Орбиты на краю космоса Околоземные орбиты бесконечно разнообразны по форме своего эллипса, размерам и расположению в пространстве. В том числе огромен и диапазон их высот. Автоматические обсерватории поднимаются по высоким эллиптическим орбитам на 150 тысяч километров над Землей и выше. Другие эллиптические орбиты типа «Молния» и «Тундра» для спутников телетрансляции и обнаружения пусков ракет достигают апогея в 40 тысяч километров, немного выше геостационарной орбиты с ее высотой 35 786 километров. Спутники GPS, ГЛОНАСС и других систем глобального позиционирования бороздят космос на средних высотах приблизительно 19-20 тысяч километров. Это всевозможная гражданская и военная связь, дистанционное зондирование нашей планеты, фотосервисы и оптическая разведка на многочисленных солнечно-синхронных орбитах, наблюдение тусклых гиперзвуковых целей в атмосфере и множество других применений. На низких орбитах летят и пилотируемые космические корабли, и станции МКС и «Тяньгун». Туда же планируют запуски их будущих аналогов. Самый насыщенный спутниками диапазон — низкие орбиты, занимающие высоты до 2000 километров над поверхностью Земли. Внизу всего этого разнообразия лежит самый необычный слой орбит. Полет там по-своему уникален, и качественно отличается от движения по любым другим орбитам. Он дает важные преимущества, которых больше нет нигде в космосе. Но для освоения этих заманчивых орбит нужно решить необычные для космических спутников задачи. Необычности начинаются с того, что границы этого особого диапазона высот точно не заданы. Формальной границей атмосферы и космоса человек назначил круглые 100 километров (названные линией Кармана, хотя на самом деле это поверхность) ради своего удобства. В реальности атмосфера поднимается гораздо выше и прослеживается до пары тысяч километров. Например, МКС на высоте своих 415 километров испытывает атмосферное торможение от 100 до 400 граммов силы, в зависимости от высоты полёта, текущего состояния атмосферы и положения панелей солнечных батарей. Ниже плотность воздуха и его тормозящая сила растут. На высотах 120-150 километров орбиты теряют устойчивость: космический аппарат начинает там свой последний виток, уже не полный и ведущий к падению в плотную атмосферу. На переход к финальному витку влияют и форма аппарата, его «размашистость» или, наоборот, обтекаемая компактность. Воздушно-прямоточный двигатель для сверхнизких орбит итальянской фирмы Sitael, помещенный в вакуумную камеру для испытаний. Фото: esa.int. Такие орбиты издавна работают в космонавтике, но по ним не делают полного оборота вокруг Земли. Ракета обычно выводит туда полезный груз, еще не отделившийся от последней ступени или разгонного блока. По низкой орбите груз со ступенью «доезжает» до нужного района Земли, например до полюса или в другое полушарие, где включаются двигатели ступени или разгонного блока. На высотах 180-200 километров атмосфера вполне позволяет сделать несколько витков, при этом снижение за один оборот составит несколько километров. Груз уходит с этой низкой орбиты на другую, поднимаясь выше и продолжая полет к целевой орбите, куда он держит путь. Такие временные орбиты, с которых груз вскоре уходит в дальнейший полет, называют опорными. В России их привычная высота круглые 200 километров, в США это часто 185 километров — круглые 100 морских миль. [shesht-info-block number=1] На высотах 200-250 километров спутник может находиться в свободном движении примерно неделю. За это время атмосфера затормозит его и стащит вниз, к высотам неустойчивости орбит, откуда быстро сбросит в погребальный костер в плотных слоях. Орбиты, занимающие этот нижний край космоса, зовутся в англоязычных источниках VLEO, или Very Low Earth Orbit («очень низкие околоземные орбиты»). Мы будем говорить короче: сверхнизкие орбиты. И они отличаются от всех других околоземных орбит особыми свойствами. Самые низкие — самые близкие Прежде всего наименьшая высота: она дает два важнейших плюса. Первый — близость к наземным объектам наблюдения. И оптическое наблюдение, и радиолокационное даст здесь самые большие разрешение и чувствительность, а значит, подробность и оптического снимка в любых диапазонах, и радиолокационного изображения. Со столь малых высот можно разглядеть тусклые цели внизу, уже неразличимые с высот тысяч километров. Это могут быть очень серьезные и важные цели: например, относительно слабо нагретые гиперзвуковые крылатые ракеты. А для большого радарного разрешения на этих высотах потребуется небольшая мощность и излучателя, и источников питания, упрощая конструкцию и снижая ее массу. Отметим, что высокие разрешение и детализация с этой высоты получатся и у гравиметрических работ, измеряющих распределение аномалий гравитационного поля Земли и выявляющих по ним детали геологических объектов (например, месторождений полезных ископаемых). Тут проще изучать и объекты на Земле и в атмосфере, и поля возле нее. Второй плюс малой высоты — минимальная задержка сигнала со спутника и на спутник. Для систем связи она может быть чрезвычайно важна, особенно для телефонных звонков через спутники. Компания EOI Space из США планирует создать группировку спутников съемки сверхвысокого разрешения Stingray для сверхнизких орбит. Источник: EOI.com Третий плюс сверхнизких орбит — отсутствие там космического мусора. Не нужно маневрировать, избегая столкновения, и отслеживать баллистическую обстановку. Атмосфера непрерывно и эффективно очищает эти высоты, быстро переводя весь космический мусор в редкий косой огненный дождь. Если бы сделать полет на этой высоте длительным, многолетним, такая орбитальная система по эффективности и возможностям намного превзошла бы большинство существующих спутниковых группировок. Борьба орбиты с атмосферой Но весомые плюсы, однако, сопровождаются двумя важными минусами, порождаемыми все той же атмосферой. Это аэродинамическое сопротивление и эрозионное действие на поверхности конструкции спутника. Ключевым является атмосферное торможение, противодействующее длительному полету. Атмосфера на высотах 200-250 километров крайне разрежена и для нас, обитателей дна атмосферного океана, является глубоким вакуумом. Она состоит здесь из азота и еще больше из кислорода, но не из тех кислородных молекул, которыми мы дышим. Поглощая энергию солнечного ультрафиолета, молекулы О2 распадаются здесь на отдельные атомы. И этот атомарный кислород нагрет до температуры 1000 °С и больше, из-за чего эта часть атмосферы называется термосферой. Впрочем, ощутимо разогреть конструкцию столь разреженная среда не может. Зато атомарный кислород химически очень активен, и действует на поверхность спутника окислением, разъедая материалы и меняя их свойства. А главное — непрерывный поток кислородных атомов, бьющих навстречу летящей конструкции на огромной орбитальной скорости, неумолимо замедляет спутник, снижая высоту и погружая его в зону неустойчивости орбит и к началу его последнего огненного витка. Изображение спутника для VLEO с прямоточным воздушно-реактивным двигателем, разработанного Центром исследований и разработок ATLAS Штутгартского университета в Германии. Источник: CRC ATLAS Именно атмосферным торможением на сверхнизкой орбите определился и исторический старт первого космонавта. Целевая орбита корабля «Восток-1» с Гагариным на борту имела перигей на высоте 181 и апогей на высоте 235 километров. В случае отказа тормозной двигательной установки корабля атмосфера закончила бы орбитальный полет за четверо суток, на которые с запасом предусмотрели бортовой запас еды, воды и кислорода. Однако задержка исполнения радиокоманды на выключение двигателя третьей ступени продлила тягу и увеличила импульс, подняв