Исследователи разработали новый материал, который, используя энергию солнечного света, может очищать воду от опасных загрязнителей. Он был создан с помощью комбинации мягких химических гелей и технологии электропрядение — метода, при котором электрическая сила применяется к жидкостям для создания мелких волокон. Команда сконструировала тонкие волокнистые полоски диоксида титана (TiO₂), соединения, часто используемого в солнечных элементах, газовых сенсорах и различных технологиях самоочистки.
Несмотря на то, что солнечные топливные системы, использующие наночастицы TiO₂, являются отличным альтернативным источником энергии, они часто ограничены по мощности, поскольку могут проводить фото-каталитические реакции, лишь поглощая невидимый УФ-свет. Это создает значительные проблемы для реализации, включая низкую эффективность и необходимость в сложных фильтрационных системах.
Однако, когда исследователи добавили медь в материал для улучшения этого процесса, их новые структуры, названные наночастицы, смогли поглощать достаточно световой энергии для разрушения вредных загрязнителей в воздухе и воде, сказала Пелагия-Ирен Гума, ведущий автор исследования и профессор материаловедения и инженерии в Университете штата Огайо.
"Не было простого способа создать что-то вроде одеяла, которое можно положить на воду и начать генерировать энергию", — сказала она. "Но мы единственные, кто создал такие структуры и продемонстрировал, что они действительно работают".
Исследование было недавно опубликовано в журнале Advanced Science.
Когда диоксид титана поглощает свет, образуются электроны, которые окисляют воду и атакуют загрязнители, медленно разрушая их до безопасного состояния. Когда добавляется медь, этот процесс ускоряется, что делает его еще более эффективным.
Чтобы определить это, исследователи работали над характеристикой обновленных свойств наночастицы, чтобы понять, как он ведет себя и чем отличается от других самоочищающихся наночастиц, сказала Гума. Удивительно, но исследователи обнаружили, что по сравнению с традиционными солнечными элементами, эти наночастицы могут быть более успешными в генерации энергии при естественном солнечном свете, добавила она.
"Эти наночастицы могут использоваться как генераторы энергии или как инструменты для очистки воды", — сказала она. "В обоих случаях у вас есть катализатор с самой высокой эффективностью, о которой сообщалось на сегодняшний день".
Эти легкие, легко снимаемые волокнистые маты могут плавать и работать на любой водной поверхности и даже могут быть использованы повторно через несколько циклов очистки. Поскольку наночастицы столь эффективны, исследователи предполагают, что их можно использовать для удаления промышленных загрязнителей в развивающихся странах, превращая загрязненные реки и озера в источники чистой питьевой воды.
Кроме того, поскольку эта технология не генерирует токсичных побочных продуктов, как некоторые солнечные электрические системы, наночастицы являются исключительно экологически чистыми. "Это безопасный материал, он никому не навредит и настолько чист, насколько это возможно", — сказала Гума.
Тем не менее, хотя технология этой команды невероятно эффективна, сколько времени потребуется для ее коммерческого масштабирования, зависит от того, как быстро индустрия обратит на продукт внимание. "У нас есть инструменты для их массового производства и перевода в различные отрасли", — сказала Гума. "Единственное ограничение в том, что нужно, чтобы кто-то воспользовался этими обильными ресурсами".
В целом, результаты исследования предполагают, что наночастицы могут стать многообещающим инструментом в многих будущих фото-каталитических приложениях, включая долгосрочные усилия по устойчивому развитию, такие как экологическая реабилитация, а также производство водорода на солнечной основе.
В то же время команда планирует изучить способы дальнейшей оптимизации материала.
"Этот материал совершенно новаторский с точки зрения новой формы нанотехнологии", — сказала Гума. "Это действительно впечатляюще и то, чем мы очень гордимся".
Ферменты, основные катализаторы жизни, управляют критически важными биологическими процессами, начиная от регуляции метаболизма и заканчивая преобразованием энергии. Эволюционировав на протяжении миллиардов лет, эти универсальные молекулярные машины не только служат основополагающими элементами в биологических системах, но и предлагают важные инструменты в синтетической биологии, преодолевая ограничения традиционного химического синтеза.
Действуя как микро-фабрики, ферменты обеспечивают эффективное производство антибиотиков, биотоплив, ценных соединений и других желаемых продуктов.
