22 июня 1978 года астрономы Джеймс Кристи и Роберт Харрингтон, работавшие при Военно-морской обсерватории США (NOFS) во Флагстаффе, штат Аризона, открыли Харон — крупнейший спутник Плутона.
Кристи и Харрингтон вовсе не охотились за спутниками. Перед собой они поставили задачу уточнить параметры орбиты Плутона. Но Кристи, изучая снимки, заметил нечто странное: на некоторых фотография карликовая планета (тогда еще полноценная девятая планета Солнечной системы) выглядела немного вытянутой, словно размазанной. Еще больше интриговал тот факт, что это "размытие" меняло положение с четкой периодичностью — каждые 6,39 дня.
Заинтригованный астроном рассказал о странности коллеге. Они подняли архивные снимки Плутона и обнаружили, что аномалия повторяется систематически. У этого могло быть только одно объяснение: рядом с Плутоном присутствует массивное тело, которое является его спутником.
Так человечество узнало, что далекий Плутон не одинок — у него есть своя луна. Сегодня же нам известны еще четыре спутника помимо Харона: Гидра и Никта (открыты в 2005 году), Кербер (открыт в 2011 году) и Стикс (открыт в 2012 году).
Все названия связаны с греческими мифами о подземном царстве:
Плутон - бог подземного царства;
Харон - перевозчик душ;
Никта - богиня ночи;
Гидра - девятиглавое змееподобное чудовище;
Кербер (Цербер) - трехглавый пес, охраняющий выход из царства мертвых;
Стикс - река в подземном царстве, отделяющая мир живых от мира мертвых.
При комнатной температуре (20 градусов Цельсия) в одном литре воды можно растворить максимум 360 граммов поваренной (пищевой) соли. После этого раствор достигнет предельного насыщения, а значит, если в него добавлять еще больше соли, то она будет просто оседать на дно, сколько бы вы ни размешивали.
Эта граница называется растворимостью, которая зависит от температуры. Если бы температура литра воды составляла 100 градусов, то в нем можно было бы растворить немного больше соли — максимум 391 грамм. Связано это с тем, что горячая вода "захватывает" больше молекул соли благодаря ускоренному движению частиц — это фундаментальный закон физики.
Примечательно, что обычный сахар растворяется намного лучше соли — до двух килограммов на литр при комнатной температуре. Поэтому сладкий сироп получается таким густым. А вот мел практически не растворяется — всего 0,013 грамма на литр.
Но вернемся к соли. Благодаря существующему пределу растворимости, океаны Земли не становятся бесконечно солеными, несмотря на то, что реки и вулканическая активность непрерывно доставляют в них минеральные соли.
Когда концентрация соли достигает максимума, ее избыток, как было сказано выше, выпадает в осадок, поэтому за миллионы лет на Земле появились огромные соляные месторождения.
Кстати, граница растворимости используется в промышленности для очистки веществ методом перекристаллизации: раствор нагревают, растворяют в нем максимум вещества, а затем охлаждают его, чтобы получить чистые кристаллы.
В мозге каждого из нас живет древний вирус. А если точнее, то его генетический код, который давно стал частью нашего генома и теперь, вероятно, играет ключевую роль в работе того, что мы называем сознанием.
Согласно двум исследованиям (первое и второе), опубликованным в рецензируемом журнале Cell, миллионы лет назад вирус внедрил свой генетический код в геном четвероногих животных. После многочисленных эволюционных хитросплетений до наших дней "уцелел" лишь фрагмент кода, но он все еще продолжает функционировать в человеческом мозге, выполняя типично вирусную задачу: упаковывает генетическую информацию и отправляет ее от одних нервных клеток к другим в небольших "капсулах", очень похожих на сами вирусы.
Вирусные гены — это норма
Может показаться странным, что части человеческого генетического кода берут свое начало от вирусов, но это — абсолютная норма. Согласно научным данным, от 40 до 80 процентов человеческого генома сформировались благодаря древним вирусам, которые миллионы лет назад внедрились в ДНК наших очень далеких предков.
Связано это с тем, что вирусы — не просто микроскопические "сущности", стремящиеся покомфортнее обосноваться в организме как бактерии. Вирус — это генетический паразит, целью которого является внедрение своего генетического кода в клетки хозяина с целью их захвата и превращения в фабрики для производства новых вирусов. Чаще всего эти "вирусные манипуляции" не дают результатов, но в некоторых случаях — наносят серьезный вред носителю. Однако в природе встречается и третий исход: иногда внедренные вирусные гены оказываются полезными, поэтому они остаются с нами навсегда.
Ген Arc в действии
Стоит синапсу* активироваться и древний вирусный ген Arc тут же оживает, начиная записывать свои инструкции в виде подвижного генетического кода, известного как РНК. За пределами клеточного ядра РНК служит посланником ДНК, представляя собой односпиральную копию кода двойной спирали ДНК.
*Синапс — это место контакта между двумя нервными клетками (нейронами).
Следуя инструкциям Arc, нервная клетка возводит вокруг вирусной РНК "капсиды" (вирусоподобные оболочки, состоящие из белков), что позволяет ей свободно перемещаться между клетками — иммунная система не распознает ее как угрозу. Таким образом вирусная РНК беспрепятственно проникает в соседние нейроны и передает им свой пакет генетической информации.
И вот тут начинается самое интересное: ученые пока не знают, что делает эта информация, попадая в новую клетку. Но авторы исследования обнаружили, что если этот механизм нарушен, то синапсы отмирают. Проблемы с геном Arc часто встречаются у людей с аутизмом и другими нетипичными неврологическими состояниями.
