Колонизировать Марс помогут купола из аэрогеля
Идея колонизации Марса уже не одно десятилетие захватывает воображение человечества. Но, если раньше об этом говорили писатели-фантасты, то теперь возможность переселения на Красную планету серьезно обсуждает научный мир.
Изменить климат на всей холодной планете, чтобы она стала пригодной для жизни, сейчас невозможно. Но ученые каждый раз предлагают новые варианты. На этот раз — построить крыши или целые купола из аэрогеля (сверхлегкого геля, где жидкая фаза замещается газообразной) на отдельных территориях Марса, которые дали бы создать под ними локальные парниковые эффекты.
На Марсе в определенной степени прослеживается парниковый эффект, что создает темные пятна на поверхности. Его можно наблюдать под ледяными шапками из воды и диоксида углерода, СО2. В таких условиях почва под льдом нагревается, а между теплой поверхностью и льдом накапливается углекислый газ, который прорывает лед и выбрасывает грунт, что и проявляется в виде темных пятен.
Этот процесс, когда солнечный свет поглощается в глубине полупрозрачного снега или ледовых слоев, называют твердотельным парниковым эффектом. Он явно проявляется с полупрозрачными материалами, которые частично пропускают видимое солнечное излучение, но имеют низкую теплопроводность и проницаемость для инфракрасного излучения.
«Мы начали рассуждать о парниковом эффекте и о том, как его можно использовать для создания обитаемого среды на Марсе в будущем», — объяснил Робин Вордсворт, ведущий автор статьи из Гарвардского университета.
Диоксид углерода и водяной лед широко распространены на Марсе и уже показали себя в действии, однако они не помогут колонизировать Марс — из-за их высокой изменчивости.
Тогда ученые вспомнили об аэрогеле кремнезема (силикатный аэрогель). Он имеет пористую структуру, образованную наноразмерными кластерами кремнезема, более 97% объема которого занимает воздух.
Его давно уже используют в различных областях техники для теплоизоляции, поскольку его теплопроводность одна из самых низких среди материалов. Силикатный аэрогель даже использовали в конструкции марсоходов, чтобы обеспечить термоизоляцию в ночное время.
«Аэрогель диоксида кремния является перспективным материалом, потому что его эффект пассивный. Он не требует большого количества энергии или ухода за деталями, чтобы поддерживать тепло в определенном регионе в течение длительного периода времени», — объяснила Лора Кербел, соавтор исследования.
Решение проблем с ультрафиолетом и температурой ученые считают критическими точками для включения жизни на красной планете, однако, нужно будет рассмотреть вопрос с дополнительными ограничениями, что неизбежно накладываются на успех будущей колонизации. Например, низкое атмосферное давление, доступность питательных веществ и откладывание на аэрогеле пыли.
Выше парциальное давление углекислого газа на Марсе, возможно, способствовал бы лучшему росту растений, но низкое общее давление атмосферы (в 170 раз меньше, чем на Земле) при температуре выше 273 К будет приводить к чрезмерного испарения воды. Как вариант, ученые предлагают напыления на внутреннюю сторону аэрогелевого щита, дополнительного плотного прозрачного материала или сочетание его с гибкими и прочными материалами, что в определенной мере позволит увеличить давление под укрытием. Жидкая вода сможет легче собираться на поверхности вместо того, чтобы испаряться в марсианскую атмосферу.
Одним из вызовов будет также поиск выгодного места для постройки укрытия. Там должен быть высокий и постоянный поток солнечной энергии и достаточное количество поверхностных вод и, в то же время, нужно учесть скорость оседания пыли.
В будущих исследованиях авторы научной статьи планируют провести исследования на Земле в местностях, которые являются аналогами марсианским. Например, в пустыне Атакама в Чили или сухих долинах Антарктиды.