Исследователи из Тяньцзиньского института промышленной биотехнологии Китайской академии наук (TIBCAS), вместе с коллегами из Ханчжоу нормального университета, достигли прорыва в расшифровке механизма действия ферментов.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature, они раскрыли каталитическую роль реактивных кислородных видов (ROS) супероксида (O2•-) в синтезе эрготалкоидов (EA) с помощью гем-каталазы, группы лекарственных природных продуктов для лечения различных заболеваний.
Команда TIBCAS обнаружила уникальный ферментативный механизм, связанный с ферментом гем-каталазы EasC, который играет ключевую роль в биосинтезе EA.
Они выяснили, что EasC содержит две отдельные каталитические "мастерские": одна расположена внутри гемового кармана фермента, а другая — на его поверхностном кармане, соединенные узким туннелем. Внутренняя мастерская генерирует супероксид, который затем транспортируется через туннель к поверхностной мастерской, где он катализирует серию радикальных реакций, преобразующих субстраты в конечные продукты EA.
Этот "двойной механизм с транспортным туннелем" является аналогом строительства двух специализированных объектов на молекулярном уровне — одного, производящего реактивные кислородные виды (ROS), и другого, синтезирующего эрготалкоиды (EA), при этом создавая специальный транспортный туннель для ROS.
Это пространственное разделение и стратегия транспортировки используют мощную реактивность ROS, избегая его разрушительного потенциала, демонстрируя эволюционную изобретательность микробных ферментных систем в кислородной химии.
Удивительно, что в исследовании было обнаружено, что восстановление O2 для производства ROS в гемовом кармане, традиционно считавшееся требующим внешних доноров электронов, на самом деле напрямую осуществляется за счет субстрата.
Хотя супероксид обычно ассоциируется с разрушительными эффектами на ДНК, белки и другие клеточные молекулы, это исследование подчеркивает новую конструктивную роль этой молекулы в биосинтезе. Оно подчеркивает эволюционную изобретательность природы, показывая, что ROS могут быть стратегически использованы в качестве каталитических агентов в сложных биохимических путях.
Импликации этого исследования выходят за пределы лаборатории.
В 2024 году диэтиламид лизергиновой кислоты (LSD), полусинтетический EA, получил статус прорывной терапии от FDA для лечения генерализованного тревожного расстройства, что еще больше подчеркивает клиническую важность EA.
Новые данные из этого исследования могут ускорить разработку клеточных фабрик для устойчивого производства эрготалкоидов и предоставить молекулярную основу для проектирования новых ферментов. Это может привести к более экологически чистым и низко-углеродным альтернативам традиционному химическому синтезу, что ознаменует переход к более эффективному и экологически чистому производству фармацевтических препаратов.
С использованием космических обсерваторий Спектр-РГ и Чандра китайские астрономы исследовали ближайшую спиральную галактику, известную как "NGC 7793". Результаты нового исследования, опубликованные 13 марта на сервере предварительных публикаций arXiv, предоставляют важные сведения о свойствах горячего газового гало галактики.
Расположенная на расстоянии около 12,2 миллиона световых лет, NGC 7793 (также известная как PGC 73049) является спиральной галактикой без баров в группе галактик Скаляр. NGC 7793 имеет диаметр около 30 000 световых лет, звездную массу примерно 3,2 миллиарда солнечных масс и является одной из самых ярких галактик группы Скульптора.
Хотя NGC 7793 была открыта два века назад и с тех пор была предметом обширных исследований, её галактическое рентгеновское излучение остается относительно недостаточно изученным, особенно в отношении измерения газа в гало. Команда астрономов во главе с Лином Хэ из Нанкинского университета в Китае недавно решила изменить это и исследовала диффузное рентгеновское излучение этой галактики. Для этой цели они проанализировали данные телескопа eROSITA Спектра-РГ и продвинутого CCD-изображения Чандра (ACIS).
"Основываясь на ранее выпущенных наблюдениях eROSITA и архивных данных Чандра, мы изучили диффузное мягкое рентгеновское излучение в и вокруг ближайшей галактики низкой массы, умеренно наклоненной Sd, NGC 7793," - написали исследователи в своей статье.
