Физика с Юрием Ткачёвым

Блинчатый лёд - одна из необычных форм льда, образующаяся при сочетании нескольких условий: резкого понижения температуры воздуха в сочетании с ветром и волнением. Вода замерзает, но волны раскалывают образующуся ледяную корку, а затем получившиеся обломки шлифуются из-за столкновений друг с другом подобно тому, как шлифуется галька. При этом вода продолжает намерзать на внешние края ледяных блинов, из-за чего по краям такие льдины толще, напоминая по форме листья кувшинок. Со временем ледяные блины смерзаются в сплошной массив очень характерного вида. Ходить по нему, кстати, рекомендуется с осторожностью, даже если ледяная корка достаточно плотная: льдины-блины довольно хрупкие и неустойчивые, а края их бывают довольно острыми, так что можно упасть и сильно пораниться. 

Солнечные батареи с КПД в 60 % произведут революцию в энергетике? Учёные из университета Комплутенсе де Мадрид удалось создать фотоэлемент, способный преобразовывать в электроэнергию до 60 % падающего на него солнечного света: для сравнения, традиционние кремниевые солнечнеы батареи обеспечивают эффективность преобразования не более чем в 33 % в теории и около 20-25 % на практике. Дело в том, что фотоэлемент способен преобразовывать в электроэнергию не всякий свет: для того, чтобы происходило преобразование, необходимо, чтобы его кинетическая энергия фотонов падающего света превосходила определённую величину, то есть, длина волны такого света должна быть меньше некоей пороговой величины. В солнечном свете содержатся волны самых разных длин, а значит, лишь часть его энергии может быть преобразована в электричество. Красная граница работы фотоэлемента зависит от материала полупроводника, из которого он сделан, и вот солнечные батареи на основе кремния могут переработать в электроэнергию лишь не более трети от всего приходящего от Солнца светового потока. Испанским учёным удалось создать наноструктурированный материал на основе фосфида галлия и титана, способный работать в куда более широких пределах, что значит, что сделанная из этого материала солнечная батарея будет выдавать в 2-2,5 раза больше электроэнергии на единицу площади, чем традиционные солнечные батареи. Звучит интересно, однако КПД солнечной батареи - это ещё не всё. Не меньшее значение имеет стоимость батареи, а точнее, соотношение стоимости, производимой мощности и срока службы. Что с этими показателями у новых фотоэлементов - пока не сообщается, однако наноструктурированные материалы редко бывают дешёвыми, так что я бы не стал ожидать революции на рынке солнечной энергетики в результате этого открытия - по крайней мере, не в ближайшее время.

Весьма редкий вид облаков, известных как undulatus asperatus (наиболее близкий перевод на русский - волнисто-холмистые), наблюдали сегодня в Одессе. Эти облака, напоминающие морские волны, только перевёрнутые вверх тормашками, выглядят очень красиво и довольно зловеще - фото всего драматизма не передаёт, так что я прикреплю ещё и видео этих же облаков, снятых в другом месте (если точнее, в Небраске) и в другое время (если точнее, в 2014-м году). Такие облака формируются редко и существуют недолго, так что в официальную классификацию облаков их добавили только в 21 веке - когда у людей появились мобильные телефоны с камерами, на которые их наснимали в достаточном количестве для того, чтобы метеорологи сумели их проанализровать и определить, что это действительно отдельный вид облаков. Физика формирования этих облаков до конца пока не изучена, однако большинство учёных склоняются к мысли, что для их формирования нужно несколько условий. Во-первых, это так называемая температурная инверсия в атмосфере, то есть, когда слой относительно тёплого воздуха находится над слоем относительно холодного, что блокирует конвекцию. Во-вторых, это сдвиг ветра - то есть, большая разница в скоростях ветра между нижней частью облака и слоем воздуха под ним, что и ведёт к образованию характерных волн - по сути таких же, как и волны в море или океане. В-третьих, это сравнительно небольшая толщина облачного покрова, которая позволяет явлению развиваться. Впрочем мы, с одной стороны, пока не уверены, что все три причины должны обязательно присутствовать одновременно, а с другой - что для формирования undulatus asperatus не нужно что-то ещё, о чём мы пока не знаем. В любом случае, явление интересное и достаточно редкое, так что если увидите - снимайте, причём желательно на видео, и обязательно присылайте мне!

