Содержание
10 научных головоломок, которые поможет решить Антарктида
Южный континент – самый холодный на Земле. В 2018 году здесь зафиксировали температуру -98°С. Климатические условия абсолютно непригодны для жизни. И, тем не менее, люди с упорством, достойным восхищения, круглогодично изучают Антарктиду. Учёные уверены, что здесь найдут ответы на главные головоломки человечества, ведь многое на ледяном континенте выходит за рамки нашего естественно-научного представления.
От чего вымерли динозавры?
Большие, страшные, с гигантскими зубами! Да, да, в Антарктиде тоже жили динозавры. Первые незначительные останки учёные обнаружили в 1986 году, потом в 2006. Но четыре года назад во время экспедиции на остров Джеймса Росса палеонтологи нашли более тонны костей.
Этого материала должно хватить для детального анализа и, возможно, понять, отчего вымерли динозавры? Отдельным образцам больше 71 млн лет. Уже известно, что среди останков есть кости плезиозавров и мезозавров, доисторических птиц и даже уток конца мелового периода.
Каким путём может пойти эволюция в замкнутом пространстве при низких температурах?
Подлёдное озеро Восток – крупнейшее географическое открытие ХХ века. Своё название водоём получил в честь русской антарктической станции, расположенной над ним. Скрытое четырёхкилометровым панцирем льда оно приберегло множество сюрпризов для учёных. Размер озера 15 500 кв. километров, что больше острова Кипр в полтора раза, а глубина 1200 метров, что всего на 400 метров мельче озера Байкал. Существование озера, как и других подлёдных озёр, предсказал Андрей Капица в 1955–1957 годах. Официальное открытие произошло совсем недавно, в 1996 году, усилиями российских полярников. Учёные уверены, что озеро было отрезано ледником от внешнего мира на протяжении нескольких миллионов лет.
Инфографика пресс-служба РГО
Температура воды в подлёдном озере 2-3 градуса ниже нуля. Почему же озеро Восток не замерзает? Есть две гипотезы. Первая – его подогревают геотермальные источники.
Вторая – вода не меняет агрегатного состояния из-за колоссального давления сверху (около 400 атмосфер).
Скважину ко дну озера в рамках международного проекта бурили в несколько этапов. В проекте участвовали французы, немцы и американцы. Бурение начали в 1989 году, а приостановили в 1999 из-за опасения загрязнить уникальную экосистему. В 2006 году бурение возобновили и закончили в 2013.
Активный этап изучения озера начался с 2015 года. Сначала в пробах с поверхности озера учёные отсеяли контаминанты – микроорганизмы и их ДНК, занесённые в озёрный лёд людьми во время бурения. Затем микробиологи рассмотрели фрагменты ДНК двух бактерий из озера. Одна из них оказалась совершенно незнакомой биологам; её ДНК совпала с известными последовательностями всего на 86%. Эксперты говорят, что она «вполне могла бы сойти за инопланетянку». Вторая бактерия, родственная Herminiimonas glaciei, оказалась похожей на вид, обитающий в ледниках Гренландии.
Учёные надеются: главные открытия им принесут пробы со дна озера.
Ведь, если воду на дне подогревают термальные источники, она пригодна для жизни, и там могут обитать невероятные существа, порождённые эволюцией в замкнутой экосистеме озера Восток.
Как работает климатическая кухня Земли?
Арктика и Антарктика – два места, которые названы учёными климатической кухней Земли. От того, какие процессы там происходят, зависит погода на всех континентах.
И хотя учёные ведут за материком постоянные наблюдения, иногда им приходится сталкиваться с сюрпризами. Так, в 2017 году на поверхности Антарктиды образовалась крупная дыра. Её первоначальная площадь составляла 9500 квадратных километров, но затем возросла до 800 000 квадратных километров. В итоге дыра слилась с открытым океаном.
Учёные стали искать причину её образования. Но все гипотезы были не слишком убедительны, люди насчёт воронки выдвигали десятки антинаучных теорий. К 2019 году благодаря совокупности спутниковых данных и построенных климатических моделей, исследователи пришли к выводу, что это «ледяная полынья», которая стала следствием сильных циклонов.
По мнению экспертов, штормовой ветер вызвал смещение льда и выход теплой воды на поверхность, из-за чего воронка несколько месяцев не замерзала. Слившись с мировым океаном, полынья могла оказать большое влияние на региональный климат, изменив циркуляцию воды в океане.
Глобальное потепление может усилить активность полярных циклонов, поэтому дыры на поверхности Антарктиды могут образовываться всё чаще. Это по цепочке вызовет серьёзные изменения погоды во всём мире.
Какое влияние оказывает Антарктида на климат? Учёные постоянно ищут ответ на этот вопрос, и всегда находят новые ответы.
Почему сгорел лес на праматерике Гондвана?
В 2014 году группа учёных из университета города Сиены обнаружила окаменелости древнего леса в Антарктиде на холме Аллан. Открытие подтвердило гипотезу о том, что когда-то на шестом континенте простирались тропические леса.
Учёные исследовали остатки деревьев и пришли к выводу, что растительность в Антарктиде могла исчезнуть в результате извержения вулкана или падения крупного астероида.
Произошло это около 250 миллионов лет назад. На древних деревьях видны отметины крупного пожара. На некоторых образцах следы огня обнаружены только на тех сторонах, которые были направлены вверх. Исследования продолжаются. Возможно, вскоре мы узнаем, что уничтожило леса на суперконтиненте Гондване, частью которого была и Антарктида.