Команда Хэ обнаружила экстрапланарное рентгеновское излучение в энергетическом диапазоне 0,4–2,3 кэВ от eROSITA и 0,5–2 кэВ от Чандра, видимое с обеих сторон галактической плоскости. Это открытие указывает на то, что NGC 7793 обладает горячим газовым гало, и предполагается, что звёздная обратная связь играет доминирующую роль в формировании и формировании этого горячего газа в и вокруг таких галактик низкой массы, как NGC 7793.
Исследование показало, что радиальные профили NGC 7793 демонстрируют своеобразный провал, который не может быть объяснён поглощением нейтрального водорода и более выражен в более высоких энергетических диапазонах. Астрономы отметили, что этот провал может возникать из-за пузырьковой структуры или быть проявлением колеблющейся внутригрупповой среды (поскольку галактика находится на западном краю группы Скаляр).
Согласно статье, горячий газ NGC 7793 имеет температуру примерно 0,18 кэВ, а его масса оценивается на уровне 10 миллионов солнечных масс. Было установлено, что горячий газ имеет необработанную светимость в диапазоне 0,5–2 кэВ около 130 ундициллионов эрг/с и простирается на расстояние около 19 500 световых лет от центра галактики.
Исследователи пришли к выводу, что оцененная светимость горячего газа также подчеркивает роль непрерывного звездообразования как наиболее вероятного источника пополнения горячего газа.
Подводя итоги, авторы статьи отметили, что дальнейшие исследования NGC 7793 должны быть проведены для лучшего понимания её горячей окружной галактической среды. Это можно будет выполнить с использованием рентгеновского микрокалориметра Hot Universe Baryon Surveyor (HUBS).
Ученые давно полагают, что ледяные миры нашей солнечной системы, такие как спутник Юпитера Европа и спутник Сатурна Энцелад, могут содержать внеземную жизнь в форме микробов. Однако обнаружить её может быть проблематично, поскольку миссии к ледяным мирам полагались на зонды, а не на посадочные аппараты.
Зонды проходят лишь через атмосферу планеты или луны, находясь за несколько километров от поверхности и внутренней структуры. Космические аппараты, такие как Europa Clipper (как и Cassini до него), находятся даже дальше и не входят в экзосферу луны.
Чтобы справиться с этой задачей, Лили Клаф и её коллеги описывают метод обнаружения биохимических сигнатур, используя образцы из струй газа, вырывающихся из таких миров. Этот подход использует масс-спектрометрию для измерения уровней изотопов, производимых в ходе метаболических процессов, таких как фотосинтез и метаногенез. Затем методы машинного обучения оценивают, указывают ли эти уровни на наличие жизни под поверхностью.
Для обучения алгоритма исследователи нуждались в примерах экзосферных условий с присутствием и без присутствия жизни. В лаборатории они создали рассолы с химией, аналогичной химии Европы и Энцелада. В некоторые рассолы они добавили сульфатредуцирующую бактерию "Desulfotomaculum thermocisternum", которая может напоминать жизнь на океанических мирах.
Измерение газов в головных пространствах бутылок с жидкостью дало исследователям примеры потенциального состава экзосфер ледянных миров и того, как микробы изменяют этот состав.
Геохимия, не связанная с присутствием жизни, также будет влиять на изотопы в этих типах образцов, поэтому исследователи варьировали ингредиенты в своих рассолах, чтобы охватить широкий спектр возможных сценариев. Обучив свою модель на этих образцах, они создали диагностический инструмент, который может отделять сигнатуры жизни от других типов химии с низким потенциалом ложноположительных результатов.
Исследователи отмечают, что модель требует дальнейшего тестирования, прежде чем её можно будет усовершенствовать, в том числе с использованием различных микробов. Но при дальнейшем развитии они утверждают, что этот инструмент может стать ценным для будущих космических миссий.
Это изображение, полученное космическим телескопом Хаббл, показывающего сцену из одной из ближайших галактик к Млечному Пути — Малой Магеллановой Области (ММО). ММО — это карликовая галактика, расположенная примерно в 200 000 световых лет от нас. Большая часть галактики находится в созвездии Тукана, но небольшая часть пересекает соседнее созвездие Гидра.
