Научная среда – новости о науке и технике. Выпуск #10

Окрыленные итогами голосования и положительными отзывами, продолжаем нашу рубрику. В юбилейной, десятой, "Научной среде" мы поговорим о том, что:

• Астрономы нашли ближайшую к Земле черную дыру.
• Бистабильный позвоночник позволил мягкому роботу перейти на галоп.
• Квантовый процессор просимулировал изомеризацию и вычислил энергии водородных цепочек.
• Стрессовая реакция заставила людей меньше беспокоиться.
• Российский аппарат "Витязь" побывал на дне Марианской впадины.

Новости одной строкой:

• Новую гиперзвуковую ракету испытали на модернизированном сверхзвуковом ракетоносце-бомбардировщике с крылом изменяемой стреловидности Ту-22М3.
• Поверхность Марса и его неглубокие недра не подходят для существования живых организмов, поскольку жидкость на планете образуется в достаточно суровых условиях и не может существовать долго в стабильном состоянии.
• "Северсталь" объявила о разработке инновационных броневых марок стали: марка 500 класса имеет четвертый класс бронезащиты, а у марки 550 есть способность выдерживать прямое попадание пули из снайперской винтовки Драгунова и обеспечивать пятый класс защиты.
• Самоизоляция нейронов. Им в этом помогают глиальные клетки. На этой электронной микро-фотографии мы видим два миелинизированных нервных волокна. Грязно-зеленым показана миелиновая оболочка, а внутри – индивидуальные аксоны.

Астрономы нашли ближайшую к Земле черную дыру

Астрономы обнаружили самого близкого кандидата в черные дыры звездных масс, который входит в тройную систему звезд, видимую невооруженным глазом в южном полушарии Земли. Нижний предел массы этой черной дыры оценивается в 4,2 масс Солнца, а расстояние до системы – в одну тысячу световых лет.

До недавнего времени самой близкой к Земле известной черной дырой считался один из компонентов рентгеновской двойной A0620-00, расположенной на расстоянии трех тысяч световых лет от нас в созвездии Единорога. Теперь группа астрономов во главе с Томасом Ривиниусом (Thomas Rivinius) из Европейской южной обсерватории сообщила об обнаружении еще более близкой черной дыры в тройной звездной системе HR 6819, которая удалена от Солнца на тысячу световых лет. Система видна невооруженным глазом в южном созвездии Телескопа в ясную безлунную ночь.

Открытие было сделано в ходе изучения системы при помощи спектрографа FEROS (Fibre Extended Range Optical Spectrograph), установленного на 2,2-метровом телескопе MPG в обсерватории Ла-Силья в Чили. HR 6819 состоит из Ве-звезды, которая находится на широкой орбите вокруг тесной пары из звезды типа B3 III и невидимого компаньона на круговой орбите. Период обращения тесной двойной составляет 40 земных дней. Полуамплитуда лучевой скорости внутренней звезды равна 61,3 километрам в секунду, что, вместе с оценкой ее минимальной массы в 6,3 массы Солнца, дает нижний порог массы невидимого тела в 4,2 массы Солнца. Это означает, что перед нами черная дыра звездной массы, которая не поглощает в данный момент вещество.

Полную версию материала читайте по ссылке.

https://youtu.be/ilGY0lvRplY

Бистабильный позвоночник позволил мягкому роботу перейти на галоп

Американские инженеры предложили оснащать мягких роботов бистабильным позвоночником с пружиной – благодаря этому роботы могут передвигаться гораздо быстрее. Для демонстрации эффективности такого подхода авторы создали несколько прототипов, один из которых может галопировать со скоростью 2,5 длины тела в секунду, что в два раза быстрее полностью мягкого аналога.

Современные мягкие роботы по-прежнему передвигаются крайне медленно относительно собственной длины – к примеру, один из последних мягких роботов за секунду преодолевает 0,75 длины своего тела. Чтобы это компенсировать, инженеры пытаются найти разные подходы (даже мягкое пневматическое колесное шасси), и теперь исследователи из США предложили еще одну концепцию. Цзе Инь (Jie Yin) из Университета штата Северная Каролина и его коллеги из других американских университетов протестировали разные варианты конструкции для мягкого робота и обнаружили, что скорость передвижения полностью мягкого робота можно значительно увеличить, добавив в конструкцию бистабильный позвоночник с пружиной.