Что будет, если взорвутся антарктические вулканы?
Под панцирем самого холодного континента скрывается горячее «тело». Учёные из Эдинбургского университета обнаружили в Антарктиде самую крупную в мире гряду вулканов. Пока в неё входит 91 объект и неизвестно, сколько из них действующие. В отдельных местах вулканы скрыты 2-километровой толщей льда. Континент исследовали при помощи радаров и другой специальной техники. Высота вулканов от 100 до 3,85 тыс. метров, почти все они находятся на западной окраине материка. Открытие – настоящий прорыв в антарктической вулканологии. Ранее было известно о существовании 47 антарктических вулканов.
Исследователи уверяют, что под шельфом ледника на дне моря скрываются и другие вулканы. Это открытие поставило перед учёными новую задачу: растают ли ледники, если произойдёт извержение вулкана? А что, если вулканов будет несколько?
Какая жизнь существовала на «мокром Марсе»?
В Антарктиде метеоритов нашли больше, чем на любом другом континенте. Благодаря мгновенной консервации «булыжники с неба» на протяжении тысячелетий остаются неизменными и представляют интерес для учёных.
Так, марсианский метеорит, известный нам под названием Allan Hills 84001, нашли в декабре 1984 года в горах Алан Хиллс в Антарктиде. На этом космическом теле обнаружили окаменелые микроскопические структуры. Учёные предполагают, что это бактерии внеземного происхождения. В пользу этой гипотезы говорит размер найденных структур: 20–100 нанометров в диаметре. Это значительно меньше любой известной нам формы клеточной жизни.
Учёные предполагают, что болид откололся от Марса 4 млрд лет назад.
В это время там ещё была жидкая вода. Остальные метеориты, найденные на Земле, относятся к более позднему периоду.
Когда земля кровоточит?
В 1911 году австралийский географ Гриффит Тейлор обнаружил Кровавый водопад. Вероятно, в первые моменты учёного охватил ужас: из-под белой шапки льда вытекает жидкость, похожая на кровь, есть, где разгуляться фантазии. Тейлор предположил, что в красный цвет водопад окрашивают водоросли.
Загадку разгадали только в 2009 году. Оказывается, цвет появляется от окислов железа, которые содержатся в воде в большом количестве. Учёные из Гарвардского университета проанализировали химический и изотопный состав жидкости и доказали, что подлёдное озеро, в котором своё начало берёт водопад, заселено микроорганизмами. Поскольку там нет света, необходимого для фотосинтеза и питательных веществ, поступающих извне, жизненную энергию они получают, восстанавливая растворённые в воде сульфаты до сульфитов с последующим их окислением ионами трёхвалентного железа, поступающего в воду из донного грунта.
На основе этой экосистемы астробиологи строят предположения о возможности сохранения жизни в аналогичных условиях на других планетах солнечной системы: под ледяными шапками Марса или в океанах спутника Юпитера – Европы.
Что ждёт землян на Марсе?
В долине Мак-Мердо удобно проводить исследования – ни снега, ни воды. Это самая большая (около 8 тыс. км²) не покрытая льдом область в Антарктиде. Катабатические ветра достигают скорости 320 км/ч. Это самая большая скорость ветров на Земле.
Катабатический ветер – плотный и холодный воздушный поток, направленный вниз по склонам земной поверхности (с горных перевалов), а также нисходящие струи холодного воздуха в кучево-дождевых облаках.
По подсчётам учёных, эта долина свободна ото льда и снега вот уже 8 млн лет. Температура в долине никогда не превышает 0ºС, а в среднем составляет около −14ºС.
Сухие долины Мак-Мердо настолько близки к природным условиям Марса, что НАСА проводило там испытания спускаемых космических аппаратов «Викинг».
Что произойдёт, если растает лёд Антарктиды?
Большая часть Антарктиды покрыта льдом толщиной до 4,8 км. Антарктический ледяной щит содержит в себе 80% всей пресной воды нашей планеты. Сегодня мир наблюдает первые признаки глобального потепления в Антарктиде: разрушаются крупные ледники, появляются новые озёра, а почва лишается своего ледяного покрова.
Как изменится мир, если ледники Антарктиды растают? Учёные подсчитали, что уровень мирового океана поднимется почти на 60 метров.
Россия значительно не пострадает. Высота Москвы над уровнем моря – 130 метров, и новый всемирный потоп её не затронет. Под воду уйдут такие крупные города, как Астрахань, Архангельск, Санкт-Петербург, Новгород и Махачкала. Крым станет островом – над морем будет возвышаться только его горная часть. В Краснодарском крае затопит только Новороссийск, Анапу и Сочи. Сибирь и Урал останутся в прежнем виде.
Полностью исчезнут Прибалтика, Дания и Голландия. Не будет Лондона, Рима, Венеции, Амстердама и Копенгагена.
В США не станет Вашингтона, Нью-Йорка, Бостона, Сан-Франциско, Лос-Анджелеса и других крупных прибрежных городов.
Если таяние льда будет происходить постепенно, у человечества есть шанс приспособиться к новому миру.
Как женский организм адаптируется к экстремальным условиям?
В Антарктиде работают преимущественно мужчины. Считается, что их психика более приспособлена к суровым условиям и долговременной изоляции.
