Северный маяк | Наука и природа

​NASA планирует бороться с лунной пылью электродинамической метлой

Инженеры Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США предложили способ, который поможет будущим колонизаторам Луны и их технике противостоять опасной лунной пыли. Речь идет об электродинамическом пылезащитном экране, чем-то напоминающем работу метлы.

К концу десятилетия американцы собираются снова высадиться на Луну. Астронавты попытаются сделать это во время третьей миссии программы Artemis («Артемида»). После 2030 года на поверхности земного спутника NASA планирует построить лунную базу (все та же программа «Артемида») и там обосноваться. Однако, прежде чем воплотить в жизнь такие идеи, инженерам необходимо решить проблему лунной пыли.

У Луны нет магнитного поля, которое защищало бы ее от метеоритов. Поэтому поверхность там постоянно бомбардируют метеориты, даже относительно маленькие. Миллионы лет эти микрометеориты ударяются о поверхность, раскаляют и разбивают минеральные породы в мельчайшие частицы (пыль), до нескольких микрометров в диаметре.

Поскольку на Селене нет ни кислорода, ни ветра, ни дождей, ни рек (полноценная атмосфера там отсутствует), эти частицы «не изнашиваются» и не растворяются, из-за чего имеют острые, похожие на стекло, грани, которые делают их чрезвычайно абразивными. Иными словами, на Луне колонизаторы столкнутся с облаками острых осколков, способных повредить не только оборудование и технику, но и скафандры, даже проникнуть внутрь них.

Напомним, в 1970-х годах, во время полетов американцев на Луну, такая проблема уже возникала: скафандры начинали понемногу терять герметичность после первого выхода, пыль наводнила посадочный модуль и создавала затруднения с дыханием у астронавтов.

Кроме того, чрезвычайная «сухость» на Луне и постоянное космическое излучение создают электростатический заряд на частицах, поэтому они прилипают к скафандрам, ботинкам, солнечным батареям и приборам. На поверхности приборов, покрытых пылью, резко возрастает поглощение солнечного излучения, это может обернуться перегревом.

Инженеры NASA и других космических агентств, в том числе частных компаний, давно пытаются найти способ, который помог бы разрешить проблему лунной пыли. Накануне специалисты американского космического агентства рассказали о своей технологии Electrodynamic Dust Shield (EDS), позволяющей обезопасить астронавтов и их технику от влияния пыли.

В EDS используются прозрачные электроды для создания электрического поля, которое движется как волна. Это создает неравномерное поле вокруг статически заряженных пылинок, которое заставляет частицы двигаться так, будто их метет невидимая метла. EDS может поднимать и удалять статически заряженные частицы с поверхностей различных предметов — от радиаторов, солнечных панелей и объективов камер до скафандров, ботинок и шлемов.

Специалисты NASA протестировали свою технологию в вакуумной камере с имитацией лунной пыли, а после отправили на МКС для испытаний на орбите. Отметим, что EDS уже применяли в полевых условиях — во время миссии IM-1 по доставке посадочного модуля Nova-C на поверхность Луны. Эта технология защищала от пыли линзы отделяемой камеры EagleCam, которая была успешно сброшена с посадочного аппарата Odysseus частной американской компании Intuitive Machines.

В NASA надеются, что после всех испытаний EDS можно будет применять в пилотируемых миссиях программы «Артемида» для защиты приборов и скафандров астронавтов. В агентстве подчеркнули, что эта технология годится не только для использования вне среды обитания, но и внутри баз, машин и другой техники. По мнению ряда специалистов, EDS пока лучшее, что есть у ученых для борьбы с лунной пылью.

Редактор «Северного маяка» Игорь Байдов для Naked Science | @severnymayak

​Ученые изобрели переносной очиститель воды, который работает от человеческого электричества

Южнокорейские инженеры разработали портативный очиститель воды, работающий от статического электричества, которое накапливается на коже. Устройство собирает необходимую для работы энергию всего за 10 минут ходьбы. Такой прибор может быть особенно полезен во время стихийных бедствий или в регионах, где нет доступа к чистой воде и источникам питания.

В наименее развитых странах люди испытывают острую нехватку чистой воды. По данным ООН, примерно два миллиарда землян не имеют доступа к качественной воде (пьют недостаточно чистую), а еще больше людей живут в условиях, в которых нет даже элементарной санитарно-гигиенической инфраструктуры.

