Научная среда – новости о науке и технике. Выпуск #59

В эту среду мы больше обычного поговорим про космос, физику и пот:

• Невидимый сдвиг: как климатические изменения сместили земную ось.
• Бесцельные блуждания мыслей полезны для мозга.
• Эволюция энхансера одного гена сделала людей самыми потливыми из приматов.
• Физики создали двухкубитный квантовый двигатель.
• Россия повторила свой космический рекорд надежности из 1990-х.

Новости одной строкой

• Новое поколение навигационных спутников "Глонасс-К2" запустят на орбиту в IV квартале 2021 года. Пока планируется выпустить 15 таких аппаратов.
• Прослушивание мелодичной музыки с медленным темпом (от 60 до 80 ударов в минуту) перед сном улучшает качество сна.
• Многоразовые ракеты "Амур" будут частично печатать на 3D-принтере. Первый запуск запланирован на 2026 год.
• Скорость расширения Вселенной начали вычислять с помощью быстрых радиовсплесков, приходящих из глубокого космоса.

Научная среда

Невидимый сдвиг: как климатические изменения сместили земную ось

Как выяснили китайские ученые, климатические изменения ведут к перераспределению массы Земли и как результат – к смещению земной оси, что может иметь далекоидущие последствия.

Как выяснили исследователи из исследователи из Института географии и природных ресурсов Китайской академии наук, заметное смещение оси по сравнению с началом 1990-х годов впервые произошло в результате рукотворных климатических изменений, а точнее – массового таяния материковых ледников.

Ученые обнаружили, что направление сдвига полюсов в 1995 году сменилось с южного на восточное, а скорость самого смещения оси в период между 1995 и 2020 годами увеличилась в 17 раз по сравнению с промежутком между 1981 и 1995 годом.

Чем быстрее таяли ледники в связи с глобальным потеплением, тем с большей вероятностью это влияло на смещение полюсов. Другими возможными причинами могут быть изменения объемов запасов воды в районах, где нет ледников, в результате климатических изменений и чрезмерного потребления грунтовых вод для полива и иной человеческой деятельности.

В общей же сложности с 1980 года полюса сместились на 4 метра. Свои выводы ученые подкрепляют данными, полученными миссией НАСА GRACE по изучению гравитационного поля Земли и его изменений, связанных в том числе с процессами изменения климата.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Бесцельные блуждания мыслей полезны для мозга

Согласитесь, мы далеко не всегда думаем о том, что происходит в данный момент. Для нас обычное дело размышлять о чем-то стороннем, стоя, например, в пробке, обедая или коротая скучные офисные будни. Несмотря на то, что это часто считается снижением внимания, ученые из Института наук о мозге и сознании Общества Макса Планка в Лейпциге и Университета Йорка в Великобритании показали, что когда мы "включаем" мысленный "серфинг" целенаправленно, то системы, участвующие в когнитивном контроле, работают более эффективно. Это может объяснить то, почему некоторые люди извлекают из такого "брожения мысли" порой немалую для себя пользу.

Исследователи доказали, что непроизвольные и непреднамеренные мысли в основном распределяются по нескольким структурам в мозге, довольно важным для когнитивной сферы. Причем это реально сделать на основе предыдущих исследований, которые демонстрируют поведенческие и психологические различия целенаправленных и нецеленаправленных размышлений.

Мы обнаружили, что у людей, которые часто целенаправленно разрешают себе "уходить в свои мысли", в некоторых префронтальных областях кора оказалась толще. Кроме того, мы обнаружили, что у таких индивидуумов широко перекрывают друг друга две важных мозговых сети: сеть пассивного режима работы мозга (default-mode network, DMN), которая активна тогда, когда при фокус идет на извлечение информации из памяти, а также лобно-теменная сеть, которая стабилизирует наше внимание и тормозит посторонние раздражители – часть нашей когнитивной системы управления.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Эволюция энхансера одного гена сделала людей самыми потливыми из приматов

Развитие потовых желез в коже млекопитающих зависит от работы гена EN1. Белок, им кодируемый, – это транскрипционный фактор, от которого зависит включение экспрессии других генов. В недавнем исследовании был обнаружен один из энхансеров гена EN1, причем выяснилось, что его нуклеотидная последовательность у людей сильно отличается от других млекопитающих (в том числе и от ближайших родственников – человекообразных обезьян). Эксперименты на клеточных культурах и на модельных животных помогли убедиться, что именно изменения в этом энхансере привели к повышению экспрессии гена EN1 в коже человека и это, в свою очередь, привело к повышению плотности потовых желез на единицу площади поверхности тела. Этот же ген контролирует и развитие множества иных структур, экспрессируясь в других частях эмбриона. Однако там его активность регулируется через другие энхансеры. Такое устройство системы регуляции генов позволяет эффективно модифицировать одни признаки, не затрагивая другие, даже если эти признаки находятся под управлением одних и тех же генов-"дирижеров".