7 декабря 1988 года из «Мирного» к станции «Восток» в Антарктиде стартовал лыжный женский экспериментальный научно-спортивный отряд «Метелица». Эту экспедицию иначе как «безумие» не называли. «Восток» находится в глубине материка – в 1253 км от Южного полюса, в 1410 км от станции «Мирный» и в 1260 км от ближайшего побережья. Толщина ледникового покрова здесь составляет 3700 м. Старт экспедиции назначили на короткое антарктическое лето, когда средняя температура -35ºС.
У спортсменок к этому времени накопился арктический опыт длительных переходов, но в Антарктиде условия гораздо суровее.
До наших лыжниц женщины здесь были трижды: лейтенант ВВС США, советская журналистка и учёная американской антарктической станции «Мак-Мердо».
Экипировка лыжниц была лучшей для своего времени: пуховые костюмы и спальные мешки, меховые рукавицы и казанские унты.
Маршрут «Метелицы» проходил в условиях низких температур, сильных ветров, высокой солнечной активности. Его целью было углублённое изучение адаптационных механизмов женского организма в экстремальных условиях. В состав экспедиции входило пять врачей: терапевт, хирург, эндокринолог, травматолог, врач-гинеколог. С собой медики взяли походную лабораторию для ежедневного забора крови спортсменок.
За 57 дней лыжницы прошли 1420 километров по маршруту станция «Мирный» – ст. «Комсомольская» – ст. «Восток». Только одну девушку эвакуировали из-за отёка лёгких, вызванного горной болезнью.
Результаты исследований, полученные в результате этой экспедиции, актуальны до сих пор. Учёные выявляли возможности организма в экстремальных условиях, процессы обморожения, гангрены, регенерации.
Так, благодаря комплексным исследованиям в Антарктиде русские медики далеко продвинулись в лечении синдрома диабетической стопы. Кроме того, эти данные используются в космических программах. Кто знает, каково там, на Марсе?
Наталья Мозилова
Космические нейтрино высоких энергий рождаются квазарами
Нейтрино — элементарные частицы, не имеющие заряда и обладающие чрезвычайно малой массой. Они рождаются в ядерных реакциях и взаимодействиях элементарных частиц повсюду во Вселенной, и после фотонов это самые распространённые в ней частицы. Их число огромно. Каждую секунду через квадратный сантиметр поверхности на Земле проходят более 60 миллиардов нейтрино. Интересны они тем, что очень слабо взаимодействуют с веществом, не участвуя ни в электромагнитном, ни в сильном взаимодействиях. Они способны пролететь сто световых лет сквозь воду, не задев ни один атом. Солнце, а тем более Земля для них просто прозрачны. Это делает нейтрино источником важнейшей информации о процессах, происходящих во Вселенной и, в частности, внутри звёзд.
Ведь только они могут добраться до нас из недр звезды или глубин космоса без изменения. Для сравнения, фотонам необходимо, по разным оценкам, от десятка до сотен тысяч лет для того, чтобы выбраться из ядра Солнца на его поверхность, испытав многократное переизлучение.
Нейтринная обсерватория IceCube в Антарктиде. Более 5000 детекторов погружены глубоко в толщу льда, на поверхности лишь лаборатория, в которой размещены компьютеры, собирающие данные. Фото Фелипе Педрероса.
Участники эксперимента Baikal-GVD готовят к погружению под лёд детектор черенковского излучения, помещённый внутрь прозрачного шара, выдерживающего давление полутора километров воды. Этот детектор будет регистрировать и передавать по кабелю на берег информацию о слабой вспышке, сопровождающей взаимодействие нейтрино с веществом. Фото Баира Шайбонова.
Карта неба, цветные пятна на которой показывают вероятность прихода нейтрино из данного направления. Чем темнее пятно (от белого к жёлтому — красному — синему — чёрному), тем выше вероятность.
Квазары показаны зелёными кружками.
‹
›
Открыть в полном размере
В последнее десятилетие международная нейтринная обсерватория IceCube, расположенная в Антарктике, постоянно регистрировала нейтрино сверхвысоких энергий, более двухсот триллионов электронвольт (ТэВ). Несколько таких нейтрино найдено в российском эксперименте Baikal-GVD, ещё до полного запуска Байкальского нейтринного телескопа. Указания на них также были получены нейтринным телескопом ANTARES, находящимся под водой в Средиземном море. Рождение нейтрино с такой энергией в земных условиях крайне маловероятно, так что можно с уверенностью говорить об их космическом происхождении. Специалисты называют их астрофизическими. Более того, исследователи не обнаружили увеличения числа нейтрино с направления, где расположен диск нашей Галактики. Это означает, что источники высокоэнергичных нейтрино лежат за пределами Млечного Пути, однако какова их природа, до настоящего времени ясно не было. Следует сказать, что помимо астрофизических существуют нейтрино, которые рождаются в атмосфере Земли и даже в самом детекторе IceCube во время взаимодействия космических лучей с веществом.
Вероятность того, что событие имеет астрофизическое происхождение, а не вызвано атмосферным фоном, растёт с увеличением энергии частицы.
Единственный известный физикам процесс, способный породить нейтрино такой большой энергии, связан с участием релятивистского протона, то есть протона, разогнанного до околосветовой скорости. Но какой «ускоритель» разгоняет эту тяжёлую частицу до гигантских скоростей? Напомним, что она в 1836 раз массивнее электрона. Даже в огромном космосе мало объектов, способных совершить такую работу.