Исследователи сравнили роботов в трех разных модификациях, и выяснилось, что если использовать простой позвоночник, то мягкий робот без него все же передвигается быстрее, чем с ним (1,2 длины тела в секунду против 0,5), однако если в конструкцию добавить пружину, скорость вырастает до 2,5 длины тела в секунду (174 миллиметра в секунду).

https://youtu.be/Z5QAwAOxORo

Полную версию материала читайте по ссылке.

Квантовый процессор просимулировал изомеризацию и вычислил энергии водородных цепочек

Специалисты из Google AI реализовали на 54-кубитном квантовом процессоре Sycamore вариационный квантовый алгоритм VQE на 12 кубитах, который позволил имплементировать метод Хартри-Фока и рассчитать энергии основного состояния водородных цепочек из 6, 8, 10 и 12 атомов. Также алгоритм позволил впервые описать химическую реакцию, а именно – выделил различные варианты изомеризации молекулы диазена (NH)2.

Квантовая химия считается одним из наиболее перспективных приложений квантовых процессоров. Большого успеха в этом направлении добились команды из IBM и Google, располагающие наиболее мощными квантовыми процессорами из сверхпроводниковых кубитов.

Недавно на 53-кубитном процессоре Sycamore исследователи из Google продемонстрировали квантовое превосходство – за 200 секунд был проведен специальный расчет, на который у самого мощного классического суперкомпьютера ушли бы тысячи лет вычислительного времени. Теперь же команда ученых из Google адаптировала алгоритм VQE для расчета спектров водородных цепочек, а также для симуляции молекулярной динамики.

Принципиальная схема эксперимента. Слева на панели а) изображен базисный набор состояний для цепочки из 12 кубитов, показанной на с). Базисный набор составлен из собственных функций молекулярного Гамильтониана без члена, описывающего электронное взаимодействие. Справа на панели а) представлена квантовая цепь для параметризации искомых состояний, состоящая из 36 двухкубитных вращений Гивенса (Givens rotations), расшифрованных на б).

Полную версию материала читайте по ссылке.

Обнаружена причина формирования гор на Луне

Высота некоторых гор на Луне достигает нескольких километров, но до сих пор было неясно, как именно они появились – на спутнике нет вулканической и сильной сейсмической активности.

Ученые заново изучили образцы лунных камней, доставленных на Землю в 1972 году «Аполлоном-17», и обнаружили в них следы кубических кристаллических структур циркония, которые возникают при температуре выше 2300 градусов по Цельсию, фактически – фианита, который затем вернулся в стабильное состояние, превратившись в бадделит.

Эти невообразимо сильные метеоритные удары не только разрушали кору Луны, но, по сути, помогли сформировать ее. Результаты заставляют совершенно по‑новому посмотреть на доставленные лунные образцы, а в итоге – и на всю геологию Луны.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Стрессовая реакция заставила людей меньше беспокоиться

Немецкие ученые выяснили, что воздействие стрессора слабо меняет изначальное беспокойство людей по поводу не связанных со стрессором вещей. Для этого они попросили участников своего эксперимента оценить опасность потенциально токсичного вещества триклозана до и после прочтения посвященной ему статьи. Те участники, чей уровень кортизола из-за воздействия дополнительного стресса был выше, не стали больше бояться триклозана, однако на оценку его опасности повлияло субъективное ощущение стресса.

Оценить, как на оценку риска ситуации влияет стресс, решили ученые под руководством Натали Попович (Nathalie Popovic) из Констанцского университета. Участникам их исследования (всего их было 146 человек) необходимо было прочитать статью об опасности триклозана – антибактериального и противогрибкового компонента, который используется в мыле и зубной пасте и может быть опасен для здоровья в определенных дозах.