-
Ученые-физики обнаружили новую структуру золота
Золото часто используется для экспериментов с высоким давлением и считается «золотым стандартом» для расчета давления в экспериментах со статическими алмазными наковальнями. Во время медленного сжатия при комнатной температуре золото становится гранецентрованой кубичной (ГЦК) решеткой при давлениях, что в три раза превышает давление в центре Земли. Однако исследователи из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL) и Института Карнеги обнаружили, что при быстром сжатии повышение давления и температуры золото меняет кристаллическую структуру в сторону новой фази — объемно-центрированной кубической (ОЦК) решетки.
По словам ученых, новая структура золота существует в экстремальных состояниях (две трети давления в центре Земли). Эксперименты проводились в синхротроне APS (Advanced Photon Source), источнике синхротронного излучения третьего поколения в Аргонской национальной лаборатории (США). Золото было идеальным объектом для изучения из-за его сильного сигнала рассеяния рентгеновского излучения и мало изученной фазовой диаграммы при высоких температурах. Результаты исследовательской группы демонстрируют, что золото испытывает фазовый переход до того, как оно расплавится. Будущие эксперименты, сфокусированы на механизме перехода, могут помочь прояснить ключевые детали этого процесса для производства прочной стали.
-
Создан материал для аккумуляторов будущего
Для возобновляемых источников энергии, таких как солнечные батареи или ветрогенераторы, важно иметь надежные устройства хранения, которые могли бы аккумулировать излишки электроэнергии, чтобы отдавать их в сеть, когда наступает ночь или безветренная погода.
На данный момент лучшими считаются литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы. Они наиболее эффективны и дешевы в производстве. Однако у них есть и недостатки. Например, такие батареи пожароопасны: нередко они вспыхивают при эксплуатации из-за воздействия факторов внешней среды или ошибок производителя.
Решить эту проблему можно, заменив жидкий электролит в аккумуляторах на твердый. Это очень трудно сделать, поскольку ионы лития в твердых телах менее подвижны, чем в жидкостях. Более низкая подвижность ограничивает применимость батареи, поэтому из-за этого она имеет низкую емкость и скорость заряда и разряда.
Ученые из Левенского католического университета создали материал, имеющий формулу LiTi2(PS4)3. Он находится в твердом агрегатном состоянии и имеет самый высокий коэффициент подвижности лития из когда-либо измеренных. Это значение объясняется уникальным строением кристаллической решетки материала, который ранее не удавалось воссоздать в материалах на основе лития.
Однако, по словам ученых, впереди еще множество исследований, которые позволят усовершенствовать материал и вывести его на мировой рынок. Это открытие однако является важным шагом в понимании материалов с чрезвычайно высокой подвижностью ионов лития, которые в итоге необходимы для всех твердотельных батарей будущего.
-
Вулканы на Земле необходимы
Вулканический пепел содержит нужные растениям минералы и за счет своей консистенции быстро перемешивается с почвой. Фермеры в Индонезии, Японии, Италии и на Филиппинах даже при постоянной угрозе внезапных извержений отказываются от переезда из окрестностей вулканов.
Вторым и наиболее значимым для экологов — плюсом вулканов является труднодоступность их склонов, на которых находят убежище редкие растения и животные.
Еще одно неоспоримое преимущество вулканов — вулканические газы, которые ускоряют процесс поступления воды в атмосферу, тем самым, формируя ее. Земные океаны также обязаны своим существованием вулканической деятельности.
Для планеты вулканы являются своеобразными «выхлопными трубами», помогая охлаждать внутренность Земли.
За счет вулканических извержений образуются острова и увеличивается площадь материков.
Отложения вулканических веществ также используются в качестве строительных материалов.
Кроме того, тепло вулканов может использоваться для получения «зеленой» энергии.
-
Человечество появилось намного раньше
«Один из черепов, который был найден в пещере Апидима, принадлежал неандертальцу, а второй — был ранним представителем нашего вида. Его открытие говорит о том, что наши предки покинули Африку раньше, и распространялись по Старому Свету быстрее, чем мы предполагали», — заявила Катерина Харвати (Katerina Harvati) из университета Тюбингена (Германия).
