Нейробиологи и материаловеды создали контактные линзы, которые обеспечивают инфракрасное зрение как у людей, так и у мышей, преобразуя инфракрасный свет в видимый. В отличие от инфракрасных очков ночного видения, контактные линзы, описанные в журнале Cell, не требуют источника питания и позволяют владельцу воспринимать различные длины волн инфракрасного излучения. Поскольку они прозрачны, пользователи могут видеть как инфракрасный, так и видимый свет одновременно, хотя инфракрасное зрение улучшалось, когда участники закрывали глаза.
"Наше исследование открывает потенциал для создания неинвазивных носимых устройств, способных наделять людей сверхзрением", - говорит старший автор Тянь Сюэ, нейробиолог из Университета науки и технологий Китая. "Существует множество потенциальных приложений для этого материала. Например, мерцающий инфракрасный свет может быть использован для передачи информации в сферах безопасности, спасательных операций, шифрования или защиты от подделок."
Технология контактных линз использует наночастицы, которые поглощают инфракрасный свет и преобразуют его в длины волн, видимые для млекопитающих (например, электромагнитное излучение в диапазоне 400–700 нм). Наночастицы специально позволяют обнаруживать "ближний инфракрасный свет", который находится в диапазоне 800–1600 нм, за пределами того, что уже могут видеть люди.
Команда ранее продемонстрировала, что эти наночастицы обеспечивают инфракрасное зрение у мышей при инъекции в сетчатку, но они стремились разработать менее инвазивный вариант.
Для создания контактных линз команда объединила наночастицы с гибкими нетоксичными полимерами, используемыми в стандартных мягких контактных линзах. После того как было установлено, что контактные линзы безопасны для здоровья, они протестировали их функциональность как на людях, так и на мышах.
Процедуры подготовки к инфракрасным контактам.
Исследования показали, что мыши, носившие контактные линзы, демонстрировали поведение, указывающее на способность воспринимать инфракрасные волны. Например, когда перед ними ставили выбор между темным ящиком и ящиком, освещенным инфракрасным светом, мыши в линзах предпочитали темный ящик, в то время как мыши без линз не проявляли предпочтений.
Кроме того, у мышей наблюдались физиологические признаки инфракрасного зрения: зрачки мышей, носивших контактные линзы, сужались при воздействии инфракрасного света, а нейровизуализация показала, что инфракрасный свет активировал их зрительные центры.
Что касается людей, то инфракрасные контактные линзы позволили участникам точно обнаруживать мигающие сигналы, подобные азбуке Морзе, и определять направление поступающего инфракрасного света.
"Ситуация абсолютно ясна: без контактных линз испытуемый не видит ничего, но как только они их надевают, они четко видят мигание инфракрасного света," — отметил Сюэ.
"Мы также обнаружили, что когда испытуемый закрывает глаза, они еще лучше воспринимают эту мигающую информацию, поскольку ближний инфракрасный свет проникает через веки более эффективно, чем видимый свет, что снижает помехи от видимого света."
Ученый надевает инфракрасные контактные линзы на глаза участника.
Дополнительная модификация контактных линз позволяет пользователям различать спектры инфракрасного света, благодаря инженерии наночастиц, которые кодируют различные инфракрасные длины волн цветами. Например, инфракрасные волны длиной 980 нм преобразуются в синий свет, длиной 808 нм — в зеленый, а длиной 1532 нм — в красный.
Небольшая команда, возглавляемая Сихао Ченгом, Мартином А. и Хелен Чулджян из Школы естественных наук Института перспективных исследований, обнаружила необычный транснептуновый объект (TNO), названный 2017 ИЗ 2018, на окраине нашей Солнечной системы.
Потенциально TNO достаточно велика, чтобы считаться карликовой планетой, в той же категории, что и гораздо более известный Плутон. Новый объект является одним из самых удаленных видимых объектов в нашей Солнечной системе и, что немаловажно, наводит на мысль о том, что пустой участок пространства, который, как считается, существует за Нептуном в поясе Койпера, на самом деле вовсе не пуст.
Ченг сделал это открытие вместе с коллегами Цзясюанем Ли и Эритасом Яном из Принстонского университета, используя передовые вычислительные методы для определения характерной траектории объекта на небе. Новый объект был официально объявлен Центром малых планет Международного астрономического союза 21 мая 2025 года и представлен в предвариательном отчете arXiv.
Транснептуновые объекты — это малые планеты, которые вращаются вокруг Солнца на большем среднем расстоянии, чем орбита Нептуна. Новый ТНО выделяется по двум причинам: своей экстремальной орбитой и значительными размерами.
«Апогей объекта — самая удаленная точка его орбиты от Солнца — превышает более чем 1600 астрономических единиц», — объясняет Ченг. «В то же время, перигелий — ближайшая точка орбиты к Солнцу — составляет 44,5 астрономической единицы, что схоже с орбитой Плутона».
