APOD. Луна, как и большинство небесных тел, движется вокруг Земли не по идеальной круговой, а по слега вытянутой эллиптической орбите. Из-за этого расстояние до неё меняется от примерно 356 до 407 тысяч километров в течение лунного месяца. И это, конечно же, отражается на её видимом размере.

На представленном изображении сделано сравнение видимого размера каждой полной Луны 2021 года. Для каждого месяца указано расстояние до Земли, угловой размер Луны в угловых минутах и поэтическое название соответствующего лунного месяца. Самое большое полнолуние наблюдалось в мае, а самое маленькое в декабре.

Человечество научилось измерять расстояние до Луны с точностью до нескольких миллиметров, благодаря использованию специальных отражателей для лазерного света, установленных лунными миссиями. В частности, благодаря этому мы знаем, что Луна постоянно удаляется от Земли со скоростью около 4 см в год. Происходит это из-за того, что Земля постоянно отдаёт ей энергию через приливные силы.

#apod

Новости науки. Сколько черных дыр во вселенной? Мы знаем, что в центре многих галактик находится сверхмассивная черная дыра. Их легко обнаружить, так как они оказывают колоссальное влияние на окружающее пространство за счет своего размера. Гораздо сложнее обстоит вопрос с черными дырами звёздных масс, от нескольких до сотни солнечных, образующихся при коллапсе звёзд в конце их жизненного пути. Они довольно малы и часто малоактивны, поэтому обнаружить их и вычислить их количество довольно непросто.

В попытке разрешить эту и другие загадки черных дыр ученые из итальянского института передовых исследований (SISSA) построили модель, предсказывающую формирование и эволюцию черных дыр звёздных масс на протяжении всей истории вселенной. Модель построена на использовании кода SEVN (Stellar EVolution for N-bodies), рассчитывающем динамику и эволюцию звёздного населения и сделавшем уже много успешных предсказаний о распределении вещества во вселенной.

По результатам моделирования выяснилось, что количество небольших черных дыр звёздных масс может быть гораздо больше, чем предполагалось ранее - их плотность может достигать 1% от всего барионного вещества вселенной (то есть, условно, примерно каждая сотая звезда), а общее их количество в видимой вселенной составляет около 40 x 10^18 штук (четвёрка с девятнадцатью нулями). А это значит, что черные дыры могут быть гораздо ближе к нам, чем мы думаем.

Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal 12 января 2022 года.

#news

Явление. Агрегатное состояние воды (как и любого другого вещества) зависит от температуры и давления. Так, если повышать температуру, то вода из твёрдого тела превратится в жидкость, а затем в газ. Аналогично, при повышении давления может наблюдаться переход от газа к жидкости или к твёрдому состоянию. Эти свойства обобщаются с помощью фазовых диаграмм (для воды - тыц) - графиков с температурой и давлением по осям, в каждой точке которых обозначается то состояние, которое жидкость принимает при данных температуре и давлении. Линии соответствуют фазовым переходам - затвердеванию, испарению и т.д.

На фазовой диаграмме воды есть совершенно особенная точка, в которой все три агрегатных состояния сливаются воедино. Она называется тройной точкой и наблюдается при температуре 0.01 градуса и давлении 0.006 атмосфер. При этих параметрах вода находится одновременно во всех трёх агрегатных состояниях. Соответственно, одновременно же происходят процессы затвердевания, плавления, кипения и возгонки.

#effect

Изображение. Телескопы. Южный полярный радиотелескоп с диаметром зеркала 10 метров, установленный аккурат на Южном полюсе вблизи антарктической станции Амундсен-Скотт. Зачем же тащить телескоп прямо на южный полюс, спросит наш любознательный читатель? На самом деле, преимуществ весьма много. Круглогодично низкие температуры снижают амплитуду электронных шумов и вымораживают из воздуха влагу, которая хорошо поглощает те самые длины волн, к которым чувствительна антенна. А длинные полярные ночи позволяют избежать солнечных засветок.

Телескоп регистрирует космическое микроволновое излучение, приходящее из южной полусферы, а основной его задачей является поиск далёких галактик. Но с момента введения в работу в 2007 году он совершил и ряд других интересных открытий. Красная подсветка используется при техническом обслуживании устройства. Телескоп, кстати, ведёт собственный блог, вот он - тыц. Правда, давно не обновляемый.