До недавнего времени антропологи и палеонтологи считали, что современный человек, Homo sapiens, возник в Восточной Африке примерно 200 тысяч лет назад, через несколько сотен тысяч лет после разделения предков неандертальцев и кроманьонцев. Первые люди, как показали раскопки, проникли на Ближний Восток примерно 70 тысяч лет назад, а в Европу — около 45 тысяч лет назад.
С другой стороны, находки последних лет и генетические исследования говорят о том, что люди могли покинуть Африку гораздо раньше, как минимум 130 тысяч лет назад, и контактировать с неандертальцами на протяжении долгого времени. В подтверждение этого ученые недавно нашли в заброшенной шахте в Марокко останки Homo sapiens, живших в Африке около 300 тысяч лет назад.
В начале прошлого года индийские ученые нашли новые свидетельства того, что человечество могло возникнуть гораздо раньше, чем считали антропологи, и оставить Африку неожиданно рано. Они открыли «кроманьонские» орудия труда, изготовленные более 175 тысяч лет назад. Еще более древние следы наших предков были найдены чуть позже в Кении.
Харвати и ее коллеги нашли очередные доказательства в пользу этой теории, изучая материалы раскопок, которые греческие археологи проводили в конце семидесятых годов прошлого века на юго-востоке Греции, в карстовой пещере Апидима.
Кроме различных предметов и орудий труда, ученые нашли на ее территории два фрагмента черепа, сохранились настолько плохо, что их видовую принадлежность нельзя было точно установить. Археологи считают их обычными «неандертальцами» и передали в музей на хранение, где они крайне редко привлекали внимание других исследователей.
Немецкие антропологи выяснили, что на самом деле эти останки были одной из самых важных находок века, проверяя на них работу алгоритмов, позволяющих восстановить трехмерную форму черепа из его поврежденных фрагментов. Параллельно ученые точно измерили возраст окаменелостей, замерив доли изотопов урана и тория.
И тот, и другой анализ принес массу неожиданностей — один из черепов, что сохранился чуть хуже другого, действительно принадлежал неандертальцу, жившему в пещере Апидима примерно 170 тысяч лет назад. Он оказался старее, чем первоначально считали ученые, но это вполне вписываются в общепринятые представления о жизни этих древних людей и ареал их проживания.
С другой стороны, второй череп не только оказался старше — его возраст составлял около 210 тысяч лет, но и он не принадлежал представителю Homo neanderthalensis, а вполне однозначно кроманьонцу. В пользу этого говорит то, что череп у него был более округлый, чем у первых «аборигенов» Европы, и на его поверхности отсутствовала характерная «шишка», которая есть у всех неандертальцев. При этом он обладал массой черт ранних Homo sapiens.
Пока это древнейший пример того, что наши предки появились неожиданно рано. Как отметила Харвати, череп с греческой пещеры примерно на 20−30 тысяч лет старше, чем предположительно древнейшие останки Homo sapiens, найденные недавно в Израиле. Даже больше, они на 150 тысяч лет раньше, чем кости «первых» европейских кроманьонцев, найденные в одной из пещер в Румынии и в окрестностях села Костенки в Воронежской области.
По ее мнению, жители пещеры Апидима, а также другие популяции древних Homo sapiens, покинули пределы Африки две сотни тысяч лет назад, по иронии судьбы, их постигла та же судьба, что и последних европейских и азиатских неандертальцев.
Они, скорее всего, полностью вымерли и не оставили своих следов в современном геноме человечества, проиграв в конкурентной борьбе Homo neanderthalensis. В пользу этого говорит то, что неандертальцы, если верить оценкам возраста второго черепа, жили в греческой пещере позже, чем древнейшие кроманьонцы.