Орбита карликовой планеты "2017 OF201".
Эта экстремальная орбита, на прохождение которой объекту требуется около 25 000 лет, свидетельствует о сложной истории гравитационных взаимодействий.
"Должно быть, он пережил близкое столкновение с планетой-гигантом, в результате чего был выброшен на широкую орбиту", - говорит Янг.
"Возможно, в его миграции было несколько этапов. Возможно, что этот объект был сначала выброшен в облако Оорта, самую удаленную область в нашей Солнечной системе, которая является домом для многих комет, а затем отправлен обратно", - добавляет Ченг.
«Многие транснептуновые объекты имеют орбиты, которые, кажется, группируются в определенных ориентациях, но 2017 OF201 отклоняется от этого», — говорит Ли.
Эта кластеризация была интерпретирована как косвенное свидетельство существования другой планеты в Солнечной системе, планеты X или Девятой планеты, которая могла бы гравитационно направлять эти объекты в их наблюдаемую структуру. Существование 2017 года из 201201 в качестве исключения из такой кластеризации потенциально может поставить под сомнение эту гипотезу.
Ченг и его коллеги оценивают диаметр 2017 OF201 в 700 км, что делает его вторым по величине известным объектом на такой широкой орбите. Для сравнения, диаметр Плутона составляет 2,377 км. Необходимы дальнейшие наблюдения, возможно, с использованием радиотелескопов, чтобы определить точный размер объекта.
Ченг обнаружил этот объект в рамках продолжающегося исследовательского проекта по выявлению ТНО и возможных новых планет во внешней части Солнечной системы. Объект был идентифицирован путем точного определения ярких пятен в базе данных астрономических изображений, полученных с помощью телескопа Виктора М. Бланко и Канадско-французского телескопа на Гавайях (CFHT), и попытки связать все возможные группы таких пятен, которые, по-видимому, перемещались по небу так, как это мог бы сделать один TNO.
Этот поиск был проведен с использованием эффективного в вычислительном отношении алгоритма, разработанного Ченгом. В конечном итоге они идентифицировали 2017 год из 2012 на 19 различных снимках, сделанных в течение 7 лет.
Это открытие имеет важное значение для нашего понимания внешней части Солнечной системы. Ранее считалось, что область за пределами пояса Койпера, где находится объект, практически пуста, но открытие команды говорит о том, что это не так.
Ретроградное движение транснептуного объекта "2017 OF201".
"2017 OF201 проводит лишь 1% своего орбитального времени вблизи нас, что делает его обнаружение возможным. Наличие этого единственного объекта предполагает существование еще около ста подобных объектов с аналогичными орбитами и размерами; они просто слишком удалены, чтобы быть обнаруженными в настоящее время," — утверждает Ченг.
"Несмотря на то что достижения в области телескопов позволяют нам исследовать удаленные уголки Вселенной, в нашем собственном Солнечном системе все еще остается множество неизведанных тайн."
Обнаружение также подчеркивает силу открытой науки. "Все данные, которые мы использовали для идентификации и характеристики этого объекта, являются архивными, доступными для любого желающего, а не только для профессиональных астрономов," — отмечает Ли.
"Это означает, что революционные открытия не ограничиваются лишь теми, кто имеет доступ к крупнейшим телескопам мира. Любой исследователь, студент или даже гражданский ученый с необходимыми инструментами и знаниями мог бы сделать это открытие, подчеркивая важность совместного использования научных ресурсов."
Примерно 13 000 лет назад Солнце излучило мощный выброс радиации, который обрушился на Землю и оставил свой след в древних кольцах деревьев. Этот солнечный шторм стал самым мощным из когда-либо зарегистрированных. Следующим по силе было событие Кэррингтона в 1839 году. Оно было вызвано мощной солнечной вспышкой, которая вызвала мощную геомагнитную бурю на Земле.
Возникшая в результате этого "космическая погода" нарушила телеграфную связь по всему миру. Сегодня, когда мы приближаемся к "солнечному максимуму" этого года, периоду солнечной активности, который наблюдается каждые 11 лет, ученые хотят подготовить правительства к последствиям сильных солнечных бурь.
В мае 2024 года Лаборатория прикладной физики имени Джонса Хопкинса (APL) собрала экспертов для проведения настольного упражнения, направленного на проверку готовности государственных и племенных агентств к сильному солнечному шторму, подобному тем, что произошли ранее. Специалисты в области солнечной энергетики, космические агентства, операторы спутниковой связи, владельцы электросетей и многие другие давно знают о влиянии космической погоды на передовые технологии. В учениях приняли участие заинтересованные стороны на всех уровнях государственного управления и промышленности, чтобы повысить нашу готовность к явлениям космической погоды.
Эффекты космической погоды.
