Среди 28 известных лун Урана особое внимание ученых привлекает Ариэль — достаточно массивный спутник, под ледяной поверхностью которого может скрываться глобальный океан жидкой воды.
Спутник Ариэль был открыт 24 октября 1851 года британским астрономом Уильямом Ласселом, но до исторического пролета зонда NASA "Вояджер-2" о нем практически ничего не было известно.
Далекий ледяной мир
24 января 1986 года космический аппарат "Вояджер-2" получил первые в истории детальные изображения Ариэля с расстояния 127 000 километров. Снимки открыли удивительный ледяной мир, покрытый темной пылью, испещренный гигантскими обрывами, горными хребтами и каньонами.
Ариэль занимает четвертое место по размеру среди спутников Урана. При среднем диаметре в 1 158 километров он почти в три раза меньше нашей Луны (средний диаметр 3 475 километров). Гравитация здесь настолько слабая, что 70-килограммовый человек весил бы всего около 1,9 килограмма.
Состав спутника представляет собой почти равную смесь водяного льда и силикатных пород. На поверхности видны кратеры разного возраста, но их сравнительно немного, что, определенно, указывает на относительно недавнюю геологическую активность.
Следы древней активности
Рельеф спутника Урана способен поведать историю бурного геологического прошлого. Например, система каньонов свидетельствует о мощных тектонических процессах. Некоторые из этих образований простираются на сотни километров и достигают глубины до 10 километров.
Кроме того, на поверхности были обнаружены признаки криовулканизма — извержений воды, аммиака, метана и других летучих веществ вместо магмы. Светлые полосы, вероятно, представляют собой застывшие потоки соленой воды, которая в разное время прорывалась через трещины в коре.
Приливные силы Урана разогревают недра Ариэля, а орбитальный резонанс с соседними спутниками Умбриэлем и Мирандой усиливает этот эффект. Исходя из имеющихся данных, внутренняя активность Ариэля значительно снизилась в сравнении с далеким прошлом, но это не означает, что она прекратилась вовсе. Другими словами, на спутнике все еще может сохраняться тектоническая и криовулканическая активности.
В 2023 году, пересматривая архивные данные "Вояджера-2", команда исследователей обнаружила, что Ариэль и/или его сосед Миранда загрязняют окружающее космическое пространство мелкими частицами — вероятно, крупицами льда и пыли. Возможное объяснение заключается в том, что один или оба спутника являются обладателями подповерхностных океанов, которые имеют временный или постоянный доступ к поверхности.
Напомню, что подповерхностные океаны спутников газовых гигантов — одно из наиболее перспективных мест для поиска внеземной жизни в Солнечной системе.
Миссии будущего
Система Урана остается одной из наименее изученных областей Солнечной системы. "Вояджер-2", оснащенный примитивными по современным меркам инструментами, провел возле планеты всего несколько дней, собрав лишь базовую информацию о ней и ее спутниках. Прошло почти 40 лет, но человечество больше не отправляло аппараты к этому загадочному миру.
Однако в обозримом будущем ситуация может измениться, если получит финансирование миссия NASA Uranus Orbiter and Probe (UOP), запуск которой намечен на начало 2030-х годов.
Если все пойдет по плану, то благодаря серии гравитационных маневров зонд UOP достигнет системы Урана к 2044 году и приступит к детальному изучению планеты, ее колец и спутников.
Особое внимание будет уделено лунам Ариэль и Миранда. Современные приборы смогут обнаружить гейзеры, проанализировать состав выбрасываемого материала и, если подповерхностные океаны действительно существуют, то установить их потенциальную пригодность для зарождения и поддержания жизни.
Гипотеза о том, что на Уране и Нептуне могут идти дожди из алмазов, всерьез рассматривается научным сообществом. Это не фантазия, а обоснованное предположение, опирающееся на наши знания о химическом составе и физических условиях, что царят на этих планетах.
Несмотря на кажущуюся невероятность, идея имеет под собой твердую научную почву. Рассмотрим подробнее, на чем она основана и насколько может соответствовать действительности.
Научная основа
Гипотеза алмазных дождей на Уране и Нептуне базируется на трех ключевых факторах:
Состав атмосферы: Уран и Нептун, в отличие от газовых гигантов Юпитера и Сатурна, классифицируются как ледяные гиганты. Их атмосферы содержат значительное количество метана, простого соединения, состоящего из одного атома углерода и четырех атомов водорода (CH4).
Экстремальные условия: по мере погружения в глубины этих планет, условия становятся все более экстремальными. На определенных глубинах температура может достигать нескольких тысяч градусов Цельсия, а давление — миллионов атмосфер.
Превращение углерода: при таких экстремальных условиях происходят удивительные трансформации. Молекулы метана разрушаются, высвобождая атомы углерода. Под воздействием колоссального давления атомы углерода сжимаются настолько сильно, что перестраиваются, образуя кристаллическую решетку — структуру, характерную для алмаза.
Этот процесс напоминает ускоренную космическую версию земных "алмазных фабрик", где природа трудится миллионы лет под толщей горных пород. Однако на Уране и Нептуне этот процесс может происходить гораздо быстрее благодаря экстремальным условиям.
Экспериментальные данные
В 2017 году команда ученых из Стэнфордского университета провела эксперимент, имитирующий условия внутри Урана и Нептуна. Они использовали мощные лазеры для создания ударных волн в полистироле — полимере, состоящем из углерода и водорода.
Выбор полистирола был неслучайным: этот материал содержит те же элементы, что и метан (углерод и водород), но в твердой форме, что делает его удобным для лабораторных экспериментов. Хотя полистирол и метан имеют разную молекулярную структуру, они оба могут служить источником атомов углерода в условиях высокого давления и температуры.
Результаты эксперимента показали, что при высоких давлениях и температурах, сопоставимых с условиями в недрах Урана и Нептуна, действительно образовывались наноалмазы. Этот эксперимент стал важным подтверждением теоретических предсказаний о возможности формирования алмазов в атмосферах ледяных гигантов.
Как это может выглядеть
Если эта гипотеза верна, процесс может выглядеть так:
Высоко в атмосфере метан подвергается воздействию молний и превращается в сажу.
Сажа падает глубже в атмосферу, где давление и температура растут.
При определенных условиях сажа сжимается в кристаллы алмаза.
Алмазы продолжают падать, пока не достигнут таких глубин, где температура настолько высока, что они могут "испариться" или превратиться в жидкость.
Важно отметить, что мы пока не можем непосредственно наблюдать этот процесс. Наши знания о внутреннем строении Урана и Нептуна ограничены, и эта гипотеза основана на компьютерных моделях и лабораторных экспериментах.
Этот крупнейший спутник Нептуна хранит множество тайн, и его изучение не только приоткрывает завесу над ранней историей Солнечной системы, но и рассказывает удивительную сагу о небесном теле, прошедшем путь от независимого объекта до спутника.
Знакомство с гигантом
Тритон, открытый английским астрономом Уильямом Ласселом 10 октября 1846 года (всего через 17 дней после обнаружения самого Нептуна), является седьмым по размеру спутником в Солнечной системе.
Его средний диаметр составляет около 2 707 километров, что делает его крупнее карликовой планеты Плутон (средний диаметр около 2 377 километров).
Карликовая планета в плену
Одна из самых интригующих особенностей Тритона — его ретроградная орбита. В отличие от большинства крупных спутников, он вращается вокруг Нептуна в направлении, противоположном вращению планеты. Это необычное поведение, вместе с химическим составом поверхности, очень похожим на состав Плутона, привело ученых к выводу, что Тритон не сформировался вместе с Нептуном, а был "похищен" ледяным гигантом в процессе эволюции Солнечной системы.
