Край Будущего

Мы до сих пор не знаем всех аспектов влияния космоса на человеческий организм, особенно на мозг. Новое исследование, проведённое совместно Европейским космическим агентством (ESA), российским космическим агентством «Роскосмос» и американскими учёными из Университета Флориды, показало, что мозг претерпевает значительные изменения, которые могут длиться месяцами даже после возвращения на Землю. Более того, длительный космический полёт может привести к «раздуванию» структур мозга.

В ходе работы международная исследовательская группа изучила мозг 12 мужчин-космонавтов незадолго до и после их полётов на Международную космическую станцию. Затем учёные повторно проанализировали мозг тех же космонавтов через семь месяцев после их возвращения на Землю. Все испытуемые участвовали в длительных полётах, которые в среднем длились 172 дня, или чуть более пяти с половиной месяцев.

Чтобы детально исследовать серое вещество и его функции, команда использовала метод визуализации мозга, известный как трактография волокон. «Трактография позволяет создать схему «проводки» мозга», — пояснил Вуйтс. С помощью МРТ учёные изучили структуру мозга на уровне серого вещества (которое можно сравнить с микропроцессором в компьютере) и белого вещества (которое можно представить как материнскую плату), а также измерили состав спинномозговой жидкости.

«После космического полёта структуры мозга изменяются, в основном из-за деформации, вызванной сдвигом жидкости. Мы и наши коллеги также обнаружили, что длительное пребывание в условиях микрогравитации приводит к расширению желудочков головного мозга. На восстановление их нормальных размеров должно уходить около трёх лет после возвращения на Землю», — отметил Вуйтс.

Интересно, что команда также обнаружила увеличение объёма мозга у людей живущих на МКС( "привет" полумифические большеголовые «серые» пришельцы). Также было зафиксировано увеличение количества серого и белого вещества. Белое вещество помогает мозгу лучше контролировать все остальные системы организма, облегчая взаимосвязь «мозг-тело».

Отметим, что серое вещество, отвечающее за обработку информации и мышление, можно сравнить с микропроцессором в компьютере. Однако аналогия с компьютером не совсем точна, так как в мозгу нет привычных нам программ. Мозг больше похож на интернет, где триллионы нейронов — микрокомпьютеры!

В дополнение к сдвигу жидкости, команда заметила изменения формы мозга, особенно в мозолистом теле — большом пучке нервных волокон, который соединяет оба полушария. Ранее считалось, что космический полёт может вызвать структурные изменения самого мозолистого тела. Однако команда обнаружила, что на самом деле расширяются близлежащие желудочки, что смещает нервную ткань этой области вокруг мозолистого тела, изменяя его форму. Желудочки головного мозга представляют собой карманы, в которых вырабатывается и хранится спинномозговая жидкость, в которой плавают головной и спинной мозг.

Исследователи также «обнаружили изменения в нейронных связях между несколькими двигательными областями мозга», — отмечает ведущий автор исследования Андрей Дорошин, исследователь из Университета Дрекселя в Пенсильвании. Моторные области — это мозговые центры, где инициируются команды для движений. В невесомости астронавту необходимо радикально адаптировать свои стратегии движения по сравнению с Землёй.

Это исследование является частью растущего числа работ, посвящённых изучению влияния космического полёта, особенно длительного космического путешествия, на организм человека. Новая информация открывает более глубокое понимание того, как наше тело адаптируется к непривычным для него условиям.

В будущем это поможет учёным лучше защищать астронавтов от пагубного влияния космоса — что особенно важно, учитывая планы человечества колонизировать другие планеты.

Десятилетия изучения Млечного Пути как модели формирования галактик могут быть пересмотрены в свете новой научной работы , опубликованная в The Astrophysical Journal. Эти исследования, проведённые в рамках проекта Satellites Around Galactic Analogs (SAGA), свидетельствуют о том, что эволюционная история Млечного Пути может существенно отличаться от историй других галактик сопоставимого размера.