Один из способов решения проблемы питьевой воды — обеззараживание (дезинфекция). Это можно сделать как в бытовых условиях, например кипячением, так и промышленными способами — озонированием, хлорированием. Но в большинстве случае требуется энергия, а когда речь идет о более масштабном процессе дезинфекции — еще и сложные дорогостоящие модульные конструкции. В бедных государствах далеко не везде доступно электричество, поэтому там нет необходимых для обеззараживания технологий.

Инженеры из разных стран давно разрабатывают портативные очистительные устройства, которые обеззараживали бы воду и при этом не потребляли электричество. Преимущество подобных приборов налицо: они недорогие, легкие, их можно постоянно носить с собой.

Такой прибор удалось создать команде исследователей из Южной Кореи и Китая под руководством Санг Ву Кима (Sang-Woo Kim) из Университета Ёнсе. О своем портативном переносном очистителе ученые рассказали в статье, опубликованной в журнале Nature Water.

Ким и его коллеги взяли многоразовую бутылку для воды емкостью 500 миллилитров и установили внутрь неметаллический электрод с массивом наностержней из проводящего полимера полипиррола. Эти наностержни концентрируют электростатические заряды, которые «накапливаются» на теле человека во время ходьбы, и создают электрические поля — достаточно сильные, чтобы убить бактерии и вирусы либо снизить их концентрацию до безопасного минимума.

К внешней стороне бутылки инженеры прикрепили небольшой кусок алюминиевой фольги, которая «собирает» статическое электричество с руки человека, после чего перенаправляет на медный провод. Затем по этому проводу энергия доставляется к электроду внутри бутылки.

Эксперимент показал, что устройство способно полностью дезинфицировать речную воду, содержащую как бактерии, так и вирусы, через 10 минут после начала ходьбы, а иногда быстрее, если человек с такой бутылкой ускорит шаг. То есть достаточное количество энергии для работы прибора накапливается за 10-минутную прогулку.

Однако авторы исследования отметили, что на накопление электростатического заряда, образующегося в результате трения между материалом обуви и землей, большое влияние оказывает обувь. Так, например, туфли или ботинки, изготовленные из поликарбоната, резины и поливинилхлорида (ПВХ), обеспечивают более высокий КПД, чем из кожи. Кроме того, эффективность устройства снижает влажная среда, тот же дождь. Чем выше влажность, тем меньше накапливается статическое электричество.

По словам разработчиков, примерная стоимость такого портативного очистительного прибора — менее двух долларов за штуку.

«Наш прибор не требует батарей, розеток, вилок. Он может оказаться особенно ценным не только там, где люди постоянно сталкиваются с нехваткой чистой воды, но и где нет стабильного электричества. Например, он пригодится жителям районов, пострадавших от стихийных бедствий или затронутых военными конфликтами», — пояснил Ким.

Теперь команда инженеров пытается найти способ более эффективного процесса производства наностержней. Ким и его коллеги отметили, что в ближайшем будущем они создадут коммерческую жизнеспособную версию своего устройства, которая поступит на широкий рынок.

Редактор «Северного маяка» Игорь Байдов для Naked Science | @severnymayak

Грязный воздух изменил половые предпочтения насекомых

Некоторым насекомым становится сложнее находить себе пары внутри вида из-за роста концентрации «вредного» тропосферного озона. Он разрушает выделяемые этими животными половые феромоны, что может привести к «неправильному спариванию» и появлению бесплодного потомства. Такая ситуация опасна катастрофическим сокращением численности насекомых в мире. Об этом в своей статье рассказали биологи из Германии.

Тропосферный озон — один из основных парниковых газов и по совместительству токсичный загрязнитель атмосферы. Он не имеет прямых источников выбросов, а представляет собой соединение, зачастую образованное (на высоте до 10 километров) при взаимодействии солнечного света с летучими органическими веществами (ЛОС), которые выбрасываются как людьми, так и многими деревьями (например, приятный запах воздуха в сосновом лесу частично обусловлен образованием озона из ЛОС, выбрасываемых соснами).

Это недолговечный загрязнитель, срок его жизни в атмосфере — от нескольких часов до нескольких недель. Летом, когда тепло и много света, концентрация тропосферного озона повышается: чем больше тепла и света, тем больше происходит реакций, участвующих в образовании «вредного» озона.