Гипотеза о том, что источниками астрофизических нейтрино могут быть квазары, была выдвинута ещё в конце 1970-х годов. Открытые по мощному радиоизлучению в конце 1950-х годов, эти компактные, похожие на звёзды объекты излучали энергии в тысячи раз больше, чем вся наша Галактика с её сотнями миллиардов звёзд. По современным представлениям, квазары — это активные ядра галактик, где находятся сверхмассивные чёрные дыры массой в миллиарды масс Солнца. Их грандиозная гравитация заставляет окружающее вещество падать на них с огромной скоростью.
Формируется вращающийся аккреционный диск, вещество в котором из-за огромного трения разогревается до чрезвычайно высоких температур. В нём возникает сильное магнитное поле, которое, взаимодействуя с диском, порождает релятивистскую струю заряженных частиц (джет). Хотя детали рождения джетов неизвестны до сих пор, интуитивно было понятно, что процессы, происходящие вблизи сверхмассивных чёрных дыр, потенциально способны разогнать протоны до нужных скоростей и породить нейтрино. На роль источников нейтрино особенно хорошо подходили блазары — квазары, имеющие джет, направленный в нашу сторону. В этом случае излучение джета усиливается релятивистскими эффектами, что делает блазары чрезвычайно яркими.
Зарубежные исследователи для проверки этой гипотезы использовали тот факт, что в процессе рождения нейтрино обязательно также возникают гамма-фотоны. Поэтому на протяжении многих лет они пытались обнаружить источник гамма-излучения с направлений, откуда приходят нейтрино, используя космический гамма-телескоп «Ферми» (НАСА).
Однако их ждало разочарование: за 10 лет удалось найти всего один квазар, у которого совпал момент прихода нейтрино и вспышки гамма-излучения. Этого слишком мало, чтобы делать какие-либо определённые выводы.
Неожиданную идею — проследить не гамма-, а радиоизлучение квазаров, которые находятся в направлениях, откуда приходят нейтрино, — несколько лет тому назад выдвинул член-корреспондент РАН Юрий Юрьевич Ковалёв, заведующий лабораторией внегалактической радиоастрономии Астрокосмического центра ФИАН им. П. Н. Лебедева, а также лабораторией фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной в МФТИ. Идея возникла не на пустом месте: именно Ю. Ю. Ковалёв на протяжении полутора десятков лет занимался выборкой радиоквазаров по программе российской космической обсерватории «Радиоастрон» (2011—2019).
Исследовав направления прихода астрофизических нейтрино, Ю. Ю. Ковалёв и его коллеги Александр Викторович Плавин (МФТИ, ФИАН), Юрий Андреевич Ковалёв (ФИАН) и Сергей Вадимович Троицкий (ИЯИ РАН) обосновали рождение большинства таких нейтрино в блазарах.
В 2020 году они сделали это для самых энергичных нейтрино (выше 200 ТэВ), которые однозначно ассоциировались с внегалактическими источниками, а в опубликованной 19 февраля 2021 года статье в «The Astrophysical Journal» распространили свой вывод на нейтрино с энергиями, начиная с 1 ТэВ.
Российские астрофизики установили, что квазары, расположенные на небе в областях, откуда приходят нейтрино, более яркие, чем остальные. Каждый блазар по отдельности не проявляет себя как значимый источник нейтрино. Однако проведённый статистический анализ по всей их выборке демонстрирует, что большое количество блазаров вносит вклад в поток нейтрино. Статистический подход позволил решить проблему низкого разрешения нейтринных экспериментов, затрудняющего нахождение связи обнаруженных нейтрино с конкретными источниками-кандидатами.
Рассматривая имеющуюся в распоряжении выборку самых ярких блазаров, исследователи пришли к выводу, что ими можно объяснить треть от общего количества астрофизических нейтрино.
Это нижний предел, поскольку существует ещё большое количество других блазаров, которые не попали в выборку, так как слабее сами по себе или расположены дальше. Так что реальное количество нейтрино, связанных с блазарами, гораздо больше. И, скорее всего, почти весь поток астрофизических нейтрино возникает в источниках этого вида. Здесь надо отметить, что ранее это считалось невозможным. Теоретики в своих моделях полагали, что лишь немногие, уникальные квазары способны порождать нейтрино. Так что вывод российских исследователей о том, что в этом участвуют многие блазары, — настоящее открытие.
Ещё одним важным открытием стало определение области, где рождаются нейтрино. Произошло это благодаря использованию данных радиоинтерферометрии с очень длинной базой, когда участвующие в наблюдениях телескопы расположены на больших расстояниях друг от друга. Точность таких наблюдений позволила определить, что нейтрино возникают в центральных областях галактик, размером в несколько парсек, где и располагаются сверхмассивные чёрные дыры.
В исследовании авторы открытия использовали данные о сотнях тысяч нейтринных событий, полученные обсерваторией IceCube за семь лет, с 2008 по 2015 год, с энергиями от долей ТэВ до нескольких ПэВ. Заметим, что уникальные проникающие свойства нейтрино, делающие их ценным объектом исследований, крайне затрудняют регистрацию и измерение их характеристик, недаром за открытие и исследования нейтрино вручено четыре Нобелевские премии. Последняя была присуждена в 2015 году за доказательство существования осцилляций нейтрино — самопроизвольного превращения разных видов нейтрино друг в друга и, как следствие, наличия у нейтрино массы (см. статью «Оборотни микромира», «Наука и жизнь» № 11, 2015 г.). Для регистрации этих неуловимых частиц используют уникальные огромные детекторы, содержащие сотни и тысячи тонн жидкого вещества (сцинтиллятора), где происходят крайне редкие взаимодействия его молекул с нейтрино. При этом рождается быстрая заряженная частица, которую можно зафиксировать. Кроме того, двигаясь со скоростью выше скорости света в данной среде, она порождает так называемое черенковское излучение, фиксируемое сотнями фотодатчиков.