Когда геомагнитная буря обрушивается на Землю, происходит множество явлений. Заряженные частицы от Солнца, доставляемые солнечным ветром, сталкиваются с нашей магнитосферой, и эти частицы захватываются магнитными линиями силового поля, что приводит к великолепным проявлениям полярных сияний на обеих полюсах Земли. Особенно мощная буря вызывает, среди прочего, наземные токи, которые могут вывести из строя электрические сети и нарушить наземные коммуникации.
Сильная космическая погода может создавать помехи для работы спутников (или даже разрушать их), угрожать астронавтам в космосе, нарушать радиосвязь и ухудшать работу GPS. Это влияет на навигацию в поездах, самолетах, кораблях и автомобилях, а также на сотовые сети. Любые из этих сбоев могут привести к прерыванию таких повседневных действий, как перевод денег, звонки на мобильный и многое другое. Другими словами, большая часть наших современных технологий подвергается риску во время явлений космической погоды.
В качестве примера, в марте 1989 года мощный солнечный выброс вызвал солнечную бурю, в результате которой в восточной Канаде произошло массовое отключение электроэнергии. Миллионы людей остались без электричества на протяжении около девяти часов. В то же время была повреждена один из электростанция в Нью-Джерси.
В 2024 году еще одна буря обрушилась на США в выходные, приуроченные к Дню матери, вызвав великолепные проявления северного сияния по всему миру. Это событие космической погоды также повлияло на некоторые телевизионные и радиосигналы, и ряд энергетических компаний предприняли меры для защиты своих систем. Кроме того, это затронуло некоторые спутниковые коммуникации. Однако, по сравнению с событиями 1989 и 1839 годов, это было относительно безобидное проявление космической погоды.
Благодаря урокам, извлеченным из предыдущих событий, операторы электрических сетей и спутников (в числе прочих) теперь лучше подготовлены. Тем не менее, необходимо предпринять дополнительные шаги для обеспечения ранних предупреждений, чтобы правительства, компании и отдельные граждане могли быть готовы. Именно здесь настольное упражнение в APL оказывается крайне полезным.
Насколько мы готовы к сильной геомагнитной буре?
Понимание космической погоды и ее предсказания прошли долгий путь со времен зарождения космической эры и запуска спутников для наблюдения за Солнцем. Мы получаем все больше ранних предупреждений о вспышках, а события прошлого научили нас "укреплять" наши технологии против геомагнитных бурь. Однако по-прежнему существуют пробелы в готовности учреждений и правительств к таким событиям и реагировании на них.
В ходе круглого стола было рассмотрено множество шагов, необходимых для реагирования на проблемы космической погоды.
«Это упражнение объединило экспертов по космической погоде и специалистов, отвечающих за управление чрезвычайными ситуациями, реагирование и восстановление», — отметил Иэн Коэн, руководитель научных исследований APL. Это помогло нам, ученым, не только донести информацию до этих высокопоставленных руководителей, но и выявить ключевые пробелы в исследованиях и наблюдениях, а также научиться наилучшим образом доносить сложные темы космической погоды до лиц, принимающих решения".
В «Отчете о действиях после мероприятия», опубликованном в этом году, участники признали, что наша подготовка стала лучше по сравнению с прошлым, однако все еще существуют критически важные потребности, требующие решения. Среди них — улучшение координации между агентствами и другими заинтересованными сторонами для создания значимых и понятных уведомлений о космической погоде, которые четко обозначают влияние на различные элементы инфраструктуры.
В такой координации и коммуникации между государственными органами (например, между NASA и NOAA или службами безопасности) должно участвовать все правительство. Кроме того, необходимы улучшения в области прогнозирования и раннего предупреждения, а также более широкое общественное просвещение о последствиях космической погоды и о том, как правительства и учреждения справляются с результатами таких бурь.
По интересному стечению обстоятельств, настольное упражнение началось как раз в тот момент, когда солнце направило на Землю очередной поток излучения и заряженных частиц. Это привело к шторму в честь Дня матери в 2024 году и дало участникам учений возможность выйти за рамки имитационных учений и разобраться с реальным случаем воздействия космической погоды на Землю.
Разработка предлагаемой миссии UOP, включая аэробрейкинг на самом Уране.
Достижение ледяных гигантов требует значительного времени — путь к Урану может занять до 13 лет, даже с использованием гравитационного маневра возле Юпитера. Тем не менее, в настоящее время разрабатывается несколько идей, направленных на ускорение этого процесса, особенно с учетом возросшего интереса к отправке зондов к этим планетам.
Одной из таких идей является использование системы аэроторможения, которая позволит замедлить зонд по мере его приближения к цели.
В новой статье, написанной Эндрю Гомесом-Дельрио и его соавторами из Лаборатории имени Лэнгли NASA, описывается, как предлагаемая миссия орбитального аппарата и зонда Uranus (UOP) может использовать ту же технологию аэроторможения, что и «Кьюриосити», что позволит значительно повысить как скорость, так и грузоподъемность миссии.