Благодаря своей близости, ММО — одна из немногих галактик, видимых с Земли без помощи телескопа или бинокля. Для наблюдателей в южном полушарии и некоторых широтах северного полушария ММО напоминает кусочек Млечного Пути, который откололся, хотя на самом деле она находится гораздо дальше, чем любая часть нашей галактики.
С помощью зеркала диаметром 2,4 метра и чувствительных инструментов вид Хаббла на ММО гораздо более детализирован и яркий, чем то, что могут увидеть люди. Исследователи использовали широкоугольную камеру Хаббла, чтобы наблюдать этот участок через четыре различных фильтра. Каждый фильтр пропускает разные длины волн света, создавая цветное изображение облаков пыли, дрейфующих по полю звезд.
Однако вид Хаббла значительно увеличен по сравнению с тем, что видят наши глаза, что позволяет ему наблюдать очень удаленные объекты. Это изображение захватывает небольшую область ММО рядом с центром NGC 346, звездного скопления, в котором находятся десятки массивных молодых звезд.
Что находится на звезде и внутри неё? Что происходит в активном галактическом ядре? Ответы на эти вопросы являются целью предложенного гигантского интерферометра на Луне, который называется Artemis-enabled Stellar Imager (AeSI). Он будет развернут в виде серии из 15–30 телескопов, чувствительных к оптическому и ультрафиолетовому излучению, в эллиптическом массиве длиной 1 км на поверхности Луны.
Команда ученых и инженеров из США под руководством доктора Кеннета Картера из Центра космических полетов имени Годдарда NASA, работая в сотрудничестве с Интегрированным проектным центром Годдарда, завершила 9-месячное исследование целесообразности AeSI и опубликовала свои выводы.
AeSI основан на более ранней концепции свободно летающего ультрафиолетового/оптического космического интерферометра под названием Stellar Imager (SI). По словам Картера, они наблюдали за стабильным прогрессом, достигнутым в рамках кампании NASA Artemis по созданию жилых модулей и поддерживающей инфраструктуры на поверхности Луны. Идея создания лунного объекта начала выглядеть гораздо более осуществимой и конкурентоспособной по сравнению со свободно летающим вариантом.
"Мы предложили программе NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) разработать вариант концепции SI, названный Artemis-enabled Stellar Imager (AeSI), который потенциально можно было бы построить, развернуть, эксплуатировать и обслуживать в сотрудничестве с кампанией Artemis", — сказал он.
Возможности Artemis и интерферометр Предложенное NASA возвращение на Луну в рамках миссий Artemis предоставляет астрономам возможность развернуть интерферометр и другие телескопы. Это позволит воспользоваться средой, поддерживаемой инфраструктурой Artemis, и избежать некоторых ограничений, с которыми могут столкнуться наземные или космические массивы.
Исследование сосредоточено на ряде научных целей. В научной статье говорится: "Эта миссия позволит осуществить революционные научные открытия, включая: излучение поверхностей ближайших (~4 парсека) солнечных звезд и более удаленных (>2 килопарсека) сверхгигантов для изучения магнитной активности (факелы, звездные пятна, конвекция), излучение аккреционных дисков вокруг формирующихся звезд и разрешение областей вокруг центральных ядер активных галактических ядер (AGN)." Отчет опубликован на сервере предварительных публикаций arXiv.
Имитирование поверхностей звезд дает подсказки о процессах, происходящих в глубине. Если эти звезды похожи на Солнце (т.е. звезды главной последовательности), это даст более глубокое понимание того, что происходит с нашей ближайшей звездой. Наблюдения AeSI также помогут ученым понять деятельность динамо, которая управляет магнитной активностью Солнца и других звезд, по словам Картера.
"Наше предложение о первичном исследовании солнечных звезд использует комбинацию высокоразрешающего звездного излучения для наблюдения за циклической эволюцией поверхности магнитной активности и высокоразрешающей астросейсмологии для изучения внутренней структуры звезды, чтобы получить информацию, необходимую для создания действительно предсказательных моделей солнечной/звездной магнитной активности", — сказал он.
Моделирование наблюдений AeSI за звездами и ядрами галактик.