Нейтринная обсерватория IceCube расположена в Антарктиде, на глубине 1450—2450 метров в толще льда. Её название в переводе на русский язык означает «Ледяной куб», оно связано с тем, что в детекторе используется примерно один кубический километр антарктического льда. Это крупнейший на сегодняшний день детектор нейтрино. Чтобы исключить влияние частиц, порождённых другими процессами, в детекторе регистрируются только частицы, движущиеся вверх — от центра Земли к поверхности, поскольку только нейтрино способны пройти Землю насквозь. Около десяти тысяч километров вещества планеты служат надёжным фильтром, отсекающим лишние частицы. Поэтому обсерватория IceCube, находящаяся вблизи Южного полюса, наблюдает нейтрино, которые приходят с северного неба. Там расположены 1938 квазаров из используемой выборки в 3411 объектов.
IceCube фиксирует нейтринные события двух типов: каскады и треки. Первые представляют собой ливни частиц, порождённые нейтрино в объёме детектора. Регистрация всех этих частиц позволяет достаточно хорошо определить энергию первичного нейтрино, но направление его прихода при этом остаётся неизвестным.
Во втором случае ситуация обратная, детектор регистрирует относительно узкие треки, возникающие при прохождении через него вторичных мюонов, порождённых нейтрино. Это позволяет достаточно точно определить направление, с которого пришло нейтрино. Угловое разрешение обычно составляет порядка 1°. Однако при этом часть вторичных частиц остаётся за пределами инструментального объёма и не фиксируется, соответственно энергия первичных нейтрино определяется с большой погрешностью. Российские астрофизики использовали именно трековые события для определения областей неба, откуда пришли нейтрино.
Они также логично предположили, что, если нейтрино действительно возникают в блазарах, то должна наблюдаться их повышенная генерация во время вспышек радиоизлучения блазаров. Однако для обнаружения подобной связи необходимы данные многолетнего мониторинга квазаров в радиодиапазоне. Такими наблюдениями на частотах 1—22 ГГц с конца 1980-х годов занимался Российский радиотелескоп РАТАН-600 Специальной астрофизической обсерватории на Кавказе.
Их предоставил Ю. А. Ковалёв. Полный набор данных РАТАН-600 включает 1099 источников, которые наблюдались не менее пяти раз, из них 758 — не менее десяти раз. Их анализ подтвердил: во время вспышек радиоизлучения блазаров детектор фиксировал нейтрино.
Как это всегда бывает в науке, ответ на один вопрос порождает несколько новых вопросов. Определив, какие космические объекты произвели высокоэнергичные нейтрино, исследователи выдвинули на повестку дня вопросы: откуда берутся протоны, участвующие в реакции образования нейтрино, как происходит их ускорение и, наконец, как, собственно, они генерируют нейтрино. Теперь предстоит большая работа по построению физической модели этого процесса. Тем более что рождение нейтрино с разными энергиями может потребовать различных физических условий. Пока же авторы открытия феноменологически проанализировали возможный сценарий возникновения нейтрино с учётом ограничений, накладываемых тем, что этот процесс происходит в центральных областях ярких радиоблазаров, имеющих размер порядка парсека.
Для построения работающей количественной модели образования нейтрино требуется гораздо больше исследований.
Как правило, нейтрино высоких энергий рождаются в адронных (протон-протонных, pp) или фотоадронных (протон-фотонных, pγ) взаимодействиях. Астрофизики предполагают, что в ярких центральных областях блазаров pp-взаимодействия подавляются по сравнению с pγ, которое и служит наиболее вероятным каналом образования нейтрино в блазарах. Непосредственно нейтрино высоких энергий возникают при распаде заряженных π-мезонов (пионов), которые появляются как вторичные частицы при взаимодействии энергичных протонов с излучением. Следовательно, ускорение таких протонов и наличие достаточно большого количества фотонов-мишеней служат ключевыми условиями для образования нейтрино. Причём полученный российскими астрофизиками результат меняет понимание механизма образования нейтрино: теперь для этого требуются фотоны с более высокой энергией, чем полагалось до этого. Подобные энергии целевых фотонов слишком высоки для фотонов от аккреционного диска, которые ранее использовались для объяснения генерации нейтрино.
Это и связь с радиовспышками указывают на их генерацию в основании джета, где к тому же можно достичь необходимых энергий протонов. Правда, теоретики пока не сошлись во мнении по поводу конкретного механизма ускорения. К тому же важность релятивистских струй в источниках нейтрино следует из самой их ассоциации с блазарами.
Наблюдаемое радиоизлучение блазаров — это синхротронное излучение, испускаемое электронами джета, движущимися с околосветовыми скоростями по траекториям, искривлённым магнитным полем. При этом всегда происходит процесс рассеяния синхротронных фотонов теми же релятивистскими электронами, при котором энергия фотонов возрастает. Он получил название самокомптоновского излучения. Напомним, что эффект Комптона — это рассеяние фотонов на свободных электронах, при котором они передают часть свой энергии электронам. Так что самокомптоновское повышение энергии фотонов представляет собой, по сути, обратный эффект Комптона. Авторы открытия предложили сценарий, в котором именно самокомптоновские фотоны служат мишенями для образования нейтрино.
