the energy range 300-800 GeV. ("Excess" means over and above the usual number expected from the galactic background.) Seventy electrons may not sound like a great number, but like seventy Lamborghinis on the freeway, it's a significant surplus.

Above: ATIC high-energy electron counts. The triangular curve fitted to the data comes from a model of dark-matter annihilation featuring a Kaluza-Klein particle of mass near 620 GeV. Details may be found in the Nov. 20, 2008, edition of Nature: "An excess of cosmic ray electrons at energies of 300-800 Gev," by J. Chang et al. 

"The source of these exotic electrons must be relatively close to the solar system—no more than a kiloparsec away," says co-author Jim Adams of the NASA Marshall Space Flight Center.

Why must the source be nearby? Adams explains: "High-energy electrons lose energy rapidly as they fly through the galaxy. They give up energy in two main ways: (1) when they collide with lower-energy photons, a process called inverse Compton scattering, and (2) when they radiate away some of their energy by spiraling through the galaxy's magnetic field." By the time an electron has traveled a whole kiloparsec, it isn't so 'high energy' any more.

High-energy electrons are therefore local. Some members of the research team believe the source could be less than a few hundred parsecs away. For comparison, the disk of the spiral Milky Way galaxy is about thirty thousand parsecs wide. (One parsec approximately equals three light years.)

"Unfortunately," says Wefel, "we can't pinpoint the source in the sky." Although ATIC does measure the direction of incoming particles, it's difficult to translate those arrival angles into celestial coordinates. For one thing, the detector was in the basket of a balloon bobbing around the South Pole in a turbulent vortex of high-altitude winds; that makes pointing tricky. Moreover, the incoming electrons have had their directions scrambled to some degree by galactic magnetic fields. "The best ATIC could hope to do is measure a general anisotropy—one side of the sky versus the other."

Right: The ATIC cosmic ray detector ascends to the stratosphere tethered to a high-altitude research balloon. More launch images: #1, #2, #3.

This uncertainty gives free rein to the imagination. The least exotic possibilities include, e.g., a nearby pulsar, a 'microquasar' or a stellar-mass black hole—all are capable of accelerating electrons to these energies. It is possible that such a source lurks undetected not far away. NASA's recently-launched Fermi Gamma-ray Space Telescope is only just beginning to survey the sky with sufficient sensitivity to reveal some of these objects.

An even more tantalizing possibility is dark matter.

There is a class of physical theories called "Kaluza-Klein theories" which seek to reconcile gravity with other fundamental forces by positing extra dimensions. In addition to the familiar 3D of human experience, there could be as many as eight more dimensions woven into the space around us. A popular yet unproven explanation for dark matter is that dark matter particles inhabit the extra dimensions. We feel their presence via the force of gravity, but do not sense them in any other way.

How does this produce excess cosmic rays? Kaluza-Klein particles have the curious property (one of many) that they are their own anti-particle. When two collide, they annihilate one another, producing a spray of high-energy photons and electrons. The electrons are not lost in hidden dimensions, however, they materialize in the 3-dimensions of the real world where ATIC can detect them as "cosmic rays."

"Our data could be explained by a cloud or clump of dark matter in the neighborhood of the solar system," says Wefel. "In particular, there is a hypothesized Kaluza-Klein particle with a mass near 620 GeV which, when annihilated, should produce electrons with the same spectrum of energies we observed."

Testing this possibility is nontrivial because dark matter is so, well, dark. But it may be possible to find the cloud by looking for other annihilation products, such as gamma-rays. Again, the Fermi Space Telescope may have the best chance of pinpointing the source.

"Whatever it is," says Adams, "it's going to be amazing."

For more information about this research, see "An excess of cosmic ray electrons at energies of 300-800 Gev," by J. Chang et al. in the Nov. 20, 2008, issue of Nature.

Журнал Time опубликовал список 50 главных изобретений года

Все жители Земли, у которых есть доступ к интернету и 399 долларов, могут узнать свою предрасположенность к различным заболеваниям и обменяться полученной информацией с желающими. Интернет, кстати, теперь есть не только на Земле, но и в космосе. Кроме этого, в космосе появились аппараты, изучающие наших соседей по Солнечной системе. Что еще принес человечеству уходящий 2008 год? Журнал Time опубликовал список пятидесяти главных открытий и изобретений последних двенадцати месяцев.

В список попали изобретения, относящиеся к самым разным областям науки: от медицины и биологии до автомобилестроения и интернет-проектов. Мы предлагаем читателю сокращенную версию списка, содержащую самые интересные, на наш взгляд, научные достижения.

Поиграем в жизнь в Сети

Начнем с науки XXI века - биологии. В самом начале 2008 года один из самых одиозных современных ученых Крейг Вентер заявил, что ему и его коллегам почти удалось создать искусственную жизнь. Исследователи синтезировали геном паразитической бактерии Mycoplasma genitalium длиной около 600 тысяч пар оснований (элементарных "кирпичиков", из которых состоит ДНК). До сих пор никому не удавалось получить такую длинную нуклеотидную последовательность в виде единого блока. Сейчас Вентер и коллеги пытаются доказать, что синтезированный ими бактериальный геном "работает". Для этого они должны поместить его в не содержащую ДНК бактериальную клетку и показать, что полученный организм будет нормально функционировать и размножаться.

Некоторые ученые выбирают другой путь для великих свершений. Компания TouchBionics, занимающаяся разработкой протезов, создала искусственную кисть i-LIMB. Механическая конечность позволяет пациентам захватывать и отпускать предметы различных размеров и веса. Пальцы i-LIMB могут сгибаться и разгибаться, а сама кисть способна вращаться вокруг предплечья. Посмотреть, какие возможности предоставляет пациентам механическая конечность, можно здесь. 

Здоровые люди (или люди, думающие, что они здоровы) тоже могут улучшить свою жизнь с помощью новых технологий. Калифорнийская компания 23andMe, Inc. запустила новую социальную сеть 23andMe, пользователи которой могут обмениваться друг с другом своими генетическими данными. Получить эти данные можно всего за 399 долларов (когда проект только запускался, стоимость услуги составляла 999 долларов, однако в сентябре 2008 года цена снизилась более чем в два раза). За эти деньги компания предоставит покупателям набор для взятия образца слюны. Слюну необходимо поместить в специальную пробирку и отослать специалистам компании, которые составят генетический "паспорт" клиента. Для этого они выделят из слюны ДНК и определят последовательность около 600 генов, связанных с некоторыми опасными заболеваниями (например, болезнью Альцгеймера) и безобидными особенностями, такими как цвет глаз и волос.

Созданное в игре Spore существо. Скриншот игры.

Возросший интерес к биологии учли и производители компьютерных игр. В 2008 году студия Maxis выпустила игру Spore, которая позволяет создавать собственные формы жизни и наблюдать за их эволюцией от стадии одноклеточного организма до высокоразвитых цивилизаций. В игре присутствует подобие естественного отбора: слишком уж экзотические существа, снабженные ненужными щупальцами или глазами, не смогут выжить в жестокой виртуальной реальности. Выход игры, на создание которой ушло семь лет, сопровождался небольшим скандалом, причем обиженной стороной оказались ученые. Авторы Spore смонтировали рекламно-информационный ролик, в котором исследователи рассказывали об эволюции. Однако во время съемок ученым не сказали, для чего у них берут интервью. Увидев себя рекламирующими компьютерную игру, биологи и генетики обиделись. Некоторые из них, как оказалось, вообще не одобряют компьютерных игр. Кроме того, ученым не понравилось, что Spore только прикидывается игрой, отражающей эволюционные закономерности, а на деле в ней не используются принципы, определяющие эволюцию земных организмов.

В 2008 году был завершен проект, целью которого является сохранение достижений "настоящей" эволюции. 25 февраля на архипелаге Шпицберген состоялось торжественное открытие зернохранилища "Судного дня", в котором содержатся семена всех наиболее значимых растений Земли. Надежно защищенное огромное помещение должно обезопасить семена наиболее ценных сельскохозяйственных растений от всевозможных катастроф и катаклизмов. Несмотря на всю грандиозность замысла, многие ученые скептически относятся к хранилищу. По мнению критиков проекта, многие семена не перенесут длительного хранения, и большая часть из потраченных на "Судный день" 9,6 миллиона долларов окажутся потраченными впустую.

Точные науки и грехи

Одной из возможных катастроф, которая грозит Земле в ближайшем будущем (и от которой семена не спасет никакое хранилище), может стать превращение Земли в черную дыру в результате разгона Большого адронного коллайдера (БАК) до проектной мощности. Создатели самого крупного на планете ускорителя элементарных частиц не считают, что его запуск грозит человечеству какими-либо катаклизмами. Максимум, что может произойти, - физикам придется пересмотреть основную теорию, объясняющую, как работает мир вокруг нас (она известна как Стандартная Модель). Но это, по мнению некоторых ученых, например, Стивена Хокинга, может быть гораздо более интересным, чем подтверждение Стандартной Модели. Каков бы ни был итог эксперимента на БАК, мы узнаем об этом не раньше следующего года. Через десять дней после запуска ускорителя, сбой в электрической сети привел к повреждению резервуара, в котором хранился жидкий гелий, и выходу нескольких магнитов из сверхпроводящего состояния. Без магнитов коллайдер не может выполнять свою основную функцию - разгонять протоны. Ориентировочно, ремонт БАК должен завершиться весной 2009 года.

Одна из "микросхем" суперкомпьютера Roadrunner. Фото с сайта ibm.com

В 2008 году был завершен проект по созданию еще одного самого-самого прибора. Компания IBM создала суперкомпьютер Roadrunner, работающий с производительностью 1,026 петафлопс. Другими словами, новый суперкомпьютер, занимающий целое здание, может выполнять квадриллион операций в секунду (то есть, тысячу миллионов миллионов операций). Люди вполне могут тягаться с Roadrunner: чтобы догнать его, все жители Земли (около шести миллиардов человек) должны вооружиться калькуляторами и 46 лет круглосуточно производить математические операции, например, сложение двух и двух. Чтобы победить предыдущий суперкомпьютер, тоже разработанный IBM, достаточно было шести миллионов человек.

Кстати о больших числах. Математики из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе открыли самое большое простое число, а независимые эксперты подтвердили, что оно действительно простое. Новое число относится к так называемым числам Мерсенна, имеющим вид 2^p - 1, где p также является простым числом. Простыми числами называются числа, которые делятся только сами на себя и на единицу. Проверка "простоты" числа является весьма непростой задачей, особенно когда речь идет о действительно больших числах. Длина нового рекордсмена составляет 12978189 знаков.

Из не очень больших чисел в 2008 году прославилось число семь. В марте информационные агентства сообщили, что Ватикан расширил список семи смертных грехов. Позже выяснилось, что журналисты не совсем правильно поняли, о чем говорил епископ Джанфранко Джиротти, судья Апостолического пенитенциария. Его преосвященство имел в виду "социальные" грехи, которые можно назвать частными случаями канонических смертных грехов. В немилость Ватикана попали генная инженерия, эксперименты над личностью, загрязнение окружающей среды, наркотики, социальная несправедливость, социальное неравенство, чрезмерное богатство и действия, приводящие к обнищанию. Несмотря на то что классические грехи остались без изменений, приведя этот список, Ватикан более или менее определенно сформулировал свое отношение к современной науке.

