Реактор познавательный

Падение антиматерии «закрыло» антигравитацию

Хотя итоги нового эксперимента совпали с общими предсказаниями теории Эйнштейна, по ряду причин полученный результат не был очевиден заранее. Экспериментальные данные впервые позволили решить столь важный вопрос окончательно.

Часть установки ALPHA-g, использованной в новом эксперименте

Принцип слабой эквивалентности сил гравитации и инерции Общей теории относительности Эйнштейна указывает, что все объекты, вне зависимости от их массы или конкретного состава, должны падать в гравитационном поле в одном направлении. Другой вывод просто несовместим с видением гравитации в ОТО.

Однако на протяжении десятков лет целый ряд физиков пытались выдвигать иные предположения — основывая свои попытки на том, что ОТО обладает, на их взгляд, некоторыми слабостями. Первой стало предсказание состояния сингулярности (при котором физические законы не работают, а время не течет) в момент старта Большого взрыва. Вторым многие посчитали отсутствие квантовой теории гравитации — из-за моды на квантовый подход этим ученым казалось, что и гравитация должна быть описана с таких позиций, хотя сам Эйнштейн подобное мнение не разделял.

В этом смысле возможность установить, ведет ли себя антиматерия так, как предсказывает его теория или как предполагали многие сторонники создания квантовой теории гравитации, имела очень большое значение. Если антивещество «падает» вверх, то основные постулаты ОТО нуждаются в корректировке, либо, как это формулируют иные исследователи, «перед нами открывается дорога для Новой физики».

Было и множество гипотез «с практическим уклоном» — о том, что антивещество будет отталкиваться обычной гравитацией, на основе чего можно будет создать «антигравитационные машины». В XX веке в США была даже правительственная программа, исследующая такую возможность.

На практике прояснить вопрос оказалось исключительно сложно: антиматерию трудно создать и изолировать от обычной так, чтобы удерживающие ее при этом магнитные поля не «зашумляли» воздействие гравитации на античастицу.

В 2018 году специальная группа при ЦЕРН запустила ALPHA-g — специализированную магнитную ловушку для атомов антиводорода, созданную именно для проверки такой возможности. Атомы антивещества — антиатомы — сперва «подвешивали» в вакуумной камере, а потом так отключали действующие на них магнитные силы (они же силы, удерживающие атом в пустоте), чтобы можно было непосредственно увидеть, куда же падает антивещество.

Для этого установка использовала мощный источник античастиц:

По расчетам, в случае правоты принципа слабой эквивалентности ОТО 20 процентов всех пойманных в ловушку атомов антиводорода должно было покидать ее через верх, а 80 процентов — через низ. Именно так и произошло в не раз повторенных экспериментах.

Таким образом, международной группе исследователей удалось зафиксировать, что движение антивещества в цилиндре происходит точно как у обычных атомов — вниз, а не вверх. Это сразу закрывает гипотезы «антигравитации».

В то же время, отметили авторы новой работы в журнале Nature, остается неясным, насколько сильно антивещество притягивается гравитацией Земли. С точки зрения ОТО это должно происходить точно так же, как для обычного вещества. Но пока точности наблюдений ALPHA-g не хватает, чтобы подтвердить это экспериментально. Ученые надеются добиться такого результата в будущем.

От того, насколько верна ОТО, фактически зависит не только наше понимание поведения антивещества, но и вся картина Вселенной. Сейчас уже ясно, что прежняя идея о некоей сингулярности в момент Большого взрыва нерабочая. Однако, варианты решения этой проблемы сильно различаются между собой. Часть физиков пытаются решить ее с позиций квантовой механики, а часть, напротив, с позиций теории относительности Эйнштейна.

Статья спизжена отсюда

Ученые разработали препарат, имитирующий физические упражнения для снижения веса и сохранения мышц.

В связи с растущей распространенностью ожирения во всем мире — миллионы людей, некоторые из которых страдают от таких серьезных осложнений, как диабет и сердечно-сосудистые заболевания, — как никогда остро встает вопрос о поиске эффективных медицинских решений. Именно на этой основе был разработан экспериментальный препарат SLU-PP-332, имитирующий благотворное влияние физических упражнений на обмен веществ. Полученный в результате глубоких исследований, проведенных в Университете Флориды, он открывает новые перспективы в лечении ожирения и метаболических заболеваний. Первые испытания на мышах показали снижение веса и повышение выносливости, при этом аппетит и уровень физической активности не изменились, мышечная масса не уменьшилась и не сохранилась. Исследование опубликовано в журнале Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. Каков механизм действия этого чудо-средства? 