Исследователи считают, что эти процессы необходимы для реорганизации мозга с течением времени (сознание ребенка, определенно, отличается от сознания взрослого человека).
"Они [эти процессы] лежат в основе функционирования мозга — от классических условных рефлексов до человеческого самопознания и концепции 'я'", — отмечают они.
Многократное вторжение
Ген Arc, похоже, передавался от вирусов к животным не один раз. У людей и четвероногих существ гены Arc тесно связаны друг с другом. Однако гены Arc у плодовых мушек и червей, по-видимому, появились независимо друг от друга.
Следующий шаг исследования — объединить экспертов в области нейронауки и вирусологии, чтобы выяснить, когда и как именно Arc попал в наш геном, и какую информацию он передает между нашими клетками сегодня.
В природе встречаются примеры, когда паразиты полностью контролируют поведение носителя. Например, паразитический червь Лейкохлоридий парадоксальный (лат. Leucochloridium paradoxum) внедряется в организм улитки и превращает ее в покорного раба, заставляя забраться как можно выше, чтобы она была съедена птицей. Оказавшись в организме пернатого создания, червь приступает к размножению.
Может быть, древний вирус, наградивший нас геном Arc, тоже преследовал свои цели, но более масштабные. Возможно, целью вируса было расширение сферы влияния далеко за пределы Земли, поэтому нас так тянет к звездам. То есть наше совершенно иррациональное желание колонизировать абсолютно непригодные для жизни миры вроде Луны и Марса может быть не нашим сознательным выбором, а древней вирусной программой.
Любопытнейшее исследование, опубликованное в рецензируемых научных журналах Nature Astronomy и The Astrophysical Journal Letters, предполагает, что миллиарды лет назад нашу Солнечную систему посетила звезда-странница.
Это древнее событие могло кардинально изменить облик нашей космической окрестности, превратив ее в то, что мы наблюдаем сегодня.
Согласно расчетам, безымянная звезда, немного уступающая Солнцу по массе и размеру, прошла на расстоянии около 110 астрономических единиц (а.е.*) от нашего светила. Для сравнения: среднее расстояние между Солнцем и Плутоном составляет "всего" 39,5 а.е.
*Одна а.е. равна среднему расстоянию между Землей и Солнцем и составляет примерно 150 миллионов километров.
Гравитационное воздействие этой незваной космической гостьи могло серьезно повлиять на расположение и орбиты многих объектов в ранней Солнечной системе.
"Это сближение было настолько тесным, что оно могло повлиять на судьбы целых миров", — говорит Сюзанна Пфальцнер, ведущий автор исследования и астрофизик из немецкого Исследовательского центра Юлиха (FZJ).
Рождение гипотезы
Гипотеза о "свидании" наше планетной системы с солнцеподобной звездой появилась в процессе изучения необычных траекторий объектов, расположенных далеко за орбитой Нептуна. Их орбиты наклонены и сильно вытянуты, что трудно связать с естественными эволюционными процессами Солнечной системы.
"Эти объекты могут быть свидетелями давно минувшего преступления", — поясняет астрофизик Амит Говинд, соавтор исследования.
Для проверки своей гипотезы ученые прибегли к компьютерному моделированию, проведя серию из более чем 3 000 симуляций. Результаты оказались поразительными.
Модель с участием звезды-странницы, посетившей Солнечную систему на заре ее существования, не только объяснила странные орбиты транснептуновых объектов, но и пролила свет на загадку карликовой планеты Седны. Этот далекий ледяной мир движется по крайне вытянутой орбите, удаляясь от нашего светила более чем на 937 а.е.!
Более того, гравитационное влияние звезды-странницы могло способствовать появлению необычных спутников у планет-гигантов. По словам Симона Портегиса Цварта, одного из авторов исследования, некоторые транснептуновые объекты могли быть перемещены во внутренние области Солнечной системы, где их захватили гравитационные поля крупных планет. Например, Феба — самый массивный из нерегулярных удаленных спутников Сатурна — скорее всего, был сформирован где-то за орбитой Нептуна.
"Космос хранит свои секреты, но он также оставляет подсказки, — заключает Пфальцнер. — Подобно археологам, мы по крупицам собираем свидетельства давно минувших космических событий, и каждая необычная орбита может быть ключом к разгадке тайн прошлого".
Команда планетологов из Массачусетского технологического института, которую возглавил доктор Сигэру Вакита, моделируя сценарии формирования многокольцевых ударных кратеров Тайр и Калланиш на ледяной поверхности Европы, спутника Юпитера, пришла к выводу: толщина ледяной коры Европы, отделяющей подповерхностный океан от космической среды, составляет не менее 20 километров.
Из этого следует, что для получения ответа на вопрос, есть ли в океане Европы жизнь, нам придется очень много и долго бурить. Технологий для этого у человечества нет, как и нет соответствующего опыта и щедрого финансирования науки, так что ни сегодня, ни через двадцать лет, мы не сможем реализовать проект такого масштаба.
Пока же команда Вакиты предлагает осуществить не менее интересный проект по "проникновению в подповерхностный океан Энцелада", небольшого ледяного спутника Сатурна. Стоит отметить, что в отличие от океана Европы с океаном Энцелада у нас уже был прямой — хотя и незначительный — контакт за счет гейзерной активности. Это событие, произошедшее в рамках миссии NASA "Кассини", показало, что по составу подповерхностный океан Энцедала очень похож на Земной; он содержит все химические ингредиенты, необходимые для зарождения жизни.