А наука, между тем, творит настоящие чудеса. Так, сразу две группы ученых объявили, что им удалось создать материалы, делающие различные предметы невидимыми. Причем одна группа физиков разработала "ткань" для будущего плаща-невидимки (чтобы сделать объект невидимым, его необходимо завернуть в материал), а вторая создала "выкройки" для шапки-невидимки (невидимым становится объект, помещенный рядом с новым материалом).

Всякая всячина

Кроме описанных десяти открытий, изобретений и заявлений, в список журнала Times попало еще много всего. В 2008 году ученые создали купальные костюмы и кроссовки, позволяющие спортсменам заметно улучшать свои рекорды, социальную сеть для работников спецслужб (ссылки по понятным причинам нет), цемент, поглощающий смог, экологически чистый холодильник Эйнштейна. Будем надеяться, что следующий год будет не менее интересным.

Ирина Якутенко

Телескоп Chandra снял следы космической катастрофы

Image of the Milky Way galaxy taken from the Earth.	The Andromeda Galaxy is much like our own Milky Way and can be used to illustrate the approximate location of the Sun in our own galaxy, marked by the circle and arrow.

• Earth-Sun Distance: 150 million km (93 million miles)
• Elemental Composition of Sun: 74% Hydrogen, 25% Helium, 1% other (by mass).
• Solar Luminosity: ~ 4 x 10³³ erg/s. [As bright as 4 trillion trillion 100-watt light bulbs]
• Age of Sun: 4.5 billion years.

Structure

Activity

An interesting pattern develops when we ask where on the Sun do the sunspots appear. The figure on the left is known as a butterfly diagram, because the pattern looks like the wings of a butterfly. The figure shows the butterfly pattern for the last 11 solar cycles (each taking 11 years).

Rotation

Evolution

It has often been said that the Sun is a fairly mediocre star in a fairly boring neighborhood of the Galaxy. This is true if you ignore the fact that the Sun is the only star we know of which supports life. However, it is still illustrative to compare the Sun with other stars in order to understand how stars form, evolve and eventually die. The Sun is about half way through its prime and will not change significantly as a star for another 5 billion years.

1. Gas cloud: Initially the gas and dust which go to make up stars is in the form of a large dense cloud that is relatively cold (temperatures around 10 degrees K, or, -440 degrees F). Parts of this gloud start to fragment and collapse under their own gravity to form blobs called proto-stars.

2. Proto-star: As the blob collapses it starts to heat up in its center (gravitational energy is being converted into heat). The proto-star gets hot enough to glow red (temperatures are around 2000-3000 K). The proto-star continues to condense until nuclear reactions in its core halt the gravitational collapse.

3. Main sequence: The star is stable, burning Hydrogen gas to Helium in its core through nuclear fusion. The energy released causes the star to shine. Stars spend about 90% of their active lifetime as main sequence stars.

4. Red giant: As the star runs out of core fuel to "burn" the stability of the star is disrupted and the core begins to shrink. The star then starts to turn Helium into Carbon, allowing it to "shine" for a while longer. The rapid burning of helium causes the outer layers of the star to puff out, cooling the star and causing it to glow red. It is now a red giant. Red giants can eject a lot of mass through ``winds''. While a red giant may be much larger than the main sequence star from which it came it has less mass. The Sun will spend approximately 250 million years as a red giant.

5. Planetary nebula: The outer layers of the star are ejected as core continues to shrink. For stars like the Sun this process produces what is known as a planetary nebula (Strangely, these nebulae have nothing whatsoever to do with planets). A planetary nebula is defined as a shell of hot gas that has been expelled from a star going through its late stages of evolution. The material in the nebula comes from the outer layers of the star, leaving its core exposed.

6. Remnant: The low mass core continues shrinking to form a star known as a white dwarf surrounded by the planetary nebula.

The Sun is currently in its Main Sequence stage, where its spends most of its active life. About 90% of all stars are in this stage of their evolution.

При работе на орбите Земли от воздействия солнечного ветра (потоков заряженных частиц, испускаемых Солнцем) космонавтов защищает магнитосфера. Во время длительного нахождения вне этой защиты люди будут уязвимы для подобных потоков частиц. Это означает, что космические корабли, которые отправятся на Марс, а также обитаемая база на Луне должны быть оснащены специальной защитой от солнечных бурь.

До недавнего времени считалось, что защитное поле должно быть колоссальных размеров - более 100 километров в диаметре. В 2007 году группа исследователей под руководством Рута Бэмфорда (Ruth Bamford) из Лаборатории Резерфорда и Эпплтона построила компьютерную модель такого магнитного щита. Ученые установили, что предыдущие оценки значительно преувеличены - достаточно магнитного "пузыря" всего несколько сотен метров в диаметре.

В своей новой работе та же группа исследователей провела практическую проверку компьютерной модели в лаборатории. В результате им удалось подтвердить, что уровень опасного излучения значительно падает уже внутри относительно небольшого магнитного "пузыря". По словам исследователей, магнитный щит не гарантирует полную защиту, однако позволяет снизить радиацию до приемлемого уровня.

Данная работа была скептически встречена специалистами. По их словам, условия открытого космоса крайне сложно воспроизвести в лаборатории, поэтому работа магнитного щита требует дальнейших проверок.

Nov. 7, 2008: After two-plus years of few sunspots, even fewer solar flares, and a generally eerie calm, the sun is finally showing signs of life.

"I think solar minimum is behind us," says sunspot forecaster David Hathaway of the NASA Marshall Space Flight Center.

Even more significant is the fact that four of the five sunspot groups belonged to Solar Cycle 24, the long-awaited next installment of the sun's 11-year solar cycle. "October was the first time we've seen sunspots from new Solar Cycle 24 outnumbering spots from old Solar Cycle 23. It's a good sign that the new cycle is taking off."

Old Solar Cycle 23 peaked in 2000 and has since decayed to low levels. Meanwhile, new Solar Cycle 24 has struggled to get started. 2008 is a year of overlap with both cycles weakly active at the same time. From January to September, the sun produced a total of 22 sunspot groups; 82% of them belonged to old Cycle 23. October added five more; but this time 80% belonged to Cycle 24. The tables have turned.

At first glance, old- and new-cycle sunspots look the same, but they are not. To tell the difference, solar physicists check two things: a sunspot's heliographic latitude and its magnetic polarity. (1) New-cycle sunspots always appear at high latitude, while old-cycle spots cluster around the sun's equator. (2) The magnetic polarity of new-cycle spots is reversed compared to old-cycle spots. Four of October's five sunspot groups satisfied these two criteria for membership in Solar Cycle 24.

On Nov. 3rd and again on Nov. 4th, double-oh seven unleashed a series of B-class solar flares. Although B-flares are considered minor, the explosions made themselves felt on Earth. X-rays bathed the dayside of our planet and sent waves of ionization rippling through the atmosphere over Europe. Hams monitoring VLF radio beacons noticed strange "fades" and "surges" caused by the sudden ionospheric disturbances.

Hathaway tamps down the excitement: "We're still years away from solar maximum and, in the meantime, the sun is going to have some more quiet stretches." Even with its flurry of sunspots, the October sun was mostly blank, with zero sunspots on 20 of the month's 31 days.

Scott Ellsworth Forbush April 10, 1904 — April 4, 1984 By James A. Van Allen

SCOTT FORBUSH LAID THE observational foundations for many of the central features of the now huge field of solar-interplanetary-terrestrial physics. The heart of his research was the patiently meticulous and statistically sophisticated analysis of the temporal variations of cosmic-ray intensity, as measured by ground-based detectors at various latitudes and altitudes, and the correlation of such variations with presumptively causative or at least related geophysical and solar phenomena. Among the latter were magnetic storms, solar activity, rotation of the Earth, and rotation of the Sun.

Working almost alone with only technical assistance, Forbush either discovered or put on a reliable basis for the first time the following fundamental cosmic-ray effects:

• The quasi-persistent 27-day variation of intensity;

   

• The diurnal variation of intensity;

   

• The absence of a detectable sidereal diurnal variation of intensity;

   

• The sporadic emission of very energetic (up to several GeV) charged particles by solar flares;

   

• Worldwide impulsive decreases (Forbush decreases) of intensity followed by gradual recovery;

   

• The 11-year cyclic variation of intensity and its anticorrelation with the solar activity cycle as measured by sunspot numbers; and

   

• The 22-year cycle in the amplitude of the diurnal variation.

His pioneering work provided the empirical foundations and inspiration for an immense amount of subsequent research. For the most part, he made only tentative forays into the detailed theory of the relationships he established. Nonetheless he was thoroughly aware of the speculative interpretations of others and embraced them enthusiastically insofar as they were consistent with his perception of the facts. This characteristic of his work is well illustrated by his classical review article "Time-Variations of Cosmic Rays" in the Handbuch der Physik (1966).

EARLY YEARS

Forbush was born in 1904 on a farm near Hudson, Ohio. His boyhood was typical of the rural Midwest during that epoch, walking back and forth to a country school 2 miles from his home and taking over a progressively increasing share of the farm chores. His mother, a teacher, nurtured his curiosity and keen interest in learning and enrolled him in the nearby Western Reserve Academy, from which he graduated second in his class in 1920. A year later he entered the Case School of Applied Science in Cleveland and graduated in June 1925 with a major in physics. He then tried graduate study in physics at Ohio State University for a brief period, but he visualized observational geophysics as much more appealing than pure physics and sought employment in that field. He resumed formal graduate work later but with a fresh appreciation of its direct applicability to his research.

1926-32

After a year's employment by the National Bureau of Standards in Washington, D.C., Forbush joined the staff of the Department of Terrestrial Magnetism (DTM) of the Carnegie Institution of Washington (CIW) in September 1927. This appointment was the pivotal point in his professional life. His first job was as an observer at DTM's magnetic observatory at Huancayo, Peru, in the Andes about 100 miles east of Lima. Two years later he joined the staff of the famous nonmagnetic sailing ship Carnegie, a vessel built specifically for DTM's worldwide survey of the geomagnetic field. On November 29, 1929, an explosion and consequent fire destroyed the ship while she was at anchor about a mile offshore in the harbor of Apia, Western Samoa. Forbush was on board at the time, but by a quirk of fate, he escaped unscathed. He attributed his good fortune to having decided to take a daytime nap rather than return to work in the ship's photographic darkroom in a compartment near the explosion. He then returned to DTM, and ten months later was reassigned to Huancayo. In the autumn of 1931 he again returned to Washington, and was granted a year's leave of absence to take graduate courses in physics and mathematics at Johns Hopkins University.

In July 1932 Forbush married Clara Lundell, a concert pianist and former teacher of piano and organ at the University of Michigan. The couple had no children. Their marriage was a model of mutual support and harmony for thirty-five years before her death in 1967. Indeed, she inspired her husband to a new level of purposeful and productive professional work, as he later wrote.