апогей орбиты корабля до 327 километров. Свободный сход с нее занял бы, по разным оценкам, 20-50 дней. К счастью, полет первого космонавта завершился благополучно (сработало торможение двигателем), и атмосферное замедление для схода с орбиты не понадобилось. Но вот для долгой работы на сверхнизкой орбите это торможение выступает критической проблемой. Возможные решения проблемы торможения Решать ее можно сразу по двум направлениям. Первое — снижать лобовое сопротивление конструкции. Для этого корпус спутника нужно сделать вытянутым в длину и узким: чем меньше площадь поперечного сечения спутника, тем меньше торможение. Из этих же резонов солнечные панели стоит вытянуть вдоль корпуса, как оперение стрелы: так они создадут наименьшее сопротивление. Хорошо бы заострить переднюю часть спутника, сделав ее клиновидной. А еще применить там специальные гладкие материалы зеркального типа, при ударе в которые встречные атомы кислорода будут косо отскакивать от них, снижая передаваемый спутнику тормозящий импульс. Эти меры снизят, но не обнулят сопротивление воздуха. Его остаток можно компенсировать тягой двигателя, и это второе направление борьбы с атмосферным торможением. Для долгого полета работа двигателя нужна столь же долгая. Химические двигатели не годятся: они сожгут топливо слишком быстро, его не хватит для многих месяцев или лет полета. Здесь подойдут электрореактивные двигатели, широко применяемые сегодня на спутниках и дающие слабую, но долгую тягу и очень экономно расходующие бортовой запас рабочего тела: газов криптона, ксенона или аргона. Сначала двигатель отрывает электрон от нейтрального атома этих газов; полученные заряженные ионы отзывчивы на ускоряющее действие электрического поля двигателя. Они разгоняются полем и вылетают из сопла с огромной скоростью, создавая реактивную силу. Запаса из нескольких килограмм криптона хватает на несколько месяцев работы двигателя. Европейский гравиметрический спутник GOCE для длительной работы на сверхнизкой орбите ESA / © AOES Medialab Таким был европейский гравиметрический спутник GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer — «исследователь гравитационного поля и установившихся океанских течений»), сделанный для долгой работы на сверхнизкой орбите. Запущенный российской ракетой из Плесецка в марте 2009-го, он четыре года работал на круговой орбите высотой 255 километров. Это удалось благодаря удлиненной аэродинамической форме пятиметрового корпуса и вытянутым вдоль корпуса солнечным панелям, сильно похожим на оперение стрелы. А также непрерывной работе двух электрореактивных двигателей и бортовому запасу ксенона в 40 килограммов. После исчерпания ксенона спутник потерял тягу, замедлился и сгорел в атмосфере в ноябре 2013 года. Космический Пегас на подножном корму Что, если в качестве рабочего тела использовать не только поднятый на орбиту ксенон, но и уже находящиеся там атомы и ионы кислорода? Электрическое поле двигателя разгонит и их до высоких скоростей выброса. Атомная масса кислорода меньше, чем у криптона и ксенона в пять-восемь раз; при той же скорости вылета из двигателя настолько же слабее окажется реактивная сила от выброса иона кислорода. Но она будет: двигатель создаст тягу. Эта мысль в шаге от ключевой идеи: атомы кислорода можно собирать из окружающего простора — точнее, из встречного потока. Скорость полета по сверхнизким орбитам самая большая из всех круговых орбит — приблизительно 7,8 километра в секунду. С этой скоростью встречный атом кислорода ударит в аппарат, передав ему свой тормозящий импульс — произведение массы атома на его скорость. Для реактивного разгона аппарата надо выбросить ион кислорода (его масса практически равна массе атома) намного быстрее. Тогда аппарат получит от иона реактивный импульс гораздо больший тормозного от встречного удара. К примеру, двигатели уже знакомого нам спутника GOCE выбрасывали ионы ксенона со скоростью более 40 километров в секунду, в пять раз быстрее полета по сверхнизкой орбите. Проект сверхнизкоорбитального спутника с прямоточной двигательной установкой ABEP барселонского стартапа Kreios Space. Источник: kreiosspace.com Проект сверхнизкоорбитального спутника с прямоточной двигательной установкой ABEP барселонского стартапа Kreios Space Часть ударов встречных атомов придется просто на конструкцию аппарата и не попадут в двигатель. Их тормозящее действие нужно компенсировать реактивной тягой от ионов, проходящих через двигатель. Так можно полностью уравновесить аэродинамическое сопротивление — и аппарат полетит без потери скорости и снижения. В глубоком космическом разрежении лишь скудные остатки воздуха. Но огромная скорость полета позволяет воздухозаборнику аппарата захватывать большой объем за секунду, и в этом большом объеме наберется достаточно кислородных атомов для двигателя. Главное — атмосфера неисчерпаема. Ее атомы никогда не закончатся, а тяга двигателя не иссякнет. [shesht-info-block number=2] Особенно если и электроэнергию для разгона ионов брать из солнечных лучей с помощью батарей. Стоит лишь предусмотреть запас электроэнергии в аккумуляторах для теневой части орбиты, которая, кстати, всегда короче освещенной части. Так получится «вечный двигатель», работа которого не ограничена запасом рабочего тела или энергии: то и другое неисчерпаемо берется из окружающей среды. Время работы двигателя ограничится лишь физическим износом его систем и элементов, постепенным снижением их рабочих характеристик. Что в имени тебе моем Для такого двигателя еще нет устойчивого общепринятого названия. Он воздушный, раз работает на встречном воздухе. Он электрореактивный, раз создает реактивную силу электрическим разгоном ионов. Воздух в виде атомов кислорода входит в воздухозаборник, ионизируется и с разгоном выбрасывается из сопла. В англоязычной литературе часто пишут «Air-breathing ion engine (ABIE)» — «воздушный ионный двигатель». Или RAM-EP / RAM-electric propulsion «прямоточный электрореактивный двигатель», Air-breathing electric propulsion (AEP) «воздушно-электрический двигатель». В российских работах встречаются «ионный воздушно-реактивный двигатель (ИВРД)» и «прямоточный электрореактивный двигатель (ПЭРД)». Мы для простоты назовем такой двигатель воздушно-космическим. С прямоточностью вопрос: она подразумевает только поступательное, «прямое» течение воздуха в проточной части, без вращения его лопатками компрессора. Только встречный скоростной напор делает всю работу по сжатию в двигателе. Выбор конкретной технической схемы двигателя определит, станет ли он прямоточным. Экспериментальный воздушно-прямоточный космический ионный двигатель японского космического агентства JAXA Фото: JAXA. Такая прямоточная схема тоже возможна: попадающие в воздухозаборник атомы кислорода отражаются сужающимися поверхностями конструкции внутрь, концентрируясь в узкой горловине. Дальше мощной электрической дугой атомы нагреваются до ионизации, попадают в разгоняющее электрическое поле сопловой части. Для эффективного отражения, «отскока» атомов от поверхностей воздухозаборника потребуются специальные материалы, стойкие к кислороду и не дающие атомам «залипать» в них. Возможно, понадобятся маленькие углы наклона этих поверхностей и другие технические хитрости для эффективности рабочего процесса. Например, воздухозаборнику можно придать форму однополостного параболоида, обращенного раструбом навстречу потоку. Атомы, летящие почти параллельно и прямолинейно, отразятся от стенок параболоида в его фокус, подобно параллельным лучам света. Но не строго в точку, а из-за своего разброса скоростей и атомарного движения размазано в тесную область вокруг точки геометрического фокуса. Впрочем, и этого достаточно для решения задачи первичного сжатия. Так атомы кислорода сфокусируются в тесной области (фокусировка необычное дело для газодинамики!). Там начнется канал воздуховода, в профилированном сужении которого кислород затормозится до приемлемого сверхзвука, уплотнившись для последующей ионизации. Схема: Рязанов В. А., Шилов С. О. Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана, Москва. В общем случае можно организовать и не строго прямоточный процесс. А как-либо иначе задать работу ловушек кислородных атомов и их транспортировку в зону ионизации. Технические решения и детали физических схем и процессов можно изобрести разные. Конструкторские бюро, создающие такие двигатели, не всегда раскрывают детали своих технологий. Волна освоения космических низин Сегодня ведется много разработок специализированных спутников для сверхнизких орбит. Американская Skeyeon делает спутник Near Earth Orbiter, похожий на зубило с клиновидным носом и «оперением стрелы» из узких солнечных панелей. Из них хотят создать орбитальную сеть на высоте 250 километров. Компания EOI Space из американского штата Колорадо планирует группировку спутников съемки сверхвысокого разрешения для государства и коммерции Stingray, похожих на детский бумажный самолет с «крыльями» солнечных панелей. Albedo, стартап из Денвера, хочет развернуть орбитальную сеть из 24 аппаратов для сверхчетких изображений со сверхнизкой орбиты. Китайский аэрокосмический гигант CASIC к 2027 году планирует сеть из 192, а к 2030 году из 300 космических аппаратов для высот 150-300 километров. Проект спутника для сверхнизких орбит Near Earth Orbiter американского стартапа Skeyeon Изображение:.esa.int. Одновременно ведутся разработки воздушно-космических двигателей. Теоретические работы с обоснованиями и расчетами публиковались уже 10 лет назад, в том числе российскими учеными из МГТУ имени Н. Э. Баумана и МАИ. Позже появились и экспериментальные конструкции. Европейское космическое агентство в 2017 году испытало в вакуумной камере прямоточный двигатель ESA RAM-EP / Air-Breathing Hall Thruster (ABEP) — демонстрирующий работу в условиях, моделирующих 200 километров, с воздухозаборником польской компании QuinteScience. Его двухступенчатый модуль для ионизации и ускорения ионов создала итальянская компания Sitael. Аналогичный проект разработал базирующийся в испанской Барселоне стартап Kreios Space. Испытания воздушно-прямоточного двигателя для сверхнизких орбит итальянской фирмы Sitael Фото: esa.int. Институт космических систем Штутгартского университета в Германии создал Центр совместных исследований «Развитие технологий спутников на сверхнизких высотах» ATLAS. Он разрабатывает воздухозаборник и плазменный двигатель, впервые запущенный в марте 2020. Воздухозаборник и двигатель разрабатываются в рамках проекта DISCOVERER EU H2020. В 2022 году свой вариант двигателя представили инженеры российской компании «Экипо», проведя его предварительные испытания со стабильной работой. Разработку двигателя ведут и в российском МАИ совместно с коллегами из МГУ. С появлением рабочих, а потом и серийных воздушно-космических двигателей сверхнизкие орбиты начнут стремительно заполняться. И не только автоматическими космическими аппаратами. Пилотируемая долгосрочная станция на сверхнизкой орбите высотой 150-180 километров даст ряд преимуществ по сравнению с МКС. Ее орбиту не нужно будет периодически поднимать, так как не будет снижения. Уклоняться от космического мусора тоже не придется из-за его отсутствия. Детальность наблюдения Земли будет в разы выше. [shesht-info-block number=3] Логистика станет в разы эффективнее: запускать грузы и экипажи на высоту 150 км дешевле и проще, чем на 415 километров к МКС. Или, с другого ракурса, та же ракета доставит на высоту 150 километров намного больше полезного груза, чем на 415 километров. А для утилизации отходов не нужен грузовой корабль с тормозной двигательной установкой и управляемым полетом в точку затопления. Отходы просто отправят за борт станции мелкими порциями, и спустя несколько часов они превратятся в легкую небесную иллюминацию. Облик таких станций будет сильно отличаться от сегодняшних. Обтекаемый корпус, вытянутый вдоль движения, будет зиять носовым воздухозаборником. Позади станции вытянутся голубые ленты потоков ионов кислорода. Или воздушно-космические двигатели и их группы будут висеть на консолях по бокам станции, напоминая подвеску авиационных турбореактивных двигателей? Это пока еще область фантастики, но воздушно-космические двигатели сделают ее реальностью. Какой она окажется — покажет время.

Сатурн — одна из самых необычных планет Солнечной системы. Этот газовый гигант окружен яркими и массивными кольцами, простирающимися на сотни тысяч километров и на 95% состоящими из водяного льда. Правда, их возраст остается предметом споров: по данным миссии «Кассини», он составляет всего несколько сотен миллионов лет, а не миллиарды, как считалось на протяжении большей части ХХ века.  Среди многочисленных лун шестой планеты от Солнца — от малых нерегулярных объектов до крупных регулярных спутников — особый интерес представляют Титан, Гиперион, Рея и Япет. В отличие от малых лун, захваченных гравитацией Сатурна, эти тела движутся по относительно упорядоченным, близким к круговым орбитам и активно взаимодействуют друг с другом. Исследователи полагают, что их орбитальная динамика хранит следы прошлых перестроек системы: приливная миграция Титана могла запустить цепочку резонансных взаимодействий и гравитационных возмущений.  Теперь ученые из Парижской обсерватории (Франция), Юго-западного научно-исследовательского института и Калифорнийского технологического института (оба — в США) рассчитали численные интеграции орбит с помощью компьютерного моделирования. Подход позволил проследить эволюцию системы лун Сатурна на протяжении сотен миллионов лет с учетом гравитационного взаимодействия тел и приливных эффектов.  [shesht-info-block number=1] Внимание авторов научной работы, представленной на сервере препринтов Корнеллского университета, привлекла пара Титан — Гиперион. Дело в том, что эти луны находятся в устойчивом орбитальном резонансе, защищающем их от сближений. Расчеты, однако, показали, что с момента формирования нашей звездной системы такой резонанс не мог существовать: быстрая приливная миграция Титана от Сатурна подсказала, что Гиперион попал в резонанс относительно недавно — примерно 400-500 миллионов лет назад.   Понять, в чем дело, помогла новая компьютерная модель, в которой существовал еще один, ныне исчезнувший спутник — так называемый прото-Гиперион, расположенный между Титаном и Япетом. В большинстве сценариев орбитальная нестабильность приводила к столкновению прото-луны с Титаном. При этом часть вещества выбрасывалась в окружающее пространство, что с течением времени могло сформировать современный Гиперион — пористое небесное тело неправильной формы.  [shesht-info-block number=2] Эта катастрофа, по мнению ученых, могла вывести Сатурн из спин-орбитального резонанса, который ранее сформировал наклон его оси, и дестабилизировать орбиты других спутников. После столкновения Титан стал двигаться по более вытянутой орбите и сильнее «раскачивать» другие луны. Со временем это могло привести к их разрушению и формированию новых спутников и колец.  Результаты исследования объясняют сразу несколько нерешенных вопросов — происхождение Гипериона, необычную динамику лун и формирование колец —  недавней гравитационной перестройкой системы газового гиганта. Хотя новая модель требует уточнений, она хорошо согласуется с данными «Кассини» и текущими представлениями о приливной эволюции крупных лун Сатурна. 