Это и обеспечивает обнаруженную ими связь между радиовспышками блазаров и приходом нейтрино.
То, что предыдущие исследования не выявили связи нейтрино с гамма-излучением блазаров, объясняется их определённой независимостью, рождением в разных областях блазара. Фотоны, участвующие в pγ-взаимодействии, не связаны с наблюдаемым гамма-излучением блазаров, которое, в свою очередь, не связано с самокомптоновским рассеянием и рождается в ещё более компактных областях вблизи центральной сверхмассивной чёрной дыры. Что касается гамма-лучей близких к нейтрино энергий, рождающихся вместе с ними в pγ-взаимодействиях, то они могут создавать электронно-позитронные пары на фоновых фотонах, давая начало так называемому электромагнитному каскаду — процессу, переводящему их на более низкие энергии (в более низкий частотный диапазон), не доступные космической гамма-обсерватории «Ферми». Поэтому гамма-излучение, возникающее при рождении нейтрино в pγ-взаимодействиях, не наблюдается обсерваторией.
Открытие связи нейтрино и радиоквазаров вызвало большой интерес в мире.
Уже появилось исследование европейских и американских астрофизиков, подтвердившее его на основании данных радиотелескопов в США и Финляндии. Новые события прихода астрофизических нейтрино теперь будут отслеживаться крупными мировыми радиотелескопами и антенными решётками, в том числе и РАТАН-600. Начинается совместная работа российских учёных с нейтринным экспериментом ANTARES (KM3NeT), оборудование которого располагается в Средиземном море на глубине 2,4 км, что позволяет наблюдать поток нейтрино из южного полушария неба.
13 марта 2021 года официально вступил в строй нейтринный телескоп Baikal-GVD на озере Байкал. В перспективе он будет использовать для работы около кубического километра воды, что сравнимо с объёмом детектора IceCube. Располагаясь в Северном полушарии, «Байкал» будет сквозь землю видеть нейтрино, приходящие из южного полушария неба. Таким образом, на пару с IceCube они будут покрывать всё небо, позволяя получить для анализа полную картину нейтринных событий.
В завершение отметим, что в сентябре 2020 года консорциум семи научных организаций — МФТИ, ФИАН, ИЯИ РАН, ОИЯИ, САО РАН, ГАИШ МГУ и Иркутского государственного университета — выиграл грант Минобрнауки по теме «Нейтрино и астрофизика частиц».
В его рамках около 100 специалистов будут работать над решением вопроса о происхождении нейтрино и изучать его свойства. Проектом также предусмотрены и другие исследования, направленные на понимание природы астрофизических нейтрино высоких энергий, в том числе поиск фотонов того же диапазона энергий на установке «Ковёр-3» Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН (Северный Кавказ).
Иллюстрации предоставлены пресс-службой МФТИ.
Вид на Антарктиду из космоса? Не совсем так
Недавно ученые предупредили о быстром таянии антарктического ледника Туэйтса, также известного как «ледник Судного дня», поскольку его обрушение может привести к затоплению многих прибрежных городов по всему миру. На фоне этого предполагаемый вид на Антарктиду из космоса широко распространяется в социальных сетях.
Джоти Двиведи
Нью-Дели, ОБНОВЛЕНО: 20 июля 2020 г., 23:26 IST
Вид на Антарктиду из космоса? Не совсем
Автор Jyoti Dwivedi : Недавно ученые предупредили о быстром таянии антарктического ледника Туэйтес, также известного как «ледник судного дня», поскольку его обрушение может привести к затоплению многих прибрежных городов по всему миру.
На фоне этого предполагаемый вид на Антарктиду из космоса широко распространяется в социальных сетях.
India Today Военный отдел по борьбе с фейковыми новостями (AFWA) обнаружил, что заявление вместе с изображением вводит в заблуждение. На самом деле это компьютерное изображение Земли с полным обзором антарктического региона.
реклама
Пост стал вирусным в Facebook и Twitter. Архивную версию можно посмотреть здесь.
Зонд AFWA
Мы обнаружили, что этот снимок был сделан не из космоса. Скорее, это созданное компьютером изображение, показывающее антарктический регион. Мы получили первоначальный намек на это из раздела комментариев к посту, где некоторые люди поставили под сомнение его подлинность. Пользователь прокомментировал, что это визуализация художника, а не реальная фотография.
Затем мы провели обратный поиск изображения. Это привело нас к посту в Pinterest с заголовком «Обои для визуализации Антарктиды». С помощью поиска по ключевым словам мы обнаружили, что это изображение было создано студией научной визуализации НАСА.
«Студия научной визуализации» работает с учеными НАСА для создания визуализаций, анимации и изображений. Его цель — способствовать лучшему пониманию деятельности НАСА по исследованию Земли и космоса.
Мы обнаружили, что в 2007 году, по случаю Международного полярного года, «Студия научной визуализации» выпустила несколько визуализаций космического вида Арктики и Антарктики 21 сентября 2005 года. Эти визуализации были созданы визуализатором данных Синди Старр.
В прошлом году та же самая фотография стала вирусной с заявлением, что она является частью первых фотографий, сделанных лунной миссией ISRO Чандраян-2. В то же время несколько веб-сайтов опровергли это.