«Млечный Путь был и остаётся уникальной физической лабораторией, где можно исследовать формирование галактик и тайны тёмной материи — загадочного вещества, существование которого до сих пор остаётся спорным. Однако он представляет собой лишь одну систему, и его эволюция, возможно, не является типичной для других галактик. Поэтому мы основали проект SAGA, чтобы найти аналогичные галактики и сравнить их», — заявила Риса Векслер, профессор Школы гуманитарных наук и наук, а также физики элементарных частиц и астрофизики в Национальной ускорительной лаборатории SLAC.

После более чем десятилетнего изучения Вселенной команда SAGA выявила и исследовала 101 аналог Млечного Пути. Результаты показали, что количество спутников на одну галактику может варьироваться от нуля до 13, а Млечный Путь имеет меньше спутников, чем его собратья, что делает его уникальным среди себе подобных.

Исследование звездообразования в галактиках-спутниках выявило, что в типичных родительских галактиках более мелкие спутники продолжают формировать звёзды. В то же время во Млечном Пути звездообразование наблюдается только в ближайших к нам галактиках — Большом и Малом Магеллановых Облаках (БМО и ММО). Все более мелкие спутники Млечного Пути прекратили формирование звёзд, что остаётся загадкой для учёных.

«Теперь перед нами стоит новая задача. Что во Млечном Пути заставило эти маленькие, маломассивные спутники прекратить звездообразование? Возможно, в отличие от типичной родительской галактики, Млечный Путь обладает уникальным сочетанием старых спутников, которые завершили свой звёздный путь, и более молодых, активных — БМО и ММО, которые лишь недавно оказались в гало тёмной материи Млечного Пути», — предположила Векслер.

Исследование также показало, что звездообразование обычно прекращается в галактиках-спутниках, расположенных ближе к родительской галактике. Это может быть связано с гравитационным притяжением гало тёмной материи внутри и вокруг родительской галактики.

Третье исследование, проведённое под руководством доктора наук Стэнфордского университета Юнчуна «Ричи» Вана, сравнивает новые данные с компьютерным моделированием и призывает к созданию новой модели формирования галактик, частично основанной на обзоре SAGA.

«SAGA предлагает новый путь к расширению нашего понимания Вселенной через детальное исследование спутниковых галактик в системах за пределами Млечного Пути. Хотя мы достигли первоначальной цели — картографирования ярких спутников в 101 родительской галактике, впереди ещё много работы», — заключила Векслер.

Несмотря на то что Млечный Путь — наша галактическая родина, мы до сих пор знаем о ней очень мало, и то, что нам известно, часто оказывается поверхностным. Мы даже не можем точно определить размер нашей галактики.

Считается, что диаметр галактики, в которой находится наша планета, составляет 105 тысяч световых лет. Однако данные, полученные в 2018 году в рамках миссий Gaia, APOGEE и LAMOST(с ними вы можете ознакомиться, перейдя к прикреплённой статье) свидетельствуют о том, что диаметр диска Млечного Пути составляет 260 тысяч световых лет.

Таким образом, наша галактика и галактика Андромеды примерно равны по размеру (по данным NASA, радиус M31 составляет всего лишь 151 851 световых лет), и неизвестно, кто кого поглотит через 4 миллиарда лет.

Кроме того, согласно данным японских астрономов, полученным в 2020 году, мы находимся гораздо ближе к центру Млечного Пути, чем считалось ранее. Результаты показали, что центр нашей галактики, в котором находится сверхмассивная черная дыра, расположен на расстоянии 25 800 световых лет от Земли. Это меньше, чем общепринятое значение в 27 700 световых лет.

Также было обнаружено, что Солнечная система движется вокруг галактического центра со скоростью 227 километров в секунду, что быстрее официальных 220 километров в секунду.

Астрономы из США и Китая сделали замечательное открытие: на ультрафиолетовых снимках, полученных телескопом «Хаббл» в период с 1991 по 2022 год, обнаружены новые гигантские вихри на южном полюсе Юпитера. Эти вихревые образования сопоставимы по своим размерам с известным Большим Красным Пятном (БКП).