Если это действительно так, то Харвати не исключает, что человечество могло сделать не одну, а сразу несколько попыток заселить планету.
Пока не ясно, насколько успешными они были, поскольку ни генетикам, ни антропологам пока не удалось найти никаких следов длительных контактов между неандертальцами и Homo sapiens в эту историческую эпоху или доказать их отсутствие.
-
Дональд Трамп хочет, чтобы NASA отправило первую женщину на Луну
Трамп отметил, что его администрация хотела бы вернуть Соединенным Штатам «господство и лидерство в космическом пространстве на долгие века».
«В честь тех, кто были перед нами, и для лучшего будущего всего человечества, мы обязуемся начать новую эру исследования, расширяя наш новаторский дух в самые отдаленные уголки Космоса. Я переговорил с Национальным Агентством Аэронавтики и Космоса (NASA), о том чтобы послать одного мужчину и первую женщину на Луну и сделал еще один гигантский шаг — отправить американцев на Марс», — говорится в послании президента Трампа, подготовленном по случаю Дня Освоения Космоса.
Президент США подчеркнул, что приземление миссии «Аполлон-11» на Луну, которой произошло 50 лет назад (годовщина праздновалась 20 июля 2019 года), было «захватывающей демонстрацией американских технических возможностей и лидерства в космосе» и «примером того, чего может достичь (…) американское сердце, мужество и решимость».
«В этот День Освоения Космоса мы с нетерпением ждем наших огромных технологических достижений», — написал американский президент. «Мы отдаем честь тем, которых мы потеряли на пути к открытиям».
-
Планета Земля нуждается в новых лесах размером с США
Если бы на Земле появился новый, большой лес, он мог бы поглотить две трети углерода, который выделяется в атмосферу с конца XVIII века. Подсчитано, что с конца XVIII века, в атмосферу попало 300 млрд тонн углерода в виде CO2.
Ученые из Федерального Политехнического университета Цюриха подсчитали, сколько Земле нужно, чтобы посадить новый лес, чтобы деревья покрыли избыток CO2 в атмосфере. Анализ около 80 тысяч. спутниковых снимков с Google Earth показал, что в настоящее время кроны деревьев, плотно покрывают 2,8 млрд га земель. Между тем могут 4,4 млрд. га. 0,9 млрд. га выявлены учеными — это пустыри. По их мнению, на новые участки леса — это места в России, Северной Америке и на территории Амазонки.
«Восстановление лесов должно начинаться немедленно, — призывает д-р Жан-Франсуа Бастин из Лаборатории Crowthera. — Это потому, что в результате изменения климата, уменьшается площадь, на которой могут расти деревья».
По прогнозам, к 2050 году районы, пригодные для посадки лесов могут значительно уменьшиться.
-
5 гигантских доисторических животных
Огромные родственники современных слонов — мастодонты, ходили по земле свыше 15 миллионов лет назад. Они принадлежат к роду мастодонтов. Первым доказательством существования этого вида стал зуб, который был обнаружен в 1705 году в Нью-Йорке. Эта небольшая частичка весила примерно 2 кг. У мастодонта были острые зубы, а его бивни отличались глубокой кривизной и большой длиной. Эти травоядные животные были в высоту около 4,2 метров и весили 7 тонн. Парацератериум, родственник носорогов, не имел рога, но благодаря длинной шее и длине тела до 9 метров мог дотягиваться до зелени на деревьях. Вес до 20 тонн делает парацератериума крупнейшим наземным млекопитающим, известным человеку.
Другой гигантский родственник носорога — еласмотерий, имел огромный рог на макушке головы. Считается, что он жил в позднем плиоцене и вымер во время ледникового периода.
Большими размерами также отличался степной мамонт с весом более 10 тонн. Как травоядный, он питался тундровою травой и использовал свои бивни, чтобы сгребать снег. Титанотипопус является дальним родственником современных верблюдов, но был гораздо больше, имел клыки и весил не меньше тонны.