1932-40

This period set the tone of Forbush's subsequent career. Back at DTM in Washington, he undertook the reduction and analysis of gravity observations by the Carnegie and the detailed study of the characteristics of magnetic instruments as related to data from observatories and field surveys. He developed a passion for sorting out significant effects in large bodies of geophysical data in the face of inevitable instrumental errors and irrelevant natural fluctuations. And he pursued a rigorous program of after-hours courses in physics, statistics, and applied mathematics at George Washington University, the U.S. Department of Agriculture, and the National Bureau of Standards.

In response to a 1932 recommendation by Robert A. Millikan and Arthur H. Compton, the CIW sponsored the development of a network of detectors for the continuous recording of cosmic-ray intensity. Such an undertaking was judged broadly supportive of DTM's mission of investigating all aspects of the Earth's magnetic field. Appropriate detectors were developed under Compton's direction and became known as Compton-Wollan-Bennett ionization chambers or simply as model C cosmic-ray meters. The central element of each of these devices was a spherical steel shell of 19.3 liters volume filled with highly purified argon at a pressure of 50 atmospheres. A carefully controlled electrical potential between the outer shell and a central electrode caused the collection of a current as penetrating cosmic rays ionized the fill gas. Ingenious auxiliary devices were used to balance out this collected current and record the departures from its mean value on a photographic strip chart with an electrometer.

These meters measured charged secondaries (principally µ-mesons, as was later realized) of the primary cosmic radiation after its traversal of the Earth's external magnetic field and its interaction with the overlying atmosphere. Forbush made a detailed study of the technical characteristics of the meters and the effects of temperature and barometric pressure. The latter effect was particularly important because of its diurnal, seasonal, and other variations. He became a master of the calibration and maintenance of these meters and of the necessary corrections. He was then responsible for establishing the initial network of the model C meters in collaboration with national research groups in the several countries in which they were located. The first meter was placed in operation in Cheltenham, Maryland (geomagnetic latitude 50.1° N, altitude 72 meters) in March 1935. The second and third meters of the network were placed in operation in June 1936 in Huancayo, Peru (0.6° S, 3,350 m) and Christchurch, New Zealand (48.6° S, 8 m). Others were added later.

The data from these meters were central to Forbush's subsequent research for many years. In scaling the photographic traces and converting them to numerical tables he had the dedicated technical assistance of Isabelle Lange until 1957 and then of Lisellote Beach until the latter's retirement in 1975. Otherwise Forbush led a largely solitary but never lonely professional life searching the cosmic-ray data for periodicities, trends, impulsive events, and associations with related geomagnetic and solar data. This was a challenging task in the face of statistical fluctuations and variability due to multiple and perhaps unrelated physical causes. Following in the footsteps of the German geophysicist Julius Bartels, he became a master of this process, often depending on Bartels' concept of the harmonic dial in searching for periodicities and assessing their validity. The harmonic dial consists of a vector whose length represents the amplitude of the periodic variation and whose direction corresponds to the phase as displayed, for example, as a hand on a 24-hour clock of Greenwich Mean Time. One test of validity was the carefully calculated statistical significance or insignificance of the relationships among harmonic dials for subdivisions of the data or for the data from different stations. Forbush benefited greatly from Bartels' visits to DTM and he enjoyed the durable encouragement and support of John A. Fleming, DTM's longtime director. Many of his preliminary findings appeared in the yearbooks of the CIW before formal publication.

His short (one figure plus one page of text) 1937 paper entitled "On the Effects in Cosmic-Ray Intensity Observed During a Recent Magnetic Storm" showed a convincing association between simultaneous impulsive decreases and subsequent recoveries of cosmic-ray intensity at both Cheltenham and Huancayo and the magnitude of the horizontal component of the geomagnetic field. Such impulsive decreases of cosmic-ray intensity in a few hours at the times of geomagnetic sudden commencements and the subsequent slow (typically a few days to a few weeks) recovery of intensity thereafter received the durable designation of "Forbush decreases." He modestly accepted this term, remarking occasionally that he preferred it to "Forbush declines." It was already widely accepted that sporadic bursts of solar corpuscular radiation (plasma) caused magnetic storms whose main phase was plausibly attributable to a westward-flowing equatorial ring current (Störmer ring current) whose radius was of about six Earth radii. The similar time signatures of the decreases of cosmic-ray intensity and of the main phases of magnetic storms led Forbush and others to suggest that the hypothetical ring current was also the direct cause of the cosmic-ray effect. This seductive although only qualitative explanation became known as the local or geocentric hypothesis.

In comprehensive follow-on papers in 1938 and 1939, Forbush used cosmic-ray and magnetic-storm data from Cheltenham (United States), Huancayo (Peru), Hafelekar (Germany), Christchurch (New Zealand), and Teoloyucan (Mexico) to establish the occurrence of worldwide decreases in cosmic-ray intensity in association with magnetic storms. This impressive body of data further encouraged Forbush to continue to espouse a common geocentric cause for both effects although he gave a full description of one example to the contrary, namely a large magnetic storm during which there was no perceptible change in cosmic-ray intensity.

Over two decades elapsed before the physical causes of Forbush decreases were convincingly identified. Further remarks on this matter are included in the 1958-84 section of this memoir.

In two other important 1937 papers Forbush used the harmonic dial technique to report (a) the absence of a sidereal diurnal variation of cosmic-ray intensity and hence the isotropy of the radiation within the galaxy and the absence of detectable extragalactic contributions and (b) the clear presence of a 24-hour diurnal variation and its implication of a solar-interplanetary cause.

In a short 1939 paper he gave reasons for doubting the hypothesis that cosmic-ray decreases could be caused by variations in a general dipolar magnetic field of the Sun.

1940-45

As the early phases of World War II spread in other parts of the world and threatened to engulf the United States, Forbush temporarily laid aside his own beloved research. From October 1940 to December 1945, he was on leave from DTM heading a division on mathematical analysis at the Naval Ordnance Laboratory (NOL) and in 1944-45 a related section of the Office of Scientific Research and Development. His work at NOL contributed importantly to the development of degaussing techniques for ships and submarines (i.e., the use of systems of electrical current-carrying coils to annul or at least greatly reduce the external magnetic field of a seagoing vessel and thereby reduce its susceptibility to magnetic mines). On the complementary side of the problem, he guided the development of airborne magnetometers for the detection of submerged submarines.

1945-57

After return to DTM following World War II, Forbush quickly made another seminal discovery by retrospective study of ionization chamber data from Cheltenham, Godhavn (Greenland), Christchurch, and Huancayo. In the records of the three high- and mid-latitude stations, he found large impulsive increases in cosmic-ray intensity on February 28 and March 7, 1942, and on July 25, 1946, each following an exceptionally large solar flare. No increase was observed at the equatorial station, Huancayo. The brief ( hours) increases were precursory to large Forbush decreases at all four stations. He identified the increases as establishing the solar origin of impulsive emission of energetic particles having energies up to at least 3 GeV, but less than the geomagnetic cutoff at Huancayo, about 15 GeV. Study of the sporadic solar emission of energetic protons and heavier ions and of electrons has subsequently become a major field of research in solar and interplanetary physics as the energy and intensity thresholds for their detection have been progressively lowered, especially by instruments on spacecraft. Hundreds of such events are documented in the recent literature on the subject.

Forbush's geophysical program was again interrupted for about a year from July 1951 to August 1952 by the Korean War. During this period, he directed a mathematical analysis division of an operations research office based at Johns Hopkins University.

One of his most celebrated papers was completed and published in 1954 under the title "Worldwide Cosmic-Ray Variations, 1937-1952." In it he demonstrated that the intensity of galactic cosmic rays varied synchronously with the previously well known 11-year cycle of solar activity, being anti-correlated with sunspot numbers (i.e., greatest when solar activity was the least and vice versa). The following is quoted from the abstract of that paper:

Annual means from continuous registration of cosmic-ray ionization at four stations from 1937 to 1952 show a variation of nearly four per cent, which is similar at all stations and which is negatively correlated with sunspot numbers. This variation in cosmic-ray intensity is quite similar for the annual means of all days, international magnetic quiet days, and international magnetic disturbed days, which indicates that it is not due to transient decreases accompanying some magnetic storms. . . .

Once again Forbush led the way for scores of others who, as of 1997, continue to investigate the solar modulation of cosmic-ray intensity.

Other related solar effects that Forbush first placed on a firm statistical foundation were the 27-day quasi-persistent variation of cosmic-ray intensity, identified with the synodic rotational period of the Sun, and the diurnal variation of intensity, earlier work on which was noted above.

1957-58

In 1957 Forbush was named chairman of a section on theoretical geophysics at DTM, then directed by Fleming's successor Merle A. Tuve. At about the same time he became chairman of the Panel on Cosmic Rays of the U.S. National Committee for the 1957-58 International Geophysical Year (IGY). As such, he played an important role in organizing and coordinating both national and international efforts in the observation of cosmic-ray intensity on a worldwide basis, especially by the use of neutron monitors developed by John A. Simpson. Networks of these monitors proved to be an important part of the IGY, and they continue to provide valuable data up to the present date and probably far into the future.

1958-84

During the IGY and thereafter Forbush fleshed out and extended his earlier seminal work on the relationships among solar activity, geomagnetic storms, and cosmic-ray intensity. Also he traveled extensively to lecture at international meetings and expanded his personal research style to include more collaboration with other investigators.

In several years encompassing the IGY the physical causes of Forbush decreases and the solar modulation of cosmic-ray intensity were finally placed on a convincing basis. The geocentric hypothesis for Forbush decreases has been described above. It was favored on phenomenological grounds by Forbush and was supported on theoretical considerations by Eugene N. Parker in 1956. An alternative hypothesis was proposed and argued persuasively by Philip Morrison, also in 1956. In it he visualized sporadic emission of clouds of magnetized plasma (or solar corpuscular streams) from active regions on the Sun. Such clouds would modulate the cosmic-ray intensity in interplanetary space and produce terrestrial magnetic storms. In Morrison's scenario, both effects had a common cause, but magnetic storms did not cause Forbush decreases.

In a series of theoretical papers, 1953-56, Ernest C. Ray discussed the quantitative effect of a ring current on geomagnetic cutoff energies for cosmic rays. He found that a ring current of appropriate magnitude and radius to produce the main phase of a large magnetic storm was inadequate to cause a significant change in mid- and low-latitude cutoffs. Moreover, the effect was of the opposite algebraic sign to that required to explain a Forbush decrease. In retrospect it is most remarkable that these papers did not come to the attention of the proponents of the geocentric hypothesis.

In early space experiments in 1959 and more convincingly in 1960, Simpson and his collaborators Charles Y. Fan and Peter Meyer observed a Forbush decrease in interplanetary space far from the Earth and Paul J. Coleman, Jr., et al. observed, also on the same 1960 spacecraft the simultaneous passage of a large increase ( factor of ten) in the interplanetary magnetic field. These observations were widely accepted as confirming the Morrison hypothesis and disposing of the geocentric hypothesis. Forbush, who had continued to be somewhat uneasy about the latter, was delighted to embrace those new findings, as was Parker, who soon became the foremost developer of the interplanetary hypothesis and its extension to encompass the 11-year cyclic variation as well.