Использование системы аэроторможения для миссий к ледяным гигантам обладает несколькими преимуществами. Во-первых, как уже упоминалось, она способна значительно сократить необходимое время путешествия до цели.
Некоторые оценки предполагают, что время в пути может сократиться вдвое, но, по крайней мере, это позволит сэкономить годы на пути к Урану. Во-вторых, это увеличивает долю полезной нагрузки, которая может быть использована для основной миссии, а не для топлива, необходимого для достижения цели. Третье преимущество заключается в уменьшении размеров и сложности системы двигателей.
Все эти достоинства делают систему аэроторможения привлекательным дополнением любой миссии к Урану. Но в чем же подвох? Разработка такой системы обычно занимает годы и требует миллионов долларов. Однако, согласно статье, в этом нет необходимости: инженеры проекта могут просто немного модифицировать систему аэроторможения, использованную для успешной доставки лаборатории научных исследований на Марс — ныне известной как «Кьюриосити» — на поверхность Красной планеты.
Несмотря на кажущуюся разницу в характере этих двух миссий, система аэроторможения может быть, по сути, одинаковой. Формально она известна как система тепловой защиты (TPS).
Его основным компонентом является конформный углеродный аблятор с фенольной пропиткой (CPICA), материал, широко используемый в теплозащитных экранах из-за его низкой плотности и теплопроводности. Несмотря на свою пористость, он является одним из лучших материалов для защиты космических аппаратов от тепла, возникающего при повторном входе в атмосферу планеты.
В данном случае речь идет о прохождении через атмосферу планеты. Целью зонда к Урану не является остановка в атмосфере, а прохождение через нее с использованием замедляющего эффекта, который она оказывает на космический аппарат, как своего рода тормоз.
В типичном сценарии TPS либо спускается вместе с самим космическим аппаратом после достаточного замедления, либо сбрасывается, когда аппарат направляется к поверхности другой планеты. В случае UOP TPS будет сброшена перед тем, как зонд войдет в стабильную орбиту вокруг планеты.
Однако система аэроторможения — это лишь одна часть общей термической защиты космического аппарата, и статья доктора Гомеса-Дельрио рассматривает несколько других систем, таких как современные виды изоляции и теплопроводные трубы, которые отводят тепло от нескольких радиоизотопных термоэлектрических генераторов к остальному оборудованию миссии.
Кроме того, статья предоставляет детальный анализ работы этих систем на различных этапах миссии, таких как облет Венеры и ее «гибернационный круиз».
Как и во всех подобных миссиях, вес является ключевым определяющим фактором, и система аэроторможения позволит существенно сократить массу за счет уменьшения потребности в топливе и ненужных внешних топливных баках.
Снижение веса также открывает возможности для различных конфигураций аппарата, включая такие, которые позволят UOP собирать данные в фазе круиза или выпускать несколько малых атмосферных зондов следующего поколения (SNAP).
Тем не менее, впереди еще долгий путь, поскольку проект UOP по-прежнему испытывает нехватку финансирования, несмотря на то, что он является миссией высшего приоритета согласно последнему Обзору планетарных исследований. Учитывая общую нехватку средств, существует реальная вероятность того, что сама миссия может так и не состояться.
Тем не менее, в это время проекты, подобные тому, который стал основой для данной статьи и был профинансирован грантом NASA для начинающих специалистов, будут продолжать развивать концепцию миссии в надежде, что однажды она сможет исследовать одну из самых интересных планет нашей солнечной системы.
Изображение из исследования, демонстрирующее, как инструменты машинного обучения могут улучшить анализ изображений и картографирования с помощью изображений поверхности Марса.
Как можно использовать искусственный интеллект (ИИ) для совершенствования методов картографирования и получения изображений на других планетах? Именно на это направлено исследование, представленное на 56-й конференции по лунным и планетарным наукам, в ходе которого одинокий исследователь изучил применение моделей машинного обучения для расширения возможностей картографирования и визуализации на основе орбитальных снимков, полученных с помощью контекстной камеры Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), находящейся на орбите Марса.
Это исследование может оказать значительное влияние на ученых, инженеров и широкую общественность, способствуя более глубокому пониманию преимуществ искусственного интеллекта в проведении продвинутых научных исследований, особенно в контексте глобальных изображений Земли и других небесных тел.
Сегодня Universe обсуждает это увлекательное исследование с доктором Эндрю Эннексом, старшим инженером по научным системам в Институте SETI, о мотивации исследования, следующих шагах в разработке моделей машинного обучения и важности их применения для улучшения существующих методов. Какова же была мотивация данного исследования?
"Основной целью моей работы было стремление ускорить научные открытия и исследования, а также повысить научную отдачу от имеющихся наборов данных о Марсе", — делится доктор Эннекс в интервью Universe Today.