Гейзерная активность Энцелада связана с разломами на южном полюсе спутника, и команда Вакиты предлагает отправить к краю одного из них посадочный модуль с гибкими (мягкими) роботами на борту, которые просто... упадут внутрь. Разломы имеют доступ к подповерхностному океану, а значит рано или поздно роботы окажутся в нем. Для организации такой миссии нужно решить как минимум две глобальные проблемы:
Найти способ качественно передавать данные из океана, находящегося под ледяной корой толщиной не менее километра (вероятно, посадочный модуль + спутник-ретранслятор решат вопрос);
Найти около миллиарда долларов для организации миссии.
Перед вами Прометей, один из 274 спутников Сатурна, запечатленный 6 декабря 2015 года космическим аппаратом NASA "Кассини", который в момент наблюдения находился на расстоянии 37 400 километров от поверхности картофелеобразной луны. На заднем плане изображения видна часть F-кольца газового гиганта.
Примечательно, что F-кольцо Сатурна существует благодаря коллаборации Прометея и Пандоры, еще одного небольшого спутника.
Размеры Прометея составляют примерно 137 × 81 × 56 километров. На полный оборот вокруг Сатурна у спутника уходит всего 0,613 дня. Среднее расстояние от Прометея до "окольцованного гиганта" составляет 139 380 километров. Для сравнения, среднее расстояние от Земли до Луны составляет 384 400 километров.
Скорость убегания* Прометея составляет 80 километров в час, что ничтожно мало в сравнении с его средней скоростью движения по орбите в 59 526,2 километра в час.
*Скорость убегания — это наименьшая скорость, необходимая для удержания объекта на круговой орбите вокруг небесного тела.
Колесо Телеги (ESO 350-40) — линзовидная и кольцеобразная галактика, расположенная примерно в 500 миллионах световых лет от Земли в созвездии Скульптора. Ее диаметр около 150 000 световых лет, что на 50% больше диаметра Млечного Пути.
На расстоянии около 180 миллионов световых лет от Земли находится система Arp 143, представляющая собой пару взаимодействующих галактик: NGC 2444 (слева) и NGC 2445.
NGC 2444 — это эллиптическая галактика, а NGC 2445 — спиральная, и их гравитационное влияние искажает формы друг друга. Это взаимодействие вызвало бурные процессы звездообразования в NGC 2445, видимые как яркие голубые области.
Галактические столкновения — распространенные явления во Вселенной, играющие ключевую роль в ее эволюции.
Изображение было получено 22 февраля 2022 года космическим телескопом NASA/ESA "Хаббл".
Снимок ядра кометы Галлея (1P/Halley), размеры которого составляют примерно 8 на 15 километров. Фотография была получена 14 марта 1986 года аппаратом Европейского космического агентства "Джотто", когда он находился на расстоянии около 2 000 километров от кометного ядра.
Яркие столбы света являются результатом сублимации: солнечное тепло разогревает комету, частично превращая в газ отложения водяного льда, скрывающиеся под ее тонкой корой. Газ, вырываясь наружу, придает комете дополнительную скорость, что позволяет ей постепенно отдалиться от Солнца и вернуться в Облако Оорта.
В следующий раз комета Галлея посетит внутреннюю Солнечную систему только в 2061 году.
18 февраля 2021 года марсоход NASA Perseverance сделал то, что до него удавалось только его предшественнику Curiosity — он запечатлел свою собственную посадку на Марс. На высоте около десяти километров над поверхностью Красной планеты были сделаны кадры, которые позволяют нам увидеть Марс "глазами" робота-первопроходца.
Перед нами не просто любопытное изображение — это настоящая техническая симфония, созданная путем объединения десяти отдельных снимков, полученных камерой системы технического зрения посадочного модуля (Lander Vision System Camera, LVSC). LVSC — не обычный фотоаппарат, а часть сложной системы навигации, которая помогала марсоходу найти безопасное место для посадки.
Серебряный страж
На снимке можно увидеть удивительную деталь — серебристый диск, падающий на поверхность Марса. Это тепловой щит, который подобно верному стражу защищал Perseverance во время спуска через атмосферу Марса, когда температура вокруг марсохода достигала экстремальных значений.
Система камер, сделавшая эти снимки, представляет собой настоящий прорыв в технологии космических исследований. Впервые в истории марсианских миссий робот мог в реальном времени анализировать поверхность планеты и самостоятельно — без вмешательства со стороны земных операторов — корректировать траекторию посадки.
Значение момента
Этот снимок — больше чем просто техническая документация. Это свидетельство триумфа человеческой мысли, момент, когда созданный людьми аппарат готовится совершить одну из самых сложных операций в истории космонавтики — точную посадку на поверхность другой планеты.
Сегодня Perseverance продолжает свою миссию на Марсе, исследуя кратер Езеро в поисках возможных следов древней жизни. Но этот снимок навсегда останется символом его первой встречи с Красной планетой.
Два года назад космический телескоп NASA "Джеймс Уэбб" поставил астрономов в тупик. В ранней Вселенной былиобнаружены галактики, которые, казалось, не могли существовать — они выглядели слишком большими и зрелыми для своего возраста. Теперь эта загадка получила неожиданное решение, которое может изменить наше понимание формирования первых черных дыр.