В 2023 году группа немецких биологов под руководством Маркуса Кнадена (Markus Knaden) из Института химической экологии Общества Макса Планка обнаружила, что озон взаимодействует с феромонами насекомых — химическими веществами, особыми запахами, выделяемыми насекомыми для привлечения особей своего вида, чтобы затем с ними спариться. В частности, ученые выяснили, что самцы мух Drosophila melanogaster становятся менее привлекательными для самок из-за повышенной концентрации озона в воздухе.

Большинство молекул феромонов насекомых содержат двойные углерод-углеродные связи, которые могут разрушиться в результате окисления. Тропосферный озон — высокореактивный окислитель. В своем исследовании Кнаден и его коллеги показали, что рост концентрации этого «вредного» парникового газа приводит к тому, что самцы Drosophila melanogaster начинают выделять гораздо меньше «привлекательных запахов», из-за чего самки все меньше обращают на них внимание.

В новой работе команда Кнадена попыталась выяснить, может ли сокращение количества выделяемых феромонов повлиять на способность некоторых мух различать другие виды. Чтобы это выяснить, биологи провели эксперимент.

Исследователи сосредоточили свое внимание на четырех близкородственных видах плодовых мушек, которые в обычной жизни между собой не спариваются: Drosophila melanogaster, Drosophila simulans, Drosophila sechellia и Drosophila mauritiana. Всех «подопытных» ученые разделили на две группы: основную и контрольную.

Первую группу (самцов и самок) на протяжении двух часов подвергали воздействию высоких концентраций «вредного» озона (100 частей на миллиард), чтобы снизить количество выделяемых феромонов. То есть биологи создали условия, которые часто наблюдаются в жаркий городской день. Затем специалисты предоставили самкам возможность спариваться с самцами того же или другого вида.

Во второй, контрольной, группе мушек тоже на протяжении двух часов подвергали воздействию озона, но меньшей концентрации (примерно пять частей на миллиард).

Эксперимент показал, что в первой группе происходило частое межвидовое спаривание и «гибридное потомство» от него появлялось примерно в 70 процентах случаев, в то время как в контрольной — всего в 20. Иными словами, мушки из первой группы после сильного воздействия на них озона зачастую не могли различить другие виды, даже по визуальным или звуковым признакам.

Авторы научной работы пояснили, что «гибридное потомство» часто оказывается стерильным. В таком случае, хотя мушки вкладывают достаточно сил, чтобы воспроизвести себе подобных, они не могут передать свои гены. Повышенный уровень тропосферного озона может вызвать катастрофическое сокращение численности насекомых во всем мире. На данный момент описано более 1500 феромонов насекомых, и 90 процентов из них содержат углерод-углеродные связи, которые могут разрушиться под действием озона.

Каждая третья человекообразная обезьяна может исчезнуть с лица земли из-за добычи металлов для электромобилей

Почти 200 тысяч человекообразных обезьян, обитающих в Африке, могут погибнуть из-за растущего спроса на полезные ископаемые, необходимые для создания «экологически чистых» энергетических технологий.

Африка богата полезными ископаемыми. Там сосредоточено более 50 процентов мировых запасов кобальта и марганца, 22 процента запасов графита и почти 90 процентов металлов платиновой группы. Эти и другие металлы представляют для мирового сообщества огромную ценность, потому что используются в создании чистых энергетических технологий вроде аккумуляторов для электромобилей и способствуют обезуглероживанию.

Черный континент сегодня переживает период высокой активности в добыче полезных ископаемых, которая с течением времени будет только усиливаться. В Африке строят горнодобывающие предприятия, открывают все больше шахт по добыче меди, лития, никеля.

Еще в Африке находится примерно шестая часть всех лесов: их площадь оценивают в 650 миллионов гектаров, что составляет 17 процентов площади лесов мира. Кроме того, эти леса намного биоразнообразнее, чем в более высоких широтах: число видов в джунглях даже относительно небольшой африканской страны намного выше, чем во всех лесах, например, России. Эти леса — дом для четырех групп человекообразных обезьян: обыкновенных шимпанзе (Pan troglodytes), карликовых (Pan paniscus), или бонобо, а также двух видов горилл — западной гориллы (Gorilla gorilla) и восточной (Gorilla beringei).

Многие из этих животных обитают в регионах, которые горнодобывающие компании рассматривают как «золотую жилу». В случае воплощения таких промышленных планов в жизнь это может привести к обезлесению.