Таким образом, мы можем сказать, что вирусная картинка — это не Антарктида, видимая из космоса, а компьютерное изображение, созданное «Студией научной визуализации» НАСА.
Под редакцией:
Пракрити Шарма
Опубликовано:
20 июля 2020 г.
INDIA TODAY FACT CHECK
Проверка фактов говорит:
Ложь
Утверждение:
Вирусная картинка показывает, как Антарктида выглядит из космоса — огромное белое пятно на одной стороне Земли.
Заключение
Это компьютерное изображение, сделанное в сентябре 2005 г. и показывающее вид на антарктический регион.
«Потерянные» спутниковые фотографии раскрывают удивительные виды Земли в 1960-е годы
Эти спутниковые снимки, сделанные в период между 2000 и 2013 годами, показывают заключительные этапы осушения Аральского моря, которое началось с советских отводов воды, точно так же, как спутники Nimbus сделали снимки озера в 1960-е годы. Теперь ученые восстановили эти ранние взгляды.
Фотография Земной обсерватории НАСА
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Ученые обнаружили тайник спутниковых снимков Земли 1960-х годов, которые были забыты в хранилище почти на 50 лет и которые отодвигают первые спутниковые снимки нашей планеты на целых 17 лет.
Находка включает в себя первые общедоступные спутниковые фотографии Европы, самые ранние аэрофотоснимки льдов Антарктиды и запись Аральского моря в Центральной Азии до того, как оно высохло.
Также есть редкая фотография самого сильного шторма, обрушившегося на Северную Америку в наше время.
Изображения, сопоставленные с недавними снимками со спутника, показывают, как человечество изменило планету, от вырубки лесов до изменения морского льда. (См. также: «Карты из космоса показывают исчезающие леса мира».)
Среди снимков 1964 года были виды Антарктиды, на которых было видно больше морского льда, чем когда-либо с тех пор. То есть до последних недель, когда рекорд 1964 года был побит так же, как выяснилось, что он вообще является рекордом. В отличие от арктического морского льда, который сокращается из-за глобального потепления, площадь антарктического льда менялась, что делает исторические данные еще более важными для ученых, пытающихся понять, что вызывает изменения в нем. (По теме: «Сокращение арктического льда вызывает радикальные изменения в Национальном географическом атласе».)
Земные ученые Дэвид Галлахер и Гарретт Кэмпбелл освободили данные из архива Национального центра климатических данных в Северной Каролине, обнаружив 25 коробок с магнитными лентами и фотопленку с трех метеорологических спутников Nimbus, запущенных в 1960-х и 1970-х годах.
Галлахер узнал об этих данных на конференции и позвонил в Национальный центр климатических данных, чтобы запросить доступ к некоторым фотографиям Гренландии. «У нас нет возможности выяснить, что такое Гренландия», — последовал ответ.
Это потому, что данные никогда не сортировались и не оцифровывались. Поэтому Галлахер и Кэмпбелл взялись за кропотливый процесс оцифровки сотен тысяч фотографий и размещения их в открытом доступе.
Зернистые изображения взяты из «докембрия по спутниковым данным», — говорит Галлахер.
Пара говорит, что среди изображений может быть найдено еще много сокровищ.
«Мы взломали коробку, но ни в коем случае не вытащили оттуда [все], — говорит Галлахер. У ученых недостаточно средств, чтобы проанализировать все, что они нашли, и сейчас они собирают деньги, чтобы сделать больше данных доступными для общественности.
«Мы все еще надеемся получить данные еще за три года, — говорит Кэмпбелл. На данный момент спутниковые снимки, которые были получены по цене, которая в сегодняшних долларах составила бы миллиарды долларов, по мнению исследователей, остаются в неведении.
National Geographic поговорил с Галлахером и Кэмпбеллом из их офиса в Национальном центре данных по снегу и льду Университета Колорадо, Боулдер, о некоторых из самых удивительных изображений:
Спутниковые фотографии южного побережья Норвегии, сделанные в 1964 году ) и Пиренеи между Францией и Испанией (слева) выглядят особенно зернистыми по сравнению с современным спутниковым снимком Норвегии (справа), но ранние изображения старше более новых почти на 50 лет.
Фотография Земной обсерватории НАСА
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Первый спутниковый снимок Европы
Спутниковые снимки южного побережья Норвегии и Пиренеев 1964 года, сделанные Nimbus, вполне могут быть первыми снимками Европы, сделанными из космоса.
Возможно, спутник ЦРУ «Корона» сделал еще более ранние снимки Европы и Советского Союза, но эти снимки не были обнародованы. (См. «Снимки со спутников-шпионов времен холодной войны раскрывают затерянные города».
)
Изображения Nimbus, безусловно, не Google Earth: облака скрывают большую часть фотографии, а детальное современное изображение справа показывает, насколько продвинулся прогресс с тех пор. Однако Кэмпбелл настаивает на том, что даже эти изображения можно использовать в научных целях.
«Можно посмотреть на снежный покров в Норвегии по фотографиям, увидеть, что изменилось с 60-х годов до наших дней», — говорит он, отмечая, что если данные можно использовать для измерения площади морского льда, тот же анализ методы, вероятно, могли бы работать и для снежного покрова.
Ученые отсканировали почти 40 000 изображений, сделанных с помощью Nimbus 1, чтобы создать самые ранние спутниковые изображения антарктического морского льда и суши (слева и в центре). Использование компьютерных программ для выделения покрытых льдом участков было намного сложнее, чем при использовании современных спутниковых изображений (справа).