Наплыв данных, полученных за последние годы с помощью новейших телескопов, позволил ученым всерьез задуматься о пересмотре истории ранней Вселенной. Дело в том, что галактики, появившиеся всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, оказались массивными и зрелыми, будто у них было куда больше времени на формирование. Эти данные не вполне укладываются в Стандартную космологическую модель, о чем Naked Science рассказывал ранее. Одна из наиболее обсуждаемых гипотез гласит, что ключевую роль в «ускоренном взрослении» галактик сыграли сверхмассивные черные дыры: чем активнее они аккрецируют вещество, тем сильнее нагревают и возмущают окружающий газ, из которого рождаются звезды. Но чем в таком случае питались эти космические «монстры»? В попытках ответить на вопрос международная исследовательская группа под руководством Анила Сета (Anil C. Seth) из Университета штата Юты (США) сосредоточилась не на квазарах — активных ядрах галактик, где сверхмассивная черная дыра поглощает материю в огромных количествах, — а на ближайших галактиках, в центрах которых расположены «тихие» черные дыры (LLAGN). Последние поглощают вещество, но излучают значительно меньше энергии, чем сейфертовские галактики и квазары.  [shesht-info-block number=1] Всего исследователи наблюдали семь ближайших галактик с маломощными активными ядрами: NGC 1052, NGC 3227, NGC 3516, NGC 3998, NGC 4579, NGC 4278 и NGC 4594 (галактика Сомбреро). Наблюдения проводили в 2022-2023 годах с помощью спектрометров NIRSpec и MIRI, установленных на борту «Уэбба», в диапазоне от 1,66 до 28,9 микрометра. Так ученые идентифицировали 131 спектральную линию и проследили, как «тихие» космические «монстры» воздействуют на окружающий межзвездный газ. Выяснилось, что наблюдаемые объекты продолжают генерировать фотоны энергией порядка 100 электронвольт и способны ионизировать окружающий газ. Более того, признаки активности черных дыр присутствовали даже в самых тусклых ядрах галактик. Анализ спектров выявил еще одну интересную деталь: при падении темпа аккреции ниже определенного порога спектральное распределение излучения резко менялось. В частности, у «голодающих» черных дыр доминировало более жесткое и разреженное излучение, соответствующее радиационно-неэффективному режиму аккреции (RIAF). Проще говоря, по мере успокоения ядра менялась сама физика падения вещества на черную дыру. [shesht-info-block number=2] Ослабление светимости, однако, не означает ослабления влияния центрального объекта на межзвездный газ. Молекулярный водород в центральных областях наблюдаемых галактик был разогрет сильнее, чем в типичных звездообразующих системах: температуры газа там оказались выше ожидаемых значений. Это указывает на весомый вклад в процесс джетов и турбулентных потоков, которые возмущают межзвездную среду. По сути, авторы научной работы, опубликованной на сервере препринтов Корнеллского университета, увидели, что «тихие» активные ядра галактик не поглощают газ мгновенно и не выдувают его полностью. Они меняют его состояние: нагревают, ионизируют и создают неоднородности, тем самым меняя условия, при которых может происходить рождение новых светил. Такая картина хорошо согласуется с идеей положительной обратной связи, согласно которой активность черной дыры на определенном этапе может не подавлять, а стимулировать звездообразование. Если подобные процессы действовали в ранней Вселенной, где газа в протогалактиках было намного больше, влияние сверхмассивных черных дыр могло быть куда масштабнее. То есть в молодых галактиках происходили ускоренный рост звездной массы и быстрое «созревание» системы. Результаты нового исследования не ставят точку в споре о том, были ли черные дыры архитекторами галактик в ранней Вселенной. Но добавляют аргумент в пользу того, что даже в самом экономном режиме «тихие» ядра галактик остаются не пассивными центральными объектами, а активными участниками галактической эволюции.

Хотя каждый химический элемент определяется фиксированным числом протонов в атомном ядре, количество нейтронов в нем не фиксировано. Такие ядерные конфигурации образуют семейства изотопов элемента — заряд у них одинаковый, а массовые числа различаются. Если соотношение протонов и нейтронов становится слишком несбалансированным, ядро теряет стабильность и может спонтанно распадаться. Тяжелые элементы с большим ядром обычно имеют меньше стабильных изотопов. При определенных числах протонов и нейтронов некоторые изотопы оказываются необычайно стабильными. Причины этого физики долго не могли полностью объяснить. Такие «магические ядра» ученые часто описывают с помощью оболочечной модели ядра. Эта концепция рассматривает нуклоны, протоны и нейтроны как частицы, занимающие дискретные энергетические уровни. Переходы между уровнями при этом сопровождаются поглощением или испусканием энергии из ядра. [shesht-info-block number=1] Несмотря на то что оболочечная модель ядра позволяет предсказывать, какие комбинации нуклонов образуют магические ядра, она не полностью отражает физику реальных атомных ядер. Например, она не может использовать в моделировании в явном виде сильное ядерное взаимодействие — силу, которая связывает нуклоны и позволяет положительно заряженным протонам сосуществовать в ядре, не разлетаясь в разные стороны. Долгое время объяснить существование магических ядер при действии сильного взаимодействия было серьезной проблемой для физиков-теоретиков. Научная группа под руководством Чэньжуна Дина (Chenrong Ding) из Университета Сунь Ятсена (Китай) нашла способ это сделать. Физики описали квантовую систему атомного ядра с помощью набора волновых функций, описывающих возможные состояния системы и вероятность каждого из них. Ученые не могут непосредственно наблюдать энергетические уровни нуклонов в ядрах и взаимодействия между ними. Но их коллективно передает волновая функция, описывающая ядро целиком. Исследователи сосредоточились на олове-132 — дважды магическом изотопе, содержащем 50 протонов и 82 нейтрона. Они изучили реальные данные об олове с высоким энергетическим разрешением и «размыли» картину до низкого разрешения, в рамках которого ядро описывается волновой функцией. При этом процессе естественным образом проявилась ожидаемая в рамках теории оболочечного строения ядра картина энергетических уровней. Магические числа протонов и нейтронов, как и предсказывает оболочечная модель, остались неизменными. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters. [shesht-info-block number=2] Физики нашли в ядрах переход от спиновой к псевдоспиновой симметрии с уменьшением разрешения, который сопровождается появлением магических чисел нуклонов. Основную роль в спин-орбитальном расщеплении играют силы трехнуклонного взаимодействия. Этот переход ученые наблюдают в разных ядрах, при разных взаимодействиях в релятивистской и нерелятивистской парадигмах Этот результат впервые позволил ученым преодолеть разрыв между двумя основными подходами в теории строения ядра: моделями, описывающими поведение ядер из экспериментов, и методами из первых принципов, стремящимися вывести это поведение из фундаментальных сил. Исследователи надеются, что их подход позволит физикам исследовать слабо изученные области карты ядер и в итоге прольет новый свет на все еще загадочные свойства самых тяжелых и экзотических ядер.