Человека иногда называют "голой обезьяной" из-за сильной редукции волосяного покрова на теле. Но представителей нашего вида вполне можно назвать и "потливыми обезьянами": организм человека производит в 4–10 раз больше пота, чем шимпанзе (у людей выделяется до 1 л пота в час при сильной жаре). Потение является для нас основным способом охлаждения тела при повышенной температуре окружающей среды или при перегревании тела вследствие интенсивной мышечной работы. Предполагается, что все это стало особенно актуальным для наших предков, перешедших от жизни в лесу на деревьях к жизни в африканской саванне, где днем может сильно припекать солнышко, а добыча пропитания и жизнь в соседстве с крупными хищниками нередко вынуждали изрядно побегать. Собственно, основная версия при объяснении потери шерсти человеком тоже связана с тем, что потение как механизм терморегуляции работает эффективнее и быстрее, если испарение пота происходит с голой кожи.

Схема, иллюстрирующая основные результаты обсуждаемого исследования. Эволюционные изменения в человеческой линии внутри последовательности обнаруженного учеными энхансера гена EN1, который в коже отвечает за формирование потовых желез, привели к более активной экспрессии гена и, как следствие, к повышению количества потовых желез в коже людей. Частично это обусловлено повышением сродства последовательностей внутри энхансера к транскрипционному фактору SP1.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Физики создали двухкубитный квантовый двигатель

Исследователи представили модель двигателя из двух кубитов, который работает благодаря явлениям квантовой запутанности и локальным измерениям состояния системы.

Известно, что попытка измерить параметры квантовой системы приводит к изменению ее состояния. Происходит это случайным образом. Обычно этот эффект мешает ученым исследовать квантовые системы, но в новой работе физики решили использовать его на благо.

Они создали "двигатель", который использует в качестве топлива не тепло, как его аналоги из макромира, а квантовые явления, такие как запутанность и неселективные измерения – то есть такие, результат которых остался неизвестным экспериментатору. Несколько лет назад исследователи показали возможность управления таким двигателем, состоящим из одного кубита. Теперь авторам удалось увеличить количество этих элементов системы в два раза.

Для этого физики сначала создали компьютерную модель двух запутанных кубитов. Каждый из них имел два энергетических состояния – основное и возбужденное. Когда исследователи пытались измерить кубит в возбужденном состоянии, он переходил в основное, испуская при этом фотон. Процесс работает и в обратном направлении – принимая фотон в основном состоянии, кубит может перейти в возбужденное.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Рядом с Землей нашли самую маленькую черную дыру

Астрофизики обнаружили черную дыру, которая одновременно является самой маленькой из обнаруженных и самой близкой к Земле. Ей дали название "Единорог".

Масса Единорога, названного так отчасти из-за его уникальности, а отчасти из-за созвездия, в котором его обнаружили, составляет примерно три солнечные. Это очень мало для такого объекта, как черная дыра, и до сих пор астрономы нашли всего несколько объектов с подобной массой. Единорог находится на расстоянии 1500 световых лет от Земли – внутри Млечного Пути.

Проведя анализ данных, авторы заметили, что вокруг красного гиганта вращается что-то, что изменяет интенсивность и путь света от него. Более подробное изучение системы показало, что в ней кроме массивной звезды есть еще один объект, который изменяет форму красного гиганта и его орбиту. Одним из вариантов стала черная дыра, но ее масса должна была быть меньше 5 солнечных. До сих пор исследователи лишь теоретизировали насчет существования таких объектов, так как наблюдать их не удавалось.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Новый материал защитит солдат, атлетов и автомобилистов

Материаловеды разработали новый прочный цеолитный имидазолятный каркас – эффективный поглотитель механической энергии, который может защитить от взрыва, попадания пули и различных травм.

Сегодня для поглощения механической энергии чаще всего применяется резина – этот материал может защитить от ударов и некоторых травм. Несмотря на это, резина все же недостаточно эффективна для использования в качестве такого защитного материала – она поглощает слишком мало энергии.

Авторы нового исследования разработали новый материал из класса цеолитных имидазолятных каркасов. Он может поглощать большее количество механической энергии на грамм и способен выдерживать большие напряжения без нарушения внутренней структуры. Для создания такого материала ученые вводили в цеолитные каркасы водные растворы под давлением. Сами цеолиты гидрофобны и обычно обладают низкой упругостью, но в виде каркасов и с водой внутри они приобретают способность выдерживать высокие механические нагрузки и восстанавливать свою форму после этого.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Естественная гибель нейронов влияет на развитие мозга

Объединение нейронов в слои – это одно из характерных свойств нервной системы позвоночных. Такая структура встречается в коре головного мозга, сетчатке, гиппокампе и других частях центральной нервной системы. Изучение того, как формируются слои при развитии коры мозга, крайне важно: многие патологии, такие как расстройства аутистического спектра, шизофрения и эпилепсия, связаны с нарушениями в укладке слоев при развитии эмбриона. Большую роль в этом играет программируемая гибель нейронов – апоптоз. Именно он позволяет изменять толщину слоев.

