Край Будущего

Космический аппарат Solar Orbiter, разработанный Европейским космическим агентством (ESA) в сотрудничестве с NASA, передал на Землю уникальные изображения — впервые в истории удалось получить снимки южного полюса Солнца.

Это стало возможным благодаря особой наклонной орбите, по которой движется аппарат. В марте Solar Orbiter наблюдал Солнце под углом 17 градусов ниже солнечного экватора. Этого оказалось достаточно, чтобы получить прямой обзор южного полюса звезды — области, которую ранее невозможно было рассмотреть с Земли или с других космических аппаратов.

В будущем орбита Solar Orbiter будет становиться всё более наклонной. Это значит, что в ближайшие годы аппарат сможет делать ещё более чёткие и подробные снимки полярных областей Солнца. Учёные с нетерпением ждут этих данных, ведь они могут сыграть ключевую роль в понимании природы солнечной активности.

Зачем это нужно?

Полярные области Солнца играют важную роль в формировании его магнитного поля. Именно оттуда начинаются процессы, которые влияют на солнечные циклы — чередование периодов высокой и низкой солнечной активности. Эти циклы длятся примерно 11 лет и сопровождаются вспышками, выбросами корональной массы и магнитными бурями, которые могут влиять на работу спутников, радиосвязь и даже электросети на Земле.

До сих пор полюса Солнца оставались малоизученными, поскольку с Земли они практически не видны. Solar Orbiter — первый аппарат, способный наблюдать их с выгодного ракурса. Полученные изображения и данные помогут учёным лучше понять, как формируется и меняется магнитное поле Солнца, а также предсказывать солнечные бури и их влияние на Землю.

Миссия Solar Orbiter стартовала в феврале 2020 года. Она оснащена десятью научными приборами, которые позволяют не только фотографировать Солнце, но и измерять солнечный ветер, магнитные поля и другие параметры. Это делает аппарат одним из самых передовых инструментов для изучения нашей звезды.

Проект изучил 30 протопланетных дисков вокруг звёзд, похожих на Солнце, чтобы проследить, как с возрастом меняются масса и структура газа и пыли. Впервые удалось получить полные данные об эволюции газа, дополняя уже известные сведения о пыли.

Как объясняет профессор Илария Паскуччи, наблюдение за газом требует больше времени и ресурсов, поэтому для получения статистически значимых данных потребовалась крупная программа. Исследование показало, что газ и пыль в дисках расходуются с разной скоростью: газ рассеивается быстрее, особенно на ранних этапах, тогда как пыль остаётся дольше.

Одним из неожиданных открытий стало то, что некоторые стареющие диски сохраняют больше газа, чем предполагалось. Это может означать, что газовые гиганты, такие как Юпитер, должны формироваться быстрее, чем каменистые планеты.

AGE-PRO охватил три области звездообразования разного возраста: Змееносец (1 млн лет), Волчанка (1–3 млн лет) и Верхний Скорпион (до 6 млн лет). Используя чувствительность ALMA, учёные исследовали слабые молекулярные линии — "отпечатки" различных газов — и получили данные о химическом составе и массе дисков.

Аспирант Диншань Дэн, ведущий автор одной из статей, провёл анализ данных по региону Волчанки. Благодаря новым методам обработки удалось обнаружить газ даже в тусклых и маломассивных дисках, ранее недоступных для наблюдений.

Для повышения точности измерений, помимо традиционного монооксида углерода, использовались и другие молекулы, такие как ион N2H⁺ (диазенилий), формальдегид, цианид метила и молекулы с дейтерием.

Интересно, что соотношение массы газа и пыли оказалось более стабильным между дисками разного размера, чем ожидалось. Это открытие может изменить представления о скорости формирования планет в зависимости от массы диска.

Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) открыл перед учёными новые горизонты, позволив с беспрецедентной чёткостью исследовать межзвёздное пространство. Используя эти данные, международная команда учёных изучила, как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) — органические молекулы, важные для космической химии, — выживают в суровых условиях космоса.

ПАУ были обнаружены в холодных молекулярных облаках, где они подвергаются воздействию ультрафиолетового излучения и космических лучей. Несмотря на это, молекулы остаются стабильными. Новое исследование, опубликованное в *Physical Review Letters*, показало, что ПАУ с закрытой электронной оболочкой, такие как катион инденила (C₉H₇⁺), эффективно рассеивают избыточную энергию через инфракрасное и радиочастотное излучение, что позволяет им избегать разрушения.