По словам специалиста, каждый этап развития плода требует особого подхода к диагностике. Первый скрининг, проводимый на 12-й неделе беременности, направлен на выявление определенных маркеров. Чаще всего, речь идет о так называемых «мягких признаках», когда орган присутствует, но имеет некоторые отклонения. На этом сроке врач внимательно следит за толщиной воротникового пространства, длиной носовой кости и состоянием сердечных клапанов. «Также осматривается кисть и мизинец, так как гипоплазия фаланги мизинца является еще одним маркером. В области передней брюшной стенки иногда выявляются особенности, которые, будучи физиологическими изменениями, могут впоследствии исчезнуть естественным путем по мере роста плода. Генетические заболевания, такие как синдром Дауна, могут быть видны на УЗИ, однако их диагностика не всегда проста и однозначна», — подчеркнула Марина Чехонацкая. Заведующая кафедрой лучевой диагностики Марина Чехонацкая / © Карина Далгатова, Пресс-служба СГМУ им. В. И. Разумовского К 20-м неделям, когда основные органы плода практически сформировались, второй скрининг позволяет обнаружить пороки, которые могли остаться незамеченными ранее. В 30-34 недели врачи отслеживают развитие плода и исключает возникновение поздних форм патологий. По словам специалиста Саратовского медуниверситета, большое значение имеют особенности женского организма, поскольку ткани матери по-разному реагируют на воздействие ультразвука, что также влияет на точность диагностики. Для поддержания здоровья плода и предупреждения возможных проблем будущей маме необходимо придерживаться графика обследований и довериться профессионалам. «Дети могут болеть внутриутробно. Впервые обнаружив внутриутробный перитонит в прошлом веке, я не сразу осознала, что это такое. То, что было доступно 20 лет назад и сейчас — это огромная разница. Теперь мы знаем, что у плода может произойти и нетравматический инсульт или возникнуть другие проблемы. У них может случиться что угодно», — отметила врач. Она также подчеркнула, что само ультразвуковое исследование абсолютно безопасно как для матери, так и для плода. Метод базируется на простых физических принципах, использующих колебания частиц упругой среды, что позволяет получить информативное изображение без нанесения вреда организму.

Животные в процессе эволюции выработали разнообразные сенсорные системы, которые помогают им наблюдать за окружающей средой, передвигаться по местности, ориентироваться в темноте, находить пищу и обнаруживать хищников. Многие виды млекопитающих, например кошки и крысы, используют в качестве тактильных органов сенсорные волоски, которые называют усами, или вибриссами. Хобот слона, от основания до кончика, тоже покрыт примерно тысячью усиков длиной около пяти сантиметров каждый. Однако, в отличие от вибрисс грызунов, эти усики не снабжены специальными мышцами, которые обеспечивают характерное вибрирование при соприкосновении с объектами. Кроме того, слоновьи усики, в отличие от крысиных вибрисс, никогда не отрастают заново после повреждения. Как установила команда инженеров, материаловедов и нейробиологов, статья которых опубликована в журнале Science, усики, покрывающие слоновий хобот, отличаются от вибрисс грызунов и по другим параметрам. Причем эти отличия как раз обеспечивают слонам их невероятно острое чувство осязания, компенсирующее толстую кожу и плохое зрение. [shesht-info-block number=1] С помощью микрокомпьютерной томографии и электронной микроскопии ученые выяснили, что каждый усик, покрывающий хобот азиатского слона, имеет толстое, жесткое и круглое основание, которое пронизывают поры. Жесткое пористое основание усика плавно переходит в мягкий, плотный, упругий, будто сделанный из резины кончик конусообразной, овальной на срезе формы. Этим слоновые усики отличаются от равномерно жестких по всей длине усов крыс и мышей. Такие постепенные переходы от жесткого к мягкому, от пористого к плотному, от круглого к овальному называются функциональными градиентами. Каждый из трех функциональных градиентов, присущих покрывающим хобот усикам, — геометрии, пористости и жесткости — по-своему регулирует тактильное восприятие слона. Компьютерное моделирование показало, что конусообразная овальная геометрия усика усиливает его взаимодействие с поверхностями и текстурами, а также позволяет выбирать предпочтительные направления изгиба. Переход от пористого основания к плотному кончику уменьшает массу усика и снижает риск поломки. Переход от жесткого основания к мягкому кончику позволяет усику изгибаться в разные стороны, а слону — точно определять точки контакта усика с окружающей средой вдоль всей его длины. Это свойство помогает слону понять, насколько близко или далеко его хобот находится от объекта, и осторожно манипулировать даже очень деликатными предметами. Исследовательская группа, вдохновившись функциональными градиентами, обнаруженными в слоновьих усиках, планирует разработать новые роботизированные сенсорные технологии.

Чтобы оценить масштаб проблемы, можно представить себе задачу астрономов, пытающихся разглядеть рождение звезд или тень черной дыры. Сигналы от этих объектов приходят на Землю в терагерцовом диапазоне, это «сумеречная зона» между радиоволнами и инфракрасным светом, в которой как оптические так и радиоволновые принципы генерации становятся существенно менее эффективными. Чтобы уловить столь слабое излучение, ученые используют гетеродинные приемники. Они работают по принципу радиоприемника в автомобиле: слабый космический сигнал смешивается с мощным эталонным сигналом от генератора гетеродина, что позволяет перенести информацию на более низкую, доступную для электроники частоту. Качество всей системы напрямую зависит от этого генератора: если частота генерации нестабильна и помимо сигнала в спектре присутствует избыточный шум, то уникальные данные из глубин космоса будут безвозвратно потеряны. Традиционные источники терагерцового излучения часто бывают громоздкими, энергозатратными или сложными в настройке. Физики обратились к технологиям сверхпроводимости, в которых электрический ток течет без сопротивления, а квантовые эффекты проявляются в макроскопическом масштабе. Ключевым элементом их генератора стали два сверхпроводника, разделенные тонким слоем изолятора, через который могут туннелировать электроны. Если к такому контакту приложить напряжение, он начинает генерировать высокочастотное излучение. Однако мощность одного контакта ничтожно мала. Исследователи пошли путем объединения усилий. Вместо того чтобы пытаться выжать максимум из одного элемента, они создали цепочки (массивы) из сотен джозефсоновских переходов. Такая геометрия позволила добиться эффективной самосинхронизации: излучение одного контакта помогало подстроиться соседям, вовлекая в общий ритм весь массив. Результаты исследования опубликованы в Beilstein Journal of Nanotechnology. Геометрия терагерцового источника. Микрофотография экспериментального чипа. Извилистая структура слева — это массив из сотен джозефсоновских контактов (увеличено на врезке), которые работают синхронно, генерируя излучение / © Beilstein Journal of Nanotechnology Федор Хан, научный сотрудник ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН и ассистент кафедры общей физики МФТИ, прокомментировал успех эксперимента: «Нам удалось заставить синхронизировать до 600 джозефсоновских контактов. Мы продемонстрировали, что во многом благодаря предложенной топологии такая система может перестраиваться в широком диапазоне частот — от 100 до 700 гигагерц, что перекрывает несколько окон прозрачности атмосферы для астрономических наблюдений. Более того, мы, насколько нам известно, впервые реализовали режим фазовой синхронизации для массива джозефсоновских переходов. Наш генератор жестко привязывается к эталонному источнику, обеспечивая спектральную чистоту сигнала с эффективностью выше 90%». В ходе экспериментов, проводившихся при температурах, близких к абсолютному нулю (около четырех кельвинов), ученые обнаружили интересную зависимость. Оказалось, что для достижения самых высоких частот критически важна плотность тока, протекающего через контакты. Увеличив этот параметр, исследователи смогли преодолеть барьер 500 гигагерц, с которым сталкивались ранее. При этом использование хорошо отлаженной при производстве сверхпроводниковой электроники ниобиевой технологии делает производство таких чипов надежным и воспроизводимым, в отличие от более экзотических материалов. Уникальность предложенной конструкции заключается в ее гибкости и интеграции. Генератор расположен на том же чипе, что и смеситель (самый чувствительный элемент приемника), что существенно снижает потери сигнала при передаче. Авторы также решили проблему стоячих волн, которые могли бы нарушить работу устройства, добавив специальную согласованную нагрузку, поглощающую лишнюю энергию. Это обеспечило плавную перестройку частоты без «мертвых зон», в которых генерация срывается. Чистая нота для радиоастрономии. График показывает спектр сигнала генератора на частоте 522 ГГц. Острый пик (красная пунктирная линия) демонстрирует спектр сигнала в режиме фазовой синхронизации: шумы подавлены, а энергия сосредоточена в одной узкой полосе. Это идеальное состояние для использования в сверхчувствительных космических приемниках / © Beilstein Journal of Nanotechnology Практическое применение этой разработки трудно переоценить. Подобные генераторы необходимы для таких проектов, как «Миллиметрон» — российской космической обсерватории будущего, которая будет исследовать структуру Вселенной с беспрецедентной точностью. Также они востребованы в наземных массивах телескопов типа ALMA и Event Horizon Telescope, прославившегося первым в истории снимком черной дыры. Кроме астрофизики, компактные источники терагерцового излучения нужны для систем безопасности (сканеры в аэропортах), медицинской диагностики и экологического мониторинга атмосферы. В ближайшем будущем научный коллектив планирует усовершенствовать топологию схем, чтобы еще больше повысить рабочую частоту и мощность излучения. Следующим шагом станет создание полнофункционального интегрального приемника, в котором новый генератор будет работать в паре с детектором, открывая новые возможности для изучения тайн космоса.