Изначально Тритон, вероятно, был одной из крупнейших карликовых планет пояса Койпера — области за орбитой Нептуна, где находятся многочисленные ледяные тела, включая Плутон. Однако какое-то событие вкупе с гравитационным взаимодействием с Нептуном изменило его судьбу, превратив некогда независимое небесное тело в спутник.
Уникальная поверхность
Поверхность Тритона представляет собой удивительный ледяной мир со средней температурой -235 градусов Цельсия. Она состоит преимущественно из азотного льда с вкраплениями водяного и сухого (углекислого) льда. Наиболее загадочной особенностью является так называемый "ландшафт канталупы" или "земля дыни" — область, покрытая множеством тесно расположенных впадин, которая напоминает кожуру дыни.
Несмотря на экстремально низкие температуры, Тритон удивительно динамичный объект. На его поверхности обнаружены следы криовулканической активности — извержений жидкого азота и водно-аммиачной смеси. Космический аппарат NASA "Вояджер-2", максимально сблизившийся с Тритоном 25 августа 1989 года, зафиксировал гейзеры, выбрасывающие смесь из азота и темных частиц на высоту до восьми километров. Эти извержения постоянно обновляют поверхность спутника, делая его одним из самых геологически активных тел во внешней Солнечной системе.
Атмосфера в глубоком холоде
Удивительно, но даже при таких низких температурах Тритон обладает атмосферой (хотя и чрезвычайно разреженной), состоящей на 99,9% из азота с примесями метана и угарного газа.
На высоте от одного до трех километров над поверхностью формируются азотные облака, протяженность которых может достигать 100 километров. Атмосферное давление на поверхности составляет всего около 14 микробар — в 70 000 раз меньше земного.
Будущие исследования
После пролета "Вояджера-2" новых космических миссий к Тритону не было. Однако ученые разрабатывают планы будущих исследований этого манящего мира. Особый интерес представляет возможность существования подповерхностного океана, который, благодаря приливному нагреву* со стороны Нептуна, может оставаться жидким несмотря на запредельно низкую температуру поверхности.
*Тритон, вращаясь вокруг Нептуна, постоянно сжимается и растягивается, что делает его ядро достаточно горячими.
2 марта 1972 года и 6 апреля 1973 состоялись запуски космических аппаратов NASA "Пионер-10" и "Пионер-11" соответственно. Эти зонды стали первыми в истории аппаратами, которые не только преодолели пояс астероидов, но и посетили планеты-гиганты нашей Солнечной системы — Юпитер и Сатурн.
Организуя столь сложную миссию, NASA, конечно, рассматривало вероятность того, что что-то пойдет не по плану. Но то, что случилось с "Пионером-10" и "Пионером-11" стало странной и очень интригующей загадкой.
На расстоянии около 20 астрономических единиц (а.е.) от Солнца (одна а.е. равна среднему расстоянию между Землей и Солнцем — примерно 150 миллионов километров) с зондами начало происходить нечто странное — они демонстрировали необъяснимое торможение, словно что-то тянуло их назад к звезде.
И хотя "Пионеры" уверенно продолжали свой путь к границам Солнечной системы, игнорировать загадочную силу, которая как будто тянула их обратно к нашему светилу, было невозможно. Совпадение расстояния, на котором начала проявляться аномалия у обоих аппаратов, заставило физиков предположить, что, возможно, с нашим пониманием гравитации что-то не так.
Согласно закону обратных квадратов Ньютона, сила притяжения между телами пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Проще говоря, чем дальше объект удаляется от Солнца, тем слабее должно быть его гравитационное влияние. Однако данные с "Пионеров" словно противоречили этому фундаментальному закону физики.
Некоторые ученые начали рассматривать возможность того, что странное поведение "Пионеров" указывает на необходимость пересмотра существующих физических теорий. Однако тот факт, что последующие космические аппараты не сталкивались с подобной аномалией, намекал на то, что разгадку стоит искать в другом направлении.
Спустя десятилетия команда исследователей, восстановив и проанализировав данные допплерографии и телеметрии, нашла гораздо более прозаичное объяснение. Причина крылась в особенностях конструкции самих аппаратов.
"Пионеры" были стабилизированы вращением*, их большие антенны всегда указывали на Землю. РИТЭГи (радиоизотопные термоэлектрические генераторы) — источники питания аппаратов — излучали тепло на заднюю сторону антенн. Антенны отражали и переизлучали это тепло в направлении движения корабля. Кроме того, нагретый приборный отсек располагался в передней части аппарата, что приводило к еще большему излучению тепла в том же направлении.
*Стабилизация вращением — это метод, который используется для поддержания ориентации космических аппаратов в пространстве без использования активных систем управления ориентацией, таких как двигатели или маховики.
Создаваемое фотонами давление (тот же принцип, что используется в солнечных парусах) действовало против движения, вызывая крошечное, но измеримое торможение — ту самую "аномалию Пионеров".
Стоит отметить, что аномальное торможение зондов на самом деле началось гораздо раньше и нарастало постепенно по мере их удаления от Солнца. На расстоянии около 20 а.е. эффект стал достаточно заметным, чтобы его уверенно зафиксировали приборы.
История "аномалии Пионеров" служит прекрасным примером того, как важны тщательный анализ данных и проверка всех возможных объяснений, прежде чем делать выводы о необходимости пересмотра фундаментальных законов физики. Восстановление и детальное изучение данных позволило разгадать эту космическую загадку, еще раз подтвердив надежность существующих физических теорий.
P.S. Зонды продолжают свое путешествие к границам Солнечной системы. "Пионер-10" находится на расстоянии около 20 миллиардов километров от Земли и движется в направлении звезды Альдебаран, удаленной примерно на 65 световых лет от нас. Последний слабый сигнал от "Пионера-10" был получен 23 января 2003 года. С тех пор связь с ним потеряна, скорее всего, из-за истощения энергии радиоизотопного генератора.
"Пионер-11" сейчас находится на расстоянии около 16 миллиардов километров от Земли и летит в направлении созвездия Щита. Последний раз с ним удалось связаться 30 сентября 1995 года. Официально "Пионер-11" функционально "умер" из-за недостатка энергии, но, как и его "брат", зонд продолжает путешествие.
Перед вами остаток сверхновой E0102-72.3, представляющий собой продукт взрыва массивной звезды. Событие катастрофического масштаба развернулось в карликовой галактике Малое Магелланово Облако, на расстоянии около 200 000 световых лет от Земли.
Наблюдения, проводимые в декабре 2018 года, помогли астрономам подтвердить, что большая часть кислорода во Вселенной синтезируется в массивных звездах. Достигнув конца эволюционного пути, эти светила взрываются и "расшвыривают" кислород — и другие элементы тяжелее водорода и гелия — по космическим просторам.
В кольце, что вы видите на изображении, сосредоточено как минимум в тысячу раз больше кислорода, чем в Солнечной системе.
Для создания изображения использовались:
▪ Рентгеновские данные от космической обсерватории NASA "Чандра" (синий и фиолетовый цвета);
▪ Оптические данные от космического телескопа NASA/ESA "Хаббл" и чилийского Очень Большого Телескопа (красный и зеленый цвета), находящегося под управлением Европейской Южной Обсерватории.
Взгляните на ночное небо. То, что мы видим невооруженным глазом – лишь крохотная часть величественной картины космоса. Но благодаря современным телескопам у нас есть возможность заглянуть гораздо дальше, в самое сердце нашей Галактики – область столь удивительную, что она способна посоперничать с человеческим воображением.