Улучшение чувствительности к инсулину и снижение содержания жира в организме особенно актуальны для лечения таких заболеваний, как ожирение и диабет 2-го типа, при которых часто нарушается регуляция углеводного и липидного обмена. Эти результаты дают надежду, особенно тем людям, чьи возможности заниматься спортом ограничены из-за имеющихся заболеваний или физических ограничений. Для таких людей препарат SLU-PP-332 может стать реальной альтернативой для улучшения метаболического здоровья, снижения массы тела и уменьшения риска развития заболеваний, связанных с ожирением, без ограничений и трудностей, связанных с регулярными физическими нагрузками. Более того, отмечает Беррис, этот препарат также обладает значительным потенциалом для сохранения мышечной массы, что является важнейшим фактором в таких процессах, как снижение веса и старение. Действительно, потеря мышечной массы является неизбежным следствием процессов старения и снижения веса. Он добавляет: "Это может позволить людям оставаться здоровыми с возрастом". В другой работе, которую лаборатория Берриса готовится опубликовать, исследователи обнаружили, что это соединение может также лечить сердечную недостаточность, укрепляя сердечную мышцу.

https://new-science.ru/uchenye-razrabotali-preparat-imitirujushhij-fizicheskie-uprazhneniya-dlya-snizheniya-vesa-i-sohraneniya-myshc/

Не имеющие мозга медузы оказались способны учиться на своих ошибках

Международная команда ученых пришла к выводу, что кубомедузы, у которых отсутствует мозг, способны к ассоциативному обучению. Это означает, что сложные нейронные процессы свойственны даже самым примитивным нервным системам.

Кубомедуза Tripedalia cystophora

Ассоциативное обучение — процесс, посредством которого организмы получают информацию об отношениях между событиями или объектами в их среде. Он выражается в изменении существующих моделей поведения или развитии новых моделей — тех, что отражают признание непредвиденных обстоятельств. Поэтому ассоциативное обучение связано со способностью учиться на собственных ошибках.

У медуз нет централизованной нервной системы управления телом, нет мозга как органа принятия решений в прямом их понимании. Такие животные обычно склонны лишь к простому обучению: они вырабатывают привычку к повторяющимся стимулам или усиливают реакцию на них. Но оказалось, что все не так просто: медузы показали себя куда более продвинутыми существами, чем считалось.

Исследователи из Кильского (Германия) и Копенгагенского (Дания) университетов обратили внимание на кубомедузу Tripedalia cystophora, обитающую в Карибском море. Эти мелкие существа питаются рачками, живущими в мангровых зарослях, из-за чего им приходится маневрировать между мириадом корней и не повреждать о сучья свои нежные тела.

Считается, что кубомедузы определяют расстояние до препятствий путем оценки контраста между корнями и окружающей средой при помощи 24 глаз и скоплений нейронов. При этом степень мутности воды в зарослях бывает разной.

Чтобы выяснить, как медузы подстраиваются под меняющуюся среду, ученые провели серию экспериментов. Для начала они поместили стрекающих в резервуар с водой, на стенках которого были нарисованы полосы — они имитировали корни мангровых деревьев. Контрастность этих полос менялась от одного теста к другому. Ученые выяснили, что при высокой контрастности медузы не подплывали к стенкам сосуда слишком близко, а при низкой, наоборот, натыкались на них. Но спустя несколько минут частота столкновений снизилась в два раза. Это означает, что T. сystophora попросту научились избегать препятствий.

До обучения и после обучения

Авторы исследования предположили, что стрекательные извлекают опыт из своих ошибок, запоминая случаи, когда они натыкались на стенку резервуара, а потом меняют свое поведение. Это означает, что кубомедузы способны к ассоциативному обучению.

Чтобы проверить полученные результаты, ученые даже били несчастных стрекательных током — показывали медузам полоски «корней» разного контраста и одновременно стимулировали их нейроны электрическими разрядами (этим имитировали столкновения с препятствием). Что в итоге? Нейроны медуз стали чувствительны даже к полосам с низкой контрастностью.

На основе этого ученые допустили, что любые нервные системы, даже самые простые, способны к ассоциативному обучению. Свои выводы они представили в журнале Current Biology.