В период с 6500 по 4000 год до нашей эры Европа пережила масштабные перемены. Потомки земледельцев из западной Анатолии распространились по европейской территории и смешались с местными охотниками–собирателями. В результате генетический состав населения в разных регионах сменился на 70–100 процентов. Чуть позднее, между 3000 и 2500 годами до нашей эры, с востока на запад начали мигрировать скотоводы–кочевники, которые вышли из степей на территории современных Украины и России. Речь идет о ямной культуре — индоевропейцах, то есть представителях той группы, к которой принадлежит часть современных жителей Европы, но не те, кто жил в остальной части Евразии до 3000 года до нашей эры. Некоторые эти «мигранты» смешалась с восточноевропейскими земледельцами, что привело к появлению так называемой культуры шнуровой керамики, которая сочетала элементы обеих традиций.  Носители новой культуры распространились по большой части Европы и оставили заметный генетический след. Однако на людей, которые жили на территориях бассейнов Рейна и Мааса (Нидерландов, Бельгии и западной Германии), эта культура оказала минимальное влияние. Местные жители перенимали отдельные предметы, но их генетический состав оставался прежним. Переломный момент наступил ближе к 2500 году до нашей эры, когда в регионе появились представители культуры колоколовидных кубков (получила название по характерной форме керамики). Именно эти люди принесли в дельту Рейна и Мааса значительную долю нового наследия и передали его местной генетической линии. Спустя 100 лет похожие события разворачивались на Британских островах. Народы эпохи неолита, населявшие в то время острова и построившие Стоунхендж, а также другие похожие памятники, столкнулись с угрозой, которая пришла с континентальной части Европы.  Авторы предыдущих научных работ зафиксировали в генетических данных неолитических британцев резкую демографическую трансформацию. Проще говоря, ближе к 2400 году до нашей эры на Британских островах начался демографический сдвиг. Предполагается, что в течение нескольких столетий коренное неолитическое население было замещено людьми, связанными с культурой колоколовидных кубков. На протяжении последних десятилетий ученые задаются вполне очевидным вопросом: откуда пришли эти люди, которые так быстро покорили населения Британии? [shesht-info-block number=2] Долгое время главными подозреваемыми считали жителей Пиренейского полуострова. Некоторые специалисты полагают, что культура колоколовидных кубков зародилась на территории современных Португалии и Испании. Эта версия основана на археологических данных о типах и датировках самых ранних находок колоколовидной керамики. Ученые полагали: раз эта культура появилась на юго-западе Европы, то, вполне вероятно, «захватчики Британии» могли быть прямыми потомками иберийцев. Однако международная команда археологов и генетиков под руководством Дэвида Райха (David Reich) из Гарвардского университета в США опровергла это мнение. Ученые выяснили, что люди, генетически изменившие Британию в 2400 году до нашей эры, пришли не с Пиренейского полуострова, а с противоположного берега Северного моря — из дельт Рейна и Мааса. Райх и его коллеги изучили геномы 112 человек, которые жили на территории современных Нидерландов, Бельгии и запада Германии в период с 8500 по 1700 год до нашей эры, и на основе новых данных воссоздали весьма любопытную картину. Сосуды, изготовленные представителями культуры колоколовидных кубков / © Alamy, Peter Endig Когда неолитические земледельцы стали распространяться по Европе приблизительно в 6500 году до нашей эры, в болотистых низинах Нидерландов и Бельгии охотники-собиратели продолжали жить по своим правилам. Генетическое наследие этих людей сохранилось почти полностью: половина генома этих людей восходило к популяциям охотников-собирателей. В эти места земледельцы проникали редко, они не могли туда попасть на протяжении нескольких тысяч лет. Ландшафт с реками, болотами, торфяниками превращался для ранних земледельцев в серьезное испытание. Зато охотники-собиратели, привыкшие к таким условиям, чувствовали себя уверенно. Что же показал генетический анализ? На протяжении 1500 лет — с 5000 по 3500 год до нашей эры — Y-хромосомные линии сохраняли в регионе преимущественно след охотников-собирателей. Такие линии служат генетическими маркерами, которые передаются исключительно от отца к сыну и позволяют отследить прямую мужскую родословную. При этом анализ митохондриальной ДНК и X-хромосом указал на увеличенный женский генетический вклад со стороны земледельцев. То есть дочери земледельцев часто переходили в местные общества охотников-собирателей. Скелет человека, найденный в Нидерландах. Его ДНК исследовали ученые / © Provinciaal Archeologisch Depot North-Holland (CC by 4.0) Скорее всего, это был своего рода обмен, который носил в основном мирный характер. В земледельческих обществах женщины чаще покидали родные поселения, а мужчины оставались на месте. Аналогичная ситуация могла складываться и в обратную сторону: женщины охотников-собирателей переходили к мужчинам земледельцам. Но эту версию еще предстоит проверить. Среди 112 останков людей выявили лишь одного мужчину с Y-гаплогруппой, ассоциированной с ямной популяцией. Кем был этот человек — пока не известно. Ситуация изменилась, когда ученые стали анализировать останки людей возрастом примерно 4500 лет. В их ДНК все чаще находили генетический «отпечаток» представителей культуры колоколовидных кубков — группы, в генетическом составе которой уже присутствовало степное наследие, переданное выходцами из евразийских степей. [shesht-info-block number=3] Когда эти новые люди смешались с местными, в ДНК последних появилась степная составляющая. Но при этом сохранилось 13-18 процентов сочетания генов, характерного для охотников-собирателей. Новые группы не вытеснили жителей болот полностью, а смешались с ними. Часть их генетического наследия пережила смену эпох и вошла в состав следующего поколения. Как показал дальнейший анализ, эти «гибриды» не собирались сидеть на месте в устьях рек. Через 100 лет, в 2400 году до нашей эры, они отправились покорять Британию. Генетический состав людей, прибывших на остров, почти полностью совпал с генетическим составом людей, живших в дельтах Рейна и Мааса и сочетавших гены представителей культуры колоколовидных кубков и местных охотников-собирателей. С помощью компьютерного моделирования Райх вместе с коллегами выяснили, что после прибытия этих людей в Британию, почти все местные земледельцы исчезли из генетического состава острова. Моделирование показало, что 90 процентов генов неолитического населения Британии не сохранилось в последующих поколениях. Кроме того, по словам ученых, это «замещение» происходило достаточно быстро, не в течение нескольких веков, как предполагали авторы предыдущих работ, а всего за 100 лет.  Как именно происходило «замещение», пока точно не ясно. До прихода новых переселенцев жители Британии кремировали умерших, а не хоронили в земле, поэтому почти не осталось их ДНК, и ученым трудно восстановить детали событий. Научная работа опубликована в журнале Nature.