Астрономы готовятся объявить об обнаружении инопланетного разума? Британский профессор астрономии Симон Холланд (Simon Holland) заявил о том, что сразу две группы учёных готовятся заявить об открытии инопланетного разума. По словам Холланда, речь идёт о так называемом сигнале BLC-1, зарегистрированном ещё в 2020 году обсерваторией Паркса в Австралии. Тогда сигнал вызвал большой интерес научного сообщества, который можно понять, ведь расчёты астрономов показывали, что он исходит с экзопланеты Проксима Центавра b, вращающейся вокруг ближайшей к Солнцу звезды Проксимы Центавра. Энтузиазм, возникший после открытия сигнала несколько угас после того, как исследователям не удалось зафиксировать сигнал повторно. Тем не менее, по словам Холланда, в настоящее время существуют веские основания полагать, что сигнал исходил именно от инопланетной цивилизации, и, по его словам, открывшая сигнал группа Breakthrough Listen должна объявить об этом в течение ближайшего месяца. Холланд также утверждает, что аналогичное заявление готовятся сделать и в Китае: по его словам, исследователи, работающие на китайском радиотелескопе FAST также должны были засечь сигнал и, возможно, также убедились в его искусственном и инопланетном происхождении. Планета Проксима Центавра b расположена в 4,2 световых годах от Земли. Её масса составляет 1,17 массы Земли и она находится в области вблизи своей звезды, внутри которой может существовать вода в жидком состоянии - а значит, там может быть и жизнь. Правда, многие исследователи сомневаются в этом: Проксима Центавра относится к красным карликам, которые время от времени переживают крайне мощные вспышки - настолько мощные, что извергаемая ими в эти моменты радиация, вероятнее всего, способна стерилизовать вращающиеся вокруг звёзд планеты. В общем, будет очень интересно посмотреть, действительно ли сведения Симона Холланда соответствуют реальности, будут ли данные действительно опубликованы в названный им срок, и в чём именно будут заключаться доказательства инопланетной и искусственной природы сигнала BLC-1

Пыльные бури на Марсе могут бушевать месяцами, и иногда могут охватывать почти всю планету, вздымая в воздух огромные количества пыли, которая буквально застилает небо. Вопреки тому, что иногда изображают в фантастических фильмах, эти бури не столь разрушительны: скорости ветра обычно не превышают таковые у земных штормов притом, что атмосфера Марса очень разрежена и давление ветра при той же скорости будет гораздо ниже. Тем не менее, такие бури могут быть проблемой для будущих колонистов, если те будут получать энергию с помощью солнечных батарей, которые во время бури работать не будут, а после неё потребуют чистки от нанесённого песка и пыли. Кроме того, песок и пыль могут также забиваться в щели различных устройств и механизмов, выводя их из строя.

Вот такое симпатичное сияние из Одесской области. Красный цвет таких сияний обусловлен столкновением высокоэнергетичных частиц, летящих от Солнца, с атомами атомарного кислорода, присутствующими в верхних слоях атмосферы. Воздух там очень разрежен, и для того, чтобы кислород начал ощутимо светиться, столкновений должно быть очень много - такое бывает лишь при мощных вспышках солнечных вспышках. Ну а так как находятся эти слои атмосферы высоко, то и видно сияние достаточно на больших расстояниях от тех мест вблизи полярного круга, где происходят столкновения частиц с атмосферой. Более привычные для полярных сияний сине-зелёные цвета возникают из-за свечения нормальных, молекулярных азота и кислорода в нижних, более плотных слоях атмосферы. Такое свечение обычно ярче и "текстурнее", но из столь отдалённых от полярных краёв широт его обычно не видно.

Висмут - первый (в смысле, самый лёгкий) элемент таблицы Менделеева, который не имеет стабильных изотопов: до недавнего времени считавшийся стабильным изотоп висмут-209 с 83 протонами и 126 нейтронами в ядре, как оказалось, всё-таки подвержен альфа-распаду, хотя и очень редко: одно ядро висмута-209 распадается в среднем в 10 в 19 степени лет. Для сравнения, предполагаемый возраст Вселенной в настоящий момент составляет порядка 1,4 на 10 в 10 степени лет, то есть, вероятность того, что отдельно взятый атом висмута распадётся за всё время существования Вселенной составляет 1 к миллиарду. Таким образом, если мы возьмём 1 грамм висмута, в котором будет содержаться примерно 3 на 10 в 21 атомов и, соответственно, атомных ядер, то в таком образце вещества будет происходить примерно 300 распадов в год.