As of 1997, scores of Forbush decreases have been observed by instruments on spacecraft near the Earth and by those very remote from the Earth. The most noteworthy Forbush decrease in the history of the subject was observed at the Earth on June 12, 1991, at Pioneer 11 on August 21 at 34 AU from the Sun, and at Pioneer 10 on September 30 at 53 AU, the progressively greater delay being attributed to the outward propagation of the burst of solar plasma.

The solar cycle variation of cosmic-ray intensity has also been massively confirmed and greatly illuminated by ground-based neutron monitors and space-based detectors, both much more sensitive to the lower-energy portion of the spectrum of primary cosmic rays than were the ionization chambers whose data Forbush used. There is little doubt that this effect is also encompassed by some form of the Morrison hypothesis. There remains the unsolved issue of the radial extent of the solar modulation, now known by direct observation to extend beyond 67 AU from the Sun.

In 1959 Forbush gave a series of lectures entitled "Geomagnetism, Cosmic Radiation and Statistical Procedures for Geophysicists" at the Peruvian National Universities of San Marcos (Lima), San Agustin (Arequipa), and Cuzco. In 1960-61, as a visiting professor in the department of physics and astronomy at the University of Iowa, he repeated these lectures and was the senior author of two valuable papers on the variability of the trapped particle population of the Earth's newly discovered radiation belts. Also in 1961 he was a visiting investigator at the Royal Institute of Technology in Stockholm, Sweden, and in 1968 at Imperial College, London.

His own version of much of his life's work and its relationship to the work of others is contained in an extended review article in Handbuch der Physik (1966) entitled "Time-Variations of Cosmic Rays," the most valuable single reference of the appended bibliography.

During the last few years of his life, he enjoyed a fruitful collaboration with Doraswamy Venkatesan and with Martin A. Pomerantz and others of the Bartol Research Foundation. A year before his death he was senior author of a paper in Solar Physics as a result of the latter collaboration. This work refined criteria for the statistical significance of results from the superposed epoch analysis of geophysical and solar data.

GENERAL COMMENTS

Scott Forbush was profoundly influenced by Julius Bartels, who was a research associate at the Department of Terrestrial Magnetism of the Carnegie Institution from 1936 to 1940, and by Sydney Chapman, who occasionally visited there. During this pre-World War II period, the latter was collaborating with Bartels on completing their classical two-volume monograph Geomagnetism (Oxford, 1940). Forbush often acknowledged Bartels' personal guidance and his published papers on statistical methods for analyzing geophysical data and he extended Bartels's techniques and applied them with conspicuous success to a variety of problems, especially those involving the temporal variations of cosmic-ray intensity. In his research, Forbush was patient, persistent, and as objectively critical of his own work as he was of the often less careful and less rigorous work of others.

He traveled widely and was a standard contributor to international conferences on cosmic rays and related subjects. He typified a statement of a colleague: "Study cosmic rays and see the world." He carried a battered leather briefcase for many years and took a quiet pride in the dozens of stubs from airlines, shops, and hotels that he allowed to accumulate on its handle, a kind of archaeological record of his travels.

In his personal life, Forbush was shaken by the death of his wife Clara in 1967. The two had very different professional careers, he in science and she in music. But they were devoted to each other and delighted in each other's achievements. She once described their marriage as a two-person mutual admiration society. Their home was in Chevy Chase, Maryland, a suburb of Washington, D.C. He retired from the DTM staff in 1969, but he continued his research there for many years.

A visitor to Forbush's office at DTM in the late 1970s would have found him seated at a large work table carefully reading and annotating a preliminary manuscript. At that time he depended on flip-down magnifying lens attached to his usual spectacles for reading. Also, he often would have a roll-your-own cigarette, either lighted or unlighted, bobbing up and down between his lips as he greeted the visitor.

Forbush was a member of the Washington Academy of Science, the Philosophical Society of Washington (president, 1953), a fellow of the American Geophysical Union and of the American Association for the Advancement of Science, and a member of the Cosmos Club.

Among his honors were the title of Catedratico Honorario of the Republica del Peru, Universidad Nacional Mayor de San Marcos de Lima (1959); the Sir Charles Cree Medal and Prize, eleventh award of the United Kingdom's Institute of Physics and the Physical Society for "distinguished research in terrestrial magnetism, atmospheric electricity, and related subjects . . . cosmic radiation" (1961); an honorary doctor of science degree from Case Institute of Technology (1962); and the Waring Prize of Western Reserve Academy (1974).

He was elected to membership in the National Academy of Sciences in 1962, and in 1966 he received the especially appropriate John Adam Fleming Award of the American Geophysical Union "in recognition of outstanding contribution to the description and understanding of electricity and magnetism of the Earth and its atmosphere."

THE WRITER OF THE present memoir, a friend and ardent admirer of Forbush for many years, edited his 1959-60 Peru/Iowa lectures, much of them handwritten, and assembled these and a compilation of his original published papers into a monograph entitled Cosmic Rays, the Sun and Geomagnetism: The Works of Scott E. Forbush, published in 1993 by the American Geophysical Union, Washington, D.C. This volume also includes a tribute by Pomerantz from which the writer has drawn some material.

In June 1970 Forbush married Julie Daves, a science writer and watercolor artist, who, among other achievements, founded and edited the monthly publication Space Science News of the Smithsonian Institution's National Air and Space Museum. In 1982 the couple moved to Charlottesville, Virginia, where Scott died of pneumonia in 1984, being survived by Julie and his sister Louise Boyd of Hudson, Ohio.

SELECTED BIBLIOGRAPHY

 

1937

On the effects in cosmic-ray intensity observed during the recent magnetic storm. Phys. Rev. 51:1108-09.

On sidereal diurnal variation in cosmic-ray intensity. Phys. Rev. 52:1254.

On diurnal variation in cosmic-ray intensity. Terr. Magn. 42:1-16.

 

1938

On cosmic-ray effects associated with magnetic storms. Terr. Magn. 43:203-18.

On world-wide changes in cosmic-ray intensity. Phys. Rev. 54:975-88.

 

1939

World-wide changes in cosmic-ray intensity. Rev. Mod. Phys. 11:168-72.

 

1946

Three unusual cosmic-ray increases possibly due to charged particles from the sun. Phys. Rev. 70:771-72.

 

1954

World-wide cosmic-ray variations, 1937-1952. J. Geophys. Res. 59:525-42.

 

1957

Solar influences on cosmic rays. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 43:28-41.

 

1958

Cosmic-ray intensity variations during two solar cycles. J. Geophys. Res. 63:651-69.

 

1960

With D. Venkatesan. Diurnal variation in cosmic-ray intensity, 1937-1959, at Cheltenham (Fredericksburg), Huancayo, and Christchurch. J. Geophys. Res. 65:2213-26.

 

1961

With D. Venkatesan and C. E. McIlwain. Intensity variations in outer Van Allen radiation belt. J. Geophys. Res. 66:2275-87.

 

1962

With G. Pizzella and D. Venkatesan. The morphology and temporal variations of the Van Allen radiation belt, October 1959 to December 1960. J. Geophys. Res. 67:3651-68.

 

1966

Time-variations of cosmic rays. In Handbuch der Physik, vol. XLIX/1, ed. S. Flügge, pp. 159-247. Berlin: Springer-Verlag.

 

1967

A variation, with a period of two solar cycles, in the cosmic-ray diurnal anisotropy. J. Geophys. Res. 72:4937-39.

 

1970

With S. P. Duggal and M. A. Pomerantz. The variation with a period of two solar cycles in the cosmic ray diurnal anisotropy for the nucleonic component. J. Geophys. Res. 75:1150-56.

 

1973

Cosmic ray diurnal anisotropy 1937-1972. J. Geophys. Res. 78:7933-41.

 

1982

With S. P. Duggal, M. A. Pomerantz, and C. H. Tsao. Random fluctuations, persistence, and quasi-persistence in geophysical and cosmical periodicities: A sequel. Rev. Geophys. Space Phys. 20:971-76.

 

1983

October 16, 2008: People of the 'Deep South' love a good story and they're about to get a doozy. It begins next week when researchers from 25 countries converge on Huntsville, Alabama, to share the latest findings on the biggest explosions since the Big Bang itself. The 6^th Huntsville Gamma-ray Burst Symposium 2008 convenes Oct. 20th and the talking won't stop for four straight days.

One speaker after another will take the audience on a wild ride from the edge of the observable Universe, where gamma-ray bursts so often occur, to our own back yard in the Milky Way galaxy, where a few supermassive stars may be ticking bombs ready to produce bursts too close for comfort. The underlying causes of gamma-ray bursts, their "twitching corpses," and the oddball galaxies that so often host the explosions--those are just a few of the topics on the agenda.

The Symposium kicks off with a lecture for non-specialists, "Black Holes: From Einstein to Gamma Ray Bursts," in which NASA astrophysicist Neil Gehrels describes how every gamma-ray burst may herald the birth of a black hole. Members of the public are invited to attend his talk on Monday, Oct. 20th, 7:30 p.m., at the U.S. Space & Rocket Center's Davidson Center Auditorium in Huntsville.

Gamma-ray bursts were discovered in the 1960s during the Cold War. US satellites keeping an eye out for Soviet nuclear testing detected intense bursts of gamma radiation. The bursts weren't coming from the Soviet Union, however, but from space.

Immediately, astronomers had a century-class mystery on their hands. The explosions seemed to pack more energy than a supernova, and they were totally unpredictable, coming from any and all parts of the sky at random and unexpected times. Furthermore, they were brief, some lasting just a split-second. By the time observers swung their telescopes in the direction of a blast--it was gone! One Sunday morning comic of the 1990s showed a dizzy astronomer grasping his telescope for support while a gamma-ray burst went off overhead.

It was a humorous time. While many researchers were convinced gamma-ray bursts came from deep space, millions to billions of light years away, others contended that the explosions were happening right here in the Solar System. And no one could prove them wrong! Experts were free to entertain the wildest theories their imaginations could concoct.

Astronomers needed more data. The first wave came from an instrument named "BATSE" onboard NASA's Compton Gamma-ray Observatory. In the mid-1990s BATSE recorded thousands of bursts and mapped their distribution on the sky. The explosions were not confined to the plane of the Solar System; neither were they bounded by the plane of the Milky Way galaxy. Whatever they were, gamma-ray bursts were not local.

Meanwhile, NASA and other space agencies were working on a new generation of satellites able to pinpoint the first flash of gamma-rays and transmit coordinates to Earth quickly enough for follow-up observations with ground-based telescopes. This would, astronomers hoped, reveal what kind of galaxies hosted the ferocious explosions (if indeed, the explosions occurred within galaxies) and how far away they were located.

On Feb. 28, 1997, BeppoSAX made a breakthrough. The Dutch-Italian satellite pinpointed a burst and directed astronomers to it in time for them to photograph an optical afterglow. Hubble was brought to bear on the fading explosion and, lo and behold, there was a faint galaxy … far, far away.

Next came NASA's Swift spacecraft, which could not only pinpoint gamma-ray bursts and transmit their coordinates within seconds, but also train its own X-ray, UV and optical detectors on the blasts. Swift was a one-satellite armada of space telescopes! Launched in 2004, Swift has detected hundreds of bursts, monitored their glowing debris at multiple wavelengths, and measured their distances (the current record-holder: 12.8 billion light years, near the edge of the observable Universe). These were the kind of data everyone had been waiting for.