ПАУ играют важную роль в межзвёздной химии, являясь одним из крупнейших резервуаров углерода в галактике. Их уникальные инфракрасные сигнатуры были подтверждены данными JWST и телескопа "Спитцер", что указывает на широкое распространение этих молекул в космосе.

В лабораторных условиях исследователи смоделировали поведение катиона инденила при помощи установки DESIREE в Стокгольме, способной удерживать ионы при температуре около 13 К. Моделирование показало, что даже при высоких уровнях внутренней энергии (до 5,85 эВ) молекулы не разрушались, а эффективно охлаждались, в основном за счёт радиочастотного излучения.

Результаты подтверждают, что радиочастотное охлаждение играет ключевую роль в устойчивости ПАУ с закрытой оболочкой, объясняя их неожиданно высокую концентрацию в межзвёздной среде. Это открытие поможет улучшить модели химических процессов в космосе.

Ашбахер отметил, что ЕКА рассматривает возможность расширения сотрудничества с другими международными партнерами, а также увеличения собственных инвестиций в ключевые космические программы. «Мы должны быть готовы к любым сценариям и гарантировать, что наши проекты не будут зависеть исключительно от одного партнера», — подчеркнул он.

Кроме того, ЕКА планирует усилить свои научно-исследовательские и технологические возможности, чтобы сохранить лидерство в космической отрасли и обеспечить устойчивое развитие европейской космической программы. В числе приоритетов — развитие новых ракетных технологий, спутниковых систем и миссий по исследованию дальнего космоса.

Несмотря на вызовы, Ашбахер выразил уверенность, что сотрудничество с Канадой, Индией, Японией и другими странами поможет ЕКА сохранить свои позиции на международной арене и продолжить реализацию амбициозных космических проектов.

Для создания робота учёные смешали неодиумовые магнитные частицы и сахар с химически стабильным полимером. Затем сахар растворили, оставив поры для увеличения площади поверхности. Полимер обработали плазмой, чтобы он притягивал воду и другие жидкости.

«Мы хотели создать чистую и быструю систему без остатков — важно для медицинской диагностики и работы с реактивами», — отметил автор Лин Гуй.

Магнитные частицы позволили управлять роботом с помощью магнитных полей. Мощные неодиумовые частицы сделали робота более отзывчивым и эффективным по сравнению с существующими моделями.

«Ранее магнитные методы были слабыми, ограничивая размер и скорость капель, а добавки часто вызывали коррозию или загрязнение», — пояснил Гуй. «Создать робота с сильным магнитным полем, химической стойкостью и высокой скоростью — задача для инновационных материалов и инженерии».

В экспериментах робота направляли к капле жидкости, которую он мог перемещать благодаря притягивающему покрытию.

На низких скоростях робот объединял капли для реакции, на высоких — делил каплю на меньшие части.

Благодаря мощным магнитам скорость робота была в 20 раз выше предыдущих моделей, он мог переносить капли почти в миллилитр и устойчив к агрессивным веществам, таким как кислоты.

Команда планирует применять робота в лабораториях для автоматизации процессов и в медицине для минимально инвазивных операций. В будущем хотят уменьшить устройство для работы с нанолитровыми каплями и интегрировать датчики для доставки лекарств или очистки загрязнений.

«Мы стремимся миниатюризировать робота и расширить его возможности», — сказал Гуй.

Популярный двумерный материал дисульфид молибдена (MoS2) получил атомарное улучшение с помощью платины. Исследование, проведённое учёными из Венского университета и Технического университета Вены, впервые с точностью до атома внедрило отдельные атомы платины (Pt) в ультратонкий монослой MoS2 и определило их точное расположение в кристаллической решётке.

Работа, опубликованная в журнале Nano Letters, была выполнена с использованием инновационного подхода, сочетающего целенаправленное создание дефектов в монослое MoS2, контролируемое осаждение платины и высококонтрастную вычислительную микроскопическую технику — питхографию.

Учёные считают, что эта новая стратегия сверхточного легирования и картирования открывает новые возможности для понимания и создания атомных структур в двумерных системах.