"Многие исследования Марса начинаются с простого определения объектов на поверхности и их локализации. Обычно это достигается тем, что ученый вручную просматривает сотни, а иногда и тысячи изображений. Однако этот процесс может быть крайне медленным и утомительным, особенно при анализе поверхности с высоким разрешением, поскольку требует обработки огромного объема информации."
В ходе своего исследования доктор Эннекс оценил, как существующие методы анализа изображений могут быть улучшены с помощью моделей и инструментов машинного обучения, включая поиск изображений на основе контента (CBIR), OpenAI CLIP (предварительное обучение контрастному языку и изображениям) и архитектуру облачных вычислений. Цель CBIR заключается в том, чтобы взять исходное изображение и просканировать базу данных в поисках схожих изображений, анализируя их содержимое.
OpenAI зарекомендовала себя как ведущая исследовательская компания, стремящаяся усовершенствовать искусственный интеллект на благо человечества в повседневной жизни, а ChatGPT, вероятно, является ее наиболее известной и широко используемой моделью. OpenAI CLIP — это модель машинного обучения, предназначенная для изучения взаимосвязи между изображениями и текстом при работе с обширными наборами данных.
Облачные вычисления предполагают использование сети удаленных серверов для управления большими объемами данных, включая мобильные технологии, базы данных, хранилища, приложения и многое другое.
В результате доктор Эннекс успешно применил модели машинного обучения для анализа глобальных мозаичных изображений CTX на Марсе, включая идентификацию и сопоставление конкретных сходств изображений на Красной планете. Подчеркнув, что это исследование открывает возможности для дальнейших улучшений, включая специфические поисковые запросы, доктор Эннекс отметил, что модели машинного обучения могут быть использованы для изучения планет по всей Солнечной системе.
"В конечном итоге я создал базовую систему визуального поиска, которая позволяет исследовать поверхность Марса с разрешением CTX в пикселях", — рассказывает доктор Эннекс в интервью Universe Today.
"Эта работа не представляет собой единую модель, отвечающую на конкретный вопрос, как это обычно бывает в других исследованиях в области машинного обучения [ML] в планетологии. Это применение программного обеспечения (и машинного обучения) для быстрого поиска множества различных объектов в данных."
Первое изображение с марсианского орбитального аппарата было получено 15 июля 1965 года космическим аппаратом НАСА "Маринер-4", который передал полоски кода, которые ученые и инженеры раскрасили в соответствии с номером кода. 16 июля было получено первое черно-белое орбитальное изображение.
Эта историческая миссия продемонстрировала, что Марс — это не тот водный и тропический ландшафт, о котором мечтали ученые с тех пор, как Персиваль Лоуэлл в начале 20-го века объявил о существовании живых существ на этой планете.
С тех пор марсианские орбитальные аппараты из различных стран прислали невероятные снимки Красной планеты, открывающие мир, в котором, возможно, миллиарды лет назад существовали океаны и реки с жидкой водой.
Благодаря неустанной работе этих роботов-исследователей вся поверхность Марса была запечатлена, и некоторые из изображений отличаются невероятной детализацией, полученной с помощью контекстной камеры НАСА и камеры научного эксперимента с высоким разрешением (HiRISE). Так в чем же заключается важность использования моделей машинного обучения для улучшения существующих методов анализа изображений Марса?
Доктор Эннекс говорит в интервью Universe Today: "Я считаю, что важность заключается в том, что за последние 25 лет, несмотря на увеличение вычислительной мощности, объем данных, которые нам необходимо анализировать для ответа на наши научные вопросы, также возрос, но скорость использования этих данных не увеличилась. Существующие методы не успевают за развитием событий, поскольку они не основаны на вычислениях, а на обычном и критическом анализе изображений на глаз и геологической интерпретации.
"Многие революционные научные открытия, касающиеся Марса, были сделаны благодаря наблюдениям поверхности с более высоким разрешением, чем было доступно ранее. Но сейчас, имея полную картину поверхности, которую предоставляет глобальная мозаика CTX, можно задавать другие важные вопросы о Марсе.
"Однако увидеть всю поверхность с разрешением 5 метров на пиксель одному человеку не под силу. Это просто огромная площадь, которую необходимо анализировать и запомнить. Машинное обучение важно не только с точки зрения скорости, но, возможно, еще более значимо с точки зрения гибкости в автоматизации задач, которые обычный компьютерный анализ изображений не может выполнить эффективно из-за объема данных и ограниченного времени.
"Я не думаю, что машинное обучение заменит весь анализ изображений, но рассматриваю его как еще один инструмент в арсенале, который можно использовать для дополнения и совершенствования существующих методов и анализа."
Распределение OH-поля человека при нанесении лосьона и ароматизатора: (A, B) лосьон на коже четырех человек через 60 и 600 с после введения O3; (C, D) ароматизатор на руках двух пассажиров через 40 и 90 с соответственно.