Эти необычные объекты (аномально зрелые галактики), получившие название "Маленькие Красные Точки" (Little Red Dots, LRDs), существовали, когда Вселенной было "всего" 600 миллионов лет. Изначально их параметры не укладывались в существующие модели эволюции галактик — для формирования таких массивных структур нужно было существенно больше времени.
Масс-медиа, подхватив эту информацию и исказив ее до неузнаваемости, стали причиной появления бесчисленного множества антинаучных публикаций о том, что наблюдения "Джеймса Уэбба" якобы доказали, что никакого Большого взрыва не было, а если и был, то произошел значительно раньше.
Но все это, разумеется, не соответствовало действительности, иразгадка природы"невозможных галактик" крылась в их центрах.
Тайна "Маленьких Красных Точек"
В сердцах этих древних объектов были обнаружены гигантские черные дыры, масса которых составляет около 10% от массы всей системы. Для сравнения: в современных галактиках, включая наш Млечный Путь, на сверхмассивные черные дыры в среднем приходится около 0,01% от массы галактики. Присутствие таких массивных объектов в столь ранний период существования Вселенной стало убедительным доказательством теории прямого коллапса.
Согласно этой теории, первые сверхмассивные черные дыры появились не в процессе гибели массивных звезд с последующим набором массы, а были рождены в ходе прямого коллапса гигантских облаков газа. В условиях ранней Вселенной эти облака могли коллапсировать целиком, минуя стадию формирования звезд, что приводило к появлению черных дыр массой в десятки или даже сотни тысяч солнечных масс.
Наблюдения "Джеймса Уэбба" показывают, что около 70%* "Маленьких Красных Точек" демонстрируют признаки присутствия таких черных дыр — в их центральных областях наблюдается вращение газа со скоростью около 1 000 километров в секунду.
*Речь именно о подтвержденных сверхмассивных черных дырах. По факту же нет никаких сомнений в том, что все LRDs наделены этими гигантскими "гравитационными монстрами".
Анатомия "Маленьких Красных Точек"
По сути, каждая "Маленькая Красная Точка" - это:
Огромная черная дыра, на массу которой приходится около 10% от массы всей системы;
Примечательно, что "Маленькие Красные Точки" существовали только в определенный период ранней Вселенной, а затем... исчезли, что делает их еще более интригующими для изучения.
"Маленькие Красные Точки" представляли собой особый класс объектов — своего рода "эмбрионы" будущих галактик, где главную роль играли именно сверхмассивные черные дыры.
Большинство "Маленьких Красных Точек" эволюционировали в современные галактики, но те, что "исчезли", на самом деле превратились в системы со спящими сверхмассивными черными дырами. Другими словами, за миллиарды лет черные дыры "сожрали" все вокруг и из-за дефицита материи "заснули". Это, так сказать, бракованные протогалактики, которые мы не можем наблюдать ни в оптическом, ни в инфракрасном диапазонах.
Открытие, сделанное на основе новых наблюдений "Джеймса Уэбба", проливает свет на происхождение первых сверхмассивных черных дыр и помогает лучше понять процессы формирования галактик в молодой Вселенной.
Вторым популярным мифом про Дмитрия Ивановича является его причастность к изобретению водки.
Не в последнюю очередь к этому приложил руку историк Вильям Похлёбкин, написав целую монографию «История водки». В этой работе он провёл параллели между защитой Менделеевым диссертации «О соединении спирта с водою» в 1865 году и установлением государственного стандарта на водку, установленного в 1840-х годах.
Разберём два этих события отдельно.
Дмитрий Иванович, как любой химик того времени, много экспериментировал с водяными растворами. В частности, его интересовали необычные свойства раствора спирта.
Проводя лабораторные исследования, ученый заметил, что объем водно-спиртового раствора неизменно оказывается меньше совокупности объемов Н2О и С2Н5ОН, смешанных во имя науки. То есть, если соединить 1 литр воды и 1 литр спирта, то получится отнюдь не 2 литра 50-градусного горячительного напитка, а меньше. Это значит, что плотность раствора двух этих химических элементов выше плотности каждого из них по отдельности.
Менделеев обнаружил, что наибольшее сжатие растворов спирта в воде при всех температурах приходится на раствор, содержащий около 46% спирта. Удельный вес жидкости при этой концентрации был, следовательно, наибольшим. Если открыть текст самой диссертации, то ни одного слова «водка» мы не обнаружим.
А что касается государственного стандарта… Казна Российской империи на треть состояла из доходов кабаков частных и государственных. И проведённые проверки показали, что крепость водки на определённом этапе транспортировки от государственных предприятий до шинкарей (держателей частных кабаков) изменяется в меньшую сторону не всегда по естественным причинам (разбавляли). Лишний доход при этом попадает отнюдь не в казну. И правительство установило государственный стандарт крепости водки – 40%. А Дмитрий Иванович Менделеев, как видный учёный и специалист по смесям, входил в состав комиссии, следящей за составом данного продукта.
Самого Д.И. Менделеева такая ситуация не радовала. Еще в 1883 году он писал: «Неужели, в самом деле, положение наше таково, что в кабаке, казенном или частном, должно видеть спасение для экономического быта народа, т.е. России, и в водке, да в способах ее потребления искать исхода для улучшения современного состояния дел народных и государственных».
Сам же Менделеев воду не то что не употреблял – он её терпеть не мог!
Гребневики - широко распространённый тип морских животных. Отличительная особенность гребневиков - «гребни» из ресничек, используемые при плавании.