Двумерный монослой MoS2 — полупроводник с прямой запрещённой зоной, благодаря большому отношению площади поверхности к объёму, привлекает внимание как активный компонент для катализаторов и газовых сенсоров следующего поколения. Однако его потенциал ограничен химической инертностью плоской поверхности, что снижает каталитическую активность.

Исследования показали, что инженерные методы, такие как замещение атомов — когда один гетероатом заменяет один или несколько атомов решётки — могут эффективно решать эту проблему. Такая модификация создаёт активные центры на поверхности, которые служат маленькими химическими реакторами для реактивов или местами прикрепления газовых молекул.

Замещение атомов серы в MoS2 было продемонстрировано для более чем половины элементов периодической таблицы, но подтверждение точного расположения замещений на атомном уровне остаётся ограниченным.

Хотя теоретически замещение платиной считается эффективным для создания катализаторных активных центров и улучшения сенсорных свойств, экспериментальные исследования Pt-легированного MoS2 были минимальны.

В этом исследовании учёные применили трёхэтапный процесс для внедрения и картирования Pt на поверхности 2D MoS2 с помощью инженерии дефектов.

Сначала поверхность облучали потоком низкоэнергетических ионов гелия, создавая контролируемые микроскопические дефекты в виде атомных вакансий, которые могли занять атомы платины.

На втором этапе испаряли атомы Pt, заполняя созданные вакансии. Третий этап — определение точного расположения легирования.

Поскольку традиционные микроскопические методы часто не позволяют различать типы дефектов, учёные использовали питхографию с односторонней полосой (SSB) — метод с высоким разрешением и контрастностью, основанный на электронных дифракционных картинах.

С помощью SSB удалось точно определить как легирующие атомы, так и загрязнения, например, углерод. Результаты показали, что более 80% атомов Pt заняли вакансии серы V1S, остальные распределились между V2S (12%) и VMo (8%). После внедрения в MoS2 атомы платины проявили высокую стабильность даже при комнатной температуре.

Исследование успешно продемонстрировало возможность точного управления материалами на атомном уровне, открывая новые пути для создания функциональных материалов.

Статья подготовлена автором Санжукта Мондал, отредактирована Сэди Харли и проверена Робертом Эганом. Мы благодарны читателям за поддержку независимой научной журналистики.

В 1950 году физик Энрико Ферми за обедом в Лос-Аламосе задал простой вопрос: «Где все?» — имея в виду внеземные цивилизации. Сегодня профессор астрономии Дэвид Шарбоне из Гарварда считает, что мы ближе к ответу.

Когда Ферми задавал этот парадокс, учёные ещё не знали ни одной планеты за пределами Солнечной системы. Открытие первой экзопланеты в 1995 году позволило разбить вопрос на части: сколько звёзд, сколько у них планет, сколько из них похожи на Землю, сколько поддерживают жизнь и сколько из этой жизни разумны.

«Мы знаем, что как минимум у каждой четвёртой звезды есть планета размером и температурой, похожей на Землю», — говорит Шарбоне.

Следующий шаг — поиск биосигнатур — химических следов жизни в атмосферах планет. Для этого нужны данные, которые наши инструменты пока не могут обеспечить. Поэтому Национальная академия наук США предложила создать космический телескоп Habitable Worlds Observatory для изучения около 25 потенциально обитаемых миров.

Вопрос в том, насколько распространена жизнь. Возможно, на любой подходящей планете с водой и нужными элементами жизнь возникнет за миллиард лет. Или же нет — и тогда жизнь может быть крайне редкой.

Ави Лоеб из Гарварда считает, что поиск жизни должен выходить за рамки традиционного и изучать аномальные явления и межзвёздные объекты. Он основал проект Galileo. Лоеб напоминает, что миллиарды обитаемых планет в нашей галактике показывают, что мы не так уникальны. В 2018 году он предположил, что ‘Оумуамуа — первый межзвёздный объект в нашей системе — может быть инопланетным световым парусом или обломками корабля. Он настаивает, что аномалии нельзя игнорировать, нужно собирать данные и искать ответы.

Для Шарбоне шансы найти разумных соседей малы: даже если у ближайшей звезды Проксимы Центавра есть разумная жизнь с радиотехнологиями, обмен сигналами займёт почти десять лет.

Возможно, инопланетяне просто не заинтересованы в нас. «На Земле много разумных организмов, которые не хотят развивать технологии и общаться, — говорит Шарбоне. — Мы любим общаться, но, возможно, это свойство только человека».