Статья спизжена отсюда

Из поста про цезий https://joyreactor.cc/post/5646119

Медики испытали препарат от потери костной массы в космосе

Новый препарат BP-NELL-PEG помог успешно обратить вспять потерю костной массы при остеопорозе. По словам ученых, в будущем его можно будет использовать во время космических полетов.

Находясь на низкой околоземной орбите, космонавты теряют примерно один процент костной массы в месяц, что может стать критически важным фактором, ставящим под вопрос долгожданные длительные полеты в космос, например на Луну и Марс. Ученые упорно пытаются преодолеть эту проблему, и недавно свой вклад сделали ортопеды, хирурги и биоинженеры из Медицинской школы Дэвида Геффена при Калифорнийском университете (Лос-Анджелес, США), а также их коллеги из Школы стоматологии Германа Остроу при Университете Южной Калифорнии и Исследовательского центра Эймса NASA.

«Основные риски для здоровья в космических полетах — воздействие микрогравитации, высокие уровни радиации и системные изменения в биологических жидкостях. Все это провоцирует физиологические ухудшения, включая атрофию мышц, слабость костей, снижение иммунитета, изменение зрения и сердечно-сосудистые заболевания. В частности, микрогравитация вызывает потерю костной массы в 12 раз быстрее, чем на Земле. <…> Это повышает вероятность переломов во время длительного космического полета и в более позднем возрасте. В основе нынешней стратегии NASA по смягчению последствий — механическая нагрузка, вызванная физическими упражнениями, для стимулирования функций остеогенных клеток, образующих костную ткань, и ингибирования функций остеокластов, а также для поддержки формирования костей. Но такая стратегия, вероятно, несовершенна», — объяснили ученые.

В исследовании, опубликованном в журнале npj Microgravity, они рассказали об испытаниях препарата, который представляет собой аналог человеческого белка NELL-1 — одной из сигнальных молекул, управляющих процессом роста костной ткани. Как и физнагузки, NELL-1 усиливает функцию остеобластов, ингибирует остеокласты и активирует Wnt/β-катениновый сигнальный путь за счет его связывания с геном Cntnap4 и бета-1-интегрином.

Ученые проверили эффективность препарата BP-NELL-PEG в качестве терапии при потере костной массы у 30-недельных мышей, переживших космический полет. Первая группа грызунов в 2017 году отправилась на МКС вместе с миссией SpaceX CRS-11 и вскоре вернулась на Землю (одна подгруппа — спустя четыре с половиной недели после старта; вторая оставалась там девять недель), а другая находилась в идентичных условиях в Космическом центре Кеннеди.

Экспериментальный проект космического полета RR-5

Начиная с первой недели пребывания на орбите и потом каждые две недели грызуны получали либо плацебо, либо инъекции BP-NELL-PEG. Аналогичные манипуляции проделывали с испытуемыми животными в лаборатории. Сроки обработки точно совпадали в обеих группах. После этого всех мышей доставили в Калифорнийский университет: там исследователи их умертвили, заморозили и начали изучать скелеты.

«Мы обнаружили, что BP-NELL-PEG значительно усиливает процесс формирования костей (остеогенез, или костеобразование. — Прим. ред.) у мышей, слетавших в космос и остававшихся в лаборатории, без очевидных неблагоприятных последствий для здоровья. Наши результаты подтвердили, что BP-NELL-PEG — многообещающее терапевтическое средство, которое обратило вспять потерю костной массы в результате длительного воздействия микрогравитации и дегенерации скелетно-мышечной системы на Земле. Это особенно важно, когда тренировки с отягощениями невозможны из-за недееспособности (к примеру, после переломов и инсульта)», — рассказали авторы эксперимента.

Чтобы эффективно использовать препарат BP-NELL-PEG и доставлять его на борт Международной космической станции, ученым придется минимизировать количество инъекций. Для этого они уже усилили терапевтический потенциал NELL-1, продлив период полураспада молекулы с 5,5 до 15,5 часа без потери биоактивности. Теперь в планах исследователей — подтвердить свои выводы в испытаниях с людьми.

Статья спизжена отсюда

Определены реакции, способные зародить жизнь на других планетах

Перебрав все известные химические элементы и различные способы их смешения, команда ученых выделила почти три сотни химических реакций, способных зародить жизнь на экзопланетах. Причем условия в этих мирах совершенно не обязаны быть хоть сколько-то похожими на земные. Новая работа позволит значительно увеличить количество экзопланет, теоретически пригодных для неизвестной нам жизни, а значит, и расширит область ее поисков.