Окружающая среда внутри помещений содержит множество источников химических соединений. К ним относятся постоянные выбросы, производимые строительными материалами, такими как мебель, полы и другие предметы интерьера, а также периодические интенсивные выбросы, возникающие в результате деятельности человека, такой как приготовление пищи, курение и уборка.
Химические вещества из наружного воздуха также могут попадать в помещения через инфильтрацию и вентиляцию. Озон (O3), поступающий извне, может вступать в реакцию с соединениями, находящимися внутри помещения, образуя сложный химический коктейль в жилом помещении. Поскольку люди проводят до 90% своего времени в помещении, воздействие этого разнообразного набора химических соединений в течение длительного времени вызывает беспокойство, особенно в связи с тем, что воздействие многих таких химических веществ на здоровье человека остается малоизученным. Окружающая среда внутри помещений содержит множество источников химических соединений. К ним относятся постоянные выбросы, производимые строительными материалами, такими как мебель, полы и другие предметы интерьера, а также периодические интенсивные выбросы, возникающие в результате деятельности человека, такой как приготовление пищи, курение и уборка.
Химические вещества из наружного воздуха также могут попадать в помещения через инфильтрацию и вентиляцию. Озон (O3), поступающий извне, может вступать в реакцию с соединениями, находящимися внутри помещения, образуя сложный химический коктейль в жилом помещении. Поскольку люди проводят до 90% своего времени в помещении, воздействие этого разнообразного набора химических соединений в течение длительного времени вызывает беспокойство, особенно в связи с тем, что воздействие многих таких химических веществ на здоровье человека остается малоизученным.
Основываясь на своих выводах, полученных в 2022 году, исследовательская группа Джонатана Уильямса из Химического института Макса Планка более подробно рассмотрела, как средства личной гигиены могут влиять на окислительный процесс в организме человека. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
"Учитывая, что окислительное поле человека влияет на химический состав воздуха в зоне дыхания и вблизи кожи, это влияет на потребление нами химических веществ, что, в свою очередь, влияет на здоровье человека. Поэтому представляет интерес изучить, как средства личной гигиены могут влиять на силу и пространственную протяженность самогенерируемого ОН-поля", - объясняет Уильямс.
Экспериментальные измерения, проведенные командой Макса Планка, были проведены при поддержке Манабу Шираивы и его команды из Калифорнийского университета (Ирвин, США) и группы Донхена Рима из Университета штата Пенсильвания.
"Наша команда использовала уникальный подход для моделирования концентраций химических соединений вблизи человека в помещении", - сказал Ширайва. "Мы разработали современную химическую модель, которая может имитировать реакции озона с кожей и одеждой человека, которые могут привести к образованию полулетучих органических соединений".
"Мы применили трехмерную компьютерную гидродинамическую модель для моделирования эволюции окислительного поля вокруг людей", - сказал Рим. "Этот комплексный подход к моделированию подчеркивает влияние средств личной гигиены на окислительное поле человека".
Средства личной гигиены влияют на окислительную систему человека.
Сначала исследователи изучили, как нанесение лосьона для тела влияет на химический состав кожи испытуемых. Затем они исследовали, как духи, нанесенные на кожу, влияют на химический состав воздуха в помещении. В обоих случаях Уильямс и его команда увидели, что концентрация OH вокруг добровольцев снизилась. Это означает, что она уменьшилась по сравнению со стандартным случаем без косметики, когда озон воздействует на кожу человека с образованием газофазных продуктов, которые в воздухе снова вступают в реакцию с озоном, образуя OH.
Что касается духов, то исследователи объясняют снижение содержания OH основным компонентом духов - этанолом: он вступает в реакцию с OH, расходуя его, поскольку этанол не выделяет OH при взаимодействии с озоном.
"Что касается лосьона для тела, то мы можем объяснить это снижение двумя способами. Один из них заключается в том, что феноксиэтанол — химическое вещество, входящее в состав лосьона для тела, — вступает в реакцию с ОН, но не образует ОН с озоном. Это то же самое, что духи с этанолом. Второе объяснение заключается в том, что лосьон для тела просто мешает озону вступать в реакцию со скваленом на коже", - утверждает химик-атмосферист Уильямс.
"Совместное применение отдушки и лосьона показало, что отдушки влияют на реактивность и концентрацию ОН в течение более коротких периодов времени, в то время как лосьоны оказывают более стойкое воздействие, что согласуется с уровнем выделения органических соединений из этих средств личной гигиены", - резюмирует Нора Заннони, первый автор исследования. В настоящее время она работает в Институте наук об атмосфере и климате в Болонье, Италия.
Значение для химии в помещении.
Несмотря на то, что на рынке существуют тысячи различных ароматов и лосьонов, международная исследовательская группа на основе своих тестов делает несколько общих выводов, применимых к любому продукту.