Самые большие среди передвигающихся при помощи ресничек животных: их
размеры колеблются от нескольких миллиметров до полутора метров.
Почти
все гребневики — хищники. Их рацион включает разнообразных водных
животных: от микроскопических личинок и коловраток до небольших взрослых
ракообразных.
Международная группа учёных открыла необычный механизм лечения
у родственных медузам гребневиков (Mnemiopsis leidyi). Получив травму,
такое беспозвоночное сливается с другой особью в единый организм.
Чтобы подтвердить догадки, команда удалила части тела у других
особей и поместила их рядом друг с другом. В 9 из 10 случаях
травмированные гребневики слились воедино.
Дальнейшее исследование показало, что после одной ночи две
исходные особи плавно стали одним целым без видимого разделения между
ними. Когда исследователи ткнули в одну долю, все слитое тело
отреагировало выраженной реакцией испуга, что говорит о том, что их
нервные системы также полностью взаимоинтегрировались.
Более подробные наблюдения выявили, что сросшиеся гребневики
имели спонтанные движения в течение первого часа. После этого время
сокращений на каждой доле начало синхронизироваться больше. Всего через
два часа 95% сокращений мышц сросшихся животных идеально
синхронизировались.
Научитесь видеть мир по-новому, благодаря удивительным
открытиям в науке, космосе и технологиях, которые мы делимся с вами
каждый день! Наука Космос Технологии 🐼
27 августа 1883 года в 10:02 утра произошло событие, которое буквально потрясло Землю. Индонезийский вулкан Кракатау, расположенный на одноименном острове между Явой и Суматрой, рванул с такой силой, что породил самый громкий звук в зарегистрированной истории человечества. Его слышали на расстоянии как минимум 4 800 километров.
По современным оценкам, мощность звука у источника составляла примерно 310 децибел (дБ). Для сравнения: мощность звука работающего реактивного двигателя — около 140 дБ. На расстоянии около 160 километров мощность звукового удара составляла 170-172 дБ, а моряки, находившиеся в 64 километрах от острова, практически полностью потеряли слух. Капитан британского корабля Norham Castle записал в вахтенном журнале:
"Убежден, что наступил Судный день. Мои последние мысли с женой".
Звук распространился невероятно далеко. Жители острова Родригес у Маврикия, удаленного на 4 800 километров от эпицентра, слышали "серию громких хлопков". В Австралии, примерно в 3 000 километрах от Кракатау, люди тоже стали косвенными свидетелями извержения, приняв этот грохот за артиллерийскую канонаду.
Ударная волна оказалась настолько мощной, что барографы по всему миру фиксировали ее прохождение в течение пяти дней. В некоторых точках земного шара приборы зарегистрировали эту волну семь раз, а значит, она фактически обогнула планету примерно три с половиной раза. Даже в самых удаленных районах были отмечены аномальные колебания атмосферного давления, которые позже связали с Кракатау.
Извержение, мощность которого оценивается в 100-200 мегатонн в тротиловом эквиваленте, выбросило в атмосферу около 25 кубических километров материала, а эруптивная колонна — гигантский столб пепла, газа и раскаленных обломков — поднялась более чем на 30 километров. Северные две трети острова, включая сам вулкан, были уничтожены. Позже на его месте появился новый вулканический остров — Анак-Кракатау ("дитя Кракатау"), а остатки прежнего острова позже закрепились под названиями Раката, Сертунг и Панджанг.
По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA), извержение Кракатау и вызванные им мегацунами, обрушившиеся на побережья Явы и Суматры, уничтожили 165 городов и поселений, а еще 132 серьезно пострадали. К праотцам отправились не менее 36 000 человек.
Последствия этого события ощущались по всей Земле. Пепел и газы, попавшие в верхние слои атмосферы, вызвали глобальное похолодание: средняя температура на планете снизилась примерно на 0,5-0,6 градуса, а закатное небо по всему миру окрасилось в тревожные красно-коричневые оттенки. На первый взгляд это может показаться незначительным, но для средней температуры всей планеты такое изменение огромно: речь идет не о погоде в одном регионе, а о сдвиге климатической системы в целом. Это привело к массовым неурожаям с далеко идущими последствиями.
Извержение Кракатау стало переломным моментом в развитии науки. Это была первая глобальная катастрофа, которую удалось подробно задокументировать благодаря телеграфу и сети метеорологических станций. Событие подтолкнуло ученых к более системному изучению вулканов, атмосферы и созданию климатических моделей.
Когда инструменты марсохода NASA Curiosity, находящегося на Красной планете с 6 августа 2012 года, зафиксировали в разреженной атмосфере присутствие молекулярного кислорода (O2), это стало неожиданностью.
Сегодня известно, что на кислород приходится всего около 0,13–0,16% от объема марсианской атмосферы, состоящей на 95% из углекислого газа (CO2). Это ничтожно мало по земным меркам, но факт его присутствия заслуживает особого внимания.Итак, откуда на холодной и сухой планете, где нет ни растений, ни водорослей, ни каких-либо других организмов*, способных к фотосинтезу, взялся O2, запасы которого пополняются?*По сей день никаких убедительных доказательств существования жизни на Марсе нет. Поэтому исходим из этого факта.