It turns out there are two kinds of gamma-ray bursts, short (< 2 seconds) and long (> 2 seconds).

The long ones are widely thought to be "supernovas on steroids," cataclysmic explosions signaling the end of stars 50 to 100 times more massive than the sun. When such a behemoth star explodes, it leaves behind a black hole and beams the news across the cosmos on a wave of gamma rays. The underlying physics was first put forth and developed by University of California physicist Dr. Stan Woosley, and his "collapsar model" is now regarded as the leading explanation for long gamma-ray bursts.

The short ones are more puzzling. They're on-and-off too quickly to be supernovas, and the energies involved don't add up to an exploding star. Many researchers believe they are caused instead by collisions between ultra-dense neutron stars or, maybe, neutron stars colliding with black holes. In either case, the end result is another black hole. The jury is still out, however, and debates at the Symposium are sure to be lively.

There are other mysteries, too. For instance, all types of galaxies contain at least a sprinkling of supermassive stars poised to explode. So, astronomers expect to see gamma-ray bursts coming from spiral galaxies, elliptical galaxies, barred galaxies—the whole gamut. Yet the bursts seem to prefer oddball irregular galaxies over all the others. No one knows why. Another example: The first waves of star formation after the Big Bang should have produced an abundance of supermassive stars primed for gamma-ray bursting. Yet there seems to be a dearth of explosions at redshifts (distances) corresponding to that early epoch. Where are the missing gamma-ray bursts?

NASA's newest observatory, the Fermi Gamma-ray Space Telescope, launched in 2008, is on a mission to answer that question and others like it. Breaking results may be revealed at the Symposium.

Stay tuned to Science@NASA Oct. 20-23 for daily coverage.

The Sixth Huntsville Gamma-Ray Burst Symposium 2008 is sponsored by NASA's Fermi and Swift Projects and hosted by the Fermi GBM Team based at the Marshall Space Flight Center in Huntsville.

Gamma ray bursts (GRBs) are sudden, short (durations from milliseconds to several hundred seconds), non-repeating explosions of high-energy (from a few ten to several hundred keV) photons. They were first observed in the late 1960's by the satellites monitoring the nuclear test-ban treaty. Until the launch of the Compton Gamma Ray Observatory (1991) the observation of GRBs remained a sporadic and serendipitous event. The BATSE instrument aboard CGRO was purpose-built to monitor the whole sky for this type of event, and by the end of its 9 years of operations it had detected more than 2700 GRBs, allowing the systematic study of their characteristics to be carried out.

Global network localises and identifies GRB counterparts

The most striking piece of evidence to be derived from this first systematic catalogue of GRBs was the complete isotropy of the distribution of GRBs in the sky, suggesting a cosmological origin. Identification of possible counterparts remained however elusive, because of the large error boxes associated with the positions of the bursts. By the mid-1990's a number of models had predicted that a GRB would be followed by enhanced emission at X-ray energies (the afterglow). Then in 1997, the BeppoSAX satellite managed to detect the first X-ray afterglow of a GRB, at the same time localizing the source of the emission to about one arcminute. This allowed follow-up observations at other wavelengths to be executed. Since then the rapid location of GRB coordinates and their automatic distribution to observatories around the world has resulted in the identification of several GRB counterparts and their study at multiple wavelengths.

The most sensitive gamma-ray burst detector in space

The INTEGRAL gamma-ray observatory was designed to perform fine spectroscopy and imaging of celestial gamma-ray sources in the energy range 15 keV to 10 MeV. Although not optimized for the detection of GRBs INTEGRAL’s IBIS imaging telescope has turned out to be the most sensitive gamma-ray burst detector launched to date. This is primarily because of its very small field-of-view (when compared to the all-sky monitors more commonly used) which is very well shielded from background radiation. The combination of IBIS and the SPI spectrometer yield a valuable data set for GRBs that happen to explode in the INTEGRAL field of view.

Foley and colleagues now demonstrate that INTEGRAL's high sensitivity has allowed it to detect a hitherto unnoticed population of GRBs. The team of Irish scientists analyzed the time profiles of the 47 GRBs detected by INTEGRAL in the period October 2002 to July 2007. This, together with spectral analysis, is a standard method used to categorize GRBs. In most GRBs, the higher energy emission precedes (in time) the low energy emission: this is referred to as the spectral lag. The INTEGRAL data show that events with a long (>0.75s) lag are also systematically weaker, suggesting that they belong to a different population. This conclusion is strengthened when the positions of the long-lag events are plotted in supergalactic coordinates. (The supergalactic plane is a planar structure in the local galaxy density field, mapping the distribution of galaxies in the local universe.) The events detected by Foley and colleagues appear to be aligned with the supergalactic plane, and are therefore inferred to be local and not at cosmological distances, in contrast to the distribution of high luminosity GRBs.

Within the BATSE GRB catalogue there was already some hint of a population of low-luminosity gamma-ray bursts with a tendency to concentrate near the supergalactic plane (Norris 2002). However, these appeared only at the faintest limits of the catalogue and it is only with the increased detection capability of INTEGRAL that these bursts can be clearly identified.

This result is important because it reveals another facet of the GRB phenomenology: a new population of bursts associated with sources in the local universe, a population to which the INTEGRAL telescope is particularly sensitive.

Oct. 30, 2008: During the time it takes you to read this article, something will happen high overhead that until recently many scientists didn't believe in. A magnetic portal will open, linking Earth to the sun 93 million miles away. Tons of high-energy particles may flow through the opening before it closes again, around the time you reach the end of the page.

"It's called a flux transfer event or 'FTE,'" says space physicist David Sibeck of the Goddard Space Flight Center. "Ten years ago I was pretty sure they didn't exist, but now the evidence is incontrovertible."

Indeed, today Sibeck is telling an international assembly of space physicists at the 2008 Plasma Workshop in Huntsville, Alabama, that FTEs are not just common, but possibly twice as common as anyone had ever imagined.

Researchers have long known that the Earth and sun must be connected. Earth's magnetosphere (the magnetic bubble that surrounds our planet) is filled with particles from the sun that arrive via the solar wind and penetrate the planet's magnetic defenses. They enter by following magnetic field lines that can be traced from terra firma all the way back to the sun's atmosphere.

"We used to think the connection was permanent and that solar wind could trickle into the near-Earth environment anytime the wind was active," says Sibeck. "We were wrong. The connections are not steady at all. They are often brief, bursty and very dynamic."

Several speakers at the Workshop have outlined how FTEs form: On the dayside of Earth (the side closest to the sun), Earth's magnetic field presses against the sun's magnetic field. Approximately every eight minutes, the two fields briefly merge or "reconnect," forming a portal through which particles can flow. The portal takes the form of a magnetic cylinder about as wide as Earth. The European Space Agency's fleet of four Cluster spacecraft and NASA's five THEMIS probes have flown through and surrounded these cylinders, measuring their dimensions and sensing the particles that shoot through. "They're real," says Sibeck.

Now that Cluster and THEMIS have directly sampled FTEs, theorists can use those measurements to simulate FTEs in their computers and predict how they might behave. Space physicist Jimmy Raeder of the University of New Hampshire presented one such simulation at the Workshop. He told his colleagues that the cylindrical portals tend to form above Earth's equator and then roll over Earth's winter pole. In December, FTEs roll over the north pole; in July they roll over the south pole.

Sibeck believes this is happening twice as often as previously thought. "I think there are two varieties of FTEs: active and passive." Active FTEs are magnetic cylinders that allow particles to flow through rather easily; they are important conduits of energy for Earth's magnetosphere. Passive FTEs are magnetic cylinders that offer more resistance; their internal structure does not admit such an easy flow of particles and fields. (For experts: Active FTEs form at equatorial latitudes when the IMF tips south; passive FTEs form at higher latitudes when the IMF tips north.) Sibeck has calculated the properties of passive FTEs and he is encouraging his colleagues to hunt for signs of them in data from THEMIS and Cluster. "Passive FTEs may not be very important, but until we know more about them we can't be sure."

There are many unanswered questions: Why do the portals form every 8 minutes? How do magnetic fields inside the cylinder twist and coil? "We're doing some heavy thinking about this at the Workshop," says Sibeck.

Meanwhile, high above your head, a new portal is opening, connecting your planet to the sun.

Один сломал, другой потерял

Ремонт телескопа "Хаббл" отложили из-за очередной поломки

Все, что может испортиться, портится.
Все, что не может испортиться, портится тоже.
Один из законов Мерфи

В среду, 15 октября, специалисты Центра космических полетов Годдарда при NASA начали проводить операцию по устранению поломки, из-за которой телескоп "Хаббл" с 27 сентября не передает на Землю никакой информации. Инженеры надеются, что за двое суток работы им удастся возобновить работу телескопа. Уже в четверг стало известно, что операция в целом прошла успешно.

"Хаббл" имеет долгую историю поломок и ремонтов. В том, что отдельные элементы сложного устройства, обращающегося в космосе без постоянного технического обслуживания (по крайней мере, без достаточно частого технического обслуживания), иногда выходят из строя, нет ничего удивительного. Но в случае с "Хабблом" имели место поломки, связанные не с износом деталей, а, скажем так, с человеческим фактором.

Немного истории. Кто виноват?

Еще до своего появления телескоп "Хаббл" был единственным в своем роде. Основным преимуществом этого телескопа перед земными аналогами должно было стать его расположение. "Хаббл" обращается вокруг Земли по орбите, высота которой составляет 589 километров. Отсутствие земной атмосферы позволяет "Хабблу" видеть значительно дальше своих "собратьев". Излучение космических объектов, проходя через окружающую Землю газовую оболочку, искажается и частично поглощается ею. Земная атмосфера почти полностью прозрачна для излучения только в двух диапазонах длин волн: оптическом и радиодиапазоне. Значительная часть ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучения (которое существенно более информативно, чем оптическое и радиоизлучение, когда речь идет о космосе) не достигает оптики наземных телескопов.

Кроме выгодной позиции, "Хаббл" должен был обеспечивать недоступные до сих пор результаты благодаря высокоточной оптике. Чтобы итоговое разрешение телескопа соответствовало заданному, необходимо очень точно воспроизвести геометрические параметры зеркал. Одной из важнейших деталей оптической системы телескопа является так называемое главное зеркало. Главное зеркало "Хаббла" было рассчитано с ювелирной точностью.

Однако первые снимки, сделанные с помощью орбитального телескопа, разочаровали ученых. Их разрешение было выше, чем у наземных "коллег", однако до расчетного ему было очень далеко. Анализ фотографий показал, что "виновником" низкого качества снимков является именно главное зеркало. Его края были слишком плоскими. И хотя отклонение от "идеала" составило всего два микрометра (микрометр – одна миллионная метра), "Хаббл" стал "инвалидом". Свет, попадающий на края главного зеркала телескопа стоимостью несколько десятков миллионов долларов, отражался не в ту же точку, что свет, попадающий в центр зеркала. Такой дефект называется сферической аберрацией, и он хорошо знаком любителям фотографии.