#scimage #telescope

APOD. Совершенно необычная планетарная туманность, расположенная в 4200 световых годах от нас в созвездии Пегаса. Туманность имеет форму спирали Архимеда, геометрическая точность которой беспрецендентна. Планетарные туманности образуются, когда звёзды сбрасывают внешнюю газовую оболочку ближе к концу своего жизненного цикла. Если же у такой звезды есть компаньон, то их взаимное вращение и взаимодействие с выбрасываемым газом способно прождать настолько комплексные формы. Хотя, как именно такие объекты образуются, никто точно не уверен. Туманность простирается на треть светового года, а новый виток образуется примерно каждые 700 лет, что соответствует периоду обращения компонентов двойной системы друг вокруг друга. Центральные звёзды туманности можно увидеть только в инфракрасном свете из-за окружающих плотных слоёв газа. Звезда в нижней части изображения находится гораздо ближе к нам, чем туманность. Изображение телескопа Хаббл.

#apod

История науки. Последняя доска, к которой Ричард Фейнман приложил руку незадолго до смерти в 1988 году. Теоретическая работа на доске посвящена выводу каких-то квантовомеханических свойств спинов. Один из сотрудников Калтеха признался, что именно он пытался заинтересовать старого льва своей теорией в тот день (похоже, ему это удалось).

В левом углу доски рукой Фейнмана написано "Я не могу понять того, что не способен создать". Что означает эта фраза? Фейнман делил всех ученых на афинян и вавилонян. Афиняне пытаются постигнуть суть вещей, подобно Платону, найти идеальные формы. Вавилоняне же более практичны, они задаются вопросами "Как это работает?", "Что я могу с этим сделать?". Сам Фейнман относил себя именно к вавилонянам. И наполнил вавилонской практичностью и свои философские изречения.

Другой известный физик, Мюррей Гелл-Ман, кстати, был чистым афинянином, что приводило к постоянным спорам с Фейнманом. А ведь у них была одна секретарша. Интересная у неё, должно быть, была работа.

#scihistory

Научная статья. На сегодняшней повестке статья абсолютно серьёзная, что в этой рубрике большая редкость. Доцент Новосибирского университета Зураб Силагадзе написал большой обзор по истории развития человеческих представлений о гравитационных волнах, начиная от работ Хевисайда и Лоренца в начале 20 века и заканчивая экспериментальным обнаружением в начале века 21-го. Статья написана простым, а самое главное - русским (!) языком. Ссылка на текст - тыц.

Напомним, что гравитационные волны образуются при в общем-то любых колебаниях массы. Но так как гравитация очень слабая сила, то обнаружить мы можем только если колеблются (чаще всего это происходит при столкновении) массы поистине исполинские, например, черные дыры. К концу 2020 года человечество задетектировало гравитационные волны от уже 90 таких событий столкновения черных дыр или нейтронных звёзд.

#paper

Кристаллы. Сноп синеватых кристаллов аурихальцита диаметром 18 мм. Название аурихальцита происходит от мифического греческого металла орихалк (греч. горная медь), который римляне стали называть аурихалк (золотая медь). Согласно платоновским легендам об Атлантиде, орихалк пользовался большим почётом на этом мифическом острове, а состоял, как полагают, из цинка и меди. Аурихальцит, хоть и является не металлом, а карбонатом, тоже содержит цинк и медь, благодаря чему и получил своё название. Обычно аурихальцит находят в медных или цинковых шахтах в виде россыпи небольших кластеров (друз), покрывающих породу. Подобные крупные образования большая редкость.

#crystal

Новости науки. Бактерии любят организовываться в своеобразные колонии, называемые биоплёнками, в которых они могут общаться друг с другом через некоторое выделяемое ими связующее вещество (полимерный матрикс). Биоплёнки широко распространены в природе, присутствуя и в наших телах (например, на поверхности зубов).

Ученые заинтересовались свойствами биоплёнок в начале двадцатого века, когда стало понятно, что подавляющее большинство бактерий в природе существует именно в таком виде. Уже было обнаружено, что бактерии в биоплёнках могут передавать сигналы на большие расстояния и даже обладают своеобразной памятью.

В недавней работе биологи из Университета Сан-Диего обнаружили ещё одно интересное свойство биоплёнок - оказывается, они могут образовывать сложные пространственные структуры, в которых клетки ведут себя по-разному в зависимости от места их расположения. Ученые заставили биоплёнки образовывать концентрические кольца, состоящие из разных видов бактерий. Добиться этого удалось с помощью создания дефицита питательных веществ по мере разрастания плёнки - когда бактерии съедают всё, что им доступно, дефицит питания как бы замораживает молекулярные часы у клеток в определённой области, приводя к дифференциации клеток через механизм экспрессии генов. Короткое видео этого процесса можно посмотреть по ссылке - тыц.