Согласно новым результатам этого исследования, можно ожидать, что аромат, применяемый в помещении, подавляет окислительное поле человека. В отличие от ароматизаторов, состав лосьонов более разнообразен. Несмотря на их разнообразный состав, ожидается, что большинство лосьонов подавят окислительный процесс в организме человека за счет сочетания разбавления компонентов кожного жира и уменьшения взаимодействия между O3 и кожей.
Кроме того, продаваемые лосьоны содержат консерванты, действующие как антимикробные агенты. Широко используется феноксиэтанол, который также способствует подавлению окислительного процесса в организме человека, вступая в реакцию с радикалами ОН, что экспериментально продемонстрировано в этом исследовании.
"Если мы покупаем диван у крупной мебельной компании, то перед поступлением в продажу он проходит проверку на вредные выбросы. Однако, когда мы садимся на диван, мы естественным образом преобразуем некоторые из этих выбросов из-за создаваемого нами окислительного поля. Это может привести к образованию множества дополнительных соединений в зоне нашего дыхания, свойства которых недостаточно известны или изучены. "Интересно, что и лосьон для тела, и духи, похоже, ослабляют этот эффект", - говорит Уильямс.
Эксперименты проводились в Датском техническом университете (DTU) в Копенгагене в 2021 году. Четверо испытуемых находились в специальной камере с климат-контролем в стандартных условиях. Озон добавлялся в воздух, поступающий в камеру, в количестве, которое не было вредным для человека, но соответствовало более высокому уровню содержания ОН в помещении. Команда определила концентрацию ОН косвенно, определив количество отдельных источников ОН и общую скорость потери ОН. Поле OH создавалось только при наличии озона.
Объединив измерения температуры воздуха внутри камеры с моделированием, они рассчитали влияние лосьона и ароматизатора на окислительную активность человека.
Эти результаты являются частью проекта ICHEAR (Indoor Chemical Human Emissions and Reactivity Project), в котором приняла участие группа сотрудничающих международных ученых из Дании (DTU), США (Университет Ратгерса) и Германии (MPI). Моделирование было частью проекта MOCCIE, базирующегося в Калифорнийском университете в Ирвайне и Университете штата Пенсильвания
Составное изображение пузыря CS 61 в области звездообразования NGC 6357.
Согласно новому исследованию, проведенному международной командой астрономов из Университета Пенсильвании, фундаментальные строительные блоки для формирования планет могут существовать даже в условиях экстремального ультрафиолетового излучения.
В данной работе были использованы уникальные возможности космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) и сложное термохимическое моделирование для изучения протопланетного диска — облака пыли и газа, окружающего молодую звезду, которое в конечном итоге может привести к образованию планет и других небесных тел — в одной из самых экзотических сред нашей галактики.
"Астрономы давно стремятся понять, как формируются планеты внутри вращающихся газовых и пылевых дисков, окружающих молодые звезды", — отметил Байрон Портилья-Ревело, научный сотрудник в области астрономии и астрофизики из Научного колледжа Эберли в Пенсильвании и ведущий автор исследования.
"Эти структуры, известные как протопланетные диски, являются местом зарождения экзопланетных систем, подобных нашей Солнечной системе, сформировавшейся 4,5 миллиарда лет назад. Протопланетные диски часто образуются вблизи массивных звезд, излучающих значительное количество ультрафиолетового света, что потенциально может разрушать диски и влиять на их способность к образованию планет.
"Несмотря на значительный прогресс в изучении протопланетных дисков в близлежащих областях звездообразования, в этих регионах отсутствует интенсивное ультрафиолетовое излучение, характерное для более массивных и распространенных звездных скоплений".
Ультрафиолетовое излучение представляет собой невидимый свет с энергией, превышающей энергию видимого света. На Земле оно может вызывать повреждения клеток, начиная от легкого солнечного ожога и заканчивая раком кожи. В космосе, где отсутствуют атмосферные фильтры, ультрафиолетовое излучение гораздо более интенсивно.
В центре внимания исследования находилась молодая звезда солнечной массы, известная как XUE 1, расположенная примерно в 5500 световых годах от нашего Солнца в области, именуемой туманностью Лобстер (NGC 6357). Этот регион славится наличием более 20 массивных звезд, две из которых являются одними из самых массивных в нашей галактике и источниками экстремального ультрафиолетового излучения. В этом же регионе команда наблюдала дюжину молодых звезд меньшей массы, протопланетные диски которых подвергались воздействию интенсивного ультрафиолетового излучения.
Объединив наблюдения JWST с комплексными астрохимическими моделями, исследователи смогли определить состав крошечных пылинок в протопланетном диске вокруг XUE 1, которые в конечном итоге разрастутся и сформируют скалистые планеты. Они обнаружили, что диск содержит достаточно твердого материала, чтобы потенциально образовать по меньшей мере 10 планет, каждая из которых по массе сопоставима с массой Меркурия. Авторы также определили пространственное распределение в диске множества ранее обнаруженных молекул, включая водяной пар, монооксид углерода, двуокись углерода, цианистый водород и ацетилен.