Расследование показало, что причиной несоответствия теории и практики стала ошибка техника, изготовлявшего прибор, с помощью которого как раз и определяется, насколько форма "реального" зеркала соответствует форме "идеального". Одна из линз этого прибора оказалась сдвинута на 1,3 миллиметра, и он показывал, что зеркало "Хаббла" имеет верную форму. При этом два дополнительных прибора, используемых для гарантии, показали, что зеркало неидеально. Однако представители компании Perkin-Elmer, которая должна была изготовить зеркало, положились на показания основного прибора.

Что делать?

Помимо выяснения причин неудовлетворительных результатов и отношений с компанией-изготовителем, NASA (и европейское космическое агентство (ESA) – "Хаббл" является их совместным проектом) занялось поиском способов исправить ситуацию. "Пассивный" вариант устранения дефекта главного зеркала предполагал снижение чувствительности телескопа. Если посылать на камеры свет, отраженный только от центральной части зеркала (форма которой соответствовала проектной), а потом "подправлять" полученные изображения на компьютере, то можно получить изображения приемлемого качества. Однако при таком способе теряется до 80 процентов "увиденного" телескопом света.

Самый очевидный "активный" вариант – спустить "Хаббл" на Землю и заменить главное зеркало – был отвергнут как неоправданно дорогой. Вариант снять дефектное главное зеркало и поставить вместо него новое прямо на орбите был технически неосуществим. В итоге было решено остановиться на третьей возможности – надеть телескопу очки. Зная, в чем причина недостаточного разрешения оптики "Хаббла", инженеры смогли рассчитать параметры дополнительной насадки, которая этот дефект устраняет.

Корректирующий модуль получил название COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement). Он представлял собой систему зеркал, с помощью которых изменялась фокусировка отраженного от главного зеркала света. Изготовление блока корректирующей оптики обошлось налогоплательщикам (ведь NASA и ESA – это федеральные агентства) в 50 миллионов долларов. Кроме того, к стоимости "космических очков" можно прибавить стоимость высокоскоростного фотометра – прибора, которым пришлось пожертвовать для того, чтобы установить корректирующий модуль.

Ремонт телескопа был проведен во время первой космической экспедиции по обслуживанию "Хаббла". Заодно с установкой блока COSTAR астронавты должны были поменять широкоугольную/планетарную камеру, с помощью которой телескоп делает "панорамные" фотографии космоса, на улучшенную модель. Также астронавты должны были установить на телескоп другую систему, управляющую движением батарей, четыре гироскопа, обновить электронную "начинку" "Хаббла" и поменять еще часть систем "по мелочи". Когда шаттл "Индевор" (Endeavor) подлетел к телескопу, экипаж обнаружил, что у него сломана одна из солнечных батарей, но их в любом случае планировалось заменить.

Все запланированные ремонтные работы потребовали пяти длительных выходов в космос. Один из "ремонтников" с шаттла "Индевор", Джеффри Хоффман (Jeffrey Hoffman), так описал основные правила, которым астронавтам необходимо следовать во время починки телескопа: "Правило номер один: не повредите сами себя. Номер два: ради бога, не сломайте что-нибудь из того, что еще не сломано".

Все пять выходов в космос прошли нормально, и в 1993 году "Хаббл" наконец-то обрел нормальное зрение. В 1997, 1999 и 2002 годах были проведены еще три ремонтные экспедиции во время которых астронавты меняли установленные на телескопе приборы на более совершенные модели, снимали с телескопа вышедшую из строя технику и устанавливали новую. Самыми хрупкими приборами телескопа оказались гироскопы – устройство для измерения углов, благодаря которым "Хаббл" ориентируется в пространстве. Каждая экспедиция продлевала срок службы телескопа и делала его более устойчивым к космической "непогоде". Что случилось на этот раз, почему NASA решило отменить пятый полет к "Хабблу", и что инженеры пытаются сделать с Земли?

Наши дни. Все плохо?

Астронавты отрабатывают технику ремонта телескопа "Хаббл" в бассейне на Земле. Фото NASA

Дату старта пятой ремонтной экспедиции откладывали несколько раз. В итоге было объявлено, что шаттл "Атлантис" (Atlantis) отправится на орбиту 14 октября. Экипаж должен был совершить пять выходов в открытый космос, заменить гироскопы, солнечные батареи, поменять широкоугольную/планетарную камеру на усовершенствованный аналог, установить новый спектрограф (с помощью которого астрономы надеются изучить, как во Вселенной происходит формирование больших объектов) и починить два сломавшихся прибора. Чтобы выполнить все эти непростые операции на орбите, астронавты долго тренировались на учебной модели "Хаббла" на Земле (это обычная практика, которая позволяет существенно уменьшить риск при работах в открытом космосе).

Миссия "Атлантиса" должна была стать одной их самых опасных за всю историю шаттлов. Угрозу для челнока представляет космический мусор, количество которого увеличивается со временем. В основном он состоит из останков спутников, большинство из которых обращаются по орбитам, высоты которых близки к высоте орбиты "Хаббла". При полете к МКС, которая находится на высоте около 240 километров над Землей, вероятность столкновения с мусором составляет 1:300. Во время визита к телескопу, высота орбиты которого, напомним, составляет 598 километров, этот параметр возрастает до 1:180.

О пользе запасов

"Атлантису" не пришлось испытать свою удачу. В ночь с 27 на 28 сентября у телескопа вышел из строя блок, отвечающий за хранение, форматирование и передачу данных. Теперь чтобы заставить "Хаббл" работать, команда "ремонтников" должна была поменять и этот блок. Однако на тренировку астронавтов у NASA уже не оставалось времени, поэтому запуск шаттла было решено отложить до декабря 2009 года.

Выяснилось также, что запасной блок, который хранился в Центре космических полетов Годдарда с 1990 года, может оказаться неисправным. По словам управляющего проектом "Хаббл" Престона Берча (Preston Burch), в последний раз блок проверялся в 1999 и 2000 годах, и в его работе были обнаружены неполадки. За восемь лет они так и не были исправлены. Кроме того, в запасном блоке, в отличие от основного, используется энергозависимая память. То есть, при отключении питания все накопленные данные теряются. Вероятно, в ближайшее время неисправности в запасном блоке форматирования данных попытаются устранить, но завершатся ли эти попытки успехом – неизвестно.

Однако ситуация не так плачевна, как может показаться на первый взгляд. Инженеры, проектировавшие многомиллионный "Хаббл", предусмотрели наличие в нем запасного блока. Так как до сих пор система обработки и передачи данных работала без перебоев, запасной блок последний раз включали почти 20 лет назад. Причем на Земле.

Для того чтобы перевести весь поток данных на запасной блок, необходимо было ввести "Хаббл" в режим безопасности (фактически, временно отключить его). В среду специалисты приступили к "перепрограммированию" телескопа в режиме 24/7. Чтобы перевести весь поток данных на запасной модуль, необходимо переподключить не только сами блоки, но и еще несколько устройств, входящих в систему передачи полученной телескопом информации на компьютер. После выключения и последующего включения необходимо проверить работоспособность каждого прибора. Соответствующие команды инженеры передают "Хабблу" с Земли.

До начала операции специалисты не были до конца уверены в том, что им удастся завершить ее. Однако в четверг, 16 октября, в прессе появились сообщения, что "Хаббл" вышел из безопасного режима и передал на Землю первые данные. Окончательно говорить о возобновлении работы телескопа можно будет в пятницу, когда будут проведены завершающие тесты и "Хаббл" начнет передавать на Землю данные в обычном режиме.

Казалось бы, если можно починить орбитальный телескоп, не приближаясь к нему, то зачем было отменять полет "Атлантиса" и начинать заново обучать астронавтов? Логика очень проста. Во-первых, теперь "Хаббл" остался без запасного модуля, так что если запущенная резервная система выйдет из строя, телескоп "замолчит" до того момента, как к нему доберутся астронавты. А вероятность того, что запасной блок может вскоре сломаться, существует.

С одной стороны, космос – хорошее место для хранения приборов. В нем нет воздуха, поэтому устройства не страдают от трения. Но с другой стороны, в отсутствие земной атмосферы все элементы телескопа подвергаются воздействию жесткого излучения и резких перепадов температур. Возможно, что те факторы, которые привели к поломке основного блока, также "подточили" и резервный. Так что заменять блок питания все равно придется, но сейчас появилась надежда, что до появления ремонтной бригады телескоп продолжит работать, а не превратится в почти бесполезный спутник.

Все путем

Чтобы у читателя не сложилось превратного мнения о "Хаббле", оговоримся, что поломки и неисправности в таких сложных устройствах неизбежны. Особенно, когда устройства находятся на высоте 600 километров от Земли. "Хаббл" стал одним из самых успешных космических проектов человечества. С его помощью астрономы получили беспрецедентное количество информации о космосе. Трудно назвать какой-либо раздел астрофизики, в котором данные "Хаббла" не помогли бы что-то прояснить, уточнить, открыть.

Другое дело, что некоторых трудностей можно было бы легко избежать всего лишь более тщательно проверяя результаты работы. Будем надеяться, что разработчики нового телескопа имени Джеймса Уэбба (The James Webb Space Telescope), который должен в 2013 году прийти на смену "Хабблу", учтут опыт своих предшественников.

Выпускник МГУ критикует выводы группы Оже

Связь UHECRs с AGN (радиогалактика Центавр A). Изображение из статьи Moskalenko et al.

Группа американских исследователей, возглавляемая выпускником Физического факультета МГУ Игорем Москаленко из Стэнфордского университета (Stanford University, США, штат Калифорния), написала работу, которая подвергает сомнению нашумевшую интерпретацию результатов, полученных Обсерваторией имени Пьера Оже (Pierre Auger Observatory, Аргентина) в конце прошлого года. Напомним, что речь тогда шла о вероятном внегалактическом происхождении космических лучей ультравысоких энергий (Ultra-high-energy cosmic rays - UHECRs, до 10²⁰ электрон-вольт) и о том, что источниками их являются, скорее всего, сверхмассивные черные дыры, таящиеся в активных галактических ядрах. Новая статья принята для публикации в "Астрофизическом журнале" - Astrophysical Journal (ApJ), пока с ней можно ознакомиться по препринту на сайте arXiv.org.

Проблема состоит в том, что пространственная "привязка" событий, связанных с регистрацией частиц ультравысоких энергий, осуществлялась главным образом к маломощным активным галактикам. Такие галактики имеют довольно большую распространенность, и какую-либо из них с очень большой вероятностью можно отыскать в пределах трех градусов от любого произвольного направления на небе. "Корреляция, обнаруженная группой Оже, вероятно, является случайным совпадением", - заявил Москаленко в интервью New Scientist.

Более того, российский физик полагает, что небольшие малоактивные галактики просто не в силах производить космические лучи самых высоких энергий. Нет ни малейших признаков того, что они способны испускать высокоэнергетичные гамма-лучи, которыми, по мнению Москаленко, непременно должно сопровождаться производство и ускорение высоэнергетичных заряженных частиц. Можно выдвинуть альтернативное предположение: UHECRs с большей вероятностью могут поступать от гораздо более активных галактик - вроде квазаров и радиогалактик, особенно тех, что испускают мощные струи-"джеты" из частиц, разогнанных до релятивистских скоростей (излучающих в гамма-диапазоне).