Перед вами уникальное составное изображение центра Млечного Пути. Оно напоминает картину импрессиониста, где красные, фиолетовые и золотистые краски сливаются в космическую симфонию цвета. Но это не художественный вымысел – это реальное изображение, полученное путем объединения данных с нескольких самых мощных телескопов современности:
Космический телескоп "Хаббл" (NASA/ESA);
Рентгеновская обсерватория "Чандра" (NASA);
Инфракрасный телескоп "Спитцер" (NASA);
Very Large Telescope (ESO) в чилийской пустыне Атакама.
Что мы видим?
На расстоянии около 27 000 световых лет от Земли скрывается один из самых загадочных регионов известной нам Вселенной. Здесь, в центре Млечного Пути, космос демонстрирует свою завораживающую мощь:
В самом центре притаилась сверхмассивная черная дыра Стрелец A* – космический колосс, масса которого в 4,3 миллиона раз превышает массу Солнца.
Раскаленные газовые облака, температура которых достигает миллионов градусов.
Древние звездные скопления, где звезды расположены так тесно, что расстояние между некоторыми из них составляет всего несколько световых дней.
Нейтронные звезды — космические маяки, которые при среднем диаметре в 30 километров имеют массу, сопоставимую с массой Солнца, а порой и больше.
Молодые и чрезвычайно горячие сверхмассивные звезды, чье излучение разогревает окружающее пространство.
Изучение галактического центра — это ключ к пониманию эволюции галактик, природы черных дыр и фундаментальных законов Вселенной. Каждый сеанс наблюдения за этим регионом нашего галактического дома позволяет ученым делать открытия, но и обеспечивает их новыми загадками на десятилетия вперед.
Изображение, которое вы видите, – это результат десятилетий развития науки и технологий, труда множества ученых и инженеров. Оно напоминает нам, что космос был, есть и всегда будет источником удивления и вдохновения для всего человечества.
Свет, который мы видим на этом изображении, начал свое путешествие к Земле во времена последнего ледникового периода. За эти тысячелетия исчезли древние цивилизации, были построены и разрушены империи, а он все летел сквозь космическую тьму к нашим глазам. И прямо сейчас, в бескрайних глубинах Млечного Пути, может зарождаться новая звезда – ее первый свет достигнет Земли лишь тогда, когда наша нынешняя история станет такой же далекой, как для нас сегодня – эпоха мамонтов.
Деревья — настоящие гении коммуникации. Под слоем почвы они создают удивительную сеть, которую ученые назвали "Древесная Паутина" (англ. Wood Wide Web). Эта сложная подземная система состоит из грибных нитей — микоризы, соединяющей корни разных деревьев.
Через эту сеть деревья обмениваются питательными веществами, водой и даже информацией. Например, когда одно дерево атакуют вредители, оно отправляет химические сигналы, которые по грибным нитям передаются соседним деревьям. Получив такой сигнал, они заранее усиливают свою защиту.
Особенно интересно, что старые, крупные деревья, которые ученые называют "материнскими", активно поддерживают молодые саженцы через эту сеть. Они делятся с ними питательными веществами, помогая выжить в тени и окрепнуть. Это настоящая забота, напоминающая отношения в семье.
В центре этого массивного скопления находится около 500 галактик, погруженных в огромное облако темной материи. Общая масса скопления превышает квадриллион масс нашего Солнца, а расстояние до него составляет примерно четыре миллиарда световых лет.
Синее свечение на снимке — это раскаленный до миллионов градусов межгалактический газ. Гравитация скопления настолько сильна, что искривляет пространство-время, действуя как гигантская космическая линза и усиливая свет далеких галактик на заднем плане.
Казалось бы, человечество достигло впечатляющих высот в науке: мы редактируем геномы, создаем искусственные органы, программируем сложные нейросети. Но до сих пор не можем создать самую простую живую клетку "с нуля". В чем же проблема?
На самом деле, ученые достигли впечатляющих результатов в этом направлении. Но чтобы понять, насколько мы близки к созданию искусственной жизни, нужно разобраться в том, что уже удалось сделать и с какими фундаментальными сложностями мы столкнулись.
Что мы уже умеем?
Синтетическая биология
В 2010 году команда генетиков, возглавляемая Крейгом Вентером, создала первую бактерию с полностью синтетическим геномом*, которой было дано имя Синтия (англ. Cynthia). Ученые собрали ДНК по заданной последовательности и вставили ее в живую клетку, из которой удалили родную ДНК. Бактерия ожила и начала размножаться. Но важно понимать - это не создание жизни "с нуля", а скорее "пересадка мозга" в уже существующую клетку.
*Геном — совокупность наследственного материала, заключенного в клетке организма.
Протоклетки
Ученые научились получать простейшие "клеточноподобные" структуры, названные протоклетками. По сути, это микроскопические пузырьки из липидов (группа биологических соединений, растворимых в органических растворителях и нерастворимых в воде), имитирующие оболочку живой клетки. Внутрь протоклеток исследователи встраивают искусственные органеллы и различные биологические молекулы, чтобы наделить их свойствами, присущими настоящим клеткам.
Так, мембрану протоклеток ученые снабжают белками-переносчиками, способными прокачивать вещества внутрь и наружу, как это происходит в живых клетках. А в 2024 году исследователям из Университета Базеля и Университета Гронингена удалось создать систему протоклеток, способных к примитивной межклеточной коммуникации, имитирующей работу фоторецепторов глаза. Синтетические протоклетки могли обмениваться "сигнальными" молекулами и реагировать на свет.
Но до создания полноценной синтетической клетки еще далеко. Пока протоклеткам не хватает самого главного — собственного генома из ДНК или РНК, который позволил бы им расти, делиться и производить себе подобных.
В чем главная сложность создания искусственной жизни?
Самовоспроизведение
Одно из главных свойств живого - способность к самовоспроизведению. Даже простейшая бактерия - это невероятно сложный механизм, где тысячи молекул работают совместно, создавая копии самих себя. Воссоздать эту систему "с нуля" пока что выше наших возможностей.
Энергетический обмен
Живые клетки получают и используют энергию через сложнейшую и идеально настроенную систему биохимических реакций. Создать работающую энергетическую систему клетки - отдельная грандиозная задача для современной науки.
ДНК хранит генетическую информацию, РНК считывает ее и служит матрицей для синтеза белков, которые выполняют большинство функций в клетке, и вся эта система настолько взаимосвязана, что невозможно создать одну ее часть без других — нужно сразу создавать всю систему целиком. Это, как вы могли догадаться, пока что точно за пределами наших возможностей.
Подводя итоги
Итак, мы все еще очень далеки от создания живой клетки "с нуля". Но человечество научилось:
Создавать синтетические геномы;
Модифицировать существующие организмы;
Собирать простейшие протоклетки;
Объединять протоклетки в системы, способные к примитивной коммуникации друг с другом.
Сегодня мы находимся на пороге новых открытий в области создания искусственной жизни. Возможно, решение придет с неожиданной стороны - не через копирование существующих форм жизни, а через принципиально новые подходы. И первая истинно искусственная форма жизни может оказаться чем-то совершенно иным, выходящим за рамки наших текущих представлений о живом.
На расстоянии около 17 000 световых лет от нас, в созвездии Орла, раскинулась величественная туманность W 51 — одна из самых впечатляющих звездных "фабрик" нашей Галактики. Этот космический исполин, заснятый телескопом NASA "Спитцер" в инфракрасных лучах, сияет в 20 миллионов раз ярче нашего Солнца!
Поражает истинный масштаб этого объекта — 350 световых лет в поперечнике. Не будь космической пыли, заслоняющей его от наших глаз, туманность занимала бы на небе область размером с полную Луну. В этой космической колыбели прямо сейчас рождаются новые звезды, продолжая вечный цикл жизни Вселенной.
Вода покрывает около 71% поверхности нашей чудесной планеты, но вопрос о ее происхождении до сих пор остается предметом научных дискуссий. В этой статье мы обсудим основные теории и новейшие исследования, проливающие свет на загадку происхождения земной воды.