Фотохимия атмосферы
Исследования показывают, что основным источником кислорода на Марсе являются фотохимические процессы, протекающие в верхних слоях атмосферы. Под действием ультрафиолетового излучения Солнца молекулы CO2 и небольшого количества водяного пара (H2O) распадаются, высвобождая атомы кислорода. Часть этих атомов ненадолго объединяется в молекулы O2, которые после череды фотохимических реакций снова оказываются связанными в составе CO2.Данная модель прекрасно объясняет присутствие кислорода в марсианской атмосфере. На этом можно было бы и закончить статью, но...
Загадочные сезонные колебания
В 2019 году Curiosity, продолжая свою работу в кратере Гейла, обнаружил, что колебания уровня кислорода в атмосфере демонстрируют более сильную сезонную зависимость, чем предсказывает фотохимическая модель. Так, в весенне-летний период уровень O2 возрастает почти на 30%, а осенью и зимой возвращается к исходным значениям.В попытках объяснить эту аномалию ученые выдвинули две гипотезы:
Роль марсианского грунта
Марсианский реголит насыщен перхлоратами — солями, содержащими кислород в связанном виде. Лабораторные эксперименты вкупе с моделированием показывают, что под воздействием радиации такие соединения могут разлагаться, высвобождая реакционноспособные кислородсодержащие продукты, включая молекулярный кислород.
Пока доподлинно неизвестно, может ли этот механизм полностью объяснить наблюдаемую сезонность, но на роль потенциального источника "дополнительного" кислорода он определенно подходит.
Подповерхностная вода и радиолиз
Вторая гипотеза связана с залежами подповерхностного льда и возможным наличием карманов с рассолами — локальных скоплений воды с очень высокой концентрацией растворенных солей, что позволяет ей оставаться жидкой даже при очень низких температурах.Учитывая, что Марс лишен надежной магнитосферы и плотной атмосферы, поверхности достигает большое количество космической радиации, которая, проникая в грунт, способна расщеплять молекулы воды — процесс, известный как радиолиз. В результате образуются кислородсодержащие соединения, способные вносить вклад в наблюдаемую сезонную изменчивость кислорода в атмосфере Марса.Однако прямых доказательств того, что именно этот процесс заметно влияет на сезонное содержание O2 в атмосфере Марса, пока нет.
Может быть, это жизнь?
Несмотря на то, что традиционно кислород считается одним из лучших биомаркеров, на Марсе его концентрации крайне малы, чтобы приписывать ему биологическое происхождение. То, что было зафиксировано, без проблем укладывается в "абиогенные рамки" — фотохимия, поверхностная и радиационная химия.
Поэтому интерес ученых вызывает не сам факт присутствия O2, а его необычное поведение. Понимание этого механизма позволит лучше понять химические процессы, происходящие на Красной планете сегодня. Следовательно, это поможет уточнить оценки того, насколько Марс вообще мог быть пригоден для жизни в прошлом.В конце концов, поиски возможных следов марсианской жизни должны начинаться с понимания того, располагала ли когда-нибудь планета-соседка условиями, подходящими для ее зарождения. И пока однозначного ответа нет.
Ранним утром 18 мая 1979 года посадочный аппарат NASA "Викинг-2", работавший на Марсе с 3 сентября 1976 года, передал на Землю уникальный кадр: равнина Утопия, окутанная сверкающим инеем.
На неровной поверхности, усыпанной камнями разных форм и размеров, временно появился тонкий слой замерзшего углекислого газа (CO2) и водяного инея — почти как утренний иней на Земле. В момент съемки температура в районе посадки составляла около −80 °C.
Этот снимок стал одним из первых прямых доказательств наличия водяного льда на Марсе. Кроме того, в месте посадки "Викинга-2" обнаружили минеральные соли, а в рамках экспериментов зафиксировали необычные химические реакции, которые интерпретировали как возможные намеки на микробную активность — хотя споры об этом идут до сих пор.
Сегодня мы знаем, что на Красной планете водяного льда очень много, включая гигантские подповерхностные залежи. Это делает Марс не только привлекательной астробиологической целью, но и перспективным местом для строительства небольших научных станций — по примеру земных полярных баз. Вода — крайне важный ресурс, необходимый не только для питья, но и для получения кислорода и топлива.
В 1913 году в журнале Chemische Berichte появилась статья ничем не примечательного немецкого химика Вальтера Лёба (7 мая 1872 года — 3 февраля 1916 года). Он работал при больнице имени Вирхова в Берлине, никогда не был знаменит и не претендовал на революционные открытия.
В рамках незамысловатого авторского эксперимента Лёб взял простые неорганические соединения — воду, аммиак и углекислый газ — и подверг их воздействию электрических разрядов. В результате химик получил глицин (простейшую аминокислоту), формальдегид и сахара.
Почему этот эксперимент так важен? Дело в том, что формальдегид и сахара — это "химические кирпичики", из которых строится все живое на Земле. Лёб доказал экспериментально, что для возникновения основы жизни не нужны магия или "Архитектор".
Почему эксперимент остался незамеченным?
Все проще простого: научное сообщество XX века не интересовал скромный химик из больничной лаборатории. Его работу просто проигнорировали.
Примечательно, что до Лёба, в 1897 году, подобный эксперимент пытались реализовать сербские химики С. М. Лозанич и М. Ц. Йовишич, но не располагали необходимым оборудованием. О теоретическом вкладе своих предшественников Лёб честно упомянул в своей статье.
1953 год: Миллер повторяет открытие
Спустя 40 лет молодой студент Чикагского университета Стэнли Миллер (7 марта 1930 года — 20 мая 2007 года) поставил похожий опыт под руководством нобелевского лауреата Гарольда Юри (29 апреля 1893 года — 5 января 1981 года).