"Эти молекулы могут способствовать формированию атмосфер формирующихся планет", — отметил Константин Гетман, профессор-исследователь кафедры астрономии и астрофизики Пенсильванского университета и соавтор исследования. "Обнаружение таких скоплений пыли и газа позволяет предположить, что фундаментальные строительные блоки для формирования планет могут существовать даже в условиях экстремального ультрафиолетового излучения".
Более того, основываясь на отсутствии определенных молекул, которые служат индикаторами ультрафиолетового излучения в свете, регистрируемом JWST, команда пришла к выводу, что протопланетный диск компактен и лишен газа на своих окраинах. Он простирается всего на 10 астрономических единиц — мера, основанная на среднем расстоянии между Землей и Солнцем — от звезды-хозяина, что примерно соответствует расстоянию от Солнца до Сатурна. По мнению исследовательской группы, такая компактность, вероятно, является результатом воздействия внешнего ультрафиолетового излучения, разрушающего удаленные области диска.
"Эти результаты подтверждают идею о том, что планеты формируются вокруг звезд даже в условиях сильного внешнего излучения", — отметил Эрик Фейгельсон, выдающийся старший научный сотрудник и профессор астрономии, астрофизики и статистики в Пенсильванском университете. "Это помогает объяснить, почему астрономы обнаружили, что планетные системы широко распространены вокруг других звезд".
По словам исследователей, изучение XUE 1 представляет собой ключевой шаг в понимании влияния внешнего излучения на протопланетные диски. Это закладывает основу для будущих наблюдений с использованием как космических, так и наземных телескопов, направленных на создание более полной картины формирования планет в различных космических условиях.
По словам Портильи-Ревело, данное исследование подчеркивает преобразующие возможности обсерватории Джеймса Уэбба в изучении тонкостей формирования планет и демонстрирует устойчивость протопланетных дисков перед лицом серьезных экологических вызовов.
Публикация взята с сайта: XUE: Thermochemical Modeling Suggests a Compact and Gas-depleted Structure for a Distant, Irradiated Protoplanetary Disk
Гелий ионы — источник частиц солнечной энергии, угрожающих астронавтам при солнечных выбросах.
Ученые Юго-Западного исследовательского института выяснили, как солнечная активность влияет на распределение по скоростям и эволюцию ионов гелия.
Ионы гелия - это заряженные частицы, образующиеся при ионизации нейтральных частиц, происходящих за пределами нашей Солнечной системы. Они ионизируются солнечным ультрафиолетовым излучением и захватываются межпланетным магнитным полем.
Новое исследование, проведенное доктором Кейичи Огасаварой из SwRI, показывает, что эти поглощающие ионы являются источником частиц солнечной энергии (SEP). К таким высокоэнергетическим ускоренным частицам относятся протоны, электроны и тяжелые ионы, образующиеся в результате таких событий на Солнце, как вспышки и корональные выбросы массы (КВМ). Используя данные обсерватории солнечно-земных связей НАСА, SwRI обнаружил начальные характеристики ускорения ионов гелия, поглощаемых несколькими событиями КВМ.
"Мы тщательно определили специфические свойства ионов и использовали их для отслеживания процессов передачи физической энергии", - сказал Огасавара. "Мы также рассмотрели роль, которую играют различные типы межпланетных толчков, когда быстро движущиеся возмущения солнечного ветра сталкиваются с более медленно движущейся плазмой солнечного ветра".
Понимание того, как и когда возникают СЭП, имеет решающее значение, поскольку, разгоняясь до более высоких энергий, они могут проникать в космические аппараты и скафандры, создавая радиационную опасность для астронавтов.
SwRI также изучил скорости отдельных поглощающих ионов гелия в зависимости от ориентации их локального магнитного поля и определил их характерное поведение при взаимодействии с различными типами ударных волн, связанных с CME.
"Распределение поглощаемых ионов по скоростям сильно отличается от распределения солнечного ветра", - сказал Огасавара. "На самом деле, они могут быть в два раза быстрее солнечного ветра даже в относительно спокойные времена. Из-за этого различия поглощаемые ионы более эффективно разгоняются до еще более высоких энергий, чем обычные частицы солнечного ветра."
По сравнению с SEPs, солнечный ветер представляет собой непрерывный поток плазмы с меньшей энергией, испускаемый короной, внешней атмосферой Солнца.
SwRI разработал новый метод отслеживания эволюции частиц, когда поглощающие ионы проходят через ударные волны, турбулентность и крупномасштабные магнитные структуры. Это позволяет исследователям отделять процессы, которые увеличивают или уменьшают энергию, от тех, которые поддерживают уровень энергии.
"В этом исследовании изучалось поведение частиц в широком спектре структур гелиосферы, включая магнитные структуры, межпланетные толчки и область оболочки, которая образуется перед CME", - сказал Огасавара.