Данная теория предполагает, что значительная часть воды на поверхности Земли имеет внутреннее происхождение. По сути, наша планета может быть огромным природным резервуаром воды.
Как это работает:
Водосодержащие минералы: в мантии Земли есть минералы, способные удерживать компоненты воды в своей кристаллической структуре. Самые важные из них - пироксены, но также эти компоненты могут содержать оливин и гранат.
Форма хранения: в этих минералах содержатся не молекулы воды, а гидроксильные группы (OH) — компоненты воды, встроенные в кристаллическую структуру минералов на атомном уровне. Эти гидроксильные группы могут участвовать в образовании воды при определенных условиях.
Глубинные резервуары: особенно много потенциальной воды может содержаться в так называемой переходной зоне мантии (на глубине 410-660 километров). Исследования показывают, что там может быть достаточно компонентов для образования объема воды, сопоставимого с объемом Мирового океана!
Для образования молекулы воды (H2O) нужен дополнительный атом водорода.
В качестве источника могут выступать: первичный водород, захваченный при формировании Земли, водород от радиолиза воды в горных породах, или водород из глубинных слоев Земли.
При высоких температурах и давлениях в мантии происходят сложные химические процессы, где свободный водород может соединяться с гидроксильными группами, образуя воду.
Гидроксильные группы также могут взаимодействовать друг с другом: 2OH → H2O + O
Вулканическая активность: извержения вулканов играют ключевую роль в этом процессе. Они не только выносят воду на поверхность (в виде пара, например), но и создают условия для ее образования из гидроксильных групп и свободного водорода.
Эта теория объясняет, почему на Земле так много воды, несмотря на то, что ранняя планета была очень горячей.
Кроме того, теория предполагает, что потенциальные запасы воды на Земле могут быть намного больше, чем мы думаем.
Интересный факт: некоторые ученые считают, что процесс выхода воды из недр Земли продолжается и сейчас, хотя и очень медленно. Это могло бы объяснить, почему уровень Мирового океана постепенно повышается (помимо таяния ледников в ходе глобального потепления). В свою очередь это помогло бы создать более точные климатические модели.
Важные исследования:
В 2014 году ученые обнаружили редкий минерал рингвудит в алмазе, выброшенном на поверхность во время извержения вулкана. Анализ минерала показал, что он содержит значительное количество воды — 1,5% от его массы. Это открытие подтверждает теорию о значительном содержании водородсодержащих компонентов в мантии Земли, которые при определенных условиях могут участвовать в образовании воды.
Исследование, опубликованное в 2022 году, показало, что переходная зона мантии может содержать огромное количество водородсодержащих минералов. Если бы все гидроксильные группы в этих минералах превратились в воду, ее объем был бы сравним с объемом Мирового океана.
Теория внеземного происхождения
Эта теория предполагает, что вода была "доставлена" на Землю кометами и астероидами уже после формирования планеты.
Ключевые моменты:
Кометы и некоторые типы астероидов содержат значительное количество воды в форме льда.
Изотопный состав воды в некоторых метеоритах схож с земной водой.
Последние исследования:
В ходе миссии "Розетта" Европейского космического агентства (ESA) был изучен состав кометы 67P/Чурюмова — Герасименко. Ученые обнаружили, что соотношение дейтерия к водороду в воде кометы значительно отличается от земного показателя, что ставит под сомнение идею о кометах как основном источнике земной воды.
А вот исследование астероидов типа C (богатых углеродом) показывает, что они являются более вероятным источником воды на нашей планете, чем кометы. Эта информация была подтверждена благодаря миссии "Хаябуса-2" японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA), в рамках которой на Землю были доставлены образцы астероида Рюгу.
Теория первичного происхождения
Согласно этой теории, вода присутствовала на Земле с самого начала ее формирования.
Ключевые моменты:
Водород мог быть захвачен из протопланетного диска во время формирования Земли.
При высоких температурах и давлении водород мог соединиться с кислородом, образовав обилие воды.
Исследование 2024 года предполагает, что планетезимали (строительные блоки планет) могли удерживать воду даже при высоких температурах ранней Солнечной системы.
Сегодня ученые сходятся во мнении, что вода на Земле имеет сложное, комбинированное происхождение:
Часть воды могла быть "встроена" в Землю при ее формировании.
Процессы в мантии Земли способствовали выходу воды на поверхность.
Дополнительная вода могла быть доставлена астероидами и кометами.
Заключение
Вопрос о происхождении воды на Земле остается открытым. Современные исследования указывают на сложную комбинацию различных источников. Продолжающиеся миссии по изучению астероидов и комет, а также новые методы анализа земных пород, несомненно, принесут еще много интересных открытий в этой области в ближайшие годы.
Кошачий глаз (NGC 6543) — планетарная туманность в созвездии Дракона на расстоянии около 3 300 световых лет от нас. Ее диаметр — примерно один световой год.
Эта туманность возникла из умирающей звезды солнечного типа на поздней стадии эволюции. Раскаленное ядро звезды сбросило внешние слои, которые теперь светятся под воздействием интенсивного ультрафиолета от компактного белого карлика в центре.
Яркое ядро окружают вложенные газовые оболочки сложной структуры, напоминающие зрачок кошачьего глаза. Их удивительный рисунок создан звездным ветром, дующим с огромной скоростью. Преобладающий зеленоватый цвет туманности вызван свечением дважды ионизованного кислорода.
Подобная судьба ждет и наше Солнце примерно через пять миллиардов лет. Кошачий глаз дает возможность заглянуть в будущее и представить финальную стадию жизни солнцеподобных звезд.
Есть замечание по формулировке о первых следах жизни на Земле. Конечно, в тексте подразумевается не биогенное происхождение изотопов углерода. В таймлайн будут внесены изменения, но пост редактировать уже не могу.
Переработанный и доработанный. Есть вопросы к дезигну, но я и не дезигнер. На все цифры в конце будут даны ссылки
Вот такая штука получилась. Конечно же, такие древние события, как первый фотосинтез, датируют очень примерно. Или первая ядерная клетка. Уже завтра мой таймлайн может оказаться совсем неактуален. Но суть тут в другом. Мы имеем доказательства, что жизнь зародилась миллиарды лет назад. Будь то 2 миллиарда, или 4 — это не важно. Посмотрите, где на этой линии находится... нет, не человек, а вообще животное. Примитивнейшая губка. Или что касается тетраподов. 350 млн лет назад или 390 млн лет назад они появились? Посмотрите, насколько это маленькое число для нашей планеты. А уж человек со всей своей цивилизации лишь мимолётное явление даже в масштабах одной планеты.
Я планирую делать такие масштабные таймлайны и дальше. Для животных, для млекопитающих, для приматов, для цивилизации. Если вам интересно, обязательно ставьте плюсик. Можете ещё поблагодарить меня донатом или оставить комментарий. Авторам это очень важно, помните про это.
Также приглашаю вас в свой телеграм-канал "Естественно знаем", где я делюсь всяким клёвым из окружающего нас мира и провожу викторины каждый день. Там же вы можете следить за тем, как я работаю над таймлайнами.
