Апрель – месяц, который может быть посвящен только одной теме в Год науки и технологий – «Освоение космоса». Совсем недавно мы отмечали 60-летие первого полета человека на околоземную орбиту, мы гордимся достижениями отечественной аэрокосмической отрасли, которая с середины прошлого столетия держит высокую планку и является лидером в этом направлении.  

​Но кроме создания технологий, ученые из университетов Проекта 5-100 постоянно проводят множество интересных исследований, чтобы космос стал ближе и понятней. 

За 64 года с момента запуска первого искусственного спутника Земли в 1957 году в космос было отправлено множество космических аппаратов и ракет. Но мало кто из обывателей задумывается, что сейчас околоземную орбиту засоряют тысячи частиц этой техники и деталей ракетных ступеней, которые несут в себе потенциальную угрозу как для действующих пилотируемых космических аппаратов, так и для обычных людей. Ведь если такой космический мусор, часто содержащий в себе ядерные или токсичные материалы, не полностью сгорит в атмосфере, то обломки могут упасть на населенные пункты, повредить транспортные коммуникации и промышленные объекты.  

Решить проблему контроля движения искусственных объектов на околоземной орбите взялись ученые Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ». Они разработали мультиспектральную систему для видеомониторинга, которую предлагают устанавливать на вновь выводимые космические аппараты.   

razrabotchik-Pavel-Baranov.jpg

На сегодняшний день наблюдение за космическим мусором ведется с помощью либо энергозатратных радиотелескопов (но они различают объекты размером более 10 см), либо оптических телескопов, способных обнаруживать космический мусор только в ночное время суток при хорошей погоде. 

«Основными проблемами при решении задачи различения объектов искусственного и естественного происхождения являются низкая яркость, большая скорость движения – до нескольких километров в  секунду – и то, что форма оптического сигнала неотличима от сигнала звезд. Эти проблемы становятся особенно критичными в ситуации, когда угловые размеры объекта становятся меньше углового размера пиксела фотоприемника, что характерно для удаленной звезды или малогабаритного космического мусора», – поясняет руководитель проекта, заместитель заведующего кафедрой телевидения и видеотехники по научной работе Павел Баранов.  

Установка системы прямо на космический аппарат даст возможность проводить видеомониторинг непрерывно, при этом относительная скорость наблюдаемых объектов будет значительно ниже по сравнению с наземными наблюдениями, а использование нескольких спектральных диапазонов позволит отличать естественные космические объекты от искусственных. 

Помимо отслеживания падения космического мусора, важно вести наблюдение и за осколками метеоритов.  

Ученые Уральского федерального университета совместно с коллегами из Университета Хельсинки и Финского института геопространственных исследований разработали и успешно апробировали первую в мире математическую модель, которая позволяет точно предсказывать места падения всех фрагментов метеоритов, а также определять их местонахождение на поверхности Земли.  

«Наша планета ежегодно „принимает“ порядка 100 тысяч тонн метеоритов. Образно говоря, „почтовый ящик“ Земли и человечества до отказа забит „письмами“ и „посылками“ из космоса. Задача в том, чтобы своевременно собрать этот материал и заняться его интерпретацией. Среди важнейших научных вопросов, которые могут быть разъяснены, – сама гипотеза об образовании Солнечной системы. И наша модель приближает решение этой задачи», – рассказала Мария Грицевич, старший научный сотрудник лаборатории Extra Terra Consortium УрФУ и Финского института геопространственных исследований, доцент планетных исследований Университета Хельсинки. ​

Важность этой математической модели определяется тем, что удается точно установить координаты недавно упавших метеороидов, которые еще не успели окислиться и потерять свои первоначальные свойства, а это является экономичной альтернативой дорогостоящим космическим миссиям.  

Также астрономам Уральского федерального университета и их коллегам из Центра астрофизики Университета Гуанчжоу удалось впервые зарегистрировать спиральные потоки падения вещества на массивную звезду и обнаружить новые виды мазерных молекул.  

sverkhmassivnaja.jpg
​Структура спиральных рукавов в гравитационно неустойчивом диске вокруг мазера HMYSO. Иллюстрация: Xi Chen, Zhi-Yuan Ren

Мазер (microwave amplification by stimulated emission of radiation) – источник вынужденного излучения, усиливающий микроволны. В космических молекулярных газовых облаках (мазерах), размером в миллиарды километров, возникают условия для генерации энергии, а источником ее накачки служит космическое излучение.  

Исследование проводилось на телескопах Tianma radio telescope (TMRT, Китай) и Very Large Array (VLA, США). Это еще на шаг приблизило ученых к разгадке тайны формирования звезд большими массами.  

В Сибирском федеральном университете также задаются вопросами образования и развития крупных космических тел, в данном случае – планет. Международная группа исследователей, куда вошел профессор кафедры прикладной механики СФУ, главный научный сотрудник Института вычислительного моделирования СО РАН Николай Еркаев, с помощью компьютерного моделирования доказала, что в процессе зарождения планет происходит интенсивная потеря легких химических элементов, тогда как тяжелые элементы принимают активное участие в придании окончательного облика планетам.  

