Практический тур Санкт-Петербургской олимпиады состоится 2 марта в школе №77.
Обновления на
Астрономы из центра астрофизики в Гарварде (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) обнаружили в 50 световых годах от Земли необычного белого карлика диаметром 4 тысячи километров, состоящего почти полностью из кристаллического углерода. При чудовищном тяготении звезды — это именно алмаз.
Лидер группы, обнаружившей алмазную звезду, астроном Трэвис Меткалф (Travis Metcalfe) называет её "матерью всех алмазов" и добавляет, что многие уже придумали ей прозвище "Люси" в честь песни Биттлз "Люси в небесах с алмазами".
Интересно, что этот мега-алмаз ещё и звонит как гонг — его поверхность совершает пульсации. И хотя звук в космосе не распространяется — пульс этот можно изучить, анализируя излучение звезды. Именно этот анализ показал необычное внутреннее строение карлика.
Почти все сведения о Европе, которые есть у ученых, получены от космического корабля "Галилей", который завершил свою работу в 2003 году. Хотя в научном мире распространено представление о Европе как спутнике, покрытом слоем водяного льда, скрывающего расположенный на глубине несколько километров соленый океан, исследователи, изучавшие самые последние измерения, обнаружили в спектре света, отраженного от покрытой льдом поверхности признаки присутствия перекиси водорода и сильных кислот, чей pH, если они находятся в жидком состоянии, приближается к нулю. Ученые затрудняются сказать, покрывают ли эти вещества поверхность тонким слоем, или же просачиваются из находящегося внизу океана. Перекись водорода, по-видимому, образуется на поверхности, когда заряженные частицы, задержанные магнитосферой Юпитера, сталкиваются с молекулами воды на Европе.
Но при этом часть поверхностного льда богата чем-то, что очень напоминает кислотные соединения. Роберт Карлсон из Jet Propulsion Laboratory (США) полагает, что это серная кислота. Он считает, что в некоторых местах до 80% поверхностного льда могут состоять из концентрированной серной кислоты, и предполагает, что это вещество могло образоваться при бомбардировке поверхности атомами серы, выброшенными в пространство вулканами на Ио, другом спутнике Юпитера.
Другие ученые полагают, что кислота могла просочиться из подповерхностного океана Европы. В доказательство этого они указывают, что максимальная концентрация предполагаемой кислоты наблюдается в тех областях, где, судя по особенностям поверхности, жидкость из океана выходила на поверхность и здесь замерзала. Возможно, кислота образовалась из растворенных в океане солей, по преимуществу сульфатов магния и натрия. Интенсивное излучение на поверхности вызвало цепь химических реакций, в результате которых образовалось большое количество серной кислоты и других соединений серы.
Третьи считают, что серная кислота на поверхность могла попасть непосредственно из океана. Джефф Каргель из Геологической службы США полагает, что "сердце" Европы состоит из горной породы, а подводные вулканы выбрасывают сернистые соединения и кислород, которые в воде вступают в реакцию с образованием серной кислоты.
Все эти предположения резко уменьшают вероятность обнаружения жизни на Европе, поскольку сильные кислоты склонны разрушать органические соединения. Тем не менее, возможность существования жизни не исключается – некоторые земные бактерии неплохо себя чувствуют в среде с уровнем кислотности около 0.
Еще один удар по надеждам найти на Европе жизнь нанес Пол Шенк из Института планет и спутников (США), который сообщил, что темное пятно на поверхности Европы – углубление на 350 метров, расположенное рядом с холмом высотой 900 метров – а значит, общий перепад высоты составляет 1250 метров. По его расчетам, чтобы поддержать такой рельеф, необходим слой льда толщиной от 10 до 30 километров – это слишком много для любого зонда, способного бурить отверстия.
Исследователи вряд ли узнают еще что-нибудь из данных, собранных "Галилеем". Сделанные зондом измерения касаются только малой части поверхности спутника, а большая часть деталей неразборчива из-за фонового "шума" и низкого разрешения.
Алмазы становятся больше, красочнее и более дешевыми благодаря химии. Синтетические алмазы, производство которых растет и достигает уже порядка 100000 карат в год. Прогресс в совершенствовании методов получения алмазов искусственным путем со временем похоже полностью позволит заменить и исключить добычу алмазов.
О новых достижениях в области синтетических алмазов сообщалось 2 февраля в выпуске Chemical & Engineering News, еженедельного общественно-политического журнала Американского Химического Общества.
До сих пор синтетические алмазы находили применение лишь в технических целях (в основном для резки), они были крошечны и не подходили качестве драгоценных камней. Только недавно прогресс в производстве синтетических алмазов позволил производить большие камни с качеством драгоценного камня. По цене они составляют лишь одну треть от цены добытых алмазов.