Возраст жизни на Земле: - Самое раннее гипотетическое число 4 300 млн лет. Самая ранняя окаменелость 3 700 млн лет. 4 100 млн лет — углеродные следы биогенного происхождения
Кислородная катастрофа: - Ссылка на подробную статью на англоязычной Вики
Гуронское оледенение: - Ссылка на подробную статью на англоязычной Вики
Первый эукариот: - Grypania spiralis — претендент на самое древнее известное эукариотическое... что-то
Скучный миллиард: - Ссылка на подробную статью на англоязычной Вики
Первая многоклетка: - Многоклеточную жизнь датируют от 600 млн до 2,1 млрд лет. Я опирался на эту статью
Криогений: - Ссылка на подробную статью на англоязычной Вики
Первое животное: - В этих окаменелостях найдена следы, напоминающие примитивных губок. Однако, различные находки и анализ размывают границы появление животного от 570 млн лет до 1 000 млн лет. 630-670 млн лет выглядит самым правдоподобным числом
Первое позвоночное: - По этой ссылке говорится о позвоночной рыбе нижнего Кембрия
Первый тетрапод: - Тут я немножко поскромничал. Самое древнее окаменелое тело датируется поздним девоном. Однако, есть свидетельства чуть старее. Самые старые свидетельства, но сильно критикуемые, 390 млн лет
Первое млекопитающее: - В этой статье говорится, что 225 млн лет уже существовали маленькие "землеройки"
Первые приматы: - В летописи окаменелости приматы появляются 55 млн лет назад, но, что вероятнее, появились раньше
Хомо хабилис: - Самый древний Хомо. Вообще его датируют 2,8 млн лет, но на сайте Антры взято число 2,3 млн лет. В масштабе данного таймлайна это не имеет значение.
Селекционеры вывели ряд сортов томатов с равномерно созревающими плодами. Это облегчило сбор и реализацию урожая, но плохо сказалось на вкусовых качествах помидоров. Биологи из США и Испании расшифровали генетическую основу произошедшего изменения. Оказалось, что равномерное созревание вызывается мутацией, выводящей из строя регуляторный ген GLK2. Этот ген стимулирует развитие хлоропластов в незрелых плодах, преимущественно в их верхней (пристеблевой) части.
Слева: незрелый помидор сорта «Ailsa Craig» с обычным, то есть неравномерным созреванием: «плечи» плода темно-зеленые, низ более светлый (генотип U/U). Справа: плод родственного сорта «Craigella» с равномерным созреванием (генотип u/u): весь плод бледно-зеленый. Изображение из обсуждаемой статьи в Science
У растений с испорченным GLK2 незрелые плоды имеют равномерную бледно-зеленую окраску и так же равномерно краснеют.
При этом из-за пониженного уровня фотосинтеза в них образуется меньше сахаров и других растворимых веществ, что и лишает помидор вкуса и аромата.
Если вставить в геном таких растений работающий ген GLK2 и заставить его экспрессироваться во всём плоде, а не только в верхней части, можно получить помидоры с еще более высоким содержанием ценных веществ, чем в исходных, неиспорченных селекцией плодах.
Равномерно созревающие сорта томатов (Solanum lycopersicum) нравятся производителям, потому что их легче собирать и продавать: сразу видно, когда плод созрел, и не приходится гадать, что делать с плодами, которые с одного бока уже красные, а с другого еще не очень. Правда, такие помидоры водянисты на вкус, в них понижено содержание сахаров, но что поделаешь: массовое производство требует жертв.
Признак «равномерное созревание» определяется генетическимлокусомuniform ripening (u), от которого зависит количество и распределение хлорофилла в незрелых плодах. Доминантный аллель Uопределяет обычное, неравномерное созревание, при котором верхняя часть незрелого плода имеет темно-зеленую, а низ — светло-зеленую окраску.
Растения, гомозиготные по рецессивному аллелю u(генотип u/u) дают равномерно созревающие плоды. В незрелом состоянии такие помидоры одинаково бледно-зеленые со всех сторон.
Молекулярная природа локуса u до сих пор была неизвестна. Генетики из США и Испании решили восполнить этот пробел. Для начала они воспользовались стандартными методами генетического картирования, скрещивая равномерно созревающие сорта (u/u) с дикими родственниками культурных томатов, Solanum pennellii и S. pimpinellifolium, и подсчитывая частоту рекомбинации между локусами. Это позволило выявить небольшой (60 тысяч пар оснований) участок короткого плеча 10-й хромосомы (у томата 12 хромосом в гаплоидном геноме), в котором находится искомый локус u.
Из восьми генов, находящихся в этом участке, главным подозреваемым сразу стал ген GLK2, кодирующий регуляторный белок (транскрипционный фактор) Golden 2-like — важнейший регулятор развития хлоропластов у растений.
У наземных растений, от мхов до цветковых, есть два гена со схожими функциями — GLK1 и GLK2, роль которых состоит в активации множества генов, необходимых для роста хлоропластов и фотосинтеза.
В листьях работают оба гена вместе, причем их функции отчасти перекрываются: для серьезных нарушений фотосинтеза часто бывает недостаточно отключить один из них, нужно вывести из строя оба.
Как они работают в сочных плодах, до сих пор не было известно.
Авторы установили, что в листьях томатов, как и у других растений, работают оба гена-регулятора, а в зреющих плодах — только один,GLK2. Они отсеквенировали этот ген у сортов с генотипами U/Uи u/uи обнаружили, что в первом случае ген GLK2кодирует полноценный регуляторный белок длиной в 310 аминокислот. Во втором случае из-за вставки одного лишнего нуклеотида в гене образовался преждевременный стоп-кодон, что приводит к синтезу никуда не годного, «усеченного» варианта белка длиной в 80 аминокислот. Больше никаких различий в нуклеотидных последовательностях между равномерно созревающими и обычными помидорами обнаружено не было.
Таким образом, ген GLK2 — это и есть локус u,а мутация, приводящая к равномерному созреванию, представляет собой его поломку, из-за которой в плодах не вырабатывается важнейший регулятор фотосинтеза.
Чтобы окончательно убедиться в этом и уточнить детали, авторы провели серию экспериментов с генно-модифицированными томатами, в геном которых были вставлены геныGLK1или GLK2, заимствованные у другого растения — любимого модельного объекта генетиковрезуховидки Таля(Arabidopsis thaliana).
Гены вставлялись в комбинации с разными промоторами (регуляторными участками), что заставляло их работать в разных органах растения и на разных этапах развития.
Стадии созревания плодов контрольного равномерно созревающего помидора u/u (вверху) и двух генно-модифицированных линий, у которых в незрелом плоде экспрессируется ген GLK1 (в середине) или GLK2 (внизу), заимствованный у растения Arabidopsis thaliana. Изображение из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Science
Оказалось, что если любой из двух генов (GLK1 или GLK2) активируется в незрелом плоде растения с генотипом u/u, то хлоропласты там становятся крупнее и многочисленнее, а сам плод приобретает темно-зеленую окраску.
Из-за более активного фотосинтеза в таком помидоре, когда он созревает, оказывается на 40% больше глюкозы и фруктозы.
Общее содержание растворимых сухих веществ в соке спелых генно-модифицированных помидоров оказалось на 21% выше, чем у контрольных плодов u/u.
_______________________
Резюмируя, можно сказать:
покупая помидоры,выбирайте разно-окрашенные (зелёно-красные), они вероятно будут вкуснее.
Этот снимок был сделан 3 октября 2018 года немецко-французским посадочным модулем MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout) во время его "падения" на поверхность 900-метрового астероида Рюгу в рамках миссии Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) "Хаябуса-2". На изображении запечатлен момент, когда MASCOT находился всего в нескольких метрах от астероида.
MASCOT отделился, когда "Хаябуса-2" находился на высоте около 50 метров от астероида, начав спуск, который занял 20 минут. Всего модуль передал 20 снимков, показав детали грубой, усеянной валунами поверхности астероида. Они стали важными ориентирами для основного зонда при сборе образцов, которые 5 декабря 2020 года были доставлены на Землю. Их анализ выявил органические молекулы и воду, ставшие дополнительным подтверждением гипотезы о ключевой роли астероидов в зарождении жизни на Земле.