Такой механизм сегментации и дифференциации уже известен, но ранее он наблюдался только у высокоорганизованных многоклеточных организмов. Новое же открытие предполагает, что клетки научились дифференцироваться значительно раньше, чем предполагалось до этого.

Исследование опубликовано в Cell 6 января 2022 года.

#news

Явление. С помощью шлирен-установок, о которых мы писали ранее, можно визуализировать не только случайные колебания воздуха, но и упорядоченные процессы, например, звуковые волны. Здесь всё немного сложнее. Звуковая волна движется через воздух со скоростью 343 м/с, поэтому без ухищрений различить отдельные колебания не получится. Чтобы этого всё же добиться, используется стробоскопический эффект - частота съёмки делается равной частоте звуковой волны, так что мы всегда видим одну и ту же (или очень близкую) фазу колебаний. В представленном видео можно увидеть, как звуковая волна распространяется от источника, а также отражается от преграды и от стенок установки.

Напомним, что звук представляет собой продольные колебания воздуха, то есть области уплотнения и разрежения создаются вдоль движения волны, а не в перпендикулярной плоскости, как, например, у электромагнитных волн.

Можно также обратить внимание на интерференцию падающей и отражённой волн в области их пересечения.

#effect

Изображение. Микромир. Густой лес из тончайших углеродных нанотрубочек, выращенный на кремниевой подложке. Каждое едва различимое волокно на изображении это отдельная нанотрубка.

Нанотрубки обладают выдающимися свойствами. Их электро и теплопроводность на порядок выше, чем у меди, а вес на порядок меньше. Они очень прочные и в то же время эластичные. В общем, простор для их технологического применения огромен. Не удивительно, что исследователи во всём мире учатся их выращивать. Как можно больше и как можно длиннее!

Подобными нанотрубковыми лесами научились стабильно покрывать уже макроскопические площади, а рекорд длины трубочек превзошел 14 см. Выращиваются леса помощью осаждения углерода из газовой фазы на нагретую подложку, с присутствием металлического катализатора. Лес при этом организуется совершенно самостоятельно.

Изображение получено с помощью сканирующего электронного микроскопа.

#scimage #microworld

APOD. Смотрим, как будет изменяться видимая Луна в 2022 году для наблюдателя в северном полушарии. На видео представлены лунные фазы на каждый день нынешнего года, расстояние до Земли, различные лунные достопримечательности и прочие параметры.

Мы все знаем со школы, что Луна всегда повёрнута к Земле одной стороной. Это, конечно, правда, но не полностью. На самом деле, Луна весьма ощутимо поворачивается по мере своего движения. Такие колебания ориентации называются либрацией. Происходят они, потому что Луна движется вокруг Земли не по круговой, а по эллиптической орбите, а также из-за наклона её оси. Благодаря этому, наблюдатель с Земли может в течение года видеть не ровно 50% процентов её поверхности, а 59%.

На видеофрагменте представлена Луна за февраль. С полным видео можно ознакомиться по ссылке - тыц.

#apod

Новости науки. "Непобедимый" Станислава Лема становится всё ближе! Ученые и инженеры из Университета Бристоля разработали миниатюрный летающий робот размером с крупное насекомое (и насекомыми же вдохновлённый).

Отличительной особенностью нового устройства является уникальный дизайн крыла - мах крыльями осуществляется исключительно за счёт электростатических сил: на крыло подаётся отрицательный потенциал, а сверху и снизу устанавливаются два положительных электрода, по очереди притягивающие крыло к себе. Благодаря такому приводу удаётся полностью избежать движущихся элементов - шестерней и роторов, что значительно облегчает устройство и повышает его долговечность. По словам исследователей, такая "система мускулов" весит меньше, чем у аналогичных насекомых, а поднять в воздух способна больший вес. Аппарат способен за секунду преодолеть расстояние до 18 раз превышающее собственные размеры.

Исследование опубликовано в Science Robotics 2 февраля 2022 года.

#news

Вне рубрики. Подборка выдающихся лекторов и не менее выдающихся лекций по физике (всё на английском).

1) Самое современное в сегодняшней подборке - Уолтер Левин. Левин давно стал суперзвездой преподавания физики. Его живая манера изложения и масштабные физические демонстрации неоднократно вирусились в интернете. Лекции для младших курсов MIT. Ссылка - тыц.