Жизнь на далекой экзопланете — если она там существует — может быть совсем не похожа на ту, к которой мы привыкли на Земле. К тому же, учитывая широкий набор известных нам химических элементов и огромное разнообразие планет во Вселенной и условий на них, будет большим упущением искать жизнь лишь на так называемых землеподобных планетах. Похожим образом думает группа ученых из США и Австралии, решившая определить, какие процессы могли бы привести к появлению жизни в других мирах, существующих в широком диапазоне геохимических и космохимических условий, некоторые из которых существенно отличаются от условий современной Земли.

«Происхождение жизни, по сути, представляет собой процесс возникновения „чего-то из ничего“. Но это „что-то“ не может появиться только один раз. Жизнь сводится к химии и условиям, которые могут генерировать самовоспроизводящуюся модель реакций», — пояснил Бетюль Качар (Betül Kaçar), астробиолог, профессор бактериологии из Университета Вашингтона в Мэдисоне (США) и соавтор исследования.

Тем самым для возникновения жизни в условиях любой планеты должна существовать постоянно воспроизводящаяся относительно простая химическая реакция, продукты которой сами ускоряют эту реакцию. В химии такие реакции называются автокаталитическими. По сути, размножение и рост (то есть деление клеток) живых организмов и есть сложная автокаталитическая реакция. Так, пара особей одного вида, размножаясь, создает новые особи, тоже способные к размножению и ускоряющие эту «реакцию».

Учитывая сходство динамического поведения живых и чисто химических автокаталитических систем, ученые пришли к выводу, что в появлении жизни решающую роль играли одна или несколько простых автокаталитических реакций. Авторы нового исследования решили собрать наиболее полный список таких реакций, найдя 270 вариантов, большинство из которых не включает органические соединения (то есть соединения углерода). Полный список реакций, методы анализа и подробные выводы ученые привели в статье, опубликованной в журнале Journal of the American Chemical Society.

В найденных автокаталитических реакциях участвуют все 18 групп элементов периодической таблицы, включая лантаноиды, актиноиды и даже такие радиоактивные элементы, как торий и уран. При этом условия (температура, давление, кислотность среды и так далее), в которых должны проходить эти реакции, значительно различаются.

Таким образом, анализ существенно увеличил количество вариантов условий на экзопланетах, в которых между простыми химическими соединениями могут самопроизвольно начаться самоподдерживающиеся химические реакции, способные дать начало простейшей жизни.

Остается лишь подобрать для конкретной планеты с конкретными условиями нужную реакцию и попытаться найти молекулы реагентов либо продуктов в ее атмосфере. С другой стороны, авторы исследования отметили, что для некоторых автокаталитических систем требуется эффективное пространственное или временное разделение реагентов и продуктов, позволяющее одновременно протекать основным и вспомогательным реакциям. Это отчасти объясняет, почему природные автокаталитические системы наблюдаются нечасто.

Статья спизжена отсюда

«Викинг» вероятно нашёл жизнь на Марсе почти 50 лет назад и случайно убил её

В 1970-х годах были запущены зонды NASA «Викинг» для исследования Марса. Недавно астробиологи предположили, что эти зонды могли обнаружить марсианские микроорганизмы, а затем невольно уничтожить их. Эти утверждения, основанные на анализе результатов экспериментов «Викинга», означают, что жизнь на Марсе могла быть обнаружена и ставят под сомнение наши методы исследования космоса.

«Викинг-2» NASA на поверхности Марса

Поиск жизни за пределами нашей планеты всегда находился в центре научного интереса. Марс, наш красный сосед, уже давно изучается с этой целью. Недавно заявления астробиологов вновь оживили дискуссию о возможном открытии жизни на Марсе почти 50 лет назад. По мнению Дирка Шульце-Макуха, астробиолога из Берлинского технического университета, NASA могло обнаружить форму жизни на Марсе, даже не подозревая об этом.

Зонды «Викинг», совершившие посадку на Красную планету в 1976 году, могли взять пробы крошечных форм засухоустойчивой жизни, спрятанных внутри марсианских пород. Эти формы жизни, если бы они существовали, были бы уничтожены в результате экспериментов, проведенных зондами, еще до того, как их удалось бы идентифицировать. Столкнувшись с этими гипотезами, изложенными в статье, опубликованной в журнале BigThink, нелишним будет попытаться лучше понять контекст этих экспериментов и оценить их значение для современной науки.