Перед тем, как участникам дали прочитать статью, их разделили на две группы. Первая группа прошла социальный стресс-тест Триера – имитацию приема на работу, которую используют для того, чтобы вызвать у участника исследования стресс от социального взаимодействия. Вторая группа была контрольной – у участников в ней стресс не вызывали. После прочтения статьи всем участникам необходимо было написать небольшое письмо о триклозане другому человеку. Во время всего исследования ученые несколько раз замеряли уровень кортизола и альфа-амилазы (объективных биомаркеров стресса) в слюне участников, а также просили их заполнить опросы об их субъективном уровне стресса.

Ученые пришли к выводу, что воздействие стрессовой ситуации по-разному действует на беспокойство людей и то, как они транслируют его на других. С одной стороны, объективная стрессовая реакция организма, по-видимому, приводит к снижению беспокойства относительно других, несвязанных со стрессором вещей. С другой стороны, беспокойство по поводу тех же самых вещей может вырасти под воздействием ощущения стресса – не объективной реакции, а уже субъективного чувства.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Микроводоросли оказались питательней искусственной пыльцы для пчел

Спирулина (сине-зеленая водоросль Arthrospira platensis) по своим питательным свойствам соответствует пыльце в рационе медоносных пчел и превосходит заменитель пыльцы. Водоросль содержит все необходимые пчелам аминокислоты; питаясь ей, насекомые быстро набирают вес, у них выделяется вителлогенин, маркер качества питания. Кроме того, у пчел, которых кормили спирулиной, увеличилось содержание полезных бактерий кишечника. После дополнительных исследований на колониях пчел эту водоросль можно будет использовать в качестве новой пищевой добавки для медоносных пчел.

Генетики и физиологии медоносных пчел Службы сельскохозяйственных исследований Департамента сельского хозяйства США изучили потенциал спирулины в качестве корма для медоносных пчел (Apis mellifera L.). Новорожденных рабочих пчел селили в клетки по 50 особей (всего использовали более ста клеток с насекомыми) и кормили сахаром, пыльцой, коммерческим заменителем пыльцы, сухой или свежей спирулиной.

Авторы работы считают, что спирулина может стать пищевой добавкой, которая успешно заменит пыльцу по своим питательным свойствам. Водоросль можно использовать в качестве единственного источника белков и жиров для пчел, а также как пробиотик. Но перед тем, как повсеместно кормить пчел спирулиной, необходимо исследовать ее эффекты на целую колонию.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Масс-спектрометр позволил увидеть атомные переходы в реальном времени

Физики разработали новый метод детектирования изменения в массе отдельных атомов при квантовых прыжках электронов с помощью высокоточного масс-спектрометра. Ученые измерили сильнозаряженные ионы рения и обнаружили новое метастабильное состояние, которое может быть использовано в атомных часах.

Международная группа физиков при участии ученых из России увидела изменения массы по-разному заряженных ионов рения с помощью масс-спектрометра PENTATRAP, который был построен в университете Макса Планка в Гейдельберге, Германия. Это устройство позволяет детектировать изменения в массе иона с точностью 10^(–11) – на порядок лучше предыдущих масс-спектрометров.

Разработанный метод позволяет изучать атомные переходы в реальном времени. Изучая различные состояния иона, физики обнаружили новое долгоживущее квантовое состояние, его время распада составляет около 130 дней. Также физики провели численные симуляции, которые подтвердили существование и время жизни обнаруженного метастабильного состояния. Такие долгоживущие состояния могут быть использованы в атомных часах, которые необходимы как в исследованиях фундаментальной физики, так и в приложениях, таких как быстрая коммуникация.

Результаты измерений разных ионов рения. Разница между красными и синими точками указывает на разницу масс, а значит, и зарядов ионов.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Вулканических выбросов СО2 в конце триаса было достаточно для резкого потепления

На рубеже триасового и юрского периодов произошло одно из пяти крупнейших массовых вымираний в истории Земли. Различные геологические и палеоклиматические данные указывают на то, что в конце триаса климат резко потеплел и повысился уровень Мирового океана. По меньшей мере половина известных на сегодняшний день видов, живших на Земле в то время, вымерла. По времени триасово-юрское вымирание совпадает с вулканической активностью в Центрально-Атлантической магматической провинции, проявления которой сохранились сегодня с двух сторон от Атлантического океана. В новом исследовании геологи оценили объемы глубинного углекислого газа, которые могли выбросить вулканы, и показали, что его было достаточно, чтобы изменить климат Земли.