Международная команда ученых из Германии, США, Сьерра-Леоне и Кот-д’Ивуара под руководством немецкого биолога Джессики Юнкер (Jessica Junker) из Галле-Виттенбергского университета имени Мартина Лютера попыталась оценить масштаб угрозы популяциям человекообразных обезьян. Исследователи сопоставили имеющиеся данные о местоположении полезных ископаемых, а также действующих и будущих горнодобывающих предприятий по их добыче в 17 африканских странах с плотностью и распределением популяций животных. Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances.

Ученые выяснили, что большинство районов с высокой плотностью популяции горилл, бонобо и обыкновенных шимпанзе находятся в областях месторождений полезных ископаемых. В частности, в Западной Африке добыча полезных ископаемых может затронуть примерно 80 процентов популяции обезьян.

Авторы исследования изучили потенциальное влияние процессов добычи полезных ископаемых на этих животных в пределах 50-километровой «буферной зоны». Биологи пришли к выводу, что такая деятельность станет причиной шумового загрязнения, приведет к потере среды обитания (обезлесение в результате строительных работ) и развитию болезней среди обезьян, из-за чего в общей сложности 180 тысяч горилл, бонобо и обыкновенных шимпанзе — чуть более трети всей популяции на Черном континенте — могут лишиться крова и оказаться под угрозой исчезновения.

Юнкер отметила, что ее команда изучила проекты, предполагающие только один из способов добычи ископаемых — открытый (горнодобывающая промышленность). Угроза может стать еще серьезнее, если учесть воздействие «кустарных рудников», где шахтеры обычно работают в примитивных и часто опасных условиях.

Кобальт, марганец и графит используют в производстве литийионных аккумуляторов для электромобилей. Другие материалы, добываемые в африканских странах, включая бокситы, платину, медь и литий, применяют для создания «экологически чистых» технологий, таких как ветряные турбины и солнечные батареи.

Исследователи считают, что компаниям следует прекратить добычу полезных ископаемых в районах с большой плотностью обезьян и вместо этого сосредоточиться на переработке отходов, из которых также можно получить необходимые металлы.

​Умер Питер Хиггс — физик, предсказавший бозон Хиггса

Один из наиболее авторитетных физиков мира, британец Питер Хиггс, теоретически предсказавший элементарную частицу, позднее названную его именем, скончался в возрасте 94 лет.

В заявлении о смерти ученого, распространенном во вторник вечером пресс-службой Эдинбургского университета, где он работал, сообщается, что скончался он накануне, в понедельник.

В 2013 году революционная работа Хиггса, связывающая различные силы Вселенной воедино при помощи частицы, переносящей массу, была удостоена Нобелевской премии по физике.

В университетском заявлении отмечается, что видение и воображение гениального ученого «обогатили наши знания об окружающем нас мире».

Свои основные работы Хиггс написал еще полвека назад, в 1960–70-е гг. Вместе с другими физиками он пытался объяснить, почему элементарные частицы, из которых состоит наша Вселенная, имеют массу.

Это положило начало поискам очередного Святого Грааля теоретической физики — частицы, которая могла бы свести три фундаментальные силы (электромагнетизм, слабое и сильное ядерные взаимодействия) в одну общую теорию.

В результате была разработана так называемая Стандартная модель , в которой неизбежно возникала необходимость частицы, отвечающей за инертную массу остальных бозонов.

Параметры такой частицы и предложил Питер Хиггс в рамках своей теории спонтанного нарушения электрослабой симметрии, теоретически рассчитав ее параметры задолго до того, как ее существование было подтверждено экспериментально.

В 2012 году учёные, использующие Большой адронный коллайдер Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) в Швейцарии, эту частицу, наконец, обнаружили — и назвали в честь автора, бозоном Хиггса.

В следующем году Хиггс был удостоен за это открытие Нобелевской премии по физике, разделив ее с бельгийцем Франсуа Энглером.

Те, кто знал ученого лично, рассказывают, что в жизни он был довольно застенчивым человеком, избегающим внимания прессы. Когда было объявлено о вручении ему Нобелевской премии, он прослезился, но сказал журналистам лишь одно: «Очень приятно иногда оказываться правым».

Глава ЦЕРН Фабиола Джанотти рассказала Би-би-си, что «Питер был особенным человеком, невероятно вдохновляющей фигурой для физиков всего мира, человеком редкой скромности, великим учителем и человеком, который объяснял физику очень просто и в то же время очень глубоко».