Карл Саган, член научной группы «Викингов», рядом с моделью «Викинг-1» в натуральную величину

Перед зондами «Викинг», запущенными NASA в 1970-х годах, была поставлена задача изучить марсианскую поверхность и найти признаки наличия жизни. Для этого они провели серию экспериментов. В двух из них — эксперименте с меченым выбросом и эксперименте с пиролитическим выбросом — были обнаружены следы возможной метаболической активности, что позволило предположить наличие микроорганизмов. Однако эти результаты были поставлены под сомнение другими тестами, в частности, экспериментом по газообмену, который не выявил подобных признаков.

Другой спорный момент связан с обнаружением хлорсодержащих органических соединений. Первоначально эти соединения были интерпретированы как загрязнение с Земли. Однако последующие полеты на Марс показали, что эти соединения действительно имеют марсианское происхождение, что свидетельствует о том, что первоначальная интерпретация данных «Викинга» могла быть ошибочной. Это открытие вновь вызвало дискуссию о возможности того, что зонды «Викинг» действительно обнаружили признаки жизни, но в то время эти признаки были неверно интерпретированы.

Шульце-Макух высказал серьезную озабоченность по поводу методов, использовавшихся во время экспериментов «Викинга» на Марсе. По его мнению, чрезмерное использование воды в этих испытаниях могло быть контрпродуктивным. В подтверждение своих слов он ссылается на конкретные земные условия, в частности, на пустыню Атакама в Чили. В этой среде, одной из самых засушливых на планете, обитают микробы, выработавшие уникальные механизмы выживания. Эти организмы укрываются в так называемых «гигроскопичных» породах, способных поглощать влагу непосредственно из воздуха, даже в очень малых количествах.

Если бы на Марсе обитали подобные микробы, то попадание большого количества воды, как это было в экспериментах «Викинга», могло бы стать для них фатальным. Эту гипотезу подтверждает исследование, проведенное в 2018 году в пустыне Атакама. Когда в этом регионе произошло исключительное наводнение, значительная часть местной микрофауны была уничтожена. Более того, до 85% микробов, адаптированных к экстремальной засухе, не пережили внезапного обилия воды. Это наземное наблюдение может дать ценное представление о возможных последствиях экспериментов, проводимых на Марсе.

Микроскопический вид бактерии рода Acinetobacter. Экстремальные, засухоустойчивые штаммы этих микроорганизмов обнаружены в пустыне Атакама в Чили

Шульце-Макух в сотрудничестве с другими специалистами в этой области выдвинул интригующую теорию, касающуюся возможной адаптации жизни на Марсе. Согласно этой теории, марсианские организмы могли эволюционировать, чтобы включить перекись водорода в свои клетки. Такая адаптация позволила бы этим организмам получать воду непосредственно из марсианской атмосферы — стратегия, которая может оказаться необходимой для выживания в такой засушливой среде, как Марс.

Эта гипотеза также предлагает интересный взгляд на результаты экспериментов «Викинга». Если марсианские микробы действительно содержали в своих клетках перекись водорода, то методы, использованные «Викингом», могли оказаться неприемлемыми. Нагрев образцов грунта для их анализа, зонды не только убили бы эти микробы, но и запустили бы химическую реакцию. При разложении перекиси водорода она вступает в реакцию с другими присутствующими соединениями, в результате чего образуется большое количество углекислого газа. Такое образование согласуется с наблюдениями, зафиксированными приборами аппарата «Викинг», и дает правдоподобное объяснение полученным в то время результатам. Если эта гипотеза подтвердится, то может потребоваться пересмотр некоторых методов обнаружения.

Для того чтобы развеять эти сомнения и получить конкретные ответы, по мнению исследователей, необходимо запустить новую миссию, специально ориентированную на поиск жизни на Красной планете. Целью такой миссии будет исследование районов Марса, обладающих наибольшим потенциалом обитаемости. В качестве ключевого региона рассматривается, например, Южное нагорье. Эти земли, расположенные в южном полушарии планеты, могут содержать соленые породы, или галиты, непосредственно под поверхностью. Благодаря своей способности удерживать влагу эти породы могут служить убежищем для микроорганизмов, адаптированных к экстремальным условиям.