2) Четыре лекции по квантовой механике, прочитанные одним из её основателей Полем Дираком в 1975 году. Несут в себе не столько образовательную ценность, сколько возможность прикоснуться к разуму гения. Ссылка - тыц.

3) Ричард Фейнман в представлении не нуждается. Серия Мессенджеровских лекций, прочитанная в 1964 году в Корнелле, по основам физики и для широкой публики. Ссылка - тыц.

4) Лекции Леонарда Сасскинда, одного из основателей теории струн, по основам теоретической физики. Изложение очень простое и последовательное, но в то же время дающее глубокое понимание. Ссылка - тыц. По мотивам лекций есть ряд чудесных книг - тыц, тыц, тыц.

История науки. Углерод имеет множество аллотропных модификаций (по-простому, конфигураций молекул) - алмаз, графит, нанотрубки лишь некоторые из них. Среди них есть и фуллерены - сферические молекулы, состоящие из соединения различных многоугольников (по типу футбольного мяча). Самый распространённый вариант - C60 - кружочек из шестидесяти атомов углерода, но есть и множество других вариантов. Несмотря на кажуюущся экзотичность, фуллерены присутствуют в природе повсеместно, они обнаружены даже в воздухе, которым мы дышим.

Помимо того, что они просто классные, фуллерены находят множество применений в науке - они обладают уникальными оптическими свойствами, используются, как добавки, повышающие качество материалов, а также могут формировать полноценные кристаллы (фуллериты).

За открытие фуллеренов в 1996 году была вручена нобелевская премия Харольду Крото, Роберту Кёрлу и Ричарду Смолли. На фото Крото с моделями различных фуллеренов, предположительно год вручения премии.

#scihistory

Новости науки. Хоупвеллская традиция была культурой североамериканских индейцев, существовавшей в долине реки Огайо на рубеже новой эры (200 г.до н.э - 500 г. н. э.). Культура была высокоразвитой и процветающей для своего времени и региона, оставив после себя изящные произведения искусства, распространившиеся по всей Северной Америке. После 500 г. н. э. хоупвеллская культура загадочным образом исчезает.

После ряда археологических исследований ученые из Университета Цинциннати, похоже, нашли причину стремительной деградации хоупвеллцев. Ей стало космическое вторжение! Проанализировав грунт с 11 археологических стоянок, разбросанных по всей долине Огайо, ученые нашли большое количество микрометеоритов со схожим составом. По всей видимости, все они произошли от одного источника - вероятно, кометы, породившей ряд обломков, взорвавшихся в небе над долиной приблизительно в 300 г. н. э. Обнаруженные слои пепла свидетельствуют, что столкновение вызвало обильные лесные пожары, уничтожив необходимые для индейцев лесные ресурсы.

Отголоски этого события сохранились в устных преданиях того времени, а сами эпицентры столкновения стали священными для индейцев. Они собирали упавшие метеориты, а вещество из них обнаружено в металлических изделиях, которыми славилась культура. Интересно, что у китайских астрономов, которые в то время уже вели письменные хроники, задокументировано крайне высокое количество комет в годы этих событий.

Исследование опубликовано в Scientific Reports 1 февраля 2022 года.

#news

Анимация. Симуляция гравитационного взаимодействия нескольких тел со схожей массой.

Мы все знаем со школы, что задача трёх тел не имеет аналитического решения. Однако, несмотря на это, система трёх тел всё же относительно стабильна. Да, тела образуют причудливые вихрящиеся траектории, но остаются единой системой. А вот когда тел становится четыре (или больше), то система уже крайне нестабильна и одно из тел очень быстро выбрасывается наружу.

Можно обратить внимание, что когда это происходит, оставшиеся три тела становятся гораздо ближе друг к другу, образуют более тесно связанную систему. Происходит это потому, что выброшенное тело уносит с собой значительную порцию энергии системы. По той же причине, кстати, остывает испаряющаяся жидкость.

#aniamtion

Изображение. Реактор по производству астаксантина исландской компании Algalif.

Астаксантин это то самое вещество, которое делает омаров и мясо лосося красными. В свободном виде оно синтезируется вот в таких вот биореакторах. Внутри стеклянных трубочек находятся особые микроводоросли, которые вырабатывают астаксантин под действием ультрафиолета. Используется это вещество в качестве добавки к кормам для животных и людей и, как говорят, даже обладает рядом полезных свойств. Реактор работает исключительно на возобновляемой геотермальной энергии.

#scimage