«Мне очень грустно, я буду очень по нему скучать», — сказала она.

Алан Барр, профессор физики Оксфордского университета, отдал должное огромному влиянию Хиггса на наше понимание Вселенной. По его словам, ученый «предположил существование поля, которое пронизывает всю Вселенную, от массы до частиц, от электронов до топ-кварков».

«Он также был настоящим джентльменом, скромным и вежливым, — отметил Барр, — всегда отдававшим должное другим и мягко поощрявшим будущие поколения ученых и ученых».

Источник: BBC

Змеи показали признаки самоузнавания в «зеркальном тесте»

Некоторые виды змей могут отличить собственный запах от запахов других рептилий. Это выяснили канадские ученые во время «зеркального теста» на основе обоняния. Такое поведение животных предполагает наличие у них некой формы самоосознания, что противоречит ранее выдвинутому мнению, будто змеи не обладают когнитивными способностями.

В предыдущих исследованиях ученые выяснили, что некоторые виды животных, в том числе петухи, лошади и рыбы губаны-чистильщики (Labroides dimidiatus), обладают способностью к самоузнаванию — один из этапов самоосознания. Это показал «зеркальный тест» с меткой, когда на часть тела животных наносят отметину, которую они не могут видеть напрямую, после чего помещают их перед зеркалом и наблюдают за поведением. Если животное прикасается к метке (или пытается стереть), когда смотрит в зеркало, значит, осознает, что это его отражение, а не кого-то другого.

Такие тесты прекрасно работают с животными, которые используют зрение в качестве основного органа чувств. Но как быть с теми, кто живет в мире обоняния, вроде собак? Понять с помощью зеркала, существует ли у таких видов представление о самих себе, довольно непросто. Нужны запахи.

Группа канадских психологов под руководством Ноама Миллера (Noam Miller) из Университета Уилфрида Лорье разработала «зеркальный тест» на основе обоняния и провела его с двумя видами змей: восточной подвязочной змеей (Thamnophis sirtalis sirtalis) и королевским питоном (Python regius).

Змеи и большинство рептилий в первую очередь взаимодействуют с миром с помощью запахов. Например, они сильно полагаются на обоняние, чтобы найти и поймать добычу. Результаты работы опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences.

Исследователи собрали образцы запахов с помощью ватных дисков (протирали ими кожу змей) у 36 восточных подвязочных змей и 18 королевских питонов. Затем каждой давали «понюхать» пять ароматов: свой собственный, с добавлением небольшого количества оливкового масла, просто оливковое масло, запах другой змеи того же вида и запах другой змеи с добавлением небольшого количества оливкового масла.

При поднесении каждого аромата ученые отмечали реакцию подопытной змеи, точнее — изучали щелканье языком. Змеи собирают запахи из воздуха не только носом, но и с помощью языка, к которому фактически «прилипают» пахучие молекулы. Когда язык возвращается в рот, неповрежденные молекулы вступают в контакт с высокочувствительными обонятельными клетками в организме змеи. Щелканье языком ускоряет этот процесс, и рептилия получает полную информацию об окружающей среде.

Высовывая язык, змеи нюхают и «пробуют на вкус» воздух. Это помогает им лучше ориентироваться в пространстве, искать добычу или партнера. Своим длинным языком они двигают только тогда, когда их что-то интересует или они что-то исследуют.

Во время эксперимента восточные подвязочные змеи чаще щелкали языками, когда им подносили аромат с их запахом либо аромат со слегка измененным собственным запахом (с добавлением небольшого количества оливкового масла). То есть животные распознавали не только свой «чистый» запах, но и немного измененный.

«Подвязочные змеи могут распознать, когда они пахнут неправильно. Они будто думают: „О, это странно, от меня не должно так пахнуть“», — объяснил Миллер.

Что касается королевских питонов, они одинаково реагировали на все запахи (щелкали языками), то есть представление о самих себе у них отсутствует.

Авторы исследования отметили, что учащенное щелканье языком, которое показывали восточные подвязочные змеи в ответ на их слегка измененный запах, указывает на признак самоузнавания. По словам Миллера, этот вид змей более общителен, чем королевские питоны, поэтому, возможно, такие социальные виды с большей вероятностью способны на самоузнавание.

Существует предположение, что змеи и многие рептилии не обладают развитыми когнитивными способностями. Миллер пояснил, что результаты исследования его команды позволяют в этом усомниться.