В отличие от БКП, новые вихри обладают более тёмной окраской и проявляются на северном полюсе крупнейшей планеты Солнечной системы крайне редко — их удалось зафиксировать лишь в одном из восьми наблюдений. Причины подобного феномена остаются неясными, однако группа учёных во главе с Троем Тсуботой полагает, что новые вихри, по неизвестным причинам менее стабильные, чем БКП, почти всегда возникают под яркими зонами полярных сияний Юпитера и поглощают больше ультрафиолетового излучения, чем окружающая атмосфера.

Похоже, что на Юпитере взаимодействие магнитных полей и плазменных потоков в магнитосфере способствует динамическим процессам, формирующим эти вихри. Особенно контрастно наблюдаемые явления выглядят на фоне условий, существующих над поверхностью Земли: на нашей планете подобные магнитные процессы преимущественно воздействуют на верхние слои атмосферы, вызывая полярные сияния.

Астрономы подчеркивают важность исследования взаимосвязей между различными слоями атмосферы для понимания динамики атмосфер любых планет — будь то Юпитер, Земля или миры за пределами нашей Солнечной системы, такие как коричневые карлики и субкарлики, экзопланеты и экзолуны, а также планемо и бланеты — планеты, возникшие в окрестностях чёрных дыр. Дальнейшие наблюдения полярных областей газового гиганта помогут учёным глубже разобраться в механизмах формирования тёмных пятен и оценить их влияние на атмосферу планеты-гиганта.

Нейтрино — частицы, которые с легкостью проходят через многие объекты, включая человеческое тело, каждую секунду. Однако их взаимодействие с атомами крайне маловероятно из-за слабого ядерного взаимодействия, которое регулирует их поведение. Чтобы надежно фиксировать эти частицы, эксперименты требуют огромных объемов вещества. Например, для регистрации столкновений нейтрино с атомами атмосферы используются тысячи тонн тяжелой воды, камеры, встроенные в кубический километр антарктического льда, а также планы по установке двухсот тысяч антенн.

Но недавно физик из Университета Канзаса Стивен Прохира предложил необычный подход к обнаружению нейтрино. Он предлагает использовать не традиционные антенны, а деревья, обмотанные проводами. Несмотря на необычность этой идеи, она может привести к важным научным открытиям.

Прохира вдохновился экспериментом GRAND, в котором планируется использовать антенны для регистрации радиосигналов, возникающих при взаимодействии нейтрино с атмосферой. Однако поиск мест для установки таких антенн представляет собой серьезную проблему. Исследуя альтернативные варианты, учёный обратился к старым экспериментам армии США, где деревья использовались для приема радиосигналов в джунглях. Обмотка проволоки вокруг деревьев превращала их в чувствительные к радиоволнам элементы, что, по мнению Прохиры, может быть адаптировано для регистрации нейтрино.

Основная цель Прохиры и других учёных, использующих более традиционные способы — регистрация нейтрино с ультравысокой энергией. Эти частицы несут энергию, которая в десятки миллионов раз превышает энергию, выделяемую при ядерном делении урана. Они образуются в экстремальных космических событиях: при коллапсе звезд, активности пульсаров, вблизи массивных чёрных дыр и появлении более экзотических, гипотетических звёздных остатков. Надежное обнаружение таких нейтрино позволит лучше понять природу этих явлений.

Идея Прохиры пока находится на стадии концепции. Статья была опубликована на платформе arXiv для получения комментариев коллег до официального рецензирования. В процессе проверки эксперты могут указать на ошибки в расчетах или недостатки, связанные с разнообразием форм и размеров деревьев.

Для реализации проекта потребуется команда и тестирование прототипов. Конференции, такие как Международная конференция по космическим лучам, могут помочь в привлечении ученых и обсуждении идеи. Подобные мероприятия служат стартовой площадкой для создания экспериментальной базы.