Некоторые события, зарегистрированные Обсерваторией Оже, и раньше связывались с частицами ультравысоких энергий, пришедшими из самых активных галактик. По крайней мере четыре из них могли прибыть к нам от источника Центавр A (Centaurus A) - радиогалактики, расположенной в 12 миллионах световых лет от Солнца. Москаленко и его коллеги считают, что другие UHECRs также могли прийти от соседних активных галактик со струями - даже при том, что направления их прихода совсем не совпадают с такими источниками.

Как известно, космические лучи - это протоны и ядра (т.е. еще более тяжелые заряженные частицы), путь которых в магнитных полях отклоняется от прямолинейного. Ранее считалось, что частицы ультравысоких энергий все же сохраняют направление своего прихода почти неизменным, однако Москаленко теперь указывает на то, что напряженность и расположение межгалактических магнитных полей нам до сих пор еще толком не известны, таким образом они вполне могут на самом деле серьезно искажать пути космических лучей, отклоняя их более чем на 3°. В таком случае радиогалактики вроде Центавра A могли бы в действительности "стрелять по нам из-за угла", и все приходящие к Земле частицы ультравысоких энергий с разных направлений принадлежат именно им.

Радует то, что загадка UHECRs (если она еще до сих пор и не решена) в любом случае будет разгадана в самом ближайшем будущем. Ведь Обсерватория Оже продолжает активно работать и достраиваться, и вслед за первыми (сугубо предварительными) результатами неизбежно последуют новые, гораздо более полные и надежные.

Французский физик Пьер Оже (1899-1993) считается первооткрывателем широких атмосферных ливней (ШАЛ), образуемых высокоэнергетичными частицами, попадающими в земную атмосферу (1938), их иногда называют также ливнями Оже. Обсерватория, получившая его имя, представляет собой сеть из 1600 огромных резервуаров, которые устанавливаются на плоскогорье западной Аргентины (провинция Мендоса), снабжаются фотоумножителями и заполняются дистиллированной водой (по 11 тонн каждый, с атомами такого простейшего жидкого сцинтиллятора частицы и взаимодействуют). Каждый такой бак (водный черенковский детектор) отделен от соседних резервуаров расстоянием в 1,5 километра (общая площадь, занимаемая установкой, достигает трех тысяч квадратных километров). Резервуары обнаруживают частицы, отслеживая их взаимодействия с водой, ну а установленные дополнительно телескопы (в количестве 24 штук) ясными безлунными ночами улавливают свечение в атмосфере (флуоресценцию, вызванную взаимодействием космических лучей с молекулами азота), таким образом можно не только восстанавливать энергию первоначальных частиц, но и направление их прилета. Обсерватория должна зарегистрировать миллионы ливней, однако события, вызванные частицами сверхвысоких энергий, - это большая редкость. Звучит невероятно, но один-единственный протон в таком случае может нести столько энергии, сколько теннисный мячик, летящий со скоростью 100 километров в час. К сожалению (а может, и к счастью), частицы таких энергий на Земле - редкие гости, один случай на квадратный километр приходится раз в столетие. Поэтому для сбора осмысленной статистики и требуются очень большие площади.

Согласно популярным теоретическим моделям, активные ядра галактик (Active Galactic Nuclei - AGN), окружены скоплениями вещества, располагающегося в виде аккреционного диска и гигантского "пончика"джет" из раскаленной материи направлена прямо на Землю), сейфертовские галактики... Поглощая газ, пыль и другую материю, вытягиваемую из галактики-хозяйки, ядра частично перерабатывают все это в исторгаемые ими потоки частиц самых высоких энергий. Пока еще механизм, с помощью которого AGNs достигают рекордных ускорений, детально не изучен, но предполагается, что ускоряемые таким образом частицы могут достигать энергий, в сотню миллионов раз превосходящих энергию мощнейших земных ускорителей части. (поглощающего тора), что частично скрывает от нас вид на черную дыру (пончик расположен в той же плоскости, что и аккреционный диск). Угол под которым мы наблюдаем этот самый "пончик", определяет (наряду с массой и рядом других факторов), что именно мы в свои приборы увидим - и как классифицируем этот объект. Так появляются квазары, блазары (в этом случае струя-"

Ученые обнаружили галактику с необычайно сильным магнитным полем

Галактика под номером DLA-3C286 располагается на расстоянии 6,5 миллиардов световых лет от Земли. Когда галактика испускала свет, который сейчас дошел до нашей планеты, ей было "всего" четыре миллиарда лет. Для сравнения, возраст Млечного пути превосходит 13 миллиардов лет.

Отличительной особенностью данного объекта является то, что позади него находится квазар – источник сильного электромагнитного излучения. DLA-3C286 содержит большое количество межзвездной пыли и водорода, который поглощает часть этого излучения. При этом магнитное поле галактики "заставляет" атомы водорода вместо фотонов с одной специфической длиной волны поглощать фотоны с двумя близкими по значению длинами волн. Изучая особенности дошедшего до нас излучения квазара, ученые установили, что у данной галактики имеется относительно равномерное поле, которое простирается на расстояние около 600 световых лет. Сила этого поля в 10 раз превосходит силу магнитного поля Млечного пути.

Данные результаты противоречат традиционной модели возникновения магнитных полей у галактик. Считается, что в начале жизни звездных скоплений поля распределены крайне неравномерно: в окрестностях останков сверхновых магнитное поле достаточно сильное, а в других регионах почти отсутствует. Со временем из-за вращения галактики потоки заряженных частиц проходят через области сильных полей, увеличивая их в размерах в результате явления индукции.

Для объяснения феномена DLA-3C286 в рамках данной теории необходимо, чтобы на первом этапе развития у нее было большое количество регионов с сильным магнитным полем. Это означает, что в прошлом в данной галактике должно было произойти большое количество взрывов сверхновых. Однако наблюдения показывают, что в DLA-3C286 отсутствует повышенная концентрация тяжелых элементов, которые образуются при таких взрывах. По словам астрономов, у DLA-3C286 просто не было времени, чтобы "вырастить" себе столь сильное поле.

В настоящее время теорий, объясняющих возникновение столь сильного поля у столь молодой галактики, у ученых нет.

Oct. 2, 2008: Scientists using NASA's RHESSI spacecraft have measured the roundness of the sun with unprecedented precision, and they find that it is not a perfect sphere. During years of high solar activity the sun develops a thin "cantaloupe skin" that significantly increases its apparent oblateness. Their results appear the Oct. 2nd edition of Science Express.

"The sun is the biggest and smoothest natural object in the solar system, perfect at the 0.001% level because of its extremely strong gravity," says study co-author Hugh Hudson of UC Berkeley. "Measuring its exact shape is no easy task."

"We have found that the surface of the sun has rough structure: bright ridges arranged in a network pattern, as on the surface of a cantaloupe but much more subtle," describes Hudson. During active phases of the solar cycle, these ridges emerge around the sun's equator, brightening and fattening the "stellar waist." At the time of RHESSI's measurements in 2004, ridges increased the sun's apparent equatorial radius by an angle of 10.77 +- 0.44 milli-arcseconds, or about the same as the width of a human hair viewed one mile away.

"That may sound like a very small angle, but it is in fact significant," says Alexei Pevtsov, RHESSI Program Scientist at NASA Headquarters. Tiny departures from perfect roundness can, for example, affect the sun's gravitational pull on Mercury and skew tests of Einstein's theory of relativity that depend on careful measurements of the inner planet's orbit. Small bulges are also telltale signs of hidden motions inside the sun. For instance, if the sun had a rapidly rotating core left over from early stages of star formation, and if that core were tilted with respect to its outer layers, the result would be surface bulging. "RHESSI's precision measurements place severe constraints on any such models."

Right: In this diagram, the sun's oblateness has been magnified 10,000 times for easy visibility. The blue curve traces the sun's shape averaged over a three month period. The black asterisked curve traces a shorter 10-day average. The wiggles in the 10-day curve are real, caused by strong magnetic ridges in the vicinity of sunspots.

"When we subtract the effect of the magnetic network, we get a 'true' measure of the sun's shape resulting from gravitational forces and motions alone," says Hudson. "The corrected oblateness of the non-magnetic sun is 8.01 +- 0.14 milli-arcseconds, near the value expected from simple rotation."

"These results have far ranging implications for solar physics and theories of gravity," comments solar physicist David Hathaway of the NASA Marshall Space Flight Center. "They indicate that the core of the sun cannot be rotating much more rapidly than the surface, and that the sun's oblateness is too small to change the orbit of Mercury outside the bounds of Einstein's General Theory of Relativity."

Further analysis of RHESSI oblateness data could also help researchers detect a long-sought type of seismic wave echoing through the interior of the sun: gravitational oscillations or "g-modes." The ability to monitor g-modes would open a new frontier in solar physics—the study of the sun's internal core.

"All of this," marvels Hathaway, "comes from clever use of data from a satellite designed for something entirely different. Congratulations to the RHESSI team!"

30 Sep 2008

Close-up views of four galaxies from the ANGST survey

"Past Hubble observations of the local neighbourhood have provided dramatic insights into the star-formation histories of individual galaxies, but the number of galaxies studied in detail has been rather small", said Julianne Dalcanton of the University of Washington in Seattle (USA) and leader of the ANGST survey. "Instead of picking and choosing particular galaxies to study, our survey will be complete by virtue of looking at 'all' the galaxies in the region. This gives us a multi-colour picture of when and where all the stars in the local Universe formed."

Many stars in nearby galaxies are the fossil equivalents of new stars forming in the far Universe. "When we look back in time at distant, young galaxies, we see lots of vigorous star formation. However, we can only guess as to what those galaxies might eventually turn into," Dalcanton explained. "Using the galaxies in the nearby Universe as a 'fossil record', we can compare them with young galaxies far away. This comparison gives us a history of star formation and provides a better understanding of the masses, structures, and environments of the galaxies."

Early results of the ANGST survey show the rich diversity of galaxies. Some are made up entirely of ancient stars, while others have been forming stars nearly continuously during their whole lives. There are even a few examples of galaxies that have only started forming stars in the recent past. "With these images, we can see what makes each galaxy unique," said team member Benjamin Williams of the University of Washington.

The ANGST survey also includes maps of many large galaxies, including M81. "With these maps, we can track when the different parts of the galaxy formed," explained Evan Skillman of the University of Minnesota (USA), describing work by students Dan Weisz of the University of Minnesota and Stephanie Gogarten of the University of Washington.

In a separate paper describing the star-formation history in M81, astronomers confirmed that massive spiral galaxies formed most of their stars in the early Universe. Analysing M81's outer disk, the astronomers found that most of the stars formed more than 7 billion years ago, when the Universe was half its present age. M81 and other mammoth galaxies also experienced rapid enrichment of chemical elements heavier than the hydrogen and helium produced during the Big Bang, such as carbon, through the deaths of massive stars in supernova explosions. "We were surprised by how quickly the elements formed and how the subsequent star-formation rate for the bulk of the stars in M81 changed after that," said Williams, the paper's lead author.