Николай Еркаев объясняет: 

«Потеря легких элементов, происходящая на стадии формирования „эмбрионов“ планет, приводит к преобладанию тяжелых элементов, наблюдаемому, в частности, на Земле. Все дело в том, что планетарные „зародыши“, имеющие размеры от нескольких сотен до нескольких тысяч километров, могут образовывать океаны раскаленной магмы благодаря взаимным столкновениям, гравитационной энергии и нагреву от короткоживущих радиоактивных элементов. При этом происходит выделение летучих элементов из океана магмы и формирование паровых атмосфер. Однако в процессе отвердевания магмы после охлаждения протопланетного диска паровая атмосфера начинает катастрофически улетучиваться и может быть полностью утрачена из-за гидродинамического истечения атмосферы в окружающее пространство под действием поглощаемого интенсивного ультрафиолетового излучения Солнца. При этом убегающие атомы водорода, образующиеся при диссоциации молекул воды и водорода, будут вытягивать также более массивные элементы типа инертных газов (неон и аргон) и даже формирующие твердую кору элементы – калий, натрий, кремний, магний».  ​​

Кроме загадок зарождения планет и массивных звезд, ученых всего мира занимает тайна аномального нагрева солнечной короны, над которой лучшие умы бьются уже 70 лет. 

Недавние расчеты уравнений магнитной газодинамики, произведенные физиками Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева и Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (Самарский филиал ФИАН), показали, что одним из наиболее вероятных переносчиков энергии в солнечной атмосфере являются альфвеновские волны.   

AlfvenPointStill1.jpgИллюстрация альфвеновских волн. Источник: University of Michigan  

«Эти волны похожи на колебания натянутой струны с той разницей, что эта струна сделана из плазмы, закрепляемой магнитным полем, – рассказывает аспирант кафедры физики Самарского университета, младший научный сотрудник Самарского филиала ФИАН Сергей Белов. – Моим главным научным результатом на сегодняшний день является демонстрация влияния радиационного охлаждения и различных процессов нагрева плазмы на альфвеновские волны большой амплитуды. Это влияние заключается в том, что при одних определенных условиях волна может эффективнее отдавать свою энергию плазме, нагревая ее до наблюдаемых температур, а при других условиях волна, напротив, отдает энергию медленнее и переносит ее на большие расстояния из одних слоев солнечной атмосферы в другие. Таким образом, подобный результат, с одной стороны, расширяет наше понимание механизма нагрева с помощью альфвеновских волн, с другой стороны, он может быть полезен в контексте определения методов наблюдательного детектирования альфвеновских волн в короне и источника альфвеновских волн, наблюдаемых в солнечном ветре».​


​Самарские физики будут и дальше изучать физику плазмы Солнца. Ведь четкое понимание термоядерных процессов и плазменных эффектов, происходящих там, поможет создать здесь, на Земле, установки термоядерного синтеза, которые могут дать человечеству колоссальные объемы энергии.  

​Но количество энергии, испускаемой Солнцем, в миллиарды и триллионы раз меньше, чем то, что производят квазары.  

Само слово «квазар» дословно расшифровывается как «похожий на звезду радиоисточник» (quasi-stellar + radiosource). Сияние квазаров настолько яркое, что их называют маяками Вселенной, а мощность их излучения иногда превосходит в десятки и сотни раз суммарную мощность всех звезд таких галактик, как наша.  

Квазар как астрономический объект не укладывается ни в какую классификацию. По сути, это активное галактическое ядро, своеобразный «зародыш» галактики. В центре газопылевого облака – черная дыра массой до нескольких миллиардов масс Солнца, всасывающая всё вокруг. Притянувшиеся частицы под воздействием магнитного поля собираются в пучки-джеты, разлетающиеся от полюсов черной дыры, и получившееся плазменное излучение затмевает свет от находящихся в галактике звезд.  

Ранее считалось, что джеты имеют форму конусов. Но черная дыра не может ускорять частицы бесконечно, скорость вращения неизбежно должна падать, а геометрия джета – меняться с параболы на конус.  

Коллективу ученых из России, Германии, Финляндии и США, куда вошли физики из МФТИ, недавно впервые удалось получить детальные данные о геометрии струйных выбросов для большого количества квазаров и доказать, что изменение формы джетов – это не единичное явление, а свойство квазара как класса.  

centr kvazara.png
Иллюстрация центра квазара. На ней видны: вращающийся аккреционный диск из пыли и газа, черная дыра, плазменная струя и закрученное магнитное поле в основании выброса и облака межзвездного газа вокруг струи / hubblesite.org 

​«Вопрос о механизме формирования и ускорения струй в далеких активных галактиках до сих пор плохо понят. А разобраться в принципах работы этих космических ускорителей крайне важно. Область, в которой джеты формируются, сложно рассмотреть. Она очень компактная, а объекты находятся далеко – там все просто сливается вместе. Были разные теоретические модели, но не было наблюдательной информации, которая могла бы их проверить», – говорит Юрий Ковалев, член-корреспондент РАН, руководитель научных лабораторий в МФТИ и ФИАН.  

