Край Будущего

В ближайшем будущем в поисках признаков жизни на Марсе и Луне роботы нового поколения могут исследовать подземные лавовые трубы. Эти миссии помогут определить оптимальные места для размещения человеческих баз.

Чтобы выяснить, насколько это возможно, ученые провели испытания трех автономных роботов в лавовой пещере на испанском острове Лансароте.

Лавовые трубы представляют собой глубокие подземные пещеры, образовавшиеся в результате вулканической активности, и встречаются в разных частях мира, а также на Марсе и Луне. Эти пещеры могут обеспечить защиту от суровых космических условий, таких как экстремальные температуры, радиация и метеоритные удары. Это делает их потенциально идеальными местами для укрытия как для существующей жизни, так и для пилотируемых баз на Луне и Марсе.

Исследовать эти трубы человеком сложно, дорого и в настоящее время невозможно. Роботы представляют собой более безопасный и экономичный вариант. "Гетерогенная кооперативная команда роботов - это многообещающий подход к решению задачи доступа к внеземным лавовым пещерам и их исследованию", - отмечают исследователи в своей статье, опубликованной в журнале Science Robotics, где они описывают свою работу на Лансароте.

Полевые испытания длились 21 день и проходили в условиях настоящей лавовой пещеры, разделенные на четыре этапа. На первом этапе два марсохода нанесли на карту поверхность вокруг входа в пещеру. Затем один из марсоходов запустил в отверстие куб с сенсорным оборудованием для создания детальной 3D-карты входа.

На следующем, самом сложном этапе, два робота работали автономно. Меньший марсоход присоединился к большему и начал спускаться по веревке в пещеру. После этого он отделился и продвинулся на 235 метров вглубь, создавая трехмерную карту по мере продвижения.

Несмотря на успешное завершение испытаний, необходимо решить ряд проблем, прежде чем роботы смогут исследовать лунные или марсианские туннели и пещеры. Например, влажность в испытательной среде снизила производительность георадара, а также возникли ограничения в составлении карт из-за помех от датчиков и недостатка точных данных о местности. Кроме того, достижение полной автономности навигации в пещерах остается значительным препятствием.

Тем не менее, несмотря на эти ограничения, исследование приближает нас на шаг к возможности поиска удаленных от Земли мест, где когда-либо могли бы жить люди. Эта технология также может помочь в нашем давнем стремлении выяснить, одни ли мы в нашей солнечной системе.

Когда две сетчатые структуры или ткани накладываются друг на друга с небольшим смещением, возникают муаровые узоры, вызванные интерференцией из-за несоосности сеток. Хотя в повседневной жизни такие узоры воспринимаются как оптические иллюзии, их значение простирается и на наноуровень, например, в материалах, таких как графен, где они могут существенно влиять на электронные свойства.

Это явление открывает новые возможности в таких областях, как сверхпроводимость и квантовые эффекты. Однако традиционно контролировать длины муаровых узоров было сложно из-за фиксированной природы атомных структур, что ограничивало возможность точной настройки электронных свойств.

Исследовательская группа под руководством профессора Вонена Чо из Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) в Южной Корее впервые продемонстрировала возможность точного контроля периодов муара путем наложения слоев металлоорганических каркасов (MOF) — кристаллических материалов, состоящих из металлических кластеров, связанных органическими молекулами.

Опубликованное сегодня в журнале Nature Communications, это исследование представляет собой химически программируемую платформу для создания муаровых систем с настраиваемыми масштабами длины, открывая новые горизонты в области твистроники, фотоники и квантовой информатики.

Изменяя длину органических линкеров в двумерных (2D) MOF-материалах на основе циркония и укладывая эти слои под различными углами скручивания, команда смогла точно модулировать периодичность муара, зависящую от длины лиганда. Моделирование молекулярной динамики, проведенное профессором Джиханом Кимом из Корейского передового института науки и технологий (KAIST), подтвердило энергетическую стабильность двухслойных MOF и выявило предпочтительные конфигурации укладки, согласующиеся с экспериментальными наблюдениями.

Особенно примечательным открытием стало появление додекагональных квазипериодических структур с углом поворота 30°, демонстрирующих 12-кратную симметрию вращения. Эти сложные структуры, визуализируемые с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ПЭМ) и моделируемые с использованием метода Стампфли-тайлинга, являются квазипериодическими и могут тонко влиять на поведение электронов.

Аспирант и первый автор исследования, Джиен Ким, отметила: "Квазипериодические структуры без повторяющихся элементов могут вносить тонкие изменения в поведение электронов. Это открывает новые возможности для точной настройки электронных и оптических свойств муаровых материалов".

Профессор Вонен Чо подчеркнул: "MOF служат настраиваемыми молекулярными каркасами — эффективным механизмом регулировки расстояния между решеткамиб и эта платформа ускорит разработку твистронных и квантовых устройств следующего поколения".