Давайте рассмотрим краткое содержание возможных целей AeSI. Она может исследовать такие звезды главной последовательности, как Альфа Центавра A, Процион A, Сириус A и Эпсилон Эридана, чтобы собрать данные о их поверхностной активности и магнитной активности, которая их управляет. Эти интерферометрические данные затем могут быть объединены с пространственно разрешенными астросейсмологическими исследованиями, чтобы дать более точное представление о том, что происходит внутри этих звезд. Кроме того, это может помочь ученым понять, как звездная активность влияет на существование и обитаемость их планет.
Помимо понимания того, что происходит с этими звездами (и последствий для Солнца), исследования интерферометрии также будут иметь непосредственное применение для прогнозирования солнечной активности и ее воздействия на Землю. AeSI предоставит возможности высокоразрешающего пространственного и временного излучения, что позволит нам увидеть поверхности звезд и то, как они меняются в течение магнитного цикла.
Ученые смогут "видеть" магнитно управляемую активность, такую как звездные пятна (аналогичные солнечным пятнам), горячие факельные поля и конвекционные процессы. Активные области на Солнце и других звездах очень яркие. На Солнце они доминируют в длинах волн света, наиболее важных для прогнозирования воздействия солнечной активности на окружающие планеты, включая Землю. Установка AeSI на Луне также обеспечит возможность получения сверх четких изображений аккреционных дисков вокруг других звезд. Эти области могут быть сложными для наблюдения в высоком разрешении, поскольку их часто трудно отделить от самой звезды. Суперновые также являются известной целью, особенно выбросы из катастрофических взрывов, которые заканчивают жизнь сверхмассивных звезд. AeSI может помочь астрономам обнаружить расширяющиеся облака обломков на самых ранних стадиях выброса суперновой.
AeSI также должна иметь возможность обнаруживать сложные события, происходящие в активных галактических ядрах (AGN). В частности, AGN-ветры, похоже, существуют вокруг большинства из этих объектов. Их скорости и количество теряемой массы несут подсказки о структуре объекта в центре галактики. Измерения AeSI в этих областях также могут способствовать более точным измерениям расстояний до таких объектов (квазаров) и помочь в измерении космологической постоянной.
Для таких исследований потребуется возможность расширенного массива AeSI, сказал Карпентер.
"Из-за расстояния даже до самых ярких AGN нам понадобятся большие диаметры внешнего массива, чтобы разрешить регионы вокруг центральных двигателей, которые, вероятно, являются единственными участками, достаточно яркими, чтобы их можно было успешно обнаружить с помощью AeSI," объяснил он.
"Мы исследуем способы увеличения УФ-чувствительности AeSI, потенциально используя покрытия зеркал с более высокой УФ-отражательной способностью, чем это возможно в настоящее время, улучшенные УФ-детекторы и, возможно, более крупные зеркальные элементы. Эти улучшения значительно увеличат нашу способность изучать более широкий спектр AGN и большее количество отдельных объектов."
Основной план миссии для AeSI зависит от развертывания с помощью астронавтов и/или роботов во время предстоящих миссий Artemis. Каждый элемент массива будет представлять собой метровый телескоп, установленный на небольшом ровере. Массив будет расширяться или сжиматься в зависимости от конкретных наблюдений. Данные из массива будут собираться центральным "узлом" для комбинирования лучей и реконструироваться для создания изображений целевых звезд или других объектов.
Луна представляет собой очень хорошую, стабильную среду для AeSI. У нее нет атмосферы, которая могла бы затруднять видимость для телескопов, что означает, что адаптивная оптика не требуется для коррекции движений воздуха. Это также позволяет интерферометру работать на гораздо более коротких длинах волн, чем любой наземный массив. Два вызова, которые необходимо учесть (помимо доставки телескопов и вспомогательного оборудования и самого процесса строительства), — это пыль и сейсмическое движение во время лунных землетрясений. Однако с ними можно справиться.
Если этот концепт миссии будет выбран для реализации NASA, самым большим вопросом будет: когда и где он будет развернут? Всё зависит от хода кампании Artemis и возможностей, которые она может предоставить для соседних обсерваторий. В настоящее время первая пилотируемая миссия не состоится раньше весны 2026 года. Последующие полеты будут развивать инфраструктуру, и частота этих полетов остается неизвестной. Таким образом, грубо говоря, самое раннее, когда AeSI может быть реализована, — это конец 2030-х или начало 2040-х годов.