-
Новая связь между культурой и войной
Эта идея интересна тем, что она объясняет происхождение и распространение войн не обращаясь к традиционным биологическим факторам.
Биология или культура?
В настоящее время ученые создали немало теорий, которые бы объясняли, как между различными человеческими популяциями возникают конфликты. Обычно объяснение сводится к борьбе за один из трех ресурсов: еду, территорию или сексуальных партнеров. Как нетрудно заметить, эти факторы являются сугубо биологическими и одинаково хорошо могут быть применены как к людям, так и к многих других живым существам.
Однако люди со своей способностью активно передавать культурную информацию и руководствоваться прежде всего ею, а не генетическими программами, часто просто «не помещаются» в чисто биологические понятия. Точнее, уже почти стало нормой говорить о том, что на последних этапах развития человечества культурная и биологическая эволюции шли бок о бок.
«Воины» и «скотоводы»
В новом исследовании антропологи смоделировали человеческое население, состоящий из большого количества групп, которые взаимодействуют между собой. При этом, в популяции присутствовали лица, которые являются носителями одного из двух типов культурных традиций. Это могли быть «воины», которые могут себя защитить в столкновении, но плохо размножаются. А могли быть «скотоводы», которые размножаются хорошо, но никак не умеют себя защищать.
Еще в модели с отдельными группами людей могло происходить 3 типа событий.
- Группа могла полностью исчезнуть из-за неблагоприятных обстоятельств.
- Группа могла разделиться на две, если она становилась слишком большой.
- Наконец, между двумя группами, как результат преимущества в них «воинских» культурных традиций, могло произойти столкновение. Так результатом столкновения могло стать либо полное уничтожение победителем побежденного, или передача ему своих культурных традиций.
Для существования группы была необходима наличие в ней и «воинов» и «скотоводов», однако, как показало моделирование, их соотношение при этом может значительно варьироваться с течением времени и приводить к разным последствиям. Если параметры, которые определяют соотношение двух классов людей, склонялось к конфликту и преобладало «уничтожение» или «передачи культуры» при победе, то в зависимости от начальных условий можно получить как войну всех против всех, так и мирное сосуществование.
Способность к навязыванию культуры способствует распространению войн
Интересным также оказался результат, что при полной невозможности передачи своего «культурного кода» агрессия не является выгодной для смоделированных групп. Каким бы большим не было количество «воинов» в группе, они просто не успевают уничтожить все «мирные» группы быстрее, чем те размножаются. Преимущество, независимо от процента «воинов» в них, получают те группы, которые не начинают конфликтов.
Но когда исследователи позволили всем этим параметрам эволюционировать, то есть случайно меняться с подражанием самых удачных вариантов, результат стал меньше зависеть от начальных условий. Оказалось, что независимо от начальных условий преимущество получают группы, в которых одновременно преобладают «военные» традиции и склонность навязывать собственную культуру.
Математика и история
Это в определенной степени противоречит предыдущим моделированием, которые опирались на классические экологические модели. Фактически речь идет о том, что культурная эволюция способна поддерживать такие культурные традиции, угрожающих существованию не только отдельных людей, но и целых групп. Это довольно неожиданный результат, который, к тому же, может оказаться особенностью именно этой культурной модели. Сами исследователи признают, что модель слишком проста, чтобы объяснить все многообразие явлений, наблюдаемых при войнах.
Однако это одно из первых исследований, в которых исследователи попытались применить математические модели к культурным процессам. И это моделирование уже дало результат, над которым стоит поразмыслить.
Немало было в истории случаев, когда две мощные военные державы настолько ослабляли друг друга войной, что при этом преимущество получала третья, менее мощная от начала. Немало было в истории завоевателей, которые оставили покоренным народам в наследство преимущественно жажду завоеваний.
Свежие комментарии