Прототипы часто сталкиваются с неожиданными проблемами, но именно такие эксперименты позволяют находить эффективные решения. Например, проект AMANDA, предшественник IceCube, использовал антарктический лед, который оказался исключительно прозрачным и чистым. Эти данные позволили разработать более масштабные установки, такие как IceCube.

Несмотря на то что проект Прохиры может не сработать из-за сложности сигналов, связанных с деревьями, успех прототипа способен открыть новые горизонты в физике частиц. Развитие экспериментов, таких как IceCube или GRAND, показывает, что даже смелые идеи могут привести к прорывам.

Международная группа ученых использовала космический телескоп НАСА "TESS", чтобы обнаружить экзопланету (планету за пределами нашей Солнечной системы), а затем провела дальнейшие наблюдения с помощью наземных телескопов в Австралии, Чили и Южной Африке. В результате измерений новая планета попала в класс “Горячий Нептун” – категорию планет, который вращаются слишком близко к своим звездам, а это намного ближе, чем орбита Меркурия!. Эта разновидность экзопланет похожа на наш Нептун по размеру и составу, но вращается очень близко к своей звезде. В этом случае “год” на TOI-3261 b длится всего 21 час. Такая узкая орбита позволяет этой планете занять свое место в эксклюзивной группе, в которую пока входят только три других члена: горячие Нептуны со сверхкоротким периодом обращения, массы которых были точно измерены.

Планета "TOI-3261 b" оказалась идеальным кандидатом для тестирования новых компьютерных моделирований формирования планет. Одна из причин, по которой горячие Нептуны встречаются так редко, заключается в том, что так близко к звезде трудно поддерживать плотную газовую атмосферу. Звезды массивны и поэтому оказывают большое гравитационное воздействие на окружающие их объекты, что может привести к разрушению газовых слоев, окружающих близлежащую планету. Они также выделяют огромное количество энергии, которая разрушает газовую оболочку. Оба эти фактора означают, что горячие Нептуны, такие как TOI-3261 b, возможно, изначально были гораздо более крупными планетами, размером с Юпитер, и с тех пор потеряли значительную часть своей массы.

Смоделировав различные исходные точки и сценарии развития, научная группа определила, что возраст планетной системы составляет около 6,5 миллиардов лет и что планета изначально была гораздо более крупным газовым гигантом. Однако, вероятно, что она потеряла массу двумя способами: при фотоиспарении, когда энергия звезды заставляет частицы газа рассеиваться, и при приливном воздействии, когда гравитационная сила звезды удаляет газовую оболочку с планеты. Планета также могла сформироваться дальше от своей звезды, где оба эти эффекта были бы менее интенсивными, что позволило бы ей сохранить свою атмосферу.

Оставшаяся атмосфера планеты, одна из самых интересных ее особенностей, вероятно, потребует дальнейшего анализа атмосферы, который, возможно, поможет разгадать историю формирования этого обитателя "Горячего Нептуна”. Планета TOI-3261 b примерно в два раза плотнее Нептуна, что указывает на то, что более легкие части ее атмосферы со временем исчезли, оставив только более тяжелые компоненты. Это показывает, что планета изначально состояла из множества различных элементов в своей атмосфере, но на данном этапе трудно точно сказать какие именно. Эту загадку можно было бы разгадать, наблюдая за планетой в инфракрасном свете, возможно с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба NASA – идеальный способ увидеть идентифицирующие отпечатки различных молекул в атмосфере планеты. Это не только поможет астрономам понять прошлое TOI-3261 b, но и начнет раскрывать физические процессы, стоящие за всеми горячими планетами-гигантами.

Первое в истории открытие сверхкороткопериодического горячего Нептуна LTT-9779 b было сделано в 2020 году. С тех пор "TESS discoveries" TOI-849 b и TOI-332 b также присоединились к элитному клубу ультракороткопериодических наблюдений за горячими Нептунами (с точно измеренными массами). Как LTT-9779 b, так и TOI-849 b находятся в очереди на инфракрасные наблюдения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, что потенциально расширит наши представления об атмосферах этих планет в ближайшие годы.