Миллер создал в лаборатории "первичный бульон": смесь метана, аммиака, водорода и воды. Имитируя молнии электрическими разрядами, он инициировал химические реакции.
Через неделю в колбе было обнаружено пять аминокислот — "строительные блоки" белков, из которых состоит все живое.
Результаты эксперимента Миллера были опубликованы в журнале Science в 1953 году, и они тут же сделали его знаменитым. Этот эксперимент стал одним из самых цитируемых в истории биологии (когда я учился в школе, то мы его даже повторяли).
Повторный анализ
Миллер — настоящий ученый, который позаботился о том, чтобы будущие поколения имели доступ к его исходным материалам. В 2008 году исследователи проанализировали запечатанные пробирки из оригинальных экспериментов 1950-х годов, используя современные методы и инструменты.
Результат оказался еще более впечатляющим: вместо пяти аминокислот, которые идентифицировал Миллер, в пробирках нашли 22 аминокислоты! Просто в 1953 году в распоряжении ученых еще не было достаточно чувствительного оборудования, чтобы их все обнаружить.
Это означает, что "первичный бульон" молодой Земли, который воссоздал в лаборатории Миллер, был гораздо богаче органическими соединениями, чем считалось ранее.
Революционные эксперименты
Эксперименты Лёба и Миллера доказывают один фундаментальный факт: ключевые молекулы, необходимые для возникновения жизни, могли сформироваться естественным образом на молодой Земле.
Все необходимые для этого ингредиенты были в изобилии:
Вода — покрывала большую часть планеты;
Простые газы (метан, аммиак, водород) — присутствовали в атмосфере;
Вулканическая активность обеспечивала дополнительную энергию и доставляла новые химические элементы.
Ранняя Земля была гигантской естественной лабораторией, в которой на протяжении миллионов лет шли химические эксперименты. И в итоге эти эксперименты привели к появлению первых клеток, а затем — к невероятному разнообразию жизни, которое мы видим сегодня.
Современные исследования
Сегодня ученые пытаются разобраться с тем, как из простых аминокислот могли сформироваться первые самовоспроизводящиеся молекулы — предки ДНК и РНК.
Это все еще одна из величайших загадок науки. Но благодаря забытому эксперименту Вальтера Лёба и знаменитому опыту Стэнли Миллера мы знаем: для появления жизни не требуется магия. Нужны лишь правильные химические условия и время.
Понимание механизма зарождения жизни нисколько не умаляет того, что жизнь сама по себе — невероятное чудо. Напротив — это делает ее еще более удивительной. Подумайте: простые молекулы, столкнувшиеся в первичном океане миллиарды лет назад, породили невероятную цепочку событий. От первых аминокислот до человека, способного изучать собственное происхождение, задавать вопросы, искать ответы и восхищаться красотой Вселенной.
Это чудо не становится меньше оттого, что мы понимаем его химию. Оно становится глубже, масштабнее, величественнее. Мы — дети звездной пыли и электрических разрядов, случайной встречи молекул и миллиардов лет эволюции. И в этом — настоящее волшебство познания.
Если бы вы прямо сейчас оказались на ранней Земле, то первый вдох мог бы стать для вас последним — вы потеряли бы сознание быстрее, чем успели бы понять, что не так.
И дело не в том, что воздух был какой-то сверхопасной смесью. Просто в нем почти не было кислорода. Земная атмосфера тогда состояла в основном из углекислого газа, водяного пара и азота, а также примесей метана, аммиака и прочих вулканических газов. Планета, которую мы с гордостью и любовью называем домом, большую часть своей истории была чужой для сложной жизни — такой, как мы.
Жизнь на Земле, возраст которой составляет примерно 4,6 миллиарда лет, появилась довольно быстро — 3,5–3,8 миллиарда лет назад. Но это были представлители царства анаэробов — организмы, которым молекулярный кислород (O2) не просто не нужен: для них он был ядом. И так продолжалось миллиарды лет.
А потом появились они — цианобактерии.
Почему именно они? Эволюция. Эти микроскопические организмы научились использовать солнечный свет для расщепления воды и получения энергии. Бесконечный источник топлива прямо над "головой" — те, кто освоил этот трюк, выживали чаще и оставляли больше потомства. Побочным продуктом процесса — фотосинтеза — был кислород. Просто отход жизнедеятельности. Мусор. Выхлоп древней биологической машины.
Цианобактерии проживали в океанах, формируя на их поверхности зеленую пленку. Миллионы лет они выбрасывали кислород в воду и атмосферу. Поначалу этот газ не накапливался — он мгновенно вступал в реакцию прежде всего с железом, растворенным в воде, и оседал на дне в виде ржавых отложений. Красные полосчатые железные руды (в первую очередь гематит), которые мы добываем сегодня — это древний кислород, связанный с железом миллиарды лет назад.
Но примерно 2,4 миллиарда лет назад восстановленное железо и вообще все, что могло "съесть" кислород — от растворенных соединений в океане до вулканических газов — постепенно окислилось. Кислороду стало некуда деваться, и он начал накапливаться в атмосфере. Для большинства обитателей Земли того времени это стало катастрофой.
Кислород — агрессивный газ. Он разрушает органические молекулы, окисляет все, с чем соприкасается. Для анаэробных организмов, которые миллиарды лет царствовали на планете, он оказался смертельным ядом.