Ученые подсчитали, что даже в течение одного короткого эпизода вулканической активности продолжительностью около 500 лет на поверхность могло излиться около 100 тыс. км^3 базальтовой магмы, в которой содержалось примерно столько СО2 (5×10^16 молей), сколько произведет человек в течение всего XXI века, а это, по оценкам экспертов, должно было повысить глобальную температуру минимум на 2°C и понизить рН океана на 0,15. Суммарный эффект от выделения СО2 в течение всего периода вулканической активности в Центрально-Атлантической магматической провинции в конце триаса, по мнению авторов, был вполне достаточным, чтобы изменить климат Земли настолько, чтобы в биосфере планеты начались необратимые изменения.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Этапы эволюции базальтовых магм САМР на их пути от мантии к поверхности. Слева – данные по геобарометрии клинопироксенов, справа – шкала глубин. Нижняя пунктирная линия – граница мантии и нижней коры; средняя пунктирная линия – глубина, выше которой начинается выделение из расплава газовой фазы СО2 (пузырьки белого цвета); верхняя пунктирная линия – глубина, выше которой начинается выделение из расплава газовой фазы Н2О (пузырьки голубого цвета) и серы (пузырьки желтого цвета). На врезке – расположение расплавных включений (красные) с пузырьками СО2 между кристаллами клинопироксена. Черными пунктирными стрелками показаны потенциальные источники углерода в верхней мантии и нижней коре.

В Болгарии найдены останки древнейших жителей Европы

В болгарской пещере были обнаружены самые древние кости Homo sapiens из всех, что когда-либо были найдены на территории современной Европы. За несколько тысяч лет наши предки очистили Европу от неандертальцев, которые заняли эту территорию задолго до них.

Теперь же хронология перехода в период начального верхнего палеолита стала еще более ясной благодаря открытию и датировке останков H. sapiens и других артефактов, захороненных глубоко под землей. Ученые обнаружили их в ходе археологических раскопок пещеры под названием Бачо Киро в центральной Болгарии, расположенной у подножия Балканских гор.

Ученые предполагают, что древние люди занимали пещеру примерно с 45 820 до 43 650 лет назад, хотя некоторые из останков старше означенных дат на сотню лет. Кроме того, в пещере были идентифицированы каменные оружия, артефакты из кости и даже бусы из зубов пещерных медведей.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Российский аппарат "Витязь" побывал на дне Марианской впадины

Беспилотный необитаемый подводный аппарат стал первым подобным устройством, достигшим глубочайшей точки Мирового океана. На дно Марианской впадины "Витязь" погрузился 8 мая 2020 года в 22 часа 34 минуты по московскому времени и провел на глубине 10028 метров более 3 часов. За это время российский аппарат успел сделать картографирование поверхности, фото и видеосъемку морского дна, изучить параметры морской среды.

В ФПИ подчеркнули, что в системе управления «Витязь» использованы элементы искусственного интеллекта, который позволяет аппарату самостоятельно обходить препятствия по курсу, находить выход из ограниченного пространства и решать другие задачи во время погружения. Автономность российского аппарата отличает его от погружавшихся ранее в Марианскую впадину американского Nereus и японского Kaiko.

Это первый из экспериментов, которые запланированы в рамках проекта "Витязь". Он осуществлен совместными усилиями российских судостроителей и научных коллективов РАН при поддержке Тихоокеанского флота. Успех эксперимента подтвердил верность выбранного разработчиками комплекса конструкторских решений.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Видео

https://www.youtube.com/watch?v=RDdWhmEakUc https://www.youtube.com/watch?v=Z_9W-deGjhw https://www.youtube.com/watch?v=GN5RRlkJZRQ

Спасибо за внимание, и помните, что никогда не поздно "Учиться, учиться и еще раз учиться!"

Источник