После успешной посадки MASCOT проработал на Рюгу 17 часов и 7 минут — немного дольше запланированных 16 часов. За это время модуль дважды менял свою позицию с помощью внутреннего маятникового механизма и провел научные измерения в четырех различных точках. Полученные данные позволили установить, что Рюгу — это груда слипшихся обломков, которые сформировались в результате разрушения более крупного небесного тела.
Представьте, что вы стали участником океанологической экспедиции, в рамках которой начинается глубоководное погружение где-нибудь в Тихом океане. Ваша задача — не сводить глаз с мониторов, на которые передается изображение с чувствительных наружных камер.
Сто метров... километр... три километра... шесть километров... и вдруг на мониторе проявляется оно: огромное, темно-красное нечто с длинными лентами, стремительно уходящее во мрак.
Это не начало хоррор-рассказа, а то, с чем вы действительно могли бы столкнуться. И этот огромный "монстр с лентами" — гигантская медуза-фантом (лат. Stygiomedusa gigantea).
Это удивительное создание, впервые обнаруженное в 1899 году, широко распространено по всему Мировому океану (вероятно, кроме Северного Ледовитого океана). Однако за более чем столетие его наблюдали всего около 120 раз. Связано это с тем, что медуза-фантом предпочитает жить на внушительной глубине — до 6 700 метров. Стоит отметить, что этого гиганта видели и на относительном "мелководье" (глубина 200–300 метров), но это скорее исключение из правил.
Встреча с медузой-фантомом — настолько редкое событие, что за тысячи непилотируемых погружений, организованных частным некоммерческим океанографическим исследовательским центром MBARI в штате Калифорния, это существо было запечатлено всего девять раз.
Гигантская медуза-фантом — один из крупнейших беспозвоночных хищников глубин. Диаметр купола может достигать метра, а четыре лентообразных ротовых щупальца вытягиваются более чем на десять метров. И это важная деталь: это не "щупальца" в привычном смысле — их поверхность не усеяна тысячами стрекательных клеток, которые у многих медуз выстреливают микроскопическими капсулами с ядом для обездвиживания и удержания добычи. Вместо этого гигант подбирается к потенциальной жертве, оборачивает ее "лентами" и подтягивает ко рту. Питается медуза-фантом планктоном и мелкой рыбой.
Специфическая окраска объясняется просто: красные длины волн вода поглощает быстрее всего — поэтому с глубиной красный спектр быстро исчезает. В результате медуза-фантом фактически сливается с мраком, выглядя почти черной.
Интересно, что у этих медуз иногда встречаются неожиданные "спутники" в лице рыб вида пелагическая бельдюга (лат. Thalassobathia pelagica). В открытых водах, где негде спрятаться, эти рыбы используют купол и длинные "ленты" как укрытие, а еще, возможно, питаются остатками трапезы своего гигантского компаньона.
Медузе такая связь тоже полезна: рыба может поедать паразитов. Классический симбиоз в суровых условиях.
Медуза-фантом — существо с историей из обрывков: размеры и ареал известны, но детали жизни — от размножения до поведения — все еще туманны. Это животное напоминает нам, что Мировой океан Земли населен бесчисленным множеством "призраков" — организмов, которых нам лишь предстоит обнаружить. На сегодняшний день описано более 228 000 морских видов, но это лишь крошечная часть реального разнообразия. Вы просто вдумайтесь: человечество исследовало около 3% площади океана на родной планете. Мы поверхность Плутона знаем лучше, чем то, что скрыто в наших глубинах.
Поэтому, прикладывая усилия к открытию внеземной жизни, нам стоит помнить, что прямо сейчас на нашей планете живут создания, которых мы даже вообразить себе не можем.
Готовясь к этой статье, я задал сотне случайных людей, казалось бы, простой вопрос: "Кто доказал, что Земля круглая?" Большинство уверенно отвечали: Колумб или Магеллан. Некоторые, особенно моложе тридцати, вспоминали школьные рассказы о смелом мореплавателе Христофоре Колумбе, который будто бы бросил вызов невежественным современникам и всему мрачному Средневековью, отплыв за горизонт и доказав, что Земля — не плоский диск.
Конечно, встречались и те, кто заявлял, что "никто не знает, какая она на самом деле", потому что "небесная твердь", "космоса не существует" и вообще "нам не говорят всю правду, потому что мы — люди маленькие".
После всех этих ответов я окончательно убедился, что выбрал правильную тему.
Я представляю вашему вниманию увлекательную историю о том, как античные мыслители, за две тысячи лет до Колумба, узнали, что Земля имеет форму шара. Более того, они даже смогли вычислить ее размер с поразительной для своего времени точностью. И все это без телескопов и спутников!
Это история о триумфе человеческого гения.
Откуда взялась легенда о "плоском Средневековье"
Представление о том, что до великих географических открытий люди считали Землю плоской, появилось не в Средние века, а гораздо позже. Главным популяризатором этого мифа стал "отец американской литературы" Вашингтон Ирвинг. В 1828 году он опубликовал мифологизированную биографию Колумба, в которой красочно описал, как невежественные современники, подначиваемые священниками, высмеивали идею шарообразной Земли, а храбрый мореплаватель героически им противостоял.
Я не случайно назвал эту работу Ирвинга, получившую название "История жизни и путешествий Христофора Колумба", мифологизированной. Перед нами не глубокое историческое исследование, а художественное произведение. Он придумал драматический конфликт, которому нет никакого подтверждения. На самом деле у образованных европейцев XV века не было никаких сомнений, что они живут на шаре. И интеллектуальная элита спорила с Колумбом о размерах этого шара и о практической осуществимости экспедиции.
Древние греки знали все за две тысячи лет до Колумба
История понимания формы Земли уходит корнями в глубокую древность. Первые мыслители действительно представляли планету плоской. Например, Фалес Милетский в VI веке до н. э. считал, что Земля — плоский диск, плавающий в бесконечном океане. Анаксимандр и вовсе представлял ее цилиндром*, на верхнем торце которого живут люди.
*Почему именно цилиндром? Полагаю, это связано с объединением двух идей: плоский мир людей и огромное, неизведанное и многоуровневое подземное царство Аида.
Но уже Пифагор, живший примерно в 570–490 годах до н. э., предположил, что Земля имеет форму шара. Эта идея была основана на том, что древние греки считали сферу совершенной геометрической фигурой — достойной столь важного космического тела как Земля (антропоцентризм во все времена зашкаливал). Примечательно, что это была скорее философская концепция, чем научный вывод. Тем не менее Пифагор оказался прав.
Настоящий прорыв совершил Аристотель в IV веке до н. э. Он не просто рассуждал о шарообразности Земли — он был первым, кто предоставил убедительные доказательства, которые остаются актуальными и сегодня.
Первый аргумент касался лунных затмений. Аристотель заметил, что тень Земли, падающая на Луну, всегда имеет форму дуги — независимо от того, под каким углом происходит затмение. Единственное тело, способное отбрасывать такую тень при любом положении источника света, — это шар.
Второе доказательство философ получил, наблюдая за кораблями. Когда судно уходит в море, то сначала за горизонтом скрывается корпус, затем паруса, и лишь потом исчезает верхушка мачты. Если бы Земля была плоской, то корабль бы просто становился все меньше и меньше.
Третий аргумент, который Аристотель приводит в трактате "О небе" (около 350 года до н. э.), связан со звездами. Если путешествовать на север или на юг, то можно заметить, как одни созвездия постепенно скрываются за горизонтом, а другие — наоборот, появляются. Те, что в Египте поднимаются высоко над головой, в северных странах едва видны у линии горизонта. Такое различие возможно только в том случае, если поверхность Земли искривлена.