Ученые называют это "Великим кислородным событием", но по сути это было первое массовое вымирание в истории Земли — задолго до динозавров. Поэтому у этого события есть и другое, более честное название — "Кислородная катастрофа".
Выжили лишь те, кто спрятался в бескислородных нишах — глубоко в почве, на дне океана, внутри других организмов. Потомки существ, переживших "Кислородную катастрофу", живут там до сих пор.
А те, кто научился не просто терпеть кислород, но использовать его — получили невероятное преимущество. Кислородное дыхание дает в 18 раз больше энергии, чем анаэробный метаболизм. Энергия — это бесценное топливо для сложных организмов, включая нас с нашим "прожорливым" мозгом, на который в состоянии покоя приходится около 20% от всех энергозатрат организма.
Так отходы жизнедеятельности древних бактерий стали основой всей сложной жизни на планете.
Всего 20 лет назад идея, что где-то во Вселенной существуют алмазы диаметром в тысячи километров, воспринималась научным сообществом как фантастика. Но сегодня это доказанный факт: некоторые белые карлики действительно способны превращать свои "внутренности" в гигантские кристаллы углерода — самые большие "бриллианты" во Вселенной.
Белый карлик — это то, во что в конце жизненного цикла превращается звезда небольшой или средней массы, когда запасы ее "топлива" для продолжения термоядерных реакций заканчиваются. Светило сбрасывает оболочки, и на его месте остается сверхплотное ядро размером с Землю, но с массой до 1,44 солнечных.
Этот звездный "огарок" постепенно остывает, и через миллиарды лет начинается самое интересное.
Под чудовищным давлением в миллиарды атмосфер углерод в ядре начинает кристаллизоваться. Атомы выстраиваются в идеальную кубическую решетку, почти идентичную алмазной. В итоге внутри белого карлика вырастает единый кристалл колоссальной массы.
Первый объект такого рода был найден в 2004 году.
Белый карлик BPM 37093 в созвездии Центавра, удаленный примерно на 50 световых лет от Земли, получил неофициальное прозвище "Люси" — в честь песни The Beatles "Lucy in the Sky with Diamonds". С помощью астросейсмологии (анализ пульсаций звезд для изучения их внутренней структуры), команда ученых из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики выяснила, что около 90% массы Люси уже закристаллизовалось. Диаметр алмазного ядра — около 9 000 километров, а его масса — примерно 10³¹ кг (в 1,1 раза больше массы Солнца).
Примечательно, что в процессе перестройки углерода высвобождается скрытая теплота фазового перехода. Это отсрочивает охлаждение белого карлика на 2-4 миллиарда лет. Выходит, что кристаллизация — это еще и природный "обогреватель", который продлевает жизнь угасающей звезды.
С тех пор было обнаружено нескольких десятков кандидатов с кристаллизованными ядрами. Данные, полученные с помощью космического телескопа ESA Gaia и наземной обсерватории Gemini показывают, что примерно каждый десятый белый карлик в определенном диапазоне масс и возраста проходит стадию "алмазного сердца".
Прямо сейчас во Вселенной вращается бесчисленное множество гигантских "алмазов", которые будут сиять еще миллиарды лет после того, как погибнет Солнечная система.
Представьте мир, где нет ни восходов, ни закатов. Мир, у которого нет своей звезды, и поэтому он вынужден одиноко дрейфовать в ледяной межзвездной пустоте.
Именно таким миром является экзопланета PSO J318.5-22 — космический изгнанник, мчащийся сквозь Млечный Путь. Его открытие состоялось в 2013 году.
Планета без дома
PSO J318.5-22 находится на расстоянии около 80 световых лет от Земли — по космическим меркам это почти по соседству. Масса экзопланеты превосходит массу Юпитера в 8,3 ± 0,5 раза, а ее диаметр в 1,46 раза больше аналогичного параметра крупнейшей планеты Солнечной системы.
Когда-то этот объект был частью обычной планетной системы, но гравитационные возмущения, связанные с более массивной планетой или звездой-компаньоном, вышвырнули ее в межзвездное пространство. Теперь юная PSO J318.5-22, возраст которой составляет "всего" 23 миллиона лет (из которых 12 миллионов лет она провела в изгнании), мчится сквозь Галактику со скоростью 25 километров в секунду, не имея шансов вернуться домой.
Горячая планета в холодной пустоте
Несмотря на то, что PSO J318.5-22 лишена тепла родительской звезды, ее поверхность раскалена до 830 градусов Цельсия — температуры, достаточной, чтобы расплавить алюминий. Откуда же берется это тепло?
Источников тепла у этого мира два. Первый — остаточная энергия гравитационного сжатия, доставшаяся в наследство от процесса формирования. Второй — непрерывный распад радиоактивных элементов в недрах. PSO J318.5-22 — словно тлеющий уголек в ледяной пустоте космоса, который медленно, но неотвратимо остывает.
Обнаружить планету без звезды — крайне сложная задача. Астрономы засекли PSO J318.5-22 благодаря ее инфракрасному свечению: она буквально светится от внутреннего тепла, излучая в диапазоне, невидимом для человеческих глаз.
Современные наблюдения дают понять, что планеты-изгои — весьма распространенные объекты во Вселенной. То есть их существование — не исключение из правил, а обычное явление, связанное с динамикой планетных систем. Моделирование показывает, что только в Млечном Пути могут быть миллиарды подобных бродяг — гигантская скрытая популяция миров, изгнанных из родных систем и обреченных на вечное одиночество в межзвездной пустоте.