В новом теоретическом исследовании астрофизик Джонатан Тан из Университета Вирджинии предлагает всеобъемлющую теорию возникновения сверхмассивных черных дыр. Эти гиганты, находящиеся в центрах большинства крупных галактик, включая наш Млечный Путь, имеют массу, превышающую массу Солнца в миллионы или даже миллиарды раз. Их образование вызывает много споров, особенно после открытий космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), который обнаружил множество таких черных дыр, существующих в ранней Вселенной.

Теория Тана, известная как "Pop III.1", предполагает, что все сверхмассивные черные дыры возникли как остатки первых звезд, известной как "популяция III.1". Эти звезды образовались под воздействием энергии, вызванной аннигиляцией темной материи, и предсказали многие из недавних открытий JWST.

В своей статье "Внезапная ионизация ранней Вселенной сверхмассивными звездами Pop III.1", опубликованной на arXiv и готовящейся к публикации в Astrophysical Journal Letters, Тан излагает новое предсказание своей теории. Он утверждает, что сверхмассивные звезды-прародители черных дыр быстро ионизировали водородный газ во Вселенной, создавая яркие вспышки, которые заполнили пространство.

Эта фаза ионизации, происходящая раньше, чем в обычных галактиках, может помочь разрешить некоторые загадки в космологии, включая "Напряженность Хаббла" и "Динамическую темную энергию". По словам Тана, это неожиданное открытие может оказаться важным для понимания происхождения Вселенной.

Работа Тана получила высокую оценку Ричарда Эллиса, ведущего космолога-наблюдателя из Университетского колледжа Лондона. Он отметил, что модель Тана объясняет двухэтапный процесс рождения и ионизации звезд в ранней Вселенной. Возможно, самые первые звезды образовались в результате короткой вспышки и затем исчезли, что означает, что наблюдаемые сейчас объекты могут быть лишь "второй волной" формирования звезд. Вселенная продолжает удивлять нас своими тайнами.

На протяжении многих десятилетий астрономы искали признаки внеземного разума, используя радиотелескопы и оптические приборы для сканирования неба в поисках искусственных сигналов. Однако теперь исследователи применяют новый подход, направленный на поиск инопланетных артефактов, которые могут уже находиться в нашей Солнечной системе.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Monthly Notices Королевского астрономического общества, описывается инновационный метод обнаружения потенциальных внеземных зондов вблизи Земли. Основная идея заключается в использовании тени Земли в качестве естественного фильтра для устранения помех от искусственных спутников и космического мусора.

Современное небо переполнено тысячами спутников и миллионами отражающих обломков, что затрудняет обнаружение чего-либо необычного. Эта "загрязненность" представляет собой серьезную проблему для тех, кто пытается идентифицировать объекты, не созданные человеком, в космосе. Ведущий исследователь Беатрис Вильярроэль из Стокгольмского университета и её международная команда искали способ отфильтровать этот шум.

Они обратились к тени Земли. Каждую ночь Земля отбрасывает конусообразную тень в космос, где прямые солнечные лучи не могут отражаться от спутников или обломков, создавая идеальную "чистую" зону для поиска. Угол наклона тени составляет примерно 8-9 градусов для объектов на геосинхронной орбите, расположенной на высоте около 35 700 километров над Землей.

Спутники Земли, как правило, не имеют оптических источников света, за исключением некоторых случаев, таких как коммуникационные лазеры или двигатели космических аппаратов. Таким образом, любые яркие вспышки или полосы, обнаруженные в тени Земли, могут указывать на что-то более экзотическое.

Исследователи проанализировали данные, полученные с телескопа Zwicky Transient Facility (ZTF), расположенного в Калифорнии, который систематически наблюдает за небом в поисках изменяющихся объектов. Они изучили более 200 000 изображений, уделяя особое внимание тем, которые были сделаны в тени Земли.

Их автоматизированная поисковая система под названием NEOrion обнаружила тысячи кандидатов, включая загадочные объекты с полосами и точечные вспышки. Большинство из них оказались метеоритами, летательными аппаратами или известными астероидами. Однако один объект, не внесённый в каталоги, вызвал особый интерес — он двигался значительно быстрее обычных астероидов и не был зарегистрирован ни в одной из существующих баз данных о космических объектах. К сожалению, команде не удалось подтвердить его природу, и он остаётся загадкой.

В исследовании также рассматриваются другие инновационные подходы, включая анализ астрономических фотографий, сделанных до 1957 года, и изучение цветовых спектров подозрительных объектов для выявления материалов, подвергшихся атмосферным воздействиям в результате длительного пребывания в космосе.

Хотя это концептуальное исследование не выявило окончательных доказательств существования инопланетных технологий, оно демонстрирует, что систематические поиски внеземных артефактов теперь возможны с использованием существующих телескопов и новых методов анализа.

Исследователи планируют разработать проект ExoProbe — сеть телескопов, специально созданных для такого типа поиска, которая будет использовать несколько одновременных наблюдений для определения точных расстояний до таинственных объектов.