Человек, измеривший планету палкой
Одним из главных героев этой истории является Эратосфен Киренский — древнегреческий ученый, который в 240 году до н. э. не просто подтвердил выводы Аристотеля о шарообразности Земли, но и измерил ее окружность. И сделал он это с поразительной точностью, используя лишь логику, знание геометрии и... обычную палку.
Эратосфен заведовал знаменитой Александрийской библиотекой и имел доступ к знаниям со всего античного мира. Из старинного свитка он узнал любопытный факт: в городе Сиена (нынешний Асуан) в полдень летнего солнцестояния светило занимает положение точно в зените. В этот момент тени от предметов становятся пренебрежимо малы, а солнечные лучи проникают прямо на дно глубоких колодцев. Это явление, описанное неизвестным автором, натолкнуло Эратосфена на идею измерить размеры Земли.
В тот же день ученый провел эксперимент в Александрии. Он вбил в землю вертикальный шест и заметил, что в полдень тот отбрасывает короткую тень. Измерив длину этой тени и зная высоту шеста, Эратосфен вычислил угол падения солнечных лучей — чуть больше семи градусов, что соответствует примерно одной пятидесятой окружности.
Дальше в ход пошла простая геометрия. В Сиене в полдень солнцестояния Солнце занимало положение точно над головой и не давало тени, а в Александрии в тот же момент шест отбрасывал короткую тень. Разница в наклоне солнечных лучей между двумя городами составила около семи градусов — то есть одну пятидесятую полного круга. Значит, и расстояние между Александрией и Сиеной соответствует одной пятидесятой длины земного меридиана.
По одной версии, Эратосфен поручил измерить этот путь человеку, прошедшему его пешком и считавшему шаги. По другой — использовал данные караванной торговли. Получилось около 5 000 стадиев.
Умножив 5 000 на 50, ученый получил 250 000 стадиев — примерно 40 000 километров. Сегодня мы знаем, что длина экваториальной окружности Земли составляет 40 075 километров. То есть погрешность вычислений Эратосфена составила меньше одного процента. И все это за 2 197 лет до запуска первого искусственного спутника Земли.
Что на самом деле знали в Средние века
Вопреки популярному мифу, средневековые ученые не утратили знания, унаследованные от античных коллег, и не начали считать Землю плоской. Этот миф появился в эпоху Возрождения, когда власть имущие старались во что бы то ни стало противопоставить "мрачное Средневековье" "просвещенной науке" (а в XIX веке Ирвинг раздул этот миф, о чем сказано выше). На деле же образованные люди средневековой Европы и исламского мира прекрасно знали, что Земля имеет форму шара.
Более того, еще во II веке до н. э. греческий ученый Кратет Малльский создал первый в истории глобус. Средневековые картографы, опираясь на достижение своего предшественника, тоже изготавливали сферические модели Земли. То есть без принятия шарообразной формы планеты это было бы совершенно лишено смысла.
Важно отметить, что церковь не только не преследовала ученых за идею шарообразной Земли, но и принимала ее как факт. Например, святой Амвросий Медиоланский — епископ, проповедник и один из отцов западной церкви — уже в IV веке открыто рассуждал о «земном шаре». А мусульманские астрономы того времени развивали сферическую тригонометрию, чтобы вычислять направления и расстояния до Мекки — расчеты, которые имеют смысл только на шарообразной планете.
Роль Колумба в этой истории
Христофор Колумб не доказывал, что Земля круглая. Это давно было известно всем, кто имел хоть какое-то отношение к его экспедиции. Спор шел о другом — о размерах планеты.
Колумб считал Землю на 25-30% меньше, чем она есть на самом деле. Он опирался на данные древнегреческого философа и географа Посидония (135–51 годы до н. э.), который, отвергнув более точные вычисления Эратосфена, занизил оценку длины земной окружности. Согласно расчетам Колумба, путь в Азию по западному маршруту должен был занять всего несколько недель. Ему возражали не невежды, а лучшие географы Европы, справедливо указывавшие, что океан слишком велик и подобное путешествие может закончиться катастрофой.
По иронии судьбы именно ошибка Колумба сделала его путешествие возможным. Если бы он знал истинные размеры Земли и реальные расстояния до Азии, то, вероятно, не решился бы на столь рискованную экспедицию — запасов воды и еды просто не хватило бы на такой путь. Его флот спасло существование неизвестного** тогда континента — Америка оказалась между Европой и Азией, не дав кораблям сгинуть в бескрайнем океане.
**Справедливости ради стоит отметить, что за пять веков до Колумба берегов Северной Америки, вероятно, достигали викинги, но свои открытия они не удосужились задокументировать, так что вскоре это достижение было забыто.
Парадокс XXI века
И вот здесь история делает неожиданный поворот. В наше время, когда существуют тысячи спутниковых снимков Земли, Международная космическая станция непрерывно летает уже 25 лет, и сотни человек побывали в космосе, миллионы наших современников начали верить в плоскую Землю.
Согласно социологическим опросам, примерно 2-3% населения развитых стран убеждены, что планета имеет форму диска. Это не шутка. Существуют целые сообщества, конференции, каналы в интернете, посвященные "разоблачению" шарообразной Земли.
Особенно настораживает возрастная динамика. Среди людей старшего поколения в шарообразности Земли убеждены более девяноста процентов. Среди молодежи этот показатель заметно ниже. Интернет, который должен был стать инструментом распространения знаний, превратился в рассадник невежества.
Древние греки, не имея ни спутников, ни телескопов сумели понять форму планеты и измерить ее размер с помощью палки и тени. Аристотель в IV веке до н. э. привел доказательства, которые может проверить любой человек — достаточно понаблюдать за кораблями или за лунным затмением.
А часть наших современников, имея свободный и мгновенный доступ ко всем знаниям человечества, умудряется отрицать очевидное. Это не "альтернативная точка зрения" и не "здоровый скептицизм". Это интеллектуальная деградация — откат на тысячелетия назад.
На нашей удивительной планете проживает не менее удивительное создание, которое плавало в Мировом океане задолго до появления рыб, видело, как материки раскалывались и соединялись вновь, пережило все массовые вымирания и сохранилось до наших дней практически в неизменном виде.
Имя этого чуда — камерный наутилус, и оно представляет собой живое ископаемое возрастом 480 миллионов лет. Когда на суше начали доминировать динозавры, наутилусы уже миллионы лет бороздили океанские глубины. Когда на Землю упал огромный астероид, поставивший жирную точку в истории динозавров, наутилусы продолжили свое существование, словно ничего не произошло.
Сегодня этот головоногий моллюск, являющийся дальним родственником осьминогов и кальмаров, обитает в тропических водах Индийского и Тихого океанов.
Много щупалец не бывает!
У наутилуса более 90 щупалец — рекорд среди всех головоногих моллюсков. Для сравнения: у осьминога их всего восемь, у кальмара — десять. Однако щупальца наутилуса устроены иначе — они лишены присосок, но вместо этого покрыты бороздками и выступами, которые выделяют липкий секрет. Этим "клеем" наутилус захватывает и удерживает добычу, подтягивая ее ко рту.
Острый клювообразный рот легко разламывает панцири крабов и креветок, а радула — полоска ткани, усеянная крошечными зубами, — измельчает пищу до нужной консистенции. Излюбленное место охоты наутилусов — рифы. Там это головоногое творение природы ощупывает щупальцами каждую расщелину в поисках добычи.
Примитивные глаза и реактивный двигатель
Глаза наутилуса устроены примитивно — это простые камеры-обскуры без хрусталика, способные различать только свет и темноту. Зато у него невероятно развиты осязание и обоняние. Наутилус непрерывно "пробует на вкус" окружающий мир своими щупальцами, определяя химический состав воды и фиксируя любые в ней изменения, что позволяет находить пищу даже в кромешной тьме.