Одним из наиболее выразительных и одновременно наименее изученных примеров необычных практик древних людей можно считать традицию чернения зубов, веками существовавшую у народов Восточной и Юго-Восточной Азии. Эта традиция — маркер идентичности, «культурная граница», отделявшая «своих» от «чужих», людей от демонов, цивилизованных от варваров. Сегодня эта традиция наиболее известна благодаря средневековой Японии, однако время и место происхождения чернения зубов точно не известны. Этнографические источники XIX-XX веков изобилуют описаниями этой практики во Вьетнаме, где она представляла собой сложный многоступенчатый ритуал, занимавший до 20 дней. Ученые доказали существование этой практики уже 2000 лет назад, в эпоху железного века и расцвета культуры Донгшон на территории современного Вьетнама. Также они создали методику, позволяющую археологам будущего безошибочно идентифицировать такую практику в ископаемых останках. Результаты исследования опубликованы в журнале Archaeological and Anthropological Sciences. До сих пор черный налет на зубах людей железного века Вьетнама интерпретировали преимущественно как следствие употребления бетеля. Исследователи усомнились в этом, обратив внимание на визуальные различия: на зубах из могильника присутствовало не просто прокрашивание, а плотное блестящее покрытие, напоминающее лак. Анализ трех зубов показал, что два из них относились к железному веку (2157-1830 лет назад), один — к XVII веку. Результаты продемонстрировали устойчивое присутствие железа и серы на эмали образцов железного века. Эти элементы не естественные компоненты зубной эмали и не могли возникнуть в результате посмертного загрязнения. [shesht-info-block number=1] В свою очередь, обзор практик показал, что на этой территории имела место собственная традиция чернения зубов: использование солей железа в сочетании с танинами. Химическая реакция между ионами железа и полифенолами танина образует стабильный черный комплекс железо — танат — тот же принцип, что в железо-галловых чернилах. Именно эта химическая «подпись» отличает намеренное ритуальное чернение от случайного окрашивания. Эксперимент с обработкой современного зуба железо-галловыми чернилами дал спектры, идентичные древним образцам, подтвердив, что железо и сера — остаточные компоненты древнего красителя. Таким образом, жители Донгшона намеренно чернили зубы, применяя технологию на основе танинов и солей железа. Это открытие устанавливает точную дату появления вьетнамского ритуала. Оно подтверждается китайскими письменными источниками, где упоминается «царство людей с черными зубами» на территории современного Вьетнама. В этот период появились тесные контакты между севером Вьетнама и югом Китая.

Мул — гибрид, полученный в результате скрещивания осла и кобылы. Это животное размером с лошадь сочетает в себе ее физическую силу с выносливостью и неприхотливостью осла. Разведение мулов — непростая задача, требующая специальных зоотехнических знаний. Кроме того, мулы обычно бесплодны, поэтому для регулярного получения гибридных животных требуется параллельно содержать стада лошадей и ослов. Эти трудности сделали мулов очень ценными на протяжении всей истории, особенно в древности, когда их использовали в качестве вьючных и тягловых животных. Ко второму тысячелетию до нашей эры мулы уже широко распространились в Египте и на Ближнем Востоке, но в Западном Средиземноморье, вплоть до римских времен, встречались редко. В раннем железном веке, в начале первого тысячелетия до нашей эры, финикийцы завезли на Пиренейский полуостров ослов. Поскольку домашние лошади и ослы сосуществовали в этом регионе, по меньшей мере в течение тысячелетия, ученые предполагали, что местное население могло разводить мулов. Однако подтверждений этому до сих пор не было. Группа испанских исследователей, статья которых опубликована в Journal of Archaeological Science: Reports, выделила древнюю ДНК из скелета копытного животного, которое захоронили вместе с частично обгоревшими костными останками женщины. Скелеты обнаружили еще в 1986 году на археологическом памятнике раннего железного века (VIII-VI века до нашей эры) Хорт-д'эн-Гримау к юго-западу от Барселоны. Кости лежали в выложенной камнем яме для хранения зерна. Анализ ДНК показал, что останки принадлежат небольшой по размеру пожилой самке мула. Эта особь — самый ранний генетически подтвержденный случай появления мула в Западном Средиземноморье и континентальной Европе, подчеркнули исследователи. Анатомический анализ костей верхней и нижней челюсти мулицы показал, что на ней часто ездили верхом. А анализ стабильных изотопов углерода и азота в костях позволил предположить, что мулицу хорошо кормили, ее рацион был богат культурными злаками. Все это, отметили ученые, свидетельствует о большой социальной ценности животного. Что касается похороненной вместе с мулицей женщины, то она умерла в возрасте от 20 до 25 лет, но плохое состояние скелетных останков не позволило установить причину ее смерти. Неясно также, почему женщину похоронили вместе с животным и почему ее останки частично кремировали.

В массовом сознании образ средневековой Европы неразрывно связан с антисанитарией и частыми болезнями, среди которых — смертельные на тот момент проказа и туберкулез. В культуре прокаженных изображают как изгоев, которых изгоняли за пределы города, а после смерти хоронили где-то на задворках кладбища, подальше от праведных прихожан. На протяжении десятилетий палеопатологи и историки медицины спорили, насколько средневековое общество стигматизировало больных. С одной стороны, существовали лепрозории — специальные учреждения для прокаженных, которые традиционно воспринимались как места изоляции. С другой — отдельные исследования последних лет начали ставить под сомнение этот нарратив, указывая на то, что лепрозории были скорее монастырскими больницами, а их обитатели получали полноценный христианский обряд погребения. Ученые проверили эту теорию, впервые показав на больших выборках, что средневековые люди не только умели распознавать хронические инфекции, но и подходили к вопросу погребения прагматично. Место у алтаря продавалось, и наличие костного туберкулеза или даже характерных следов проказы на лицевом черепе не отменяло этой рыночной логики. Исследование 939 скелетов из пяти средневековых датских кладбищ показало, что наличие проказы или туберкулеза не предопределяло ни качества погребения, ни даже продолжительности жизни. Решающим фактором был социальный статус. Результаты опубликованы в Frontiers in Environmental Archaeology. В выборку вошли скелеты взрослых людей из пяти некрополей, датируемых примерно 1050-1536 годами. Три кладбища располагались в городах — Рибе и Виборге, два — в сельской местности. Ученые применили метод вероятностной диагностики: для каждого скелета подсчитывали индивидуальную вероятность наличия проказы и туберкулеза на основе шести анатомических признаков каждой болезни. Параллельно реконструировали социальную топографию кладбищ: на основании исторических документов и археологических данных все погребения разделили на высокостатусные и низкостатусные. Затем с помощью карт и статистических регрессий исследователи сопоставили диагнозы, возраст смерти и место захоронения. Результаты показали, что ни на одном из пяти кладбищ не обнаружили сегрегации больных. Скелеты со следами проказы и туберкулеза не образовывали изолированные кластеры на периферии, их не хоронили отдельно от здоровых сограждан. Важным оказался другой фактор — социальный статус. Люди с высоким статусом, независимо от того, страдали ли они хроническими инфекциями, лежали ближе к церковным стенам, внутри монастырских комплексов или даже под полом храма. [shesht-info-block number=1] Существенной оказалась и разница между городом и деревней. В городских некрополях Виборга доля скелетов с проказой крайне низка — 3-4%. В сельском Сейете — 13%. Это свидетельство работы лепрозориев: больные с выраженными симптомами, особенно лицевыми деформациями, уходили в специализированные учреждения, которые в Дании XIII-XIV веков были привязаны именно к крупным городам. Там их и хоронили. Таким образом, отсутствие прокаженных на приходских кладбищах — не результат поголовной изоляции и стигмы, а следствие работы институтов, предлагавших если не лечение, то хотя бы уход и достойное погребение. Отдельно исследовали распространенность туберкулеза. В разных некрополях его концентрация составила от 22% до 51%. Кроме того, люди со следами туберкулеза на костях демонстрировали более высокую выживаемость, чем их сверстники без костных изменений. Это классический «остеологический парадокс»: мы видим не всех больных, а только тех, кто прожил с инфекцией достаточно долго, чтобы болезнь оставила следы на скелете. Бедные и ослабленные умирали быстрее — часто от острых форм туберкулеза или наслоения других инфекций, не успев обзавестись характерными изменениями позвонков и ребер. Богатые, имея лучший доступ к питанию, теплу и покою, дотягивали до хронической стадии, поэтому в археологической летописи выглядят как «больные, но живучие».