Сегодня ночью можно наблюдать суперлуние - явление, возникающее тогда, когда полнолуние происходит в момент максимального сближения Луны с Землёй. В моменты суперлуния Луна действительно кажется нам несколько большей, чем обычно: её видимые размеры больше примерно на 7 %. Впрочем, реально зафиксировать эту разницу невооружённым глазом почти невозможно. Так что явление не является особо впечатляющим, особенно редким его назвать тоже сложно. Однако если рассматривать его как очередной повод полюбоваться ночным небом - то да.

Физика лапы геккона Гекконы способны удерживаться на совершенно гладких поверхностях и передвигаться по стенам и даже потолку благодаря особой структуре своих лап: они покрыты тончайшими волосками, которые обеспечивают огромную площадь контакта с поверностью, существенно превосходящую площадь лапы самого геккона. Кроме того, сверхтонкие волоски обеспечивают очень тесный контакт с поверхностью, проникая в мельчайшие щели материала. На таких площадях и расстояниях в ход идут силы межмолекулярного притяжения, также известные как силы Ван-дер-Ваальса. Они-то и позволяют гекконам преодолевать гравитацию. Важным "изобретением" является способность не только "приклеиваться" к поверхности, но и "отклеиваться" от неё, причём очень быстро. Делает это геккон, меняя угол наклона щетинок: больше угол - меньше площадь контакта, а значит, и меньше сила взаимодействия. Однако не во всех нюансах устройства гекконовых лап учёные разобрались. К примеру, теоретически крошечные волоски благодаря тем же вандерваальсовым силам должны собирать на себе пыль и прочий мусор, в результате теряя свои свойства. Но гекконы каким-то образом поддерживают свои лапки в частоте - и вот как им удаётся это делать, пока остаётся загадкой.

Спектр сверхдалёкой галактики показал, что прошлое Вселенной может быть иным, нежели мы думаем Открытие в космосе галактик, удалённых от нас более чем на 13,5 миллиарда лет стало весьма неприятным сюрпризом для астрофизиков и космологов, ведь, согласно нашим современным представлениям, мы наблюдаем эти объекты такими, какими они были спустя всего 300 миллионов лет после Большого Взрыва - во времена, когда, как мы полагали до недавнего времени, во Вселенной ещё не было звёзд и прочих светящихся источников, ведь они просто ещё не должны были успеть сформироваться. В попытках спасти современную космологическую модель, учёные предложили версию, согласно которой свет далёких галактик испускается не их звёздами, а космическим газом, всасываемым в первичные (то есть, образовавшиеся сразу после Большого взрыва) сверхмассивные чёрные дыры в центрах таких галактик, то есть, сверхдальние яркие объекты являются квазарами. Однако последние исследования показывают, что это не совсем так: к примеру, спектр свечения галактики JADES-GS-ZZ14-0, которую мы видим такой, какой она была 290 миллионов лет после Большого Взрыва, не похож на спектр излучения квазаров, зато очень напоминает спектр свечения звёзд. Иными словами, похоже, что звёзды во Вселенной светили уже всего через 250-300 миллионов лет после Большого Взрыва, хотя это и выглядит невозможным согласно нашим космологическим представлениям. У этого феномена может быть несколько объяснений: 0. Теория Большого Взрыва неверна, и у Вселенной вообще не было "стартовой точки" (крайне маловероятно). 1. Вселенная старше, чем мы думаем сегодня. 2. Процессы формирования звёзд шли быстрее, чем мы полагали до этого. 3. Наши методики оценки расстояния до удалённых объектов неверны. Все вышеприведённые гипотезы имеют своих сторонников и противников, и какая из них в итоге окажется правдой, пока неясно.