Компании типа Gemesis во Флориде и Apollo Diamond в Бостоне теперь выращивают алмазы, которые по своим размерам могут превосходить карат и фактически неотличимы от природных алмазов. Даже по химической и физической структуре они идентичны. Производство алмаза начинается с крошечного алмазного "семени", вокруг которого вырастает новый алмаз. Но это не единственная роль химии на алмазном рынке. Даже естественные алмазы могут быть изменены химическим путем, говорится в статье журнала. Цветные алмазы, которые являются очень ценными и очень редкими, могут быть созданы, вводом особых примесей в камень. Например, азот производит желтый камень. Введение бора в растущий алмаз дает ему синий цвет.
Все это приведет к снижению цен на рынке алмазов и разрушению монополии Южноафриканской компании Де-Бирс. Добыча алмазов станет невыгодной и может прекратиться. Потеряют и те, кто вкладывает деньги в алмазы.
Топливные элементы, напомним, являются наиболее перспективными источниками питания для различных портативных устройств - ноутбуков, карманных компьютеров и пр. Однако существующие образцы работали на метаноле - токсичном веществе, опасном для организма человека. Кроме того, применение метанола сокращает природные запасы органического топлива.
Американские ученые предлагают решить проблему путем синтеза водорода из полученного из растений (например, из кукурузы) этилового спирта. В частности, продемонстрированный прототип использует в качестве топлива смесь этилового спирта, воды и атмосферного воздуха, которая пропускается через пористую мембрану-катализатор на основе родия. При этом родий нагревается до 800 градусов Цельсия, а в H2 преобразуется свыше 95 процентов водорода, содержащегося в смеси. Миниатюрный реактор может устанавливаться в топливные элементы рабочей емкостью до 350 ватт-часов, стоимость электричества в этом случае не превысит $0,04 за киловатт-час.
Впрочем, о массовом производстве этаноловых топливных элементов речь пока не идет. Дело в том, что эксперименты с применением этанола в двигателях внутреннего сгорания дали весьма неутешительные результаты: эффективность работы таких установок не превышает 20 процентов.
Сейчас почти во всем мире ученые занимаются разработкой научно-технической базы, которая бы позволила в будущем перейти на использование водорода в качестве основного топлива для двигателей внутреннего сгорания и топливных элементов. Однако попытки применить водород на практике натыкаются на трудность его хранения. Для работы с водородом его приходится держать либо в сжатом, либо в жидком виде, что требует соответствующего оборудования для работы либо с экстремально высоким давлением, либо с крайне низкими температурами, стоимость которого очень велика.
Новый метод был предложен командой из двух ученых - отца и дочери Дэвида и Уэнди Мао. Они поместили в камеру высокого давления, применяющуюся для синтеза искуственных алмазов, смесь из воды и водорода. В ходе одного из опытов, при давлении около 20000-30000 атмосфер и температуре -196°:C, в камере образовалось вещество клатрат-гидрат водорода. Оно представляет собой лед, который, перед тем как замерзнуть, поглотил значительной объем водорода. Самым важным является что, что эта замерзшая водородно-водяная смесь сохраняет устойчивость при понижении давления вплоть до атмосферного и повышении температуры до -133°:C. Это значит, что для хранения "топливного льда", который при таянии выделяет значительное количество водорода, достаточно охлаждать его дешевым жидким азотом.
Были успешно проведены аналогичные опыты с водородно-октановыми и водородно-метановыми смесями, но лучшие результаты показала все-таки водородно-водяная смесь.
Семейство Мао уже запатентовало технологию получения нового вещества. Однако само по себе это не сулит им значительной прибыли в будущем, ведь для того чтобы разработать методику получения нового топлива в промышленных масштабах, требуется провести еще массу исследований.
Стволовые клетки, как известно, представляют собой особую категорию клеток. Они способны в случае необходимости трансформироваться в любой тип ткани и быстро размножаться, участвуя в процессе заживления поврежденных тканей. В молодости человек быстро растет и развивается именно за счет присутствия в организме большого количества стволовых клеток. Из стволовых клеток получаются отличные пересадочные материалы для пересадки тканей, например, в случае обширных ожогов. К сожалению, со временем количество стволовых клеток в организме уменьшается, а получать их естественным путем из обычных клеток не получается.
Естественно, что на получение стволовых клеток брошены весьма внушительные научные силы. Одни ученые пытаются клонировать стволовые клетки, взятые из эмбрионов, а другие пытаются найти способ сделать стволовые клетки из "обычных" клеток организма, например кровяных. По данным журнала Nature, Шэн Дин совместно со своими коллегами из Научно-исследовательского института имени Скриппса в Ла-Джолле (Калифорния) открыли вещество, которое, будучи добавлено в раствор, содержащий клетки мышечной ткани мыши, преобразует их в клетки нового типа, получившие условное название "пустые клетки". Эти пустые клетки (пока непонятно, насколько они идентичны стволовым клеткам) способны трансформироваться в жировые клетки и клетки костной ткани. В ходе поисков ученые перепробовали около 50000 различных химических веществ.