Чтобы получить изображения более 300 объектов, ученые на протяжении двух десятков лет анализировали данные мировой сети радиотелескопов. 

 В нашей Вселенной много загадок, но ученые, благодаря постоянным наблюдениям за астрономическими объектами, созданию новых систем мониторинга и скрупулезным расчетам, решают их одну за другой.  

О новых технологиях для аэрокосмической отрасли читайте в следующей части нашего обзора. 


Подробнее на сайте Проекта 5-100:​ https://5top100.ru/news/144603/

Источники

Звездная пыль, квазары и тайны Солнца
Проект 5-100 (5top100.ru), 23/04/2021

Похожие новости

  • 03/06/2021

    Алмазные наноиглы для квантовых устройств и детекторов станут доступнее

    Российские ученые совместно с финскими коллегами усовершенствовали метод получения алмазных игл, что делает их более доступными для различных применений, включая квантово-оптические сенсоры. Новый способ использует синтез алмаза из смеси водорода и метана при активации газовой среды методом «горячей нити».
    1437
  • 09/07/2021

    Год науки и технологий/Наука и университеты: Специализированные учебные научные центры погружают детей в прикладную науку

     В Год науки и технологий Правительство РФ внесло на рассмотрение Государственной Думы законопроект о финансировании специализированных учебных научных центров (СУНЦ) из федерального бюджета, а не через систему грантов, как это было раньше.
    1152
  • 09/04/2021

    Инновационный новосибирский тест на COVID-19 по дыханию представили на крупной выставке в Москве

    ​Учёные ведущих вузов России и эксперты экспортного центра оценили устройство новосибирских разработчиков, позволяющее сдать тест на коронавирус по дыханию.  Разработанный учёными Института автоматики и электрометрии СО РАН и компании «Сайнтификкоин» газоанализатор HEALTHMONITOR, позволяющий сдать тест на COVID-19 по дыханию, представили на международной выставке «Фотоника.
    683
  • 12/02/2021

    Искусственный интеллект в борьбе с коронавирусом

    Красноярские ученые придумали, как использовать искусственный интеллект для более точного определения площади поражения легкого коронавирусом и даже прогнозировать возможные осложнения. Это позволит врачам быстро назначать больному необходимую терапию и реабилитировать его после перенесенного ковида.
    962
  • 03/08/2020

    Группа российских ученых завершила первый этап изучения уникальной наледи на Колыме

    ​Председатель Магаданской областной Думы Сергей Абрамов встретился с группой российских ученых, исследующих климатические изменения на Колыме. Экспедиция завершила первый этап изучения Амынгындинской наледи в Тенькинском городском округе и поделилась наблюдениями со спикером регпарламента.
    778
  • 01/02/2021

    ИК СО РАН запустил еженедельный онлайн-семинар для будущих пользователей ЦКП «СКИФ»

    Лаборатория перспективных синхротронных методов исследования (ЛПСМИ) Института катализа СО РАН провела первую серию семинаров для объединения потенциальных отечественных пользователей ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов» и обмена опытом по использованию синхротронного излучения (СИ) в различных областях науки.
    1177
  • 29/07/2020

    Форму и свойства наночастиц можно изменять за счет благородных металлов

    ​Международный коллектив ученых создал гибридные наноструктуры из магнитных наночастиц и серебра. Меняя концентрацию благородного металла, можно получать конструкции различных форм: от эллипсов до четырех-, шести- и восьмиугольников с закругленными краями и тонкой углеродной оболочкой.
    2448
  • 11/08/2020

    Российский консорциум займется разработкой новых технологий получения экологически чистых полимеров

    На заседании Совета по приоритетному направлению Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации «Переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышение эффективности добычи и глубокой переработки углеводородного сырья, формирование новых источников, способов транспортировки и хранения энергии» был единогласно поддержан комплексный научно-технический проект (КНТП) полного инновационного цикла, в котором принимает участие Кабардино-Балкарский государственный университет им.
    578
  • 29/03/2021

    Как ядерная физика помогает лечить рак и раскрывать тайны мироустройства

    Институт ядерной физики имени Будкера. Коллайдер ВЭПП - 2000 для современных учёных - как библия - раскрывает тайны мироустройства. Здесь изучают физику элементарных частиц и космологию. Таких коллайдеров в мире 7.
    539
  • 24/12/2019

    Выбор РИА Новости: главные достижения российской науки 2019 года

    ​Ученые в России в нынешнем году получили знаковые результаты в самых разных областях – от астрономии до археологии, причем многие достижения имеют выходы на практическое применение. Примечательно, что существенную лепту здесь внесли не только признанные научные центры, но и ведущие отечественные вузы.
    2979