Что касается места развертывания интерферометра, команда предлагает несколько мест в южном полюсе Луны, предпочтительно рядом с уже построенной инфраструктурой Artemis, чтобы обеспечить легкий доступ для астронавтов или роботов Artemis. Однако также интересует возможность размещения на более удаленных, низких широтах, если Artemis сможет это поддержать, так как это позволит наблюдать большую часть неба.
Следующие шаги для команды AeSI заключаются в проведении дополнительных исследований и разработок технологий, необходимых для интерферометра, а также в продолжении изучения дополнительных научных исследований, которые он мог бы поддерживать.
Титан — величайший спутник Сатурна и второй по размеру спутник в Солнечной системе, уступающий лишь Ганимеду, спутнику Юпитера. Он является единственным небесным телом, кроме Земли, на поверхности которого было доказано стабильное существование жидкости, а также единственным спутником планеты, обладающим плотной атмосферой. Атмосфера Титана состоит в основном из азота, с небольшими количествами метана и других углеводородов, что приводит к наличию облаков и осадков, аналогичных земным.
Вдохновлённый достижениями Галилея, Гюйгенс, совместно со своим братом Константином, создал телескоп с апертурой 57 мм и увеличением более 50 раз. С помощью этого инструмента Гюйгенс наблюдал за планетами Солнечной системы — Марсом, Венерой, Юпитером и Сатурном. На последнем он заметил яркое тело, которое совершало полный оборот вокруг планеты за 16 дней. После четырёх полных оборотов, в июне 1655 года, когда кольца Сатурна находились под низким углом к Земле и не мешали наблюдению, Гюйгенс окончательно подтвердил своё открытие спутника Сатурна. Это событие стало вторым случаем открытия спутника с момента изобретения телескопа, произошло оно через 45 лет после того, как Галилей обнаружил четыре крупнейших спутника Юпитера.
Титан стал объектом интенсивных исследований, особенно с запуском миссии "Кассини-Гюйгенс", которая в 2004 году прибыла к Сатурну. Спускаемый аппарат "Гюйгенс" успешно приземлился на поверхность Титана в 2005 году, предоставив уникальные данные о его атмосфере и поверхности. Исследования показали, что на Титане существуют большие озера и реки жидкого метана, а также сложные органические молекулы, что делает его одним из самых интересных объектов для изучения в контексте поиска внеземной жизни.
Титан также привлекает внимание ученых из-за своих уникальных климатических условий и геологических процессов. Его поверхность покрыта сложными формами ландшафта, включая дюны, горные цепи и потенциальные вулканические структуры. Эти характеристики делают Титан важным объектом для изучения, поскольку он может дать ключ к пониманию процессов, происходящих на других планетах и спутниках в нашей Солнечной системе и за её пределами.
Таким образом, Титан продолжает оставаться объектом интереса для астрономов и планетологов, открывая новые горизонты в изучении не только нашей Солнечной системы, но и потенциальных мест обитания для жизни в других уголках космоса!
SpaceX вновь сосредоточилась на отправке частных клиентов в космос.
Миссия Fram2, возглавляемая криптовалютным предпринимателем Чунем Ваном и его тремя друзьями, запланирована на запуск в понедельник, 31 марта, с космического центра Кеннеди. Это будет второй частный полет года после успешного старта Crew-10 для NASA.
Crew Dragon Resilience уже находится в ангаре KSC, а команда Fram2 завершила обучение в Калифорнии на прошлой неделе. Первое окно для запуска запланировано на 11:20 вечера 31 марта.
Команду возглавляет Чунь Ван, который, помимо финансирования миссии, является заядлым искателем приключений. В команде также находятся Эрик Филипс, Яннике Миккельсен и Рабея Рогге. Миккельсен займет роль командира миссии, а Филипс — пилота.
Fram2 продлится от трех до пяти дней и поднимется на высоту от 264 до 279 миль, используя знания космических физиков для изучения необычных световых излучений, напоминающих авроры. Миссия также станет первой среди Crew Dragon, которая не будет приводнена у побережья Флориды.
SpaceX запланировала как минимум две дополнительные миссии Crew Dragon в текущем году, в то время как частная компания Axiom Space намерена осуществить запуск в мае к Международной космической станции.