В настоящее время ученые пытаются тщательно задокументировать все аспекты проведенной ими работы, а также планируют исследовать влияние реверсина (reversine, такое название получило новое вещество) на клетки человеческой ткани. Необходимо также определить, какой процент клеток мышечной ткани переживает подобные превращения, и не содержат ли новообразованные клетки каких-либо опасных патологий.
Металлический снег на Венере был обнаружен в 1995 году при анализе данных, собранных экспедицией "Магеллан" 1989 года. Тогда ученые показали, что именно такой снежный покров толщиной всего несколько миллиметров мог дать яркие пятна на полученных с помощью радара картах. Гипотеза металлического снега прижилась в научном сообществе, но его химический состав оставался неизвестным (выдвигались предположения о 98 возможных металлических соединениях). Американские ученые рассуждали следующим образом: эти соединения должны были быть выброшены в атмосферу вулканами. Выброшенные вулканами вещества должны оставаться в газообразном состоянии, пока не достигнут достаточно высоких атмосферных слоев (где будет достаточно низкая температура), чтобы начать конденсироваться. Поскольку температура понижается с увеличением высоты, то, учитывая, на какой высоте остается снег, можно представить, где эти вещества начинают конденсироваться.
Группа составила список всех возможных соединений и на основании знаний о химической термодинамике сузила "список подозреваемых". Так был исключен теллурий - исследователи показали, что даже если вулканы выбрасывают это вещество в атмосферу, оно не сможет нам сконденсироваться, а вступит в реакцию с диоксидом серы, превратясь в сульфид теллурия. Сульфиды свинца и висмута выдали себя диэлектрической постоянной. У большей части извергаемой вулканами породы она невысока - не более 4, а у поверхности венерианских высокогорий она гораздо выше - около ста. Такое значение может быть у полупроводника или проводника, и из всех веществ в списке подозреваемых только у сульфидов свинца и висмута было нужное значение.
В данный момент водород для энергетики добывается в основном из натуральных газов. Этанол же, который предлагают использовать ученые, можно эффективно добывать, к примеру, из кукурузы. Ранее существовали разработки машин на этаноле, но эффективность их двигателей не превышала 20%. Теперь же ученые утверждают, что если использовать этанол для выработки водорода в качестве топлива, эффективность такого процесса может достигать 60%. Более того, чистота этанола в этом случае не играет большой роли, что существенно удешевляет процедуру, пишет журнал PhysicsWeb.
По подсчетам исследователей, в будущем можно будет производить пять молекул водорода из каждой молекулы этанола. Сейчас это соотношение составляет 4-1. Электричество, производимое таким реактором, будет стоить около 0,04 доллара за киловатт/час.
Как известно из статистической физики, частицы, подчиняющиеся статистике Ферми-Дирака и статистике Бозе-Эйнштейна, при приближении к абсолютному нулю температуры ведут себя принципиально по-разному. В последние годы неоднократно сообщалось о Бозе-конденсации газов, состоящих из атомов с целым значением полного спина, когда при сверхнизких температурах газ вырождается в совокупность уже неразличимых частиц в состоянии с наименьшей возможной энергией. По сути, все атомы-бозоны в таком конденсате имеют одинаковый набор квантовых чисел.
Для ферми-частиц же с полуцелым спином действует принцип Паули, запрещающий двум тождественным частицам находиться в одинаковых квантовых состояниях. При этом энергетические уровни можно представить в виде ступенек узкой веревочной лестницы, на каждой из которых может находиться не больше одного фермиона. Тем не менее, когда из пары скоррелированных фермионов формируется бозон, становится возможна конденсация и, как показали исследования, сверхтекучесть и сверхпроводимость.
Такое спаривание частиц обычно рассматривается в двух предельных случаях: слабой связи, соответствующей случаю куперовских пар в теории БКШ; и сильной связи - с образованием молекулы, подчиняющейся уже статистике Бозе-Эйнштейна. Молекулярный конденсат из фермионов удалось получить в прошлом году нескольким исследовательским группам.
Однако группе ученых из лаборатории Национального института стандартов и технологий США (NIST) в г. Боулдер удалось добиться резонансной конденсации пар слабо скоррелированных индивидуальных атомов 40K, подчиняющихся фермиевской статистике, при 300 нанокельвинах. Новизна и важность этого достижения состоят в том, что величина связи между атомами в паре значительно превышает энергию связи в куперовской паре, но и молекулой такая пара также не является. Последнее утверждение было проверено экспериментально: величину связи можно изменять с помощью внешнего магнитного поля, а сравнение поведения молекулярного конденсата после освобождения из оптической ловушки с поведением вновь полученного фермионного конденсата дало существенно различные результаты. Такое отличие дает возможность еще более глубоко изучить природу течения жидкостей без сопротивления в экстремальных условиях и, возможно, добиться-таки сверхпроводимости при комнатной температуре, поскольку отношение критической температуры к температуре Ферми здесь на порядки выше, чем в большинстве известных сверхпроводников.
А.Крашенинников