Для перемещения в водной толще наутилус использует реактивное движение — выталкивает поглощаемую воду из мантийной полости через специальную трубку-сифон. Меняя направление сифона, этот моллюск может двигаться вперед, назад и даже боком. Данный способ передвижения, появившийся сотни миллионов лет назад, очевидно, до сих пор остается очень эффективным.
Подводный дирижабль с 30 камерами
Раковина наутилуса — инженерное чудо природы диаметром 16-21 сантиметр со специфическими красными узорами на серо-белом или кремовом фоне. У взрослых особей она разделена на 30 изолированных камер, соединенных тонкой трубкой — сифункулом. Только в самой большой, последней камере живет сам моллюск. Остальные заполнены смесью газа и жидкости.
Если наутилус хочет всплыть, он откачивает жидкость из камер через сифункул, оставляя в них только газ. Если существо хочет погрузиться, оно поглощает воду и наполняет ею камеры. Умение пользоваться этим биологическим балластным механизмом, позволяющим точно контролировать глубину погружения, наутилус оттачивает годами. Только что вылупившийся наутилус носит раковину, разделенную на семь или восемь небольших камер. По мере роста наутилус расширяет свое жизненное пространство, строя новые камеры, соединенные со старыми.
Жизнь между мирами
Днем наутилусы отдыхают на глубине до 700 метров, прячась от хищников вдоль рифовых склонов. Заприметив опасность, наутилус максимально втягивается в раковину и "закупоривает" отверстие специальным кожным капюшоном, превращая свой "переносной дом" в неприступную крепость.
Но с наступлением темноты все меняется. Наутилусы поднимаются на глубину около 70 метров, чтобы осуществить две базовые задачи: удовлетворить голод и размножиться.
Эта ежедневная миграция между глубинами может превышать 600 метров в одну сторону — впечатляющее путешествие для существа размером с небольшую тарелку.
Долгожители океанов
В мире головоногих моллюсков наутилус — настоящий Мафусаил. Большинство осьминогов и кальмаров живут год-два, максимум пять лет. Наутилус может прожить более 20 лет!
Однако за долголетие приходится платить медленным размножением. Самка становится половозрелой только к 12-15 годам (если доживет) и откладывает всего 10-18 яиц в год. Яйца, размером и формой напоминающие головки чеснока, развиваются около 12 месяцев.
Угроза исчезновения
Красота погубила наутилусов. Внутренние стенки их раковин покрыты перламутром, что делает их желанным трофеем для коллекционеров. В прошлом пустые раковины собирали на берегу, а теперь же ведется целенаправленный глубоководный промысел живых наутилусов.
Медленное размножение делает популяцию крайне уязвимой. В 2017 году камерный наутилус пополнил список видов, находящихся под угрозой исчезновения. Существо, пережившее все катастрофы за 480 миллионов лет, может не пережить соседства с человеком.
Совершенство не требует изменений
Почему наутилус практически не изменился за полмиллиарда лет? Потому что его конструкция оказалась настолько удачным эволюционным решением, что по сей день не требует улучшений. Камерная раковина, реактивное движение, множество сверхчувствительных щупалец — все это работало идеально как в древних океанах, так и продолжает работать сегодня.
В 2001 году писатель, футуролог и популяризатор науки Артур Кларк совершил "открытие", которое, как он думал, способно стать поворотным в истории человечества.
Скачав из интернета свежие снимки Марса, переданные орбитальным аппаратом NASA Mars Global Surveyor (MGS), 84-летний автор "Космической одиссеи" внимательно изучил их и пришел к неожиданному умозаключению: "На Марсе однозначно есть жизнь!"
Кларк был настолько взволнован, что поспешил организовать прием для друзей и журналистов. С горящими глазами он демонстрировал гостям черно-белые снимки марсианской поверхности, указывая на загадочные древовидные структуры, которые, по его словам, двигались и постоянно менялись в зависимости от сезона.
"Это растительность!" — уверял писатель, показывая фотографии за разные периоды.
А ведь темные ветвящиеся узоры действительно периодически меняли свой размер, словно марсианский лес, который засыпал зимой и распускался в весенне-летний период.
Обычно научно сообщество игнорирует подобные "открытия", но из-за глубокого уважения к Кларку комментарий все же был дан.
Итак, на самом деле великий фантаст наблюдал совершенно обычное для Красной планеты явление — сползание песчаных дюн. Темные "ветви" оказались следами, которые оставляли скатывающиеся по склонам небольшие валуны и песок, приводимые в движение в процессе сублимации* замороженного углекислого газа (сухого льда).
*Сублимация — переход вещества из твердого состояния сразу в газообразное.
С приходом марсианской весны поверхность прогревается, сухой лед испаряется и частицы грунта начинают движение. Массовое осыпание формирует характерные древовидные узоры — результат банальной эрозии, а не жизнедеятельности инопланетной флоры.
К концу жизни Кларк признал свою ошибку, но его "марсианские деревья" стали ярким примером того, что даже гениальный ум не застрахован от причуды мозга выдавать желаемое за действительное.
Мораль сей истории такова: зачастую самые захватывающие объяснения оказываются неверными.
Большая группа исследователей обнаружила, что можно использовать машинное обучение, чтобы помочь металлургам найти оптимальная смесь металлов для создания желаемого сплава. Они таким путем нашли сплав с меньшим термическим коэффициентом, чем текущий рекорд.
Исследование проводилось учеными из Института исследования железа Общества Макса Планка, которые работали с коллегами из Дармштадтского технического университета, Делфтского технического университета и Королевского технологического института.
Люди смешивали металлы в соответствии со своими потребностями на протяжении тысячелетий и при этом многое узнали о создании сплавов. Но поиск правильного сочетания всегда требовал некоторой степени вдохновения, терпения и удачи. Таким образом, большинство сплавов было создано, начиная с одного основного металла, такого как железо, путем добавления небольшого количества других металлов, чтобы увидеть, какие характеристики получились.
Однако за последние несколько десятилетий ситуация начала меняться — некоторые исследователи начали создавать сплавы, содержащие равные части нескольких металлов. Создание таких сплавов с заданными характеристиками, конечно, гораздо сложнее. В этой новой работе исследователи применили машинное обучение, чтобы помочь в этом процессе. Они начали с того, что сократили пространство для испытаний только до одного приложения — создания сплавов, которые не сильно расширяются и сжимаются при воздействии температурных изменений.
Чтобы создать приложение для машинного обучения, исследователи искали и находили характеристики металлов, которые можно было бы использовать для целей сравнения, а затем обучали свою систему, используя информацию из доступных в настоящее время баз данных. При этом они разработали процесс поиска сплава, подходящего для желаемой цели.
Процесс команды был сужен до трех основных шагов: во-первых, они создали новые смеси, используя модели, основанные на информации, хранящейся в базе данных, описывающей характеристики металлов. Затем они использовали вторую модель, чтобы помочь предсказать свойства определенных сплавов, которые они создали на первом этапе. Последний шаг заключался в изучении сплавов-кандидатов, производимых системой, и выборе некоторых из них для испытаний в реальных условиях.
Используя свою систему, исследователи получили 1000 кандидатов, которые были сужены до трех сплавов. Затем они создали три сплава, используя смесь, описанную их системой, и проверили их физические свойства. Затем команда обучила систему на данных, полученных из реальных сплавов, и повторила весь процесс. В общей сложности они прогоняли его семь раз и нашли сплав с меньшим термическим коэффициентом, чем текущий рекорд.
В своей статье, опубликованной в журнале Science, группа описывает свой трехэтапный процесс и то, насколько хорошо он работал при тестировании. Ученые из Института изучения металлов Китайской академии наук опубликовали статью о перспективах в том же номере журнала, в которой описывается работа, проделанная командой над этим новым проектом.