Большая часть нервных клеток умирает до рождения организма, но было неясно, для чего они рождаются, если гибнут на такой ранней стадии. Моделирование показало, что апоптоз нейронов играет важную роль в развитии мозга, поскольку влияет на толщину слоев коры, разнообразие и плотность клеток.

К изменениям коры, характерным для расстройств аутистического спектра, напротив, приводила низкая вероятность апоптоза на поздних этапах развития коры головного мозга. При этом плотность нейронов повышалась, слои утолщались и разделение между ними было менее выраженным. Полученные данные подтверждаются экспериментальными результатами.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Физики выяснили, как движется электрон внутри экситона

Впервые в мире исследователи получили изображение, показывающее внутренние орбиты составляющих экситон частиц – электрона и дырки.

В новом исследовании физики все же смогли поймать эти неуловимые частицы и подробно изучить их. Для этого авторы облучали короткими лазерными импульсами двумерный полупроводник. Этот не так давно открытый класс материалов, согласно предыдущим работам, способен генерировать более стабильные экситоны. После генерации квазичастиц ученые использовали лазерный луч с фотонами сверхвысокой энергии, чтобы разрушить их и направить электроны из толщи материала прямо в камеру электронного микроскопа.

Электронный микроскоп измерял энергию и угол, под которым двигались электроны, вылетающие из материала. Из этой информации ученые смогли определить начальный импульс частицы, когда она была связана с дыркой внутри экситона. В конечном счете авторам удалось измерить волновую функцию экситона, которая показывает вероятность нахождения электрона в определенной части пространства внутри квазичастицы.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Вещество впервые расплавилось при температуре ниже точки замерзания

Представьте, что вы стоите в рефрижераторе. Вы смотрите на кубик льда, а тот вдруг начинает плавиться, при этом температура вокруг не поднялась даже на градус. Вот именно что-то подобное ученые осуществили впервые за историю науки.

На самом деле, довольно легко охладить жидкость до температуры ниже точки замерзания и оставить ее при этом в жидком состоянии. Но в недавнем опыте исследователи превратили твердый висмут, уже охлажденный ниже точки замерзания, в жидкость, а температура плавления висмута составляет 271 градус по Цельсию. Если вспомнить химию, то точка плавления представляет собой комбинацию температуры и давления, при которых твердые тела превращаются в жидкость. Но некоторые материалы можно плавить, не поднимая температуру, а понижая давление.

Именно это сделали ученые. Они держали висмут под большим давлением при температуре 215 градусов по Цельсию, потом подвергли его медленной декомпрессии, в результате висмут стал плавиться, создавая так называемую метастабильную жидкость при температуре и давлении, когда в обычных условиях висмут должен остаться твердым.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Россия повторила свой космический рекорд надежности из 1990-х

За последние два с половиной года Россия провела 58 безаварийных пусков космических ракет подряд, повторив таким образом рекорд, установленный в современной истории страны почти 30 лет назад. Вчера с космодрома Восточный ракета-носитель "Союз-2.1б" успешно вывела на орбиту 36 британских спутников связи OneWeb – этот старт стал для российских космических ракет 58-м с момента последней аварии в 2018 году, когда из-за сбоя при разделении ступеней ракеты "Союз-ФГ" был прерван полет корабля "Союз МС-10" к МКС.

Благодаря системе аварийного спасения российский космонавт Алексей Овчинин и американский астронавт Ник Хейг смогли благополучно приземлиться. За прошедшие после той нештатной ситуации два с половиной года Россия осуществила 27 успешных космических пусков с Байконура, 19 – с Плесецка, пять – с Восточного и семь – с космодрома Куру во Французской Гвиане. Для сравнения, за тот же срок в мире произошли 17 космических пусков, обернувшихся неудачами: восемь – в Китае, три – в Иране, три – в США, две – во Франции и одна – в Новой Зеландии.

При этом СССР в период с января 1983 по ноябрь 1984 года смог выполнить 185 успешных космических пусков подряд. В марте нынешнего года генеральный директор "Роскосмоса" Дмитрий Рогозин, который занял этот пост в 2018 году, пообещал, что госкорпорация сделает все, чтобы сохранить безаварийность космических стартов, пусть это и является очень непростой задачей.

Полную версию материала читайте по ссылке.

https://www.youtube.com/watch?v=j6Fj_EyiD9c

Научные видео

https://youtu.be/YD65B8v5eu8 https://www.youtube.com/watch?v=EE4j797pvmQ https://www.youtube.com/watch?v=bt_uxWz2WTY

Основные источники:

• neuronovosti.ru
• popmech.ru
• nplus1.ru
• elementy.ru

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

Прошлый выпуск рубрики:

• Квантовое устройство улучшило оптоволоконную связь.
• После нескольких переносов состоялся первый запуск Ingenuity.
• Новые гибридные беспилотники ZALA и завод для производства серийных Орионов.
• На Земле обитало 2,5 миллиарда тираннозавров.
• Первый модуль отечественной орбитальной станции будет готов в 2025 году.
• Ученые узнали, что предок человека умел лазать по деревьям и ходить.

Литературная методичка:

Источник