Фотография Земной обсерватории НАСА
Пожалуйста, соблюдайте авторские права.
Несанкционированное использование запрещено.
Наибольший и наименьший антарктический морской лед
Недавно обнаруженные спутниковые фотографии Nimbus позволяют ученым впервые взглянуть на Антарктиду до глобального потепления.
Используя современную обработку фотографий, чтобы соединить изображения Nimbus, два исследователя и их группы реконструировали область, покрытую морским льдом в 1964, 1966 и 1969 годах.
То, что они обнаружили, поразило их: самый маленький максимальный морской лед, когда-либо зарегистрированный, и самый большой. Последний рекорд был побит только в этом году. Два рекорда были разделены всего на два года, но разница в площади морского льда составила более 1,5 миллиона квадратных миль (4 миллиона квадратных километров), что в два раза превышает площадь Мексики.
«Мы говорим о 20-процентной разнице», — говорит Галлахер. «Это значительное изменение».
В ухудшении здоровья полярных морей обвиняют уменьшение морского льда; не только белые медведи в Арктике зависят от льда, но и целые экосистемы водорослей, криля, рыб, птиц и тюленей, которым лед нужен для выживания.
В более широком масштабе лед отражает солнечное тепло, замедляя потепление океанов.
Более темные области на снимках Арктики со спутника Nimbus 1960-х годов (слева) могут быть дырами во льду. Изображение Полярного круга со спутника НАСА Terra (справа) в 2011 году показывает сплошной слой льда.
Фотография Земной обсерватории НАСА
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Загадочная дыра в ледяной шапке Арктики
Спутники Nimbus также сделали снимки Арктики до того, как потепление из-за изменения климата ускорилось. Галлахер и Кэмпбелл были удивлены, увидев на старых изображениях загадочные дыры во льду.
Дыры в арктическом льду — обычное явление сегодня, когда Арктика нагревается. Но в холоде 19В 60-е годы большое пятно тонкого или растаявшего льда было неожиданным, и ничего подобного не наблюдалось до 21 века.
«Это интригующая вещь, но мы не выяснили, что это такое, и не проверили, что это такое», — говорит Кэмпбелл.
«Это похоже на открытую воду, но это может быть очень тонкий новый лед, образовавшийся в проломе старого льда».
В отличие от современных спутниковых изображений, изображения Nimbus не имеют высокого разрешения или цвета, а это означает, что тонкие различия между молодым льдом, тонким льдом, талым льдом и открытой водой не всегда очевидны.
Спутник Nimbus сделал фотографии урагана Камилла в 1969 году (слева и в центре). Справа: ураган Гонсало мчится по Мексиканскому заливу 15 октября 2014 года. Несанкционированное использование запрещено.
Nimbus 3 поймал ураган Камилла 1969 года
В августе 1969 года побережье Мексиканского залива было разрушено чудовищным ураганом категории 5 Камилла, который разрушил большую часть местных метеостанций, погибло 239 человек.человек и причинил ущерб в размере 9 миллиардов долларов.
«Это впечатляет. Вы посмотрите на ту бурю и увидите, какой она была плотной, — говорит Галлахер. «Это был один из самых сильных штормов, когда-либо обрушившихся на Северную Америку, по крайней мере, в эпоху спутников».
Поскольку многие метеостанции на земле были разрушены, а единственные ранее известные фотографии Камиллы сверху были низкокачественными изображениями с автоматической передачей изображения, ураган до сих пор было трудно изучить.
«Данные были записаны на пленку и пропали из виду на 40 лет, — говорит Галлахер. «Вы просто не могли сказать: «Можете ли вы прислать мне фотографии южной Луизианы, когда обрушился ураган Камилла?» Это были действительно темные данные. Они были там, они все еще существовали, но из них нельзя было ничего получить».
Левый и средний спутниковые снимки показывают Аральское море в 1964 году. Правый снимок, сделанный в 2000 году, показывает, насколько Аральское море уменьшилось с 1960-х годов.
Фотография Земной обсерватории НАСА
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Аральское море до того, как оно высохло
Некогда четвертое по величине озеро в мире, Аральское море было высушено серией советских ирригационных программ на окружающих равнинах Центральной Азии.
В последующие годы озеро сократилось всего до 10 процентов от своего первоначального размера, что, как известно, оставило лодки на мели, казалось бы, посреди пустыни, и спровоцировало местный экологический кризис. (См. «Восточный бассейн Аральского моря высох впервые за 600 лет».)
«Приятно иметь возможность вернуться назад и посмотреть, что было максимальным, по крайней мере тогда, — говорит Галлахер.
Ученые обнаружили в тайнике и другие исторически значимые изображения, в том числе изображения тропических лесов Амазонки до того, как они стали жертвой интенсивной вырубки лесов и ледников в Гренландии, которые с 1960-х годов сместились на 43,5 мили (70 километров) вглубь суши.
Другие исследовательские группы уже связались, чтобы использовать данные для своих собственных исследований. «Теперь данные находятся в общедоступном архиве, так что, вероятно, кто-то может загрузить их и измерить», — говорит Кэмпбелл. «Мы не исчерпали эти данные».
Читать дальше
Кем была загадочная женщина с острова Сан-Николас?
- History Magazine
Кем была загадочная женщина с острова Сан-Николас?
История ее потерпевшего кораблекрушение захватила воображение 19-го века и вдохновила на создание романа «Остров голубых дельфинов».