О долгожданном открытии так называемых чёрных дыр промежуточных масс заявили астрономы. Все известные до настоящего момента чёрные дыры были представлены двумя основыми типами: чёрными дырами звёздных масс (порядка единиц или десятков масс Солнца) и сверхмассивными чёрными дырами, наблюдаемыми в центрах галактик, массы которых составляют миллионы солнечных. С чёрными дырами звёздных масс всё более ли менее понятно: они формируются в результате гибели массивных звёзд с массами порядка 5 масс Солнца и выше. А вот насчёт сверхмассивных возникают вопросы: одна из гипотез предполагает, что они начинали свою жизнь как чёрные дыры звёздных масс, но затем резко увеличились в размерах за счёт поглощения вещества из окружающего космоса. Однако в таком случае мы могли бы ожидать наличие во Вселенной и чёрных дыр промежуточной массы (скажем, в сотни и тысячи масс Солнца), как бы переходного звена между звёздными и сверхмассивными чёрными дырами. Но вот до сих пор мы во Вселенной промежуточных чёрных дыр не наблюдали, что дало некоторым астрофизикам основания утверждать, что сверхмассивные чёрные дыры образовались не в процессе эволюции чёрных дыр звёздных масс, а иным путём. Проблема в том, что пронаблюдать чёрные дыры в принципе непросто: чёрные дыры звёздных масс наблюдаемы по сути лишь в случаях, когда они являются частью двойной звёздной системы в паре с обычной звездой, и проявляют себя посредством взаимодействия с ней. Поэтому по факту мы наблюдаем лишь сравнительно небольшую долю таких чёрных дыр и полагаем, что так-то в нашей Галактике их может быть в тысячи раз больше. Чёрные дыры промежуточных масс представляют собой куда более редкое явление, так что вероятность того, что подобный объект окажется частью двойной системы и будет наблюдаем, исчезающе мала. Однако астрономам всё-таки удалось засечь влияние таких дыр на видимые звёзды - но не в составе двойных систем, а в составе звёздных скоплений. В них звёзды упакованы очень плотно - так, что гравитация чёрных дыр может влиять на их траектории, и отследив это влияние, мы можем вычислить и чёрную дыру, а также рассчитать её массу. Так вышло и в этом случае: в звёздном скоплении Омега Центавра на расстоянии 17 тысяч световых лет от Земли обнаружили невидимый объект с массой по крайней мере в 8200 солнечных, а в GCIRS 13E близ центра галактики (то есть, неподалёку от сверхмассивной чёрной дыры Стрелец А*) - объект с массой по крайней мере в 30 тысяч масс Солнца. Согласно современным представлениям, компактные объекты такой массы попросту не могут быть ничем, кроме как чёрными дырами, и если результаты наблюдений будут подтверждены другими учёными, то факт существования чёрных дыр промежуточной массы можно будет считать доказанным, что закроет очередной пробел в наших представлениях о космосе.

Завершён важный этап строительства крупнейшего термоядерного реактора в мире, но до фишина ещё далеко На стройплощадке Международного экспериментального ядерного реактора (ITER) в коммуне Сен-Поль-ле-Дюранс во Франции завершили важный этап строительства установки - сборку системы сверхпроводящих электромагнитов, которые будут удерживать раскалённую плазму внутри реактора, создавая условия для протекания термоядерного синтеза. Дело в том, что процесс будет эффективно протекать при температуре плазмы порядка 100 миллионов градусов, и нагретое до такой температуры вещество, конечно, нельзя механически удержать ни в каком контейнере, так как ни один материал не выдержит таких температур. К счастью, плазму, состоящую из заряженных частиц, можно удерживать в магнитном поле - а также использовать это поле для того, чтобы дополнительно сжимать плазму, увеличивая её температуру и давление. Именно для этого и нужна система электромагнитов. В случае ITER, это 18 катушек, каждая из которых имеет высоту 17 метров, ширину 9 метров и весит 360 тонн. Общая длина провода в катушках составляет 87 тысяч километров, и в процессе работы их будут охлаждать до - 269 градусов, чтобы добиться сверхпроводимости. Хотя сборка системы катушек - один из самых трудоёмких этапов строительства - завершена, до завершения всего проекта в целом ещё очень далеко. Изначально первый синтез в реакторе планировали запустить в 2020 году, затем срок запуска перенесли на 2025-й, а сейчас речь идёт уже о 2036-м, а то и 2039-м. Помешал сначала ковид, а теперь - политические осложнения, помноженные на технологические трудности, ведь проект совместно реализуют ЕС, США, Великобритания, Китай, Индия и Россия. Бюджет проекта, кстати, уже достиг 28 миллиардов долларов. При этом важно помнить, что ITER - экспериментальный реактор, то есть, его задача не в выработке электроэнергии, а в отработке технологий, которые впоследствии будут использованы в коммерческих реакторах ещё позже - вероятно, первые "искусственные Солнца" вряд ли удастся зажечь раньше 2050-го.