Для изучения этих потенциальных мест обитания потребуются самые современные приборы, способные обнаружить даже мельчайшие следы жизни. Кроме того, уроки, полученные в ходе полетов «Викинга», послужат основой для разработки более строгих протоколов экспериментов, что позволит избежать ошибок прошлого.

Статья спизжена отсюда

Семья для галок оказалась важнее вкусной еды

Проведенный в Британии эксперимент показал, что как минимум некоторые птицы готовы изменить свои социальные связи ради выгоды. Но только если речь не идет о «родственных узах».

Галка (Corvus monedula)

Галки (латинское название — Corvus monedula) — птица семейства врановых, ближайшая родственница грача и вороны. Это самый мелкий представитель рода Corvus, глава которого — сам ворон.

Ученые из Бристольского и Эксетерского университетов провели серию опытов и пронаблюдали за социальным поведением диких галок на месте их гнездования в западной части Корнуолла (Великобритания). Работу в рамках более обширного проекта Cornish Jackdaw Project, посвященного этим птицам, опубликовал журнал Nature Communications.

У галок, участвующих в проекте, на лапках надеты кольца с вмонтированными RFID-метками. Похожие используют владельцы домашних кошек и собак для чипирования своих питомцев. В корнуоллском эксперименте ученые разделили птиц на две группы — A и B — и специальным образом запрограммировали автоматические кормушки, реагирующие на RFID-метки галок.

Общая схема эксперимента с галками

Кормушки выдавали вкусных для птиц мучных червей только в том случае, когда к ним одновременно прилетали две особи из одной подгруппы (AA или BB). Если вместе прилетали галки из групп A и B, кормушки оставалась закрытыми. Когда пернатые посещали кормушки поодиночке, то получали только обычное зерно, а не более желанных червей.

Исследователи хотели выяснить, способны ли галки менять социальные связи ради лучших в плане корма результатов. Эксперимент показал, что галки умеют действовать стратегически. Они быстро научились бросать «неправильных» друзей и посещать кормушки вместе с сородичами нужной подгруппы, чтобы получить лакомство.

Однако птицы делали исключение, когда дело касалось их прямых родственников — потомства, братьев и сестер — или партнеров по спариванию, которых галки выбирают один раз и на всю жизнь. Галки сохраняли родственные отношения, даже если не получали еды из кормушек.

«С помощью эксперимента мы показали, что дикие галки научились отдавать предпочтение социальным связям с членами нужной группы (особями, которые обеспечивали большую отдачу от социального взаимодействия в целях получения пищи). Однако изменения в системе их социальных взаимоотношений были ограничены сохранением ценных, ранее существовавших связей», — отметили исследователи.

Также ученые подчеркнули, что полученные результаты имеют важное значение для понимания эволюции интеллекта, поскольку показали, что способность отслеживать и запоминать информацию о социальных партнерах может приносить пользу.

Статья спизжена отсюда

На другой планете впервые нашли признаки вещества, которое на Земле вырабатывают водоросли

Наблюдения за экзопланетой в ста с лишним световых лет от нас позволили выявить в ее атмосфере газы, которые могут указывать на поверхностный водный океан. Еще там нашли признаки органического соединения, которое на Земле выделяют только живые организмы.

Экзопланета K2-18 b в представлении художника

В 2015 году на орбите звезды красного карлика K2-18 в созвездии Льва космический телескоп NASA «Кеплер» обнаружил экзопланету, которую обозначили как K2-18 b. Расстояние от нее до Земли — 120 световых лет, а само открытие было сделано с помощью транзитного метода. Он основан на обнаружении падения светимости звезды во время прохождения планеты перед диском родительского светила.

Дальнейшие наблюдения за K2-18 b, проведенные космическими телескопами «Спитцер» и «Хаббл», показали, что экзопланета в 8,6 раза массивнее Земли, а ее радиус в 2,6 раза больше земного. В ее атмосфере много водяного пара, есть водород и гелий.

Помимо этого, выяснилось, что K2-18 b вращается в так называемой зоне обитаемости — на таком расстоянии от родительской звезды, на котором планета получает необходимое количество тепла, чтобы вода на ее поверхности не превращалась в лед, а существовала в жидком состоянии.