"This rich survey will add to Hubble's legacy, providing a foundation for future studies," Dalcanton added. "With this information, we will be able to trace the complete cycle of star formation in detail."

The survey's results were submitted to The Astrophysical Journal Supplement Series. Another paper that details the star-formation history in galaxy M81 has been submitted to The Astronomical Journal.

Notes for editors
The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between ESA and NASA.

Image credit: NASA, ESA, J. Dalcanton & B. Williams (University of Washington, USA).

Contacts

Lars Lindberg Christensen
Hubble/ESA, Garching, Germany
Tel: +49-89-3200-6306
Cell: +49-173-3872-621
E-mail: larseso.org

Donna Weaver/Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
Tel: +1-410-338-4493 / 410-338-4514
E-mail: dweaverstsci.edu / villardstsci.edu

Julianne Dalcanton
University of Washington, Seattle, Washington, USA
Tel: +1-206-685-2155
E-mail:jdastro.washington.edu

CERN откроет вычислительную систему Большого адронного коллайдера

Более 100 тысяч компьютеров в Азии, США и Европе (в том числе и в России) будут объединены в вычислительную сеть. Эта сеть будет обрабатывать огромный поток "сырых" данных с детекторов коллайдера. Примерные подсчеты показывают, что БАК будет производить около 15 петабайт (миллионов гигабайт) информации в год.

Отличительной особенностью сети является ее уникальная схема – она сохраняет приемлемую работоспособность даже в случае, если некоторые сегменты сети не будут функционировать. Стоимость проекта составляет около 500 миллионов евро.

Большой адронный коллайдер представляет собой самый большой в мире ускоритель элементарных частиц, на котором физики планируют смоделировать процессы, происходившие во Вселенной через несколько мгновений после Большого взрыва. Первые пучки протонов прошли по кольцу коллайдера 10 сентября 2008 года. Полноценные эксперименты планировалось начать 21 октября, однако авария вызвала остановку ускорителя до весны.

Самый яркий взрыв Вселенной

В марте на небе можно было невооружённым глазом увидеть один из самых мощных взрывов во Вселенной, произошедший 7,5 миллиарда лет назад. Записать его на видео смог российско-итальянский мониторинговый телескоп TORTORA и его польский "коллега" Pi of the Sky. Анализ данных показывает, что Земля в тот момент встала на пути тончайшего луча "прожектора", бившего из окрестностей рождающейся чёрной дыры. Объяснить быстрые изменения яркости этого прожектора пока не позволяет никакой анализ.

Полгода назад, 19 марта 2008 года, ровно в 09 часов 12 минут по московскому времени в небе ненадолго показалась новая звезда. Над Россией в это время уже встало солнце, но вот жители Западного полушария Земли могли разглядеть под правой звёздочкой «парашютного купола» созвездия Волопаса быстро гаснущий объект, который астрономы назвали GRB080319B.

Невооружённым взглядом GRB080319B можно было видеть на тёмном небе лишь около минуты, но оно того стоило.

Этот свет родился на полпути к краю наблюдаемой Вселенной и летел до нас 7,4 миллиарда лет.

Когда эти фотоны были испущены умирающей звездой, наш мир был вдвое меньше, чем сейчас, а до появления Солнца и Земли оставалось ещё 3 миллиарда лет.

Удалось ли хотя бы одному невооружённому глазу на нашей планете увидеть этот свет на самом деле – мы вряд ли когда-нибудь узнаем. На самом деле маловероятно: уж слишком недолго эта звёздочка держалась и слишком слабой была, а на планете осталось не так много мест, где увидеть объект пятой с небольшим звёздной величины не помешают ночные фонари или зарево от какого-нибудь большого города.

Но вспышку зафиксировали два автоматических телескопа – российско-итальянский TORTORA и польский прибор Pi of the Sky.

19 марта сигнал поступил от космического аппарата Swift, зафиксировавшего поток гамма-квантов и определившего примерное направление на их источник. Одновременно сработал и российский прибор Konus, созданный учёными петербургского Физико-технического института имени Иоффе, который уже 14 лет успешно работает на борту американского исследовательского спутника Wind. Несмотря на солидный возраст инструмента, полученные им данные оказались даже качественнее информации, предоставленной более юной аппаратурой Swift'а, которая просто «ослепла» от чересчур яркой вспышки.

По наводке Swift'а и Konus/Wind около десятка алертных телескопов по всему миру повернулись в направлении созвездия Волопаса и тщательно задокументировали, как GRB080319B быстро угасал.

Но мониторинговым TORTORA и Pi of the Sky удалось большее: они увидели всю вспышку в развитии – и подъём блеска, и его падение.

При том у TORTORA превосходное временное разрешение. Если поляки делали снимки всего раз в 10 секунд, то конструкция российско-итальянского прибора позволяет ему работать почти как настоящей видеокамере, получая по восемь кадров в секунду.

На самом деле в тот день в нужную область неба смотрели и несколько алертных телескопов: получасом ранее всего в 10 градусах от GRB080319B произошла ещё одна вспышка, GRB080319A. Тот день вообще выдался на редкость урожайным на гамма-всплески: хотя в среднем Swift фиксирует два-три всплеска в неделю, здесь за одни сутки их оказалось пять. Однако поле зрения алертных телескопов недостаточно велико, и только TORTORA и Pi of the Sky вовремя заметили и второй всплеск, который оказался самым ярким за всю историю астрономии.

Гамма-всплески

Вообще исследования в оптике до сих пор играли ключевую роль в понимании природы гамма-всплесков. Эти короткие, продолжительностью от нескольких секунд до пары-тройки минут небесные явления были открыты ещё в 1967 году американскими спутниками-шпионами, которые были запущены на орбиту, чтобы следить, как Советский Союз соблюдает договор 1963 года о запрете ядерных испытаний в атмосфере.

Но вместо улик, изобличающих СССР, аппаратура увидела сигнал, пришедший откуда-то из глубокого космоса. Через пять лет американцы сняли с этих данных гриф «секретно», но ещё четверть века гамма-всплески оставались, наверное, самым загадочным явлением астрофизики. Не было понятно, даже где они происходят – на границах Солнечной системы, в гало нашей галактики или на окраине Вселенной.

Лишь в конце 1990-х годов учёные убедились, что верно последнее предположение. Гамма-всплески – свидетельства процессов, происходящих в далёких галактиках, и, коль скоро мы видим их на Земле, истинная энергетика этих процессов грандиозна.

Это самые мощные взрывы во Вселенной.

В момент вспышки эти объекты светят в миллионы раз ярче самых крупных галактик, состоящих из сотен миллиардов звёзд.

Определить истинное расстояние до этих объектов помогло именно обнаружение первых оптических послесвечений гамма-всплесков наземными телескопами. Очень скоро в их спектрах нашли линии, оставленные газом далёких галактик, через которые прошёл свет от гамма-всплеска. Именно по этим линиям и удалось определить расстояния; считается, что гамма-всплеск расположен в самой далёкой из галактик, оставивших след в его спектре (через все остальные свет прошёл по пути). Постепенно на очень глубоких изображениях неба стали проявляться и сами галактики, где происходят эти космические катаклизмы.

Выяснив с помощью оптических наблюдений, какова энергетика объектов, учёные смогли заняться их физикой. Сейчас считается, что гамма-всплески бывают двух видов – короткие и длинные. Первые продолжаются максимум несколько секунд, длительность вторых может измеряться минутами; заметно отличаются и спектры гамма- и рентгеновского излучения объектов этих двух классов.

По современным представлениям, и те и другие связаны с образованием чёрных дыр.

Только образуются они по разным причинам. Первые – при слиянии двух «звёздных трупов», нейтронных звёзд и белых карликов, вторые – непосредственно при гибели очень массивной звезды с образованием чёрной дыры.

Дни сжимаются в секунды

Когда стало ясно, какова истинная светимость гамма-всплеска, перед учёным встал, казалось, неразрешимый парадокс. Выделение такой огромной энергии за очень короткое время приводит к такой плотности излучения, что оно неизбежно должно порождать вокруг себя пары частиц и античастиц, на которых само же будет рассеиваться. В итоге, как ни крути, таких ярких объектов мы видеть не должны. Но видим.

Выход был найден, когда астрофизики поняли, что явление, которое мы наблюдаем, – сильно, в тысячи и миллионы раз сжатая во времени картина реальных событий.

Мимо Земли эта вспышка излучения проносится за секунды и минуты, но на деле продолжается дни, недели и даже месяцы.

Такое возможно, если предположить, что само излучение возникает в веществе, которое стремительно движется прямо на нас со скоростью, близкой к скорости света. В этом случае кванту света, который излучается на секунду позже, приходится преодолевать до Земли меньшее расстояние, чем тому кванту, что отправился в путешествие на секунду раньше – просто потому, что за эту секунду сам источник света подвинулся ближе к нам.

Правда, чтобы сжать сигнал в тысячи и миллионы раз, вещество должно двигаться с очень большими скоростями – в 99,95% скорости света для сжатия в тысячу раз и 99,99995% – чтобы сжать сигнал в миллион раз. Кстати, протоны, запущенные в среду по большому кругу Большого адронного коллайдера под Женевой, двигались с меньшей скоростью, но именно такие скорости реализуются в гамма-всплесках.

В струю

Впрочем, с такой скоростью, по-видимому, расширяется не вся оболочка. Большая часть вещества при длинном гамма-всплеске сбрасывается с относительно небольшими скоростями в десятки тысяч километров в секунду – как и при взрыве обычной сверхновой. По-настоящему околосветовыми скоростями обладают лишь пара струй (так называемых джетов), разлетающихся в противоположных направлениях. Учёные уверены, что вещество, падающее на только что сформировавшуюся и быстро вращающуюся чёрную дыру, образует вокруг неё плотный диск, через который и поступает на съедение центральному монстру. А вот то, что проглотить не получается, и разлетается двумя струями.

Как конкретно это происходит, пока неясно. Понятно лишь, что при разгоне до таких высоких скоростей не обходится без крайне экзотических процессов. И именно в этом одна из причин заинтересованности астрофизиков в изучении гамма-всплесков.

Кроме того, они могут стать отличным средством изучения истории Вселенной в целом.

Ведь это ярчайшие события, которые можно увидеть, даже если они произошли в самых удалённых уголках нашего мира. Прежде чем попасть в объективы земных телескопов, испущенные ими лучи света миллиарды лет путешествуют по Вселенной, и за это время с ними происходит немало интересного. Лучи «краснеют», растягиваясь вместе с Вселенной, теряют энергию, преодолевая притяжение продолжающих формироваться скоплений галактик, изменяют направление, проходя вблизи массивных тел. Всё это представляет громадный интерес для астрономии.

Правда, прежде чем использовать гамма-всплески, надо разобраться в их физике и выяснить, как часто они происходят. А последнее напрямую зависит в том числе и от угла раскрытия упомянутых выше струй. Например, если эти струи очень широкие, то мы на Земле видим большую часть всех гамма-всплесков, происходящих во Вселенной. Если же лучи этих межгалактических прожекторов узки, то Земля попадает в них относительно редко, а значит, на самом деле гамма-всплески случаются много чаще, чем нам кажется, просто большую их часть м