Размер обитаемой зоны, уровень радиации, частота вспышек и продолжительность жизни звезд разного типа: красных (сверху), оранжевых (в центре) и желтых (снизу) карликов

Размер обитаемой зоны для разных типов звёзд

Иными словами, K2-18 b оказалась «суперземлей» — миром, масса которого превышает массу Земли, но меньше массы Нептуна, обладающим гелиево-водородной атмосферой с водными облаками и находящимся в «зоне обитаемости». В 2020 году ученые предположили, что на поверхности экзопланеты находится водный океан, кроме того, она может быть пригодна для поддержания жизни земного типа.

Чтобы оценить вероятность такого сценария, необходимо глубже исследовать состав атмосферы K2-18 b, ведь по наличию определенных газов можно понять, какие условия там существуют. Проблема в том, что подобные экзопланеты довольно сложно изучать, их буквально затмевает свет гораздо более крупных родительских звезд. Для детального анализа подходят лишь немногие методы исследования экзопланет, к тому же для полноты картины наблюдения важно проводить более чувствительными приборами с высокой разрешающей способностью.

К счастью, такие инструменты у людей имеются — самый большой и мощный космический телескоп в истории человечества «Джеймс Уэбб». Группа астрономов из Кембриджского университета (Великобритания) задействовала эту орбитальную обсерваторию, чтобы проанализировать свет родительского светила экзопланеты K2-18 b, проходящий через ее атмосферу, и определить наличие газов. Во время прохождения экзопланеты на фоне диска звезды свет последней проникает в верхние слои атмосферы экзопланеты, поэтому, изучая спектр этого света, можно выявить химические элементы, которые присутствуют в атмосфере космического тела. Результаты работы британские астрономы готовят к публикации в The Astrophysical Journal Letters, сейчас с ними можно ознакомиться на сайте ESA.

Данные, полученные телескопом «Уэбба», показали, что в атмосфере K2-18 b присутствуют углекислый газ (CO2), метан (CH4) и углерод (С). Наличие метана и углекислого газа в атмосфере экзопланеты, как предположили исследователи, подтверждает гипотезу о том, что под гелиево-водородной газовой оболочкой K2-18 b находится жидкий океан.

Метан легко разрушается под воздействием ультрафиолета, поэтому для поддержания его уровня в атмосфере необходимы постоянные источники. На Земле основные природные источники метана — озера, океаны, болота и живые организмы.

Спектры K2-18 b, полученные с помощью приборов «Уэбба» NIRISS (устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф) и NIRSpec (спектрограф ближнего инфракрасного диапазона). В атмосфере экзопланеты выявлено наличие метана, углекислого газа, а также признаки молекул диметилсульфида

Также телескоп обнаружил в атмосфере K2-18 b признаки молекулы органического соединения диметилсульфида (CH3SCH3). На нашей планете это продукт жизнедеятельности бактерий, еще его выделяют микроскопические водоросли, то есть на Земле диметилсульфид в скольких-нибудь заметных количествах производят только живые организмы.

«Результаты нашего исследования стали возможны благодаря беспрецедентной чувствительности "Уэбба", телескоп помог обнаружить спектральные особенности K2-18 b всего за два прохождения экзопланеты на фоне диска родительской звезды. Для сравнения, одно наблюдение транзита с "Уэбба" обеспечило точность, сопоставимую с восемью наблюдениями транзита с "Хаббла", проведенными в течение нескольких лет и в относительно узком диапазоне длин волн», — объяснил один из авторов исследования Субхаджит Саркар.

Ученые пока не делают поспешных выводов о том, что K2-18 b может быть пригодна для жизни земного типа. Они подчеркнули, что для подтверждения этой гипотезы нужны дальнейшие наблюдения, которые позволят точнее определить концентрацию диметилсульфида в атмосфере экзопланеты.

В будущих исследованиях британские астрономы планируют использовать спектрометр «Джеймса Уэбба» MIRI (прибор среднего инфракрасного диапазона), который, как надеются ученые, подтвердит их выводы и поможет измерить концентрацию газов в атмосфере, что еще больше прояснит, какие условия существуют на K2-18 b.

Стоит отметить, что хотя экзопланета находится в «зоне обитаемости» и, как теперь стало известно, в ее атмосфере содержатся молекулы метана, углекислого газа и углерода, это не означает, что на K2-18 b может быть пригодная для жизни обстановка. Большой размер экзопланеты (радиус в 2,6 раза больше земного) говорит о том, что значимую часть ее «внутренностей» может занимать мантия изо льда, как на Нептуне. С другой стороны, если там на поверхности плещется жидкий океан, он может быть слишком горячим, чтобы поддерживать жизнь.

Статья спизжена отсюда

Марсоход Perseverance доказал, что может обеспечить человека кислородом на 3.5 часа

Один из инструментов ровера Perseverance — эксперимент MOXIE — успешно завершил свою научную миссию на Марсе. Это демонстратор технологии выработки кислорода из местной атмосферы, которая состоит преимущественно из углекислого газа. Прибор благополучно превысил минимальный порог производительности почти вдвое, показав, что у будущих марсианских колонистов есть надежный способ получения воздуха для дыхания.

Фрагмент селфи Perseverance в местечке Three Forks, где ровер оставил несколько трубок с образцами для дальнейшей отправки на Землю. Панорама составлена десятков отдельных снимков, сделанных камерой WATSON на манипуляторе марсохода. Съемка велась на 684 сол (марсианский день) миссии — 22 января 2023 года

Работающий не покладая манипулятора уже два с половиной года марсоход Perseverance несет на борту не только инструменты для поиска следов внеземной жизни. Одна из четырех его главных задач — проверить ключевую технологию, необходимую для колонизации Марса.

Чтобы не везти весь необходимый для дыхания кислород вместе с собой, перспективные миссии к Красной планете должны иметь возможность вырабатывать его на месте. Для этого ровер оснастили прибором Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE).

В минувшую среду Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) отчиталось об успешном выполнении этой задачи. Устройство MOXIE в 16-й раз включилось 7 августа, выработав 9,8 грамма кислорода. Всего за время, прошедшее с посадки марсохода и начала его полноценного функционирования, прибор произвел 122 грамма кислорода.

Этого достаточно для поддержания жизнедеятельности небольшой собаки на протяжении десяти часов. Взрослому человеку в состоянии покоя такого количества кислорода хватит примерно на три с половиной часа.

Минимальный порог, который команда эксперимента обозначила в качестве успеха MOXIE, — шесть граммов кислорода в час. Его удалось превзойти вдвое, достигнув максимально возможной производительности прибора. Теоретически возможна еще большая эффективность, но ее продемонстрировать не позволяет уже энергосистема марсохода. В пике MOXIE потребляет 300 ватт электроэнергии, которые ровер вынужден предварительно запасать в аккумуляторе, так как электрическая мощность радиоизотопного генератора Perseverance составляла 110 ватт на момент запуска и с тех пор только уменьшается.

Для выработки кислорода в MOXIE используется процесс высокотемпературного электролиза. Забортный воздух, состоящий на 95 процентов из углекислого газа (остальное — азот и аргон), проходит через фильтр для очистки от пыли. Далее с помощью спирального компрессора его давление повышается до земного.

На следующем этапе газы нагреваются примерно до 800 градусов и поступают в электролизные ячейки. Там в результате термического разложения и электрокатализа молекулы углекислого газа теряют по одному атому кислорода — превращаются в молекулы угарного газа.

Установка разработанного Массачусетским технологическим институтом прибора MOXIE в марсоход Perseverance, март 2019 года

Освободившиеся ионы кислорода, получив электроны с катода, взаимодействуют с керамическими пластинами из стабилизированных скандием оксидов циркония и иттрия. Этот тип керамики обладает свойством проводить ионы кислорода. Они, в свою очередь, перемещаются сквозь пластины на анод, где соединяются в молекулярный кислород. Получившийся газ проверяется на чистоту (нужно не менее 98 процентов), после чего вместе с остатками CO2 и CO выбрасывается обратно в атмосферу.

Успех MOXIE по праву можно считать важнейшей вехой в развитии технологий освоения других небесных тел. Это первый в истории эксперимент по выработке необходимых для жизнедеятельности человека ресурсов на другой планете. Кислород потребуется будущим колонистам не только для дыхания. Это также окислитель для ракет на обратную дорогу домой.

Результаты работы MOXIE позволят повысить эффективность используемого технологического процесса и разработать полноразмерную систему обеспечения. По плану следующая установка уже должна производить не менее двух килограммов кислорода в час, потребляя 25-30 киловатт электроэнергии. После выработки кислород, естественно, будет не выбрасываться обратно в атмосферу, а храниться в жидком виде.

Статья спизжена отсюда