Стеклопластик — это материал, который сегодня можно найти повсюду. Из него делают несущие балки и арматуру для мостов, лопасти ветряков, детали самолетов и поездов, а также трубы, которые не ржавеют. Он незаменим в корпусах лодок и деталях автомобилей, в спортивном инвентаре и в простых, но крепких вещах — от легких лестниц и дачной мебели до прочных ванн и душевых кабин. Стеклопластик легче стали в пять раз, что позволяет самолетам экономить тонны топлива, а ветрякам — ловить даже слабый ветер. Он не ржавеет, не боится ни воды, ни солей, ни многих химикатов. И из него можно создавать детали сложной формы — например, цельнолитые корпуса яхт, обтекаемые крылья самолетов или футуристичные элементы городской архитектуры, которые невозможно сделать из традиционных материалов. Секрет свойств кроется в продуманном строении материала. Это идеально сконструированный «сэндвич». Его основу составляют тончайшие нити стекловолокна, которые берут на себя нагрузку, как стальная арматура в бетоне. Они погружены в полимерную смолу, которая служит одновременно клеем, защитой и распределителем напряжения. Однако у этого суперматериала есть недостаток. Его идеальное слоеное строение становится источником скрытой угрозы. При ударе — например, когда погрузчик в аэропорту слегка задевает обшивку самолета или на парковке автомобиль цепляет столбик бампером — на поверхности может остаться лишь небольшая вмятина или царапина. Но внутри, между слоями, запускается невидимый процесс: связь между волокнами и смолой нарушается, и они начинают отрываться друг от друга. Этот процесс называется расслоением. Конструкция снаружи выглядит абсолютно целой, но ее прочность тает: она может выдержать еще сто нагрузок, а может развалиться при следующей. Выявить такие скрытые повреждения традиционными методами сложно. Простой визуальный осмотр в этом случае бесполезен. Более сложные и дорогие технологии — ультразвуковой контроль, рентген или тепловизоры — имеют свои недостатки. Они часто требуют точного знания места удара, сложны в применении на крупных объектах вроде лопастей ветряков или крыльев самолета и не всегда могут зафиксировать начало расслоения, особенно на ранних стадиях, когда его очень важно обнаружить. Из-за этого опасный дефект может оставаться невидимым вплоть до внезапного разрушения конструкции. Процесс нанесения повреждений с контролируемой нагрузкой / © Е. Чеботарева, Проблемы прочности и пластичности Провести раннюю диагностику можно с помощью акустической эмиссии. Ее ключевое отличие в том, что не ищется уже существующий дефект извне, а «слушается» сам материал. В момент, когда внутри композита происходит микросдвиг — зарождается трещина или продвигается расслоение — излучается высокочастотный звуковой импульс. Задача — уловить и расшифровать этот сигнал. Акустическая эмиссия не требует полного разрушения материала, датчики крепятся на поверхность контролируемого объекта, что позволяет оценивать состояние конструкции во время эксплуатации. Этот метод не требует громоздкого оборудования и специальных условий. До сих пор оставалось малоизученным, какой именно звук соответствует каждому конкретному типу разрушения стеклопластика. Не было четких данных, позволяющих по акустическому сигналу отличить безобидный дефект от того, что ведет к катастрофе. Ученые ПНИПУ изучили и установили четкое соответствие между типом повреждения в стеклопластике и конкретным звуковым сигналом, чтобы в дальнейшем эти данные использовать для идентификации разрушения во время эксплуатации. Статья опубликована в научном журнале «Проблемы прочности и пластичности». — Мы взяли образцы и начали их системно повреждать, моделируя самые распространенные типы дефектов. С помощью специального оборудования наносили вмятины разной силы и царапины стальным лезвием. В сам момент воздействия и после него сверхчувствительные датчики фиксировали каждый звук, щелчок и треск, который возникал внутри, — отметил Дмитрий Лобанов, старший научный сотрудник Центра экспериментальной механики ПНИПУ, кандидат технических наук. Образцы после нагружения / © Е. Чеботарева, Проблемы прочности и пластичности Это позволило сравнить, как «звучат» поверхностные повреждения и глубокие внутренние разрушения. Затем эти же, уже поврежденные образцы, специалисты растягивали на испытательной машине, доводя их до полного разрыва, и снова записывали весь спектр звуков. — Мы установили четкие соответствия: глухой треск в диапазоне 50–120 кГц означает, что в смоле появилась микротрещина. В таком случае у нас есть время — мы можем занести этот участок в список наблюдения и контролировать его в ходе плановых проверок, не останавливая эксплуатацию конструкции. Отчетливый щелчок на 180–350 кГц — это уже сигнал о начале опасного расслоения. Он значит, что повреждение перешло в активную фазу, и необходимо срочно планировать ремонт, чтобы остановить разрушение. Наконец, резкий высокочастотный сигнал на 400–600 кГц — это финальный сигнал, означающий разрыв несущих волокон. Для нас это равнозначно экстренной ситуации: элемент исчерпал ресурс, и дальнейшая его эксплуатация недопустима, — объясняет Екатерина Чеботарева, младший научный сотрудник Центра экспериментальной механики ПНИПУ. Эти данные необходимы для создания интеллектуальных датчиков и систем. Критически важные объекты — от опор мостов и лопастей ветрогенераторов до силовых элементов летательных аппаратов — можно будет оснастить автономными сетями таких акустических датчиков. Эти системы, постоянно «слушая» материал в реальном времени, позволят не просто обнаружить дефект, а рассчитать остаточный ресурс поврежденной детали, точно ответить на вопрос: сколько циклов нагрузки или времени безопасной работы осталось, и автоматически сформировать предупреждение для служб эксплуатации.

В клетках существуют механизмы, которые исправляют или компенсируют поломки в генах. Один из защитных механизмов называется «транскрипционная адаптация». Работает он так: обнаружив дефектную матричную РНК (мРНК), клетка уничтожает ее, но использует продукты распада как сигнал бедствия. Этот сигнал заставляет активироваться здоровые гены-дублеры (паралоги), которые берут на себя функции сломанного. Долгое время оставалось загадкой, как именно информация о поломке передается из цитоплазмы, где утилизируется мусор, в ядро, где хранится ДНК и происходит синтез новых молекул. Авторы исследования, опубликованного в журнале Science, использовали модельные клетки мышей с мутацией в гене актина (Actg1), в норме вызывающей компенсаторную активность другого гена (Actg2). С помощью полногеномного CRISPR-скрининга ученые поочередно выключали тысячи генов, чтобы найти тот, без которого механизм защиты перестает работать. Дополнительно в клетки вводили тысячи синтетических фрагментов РНК разной длины, чтобы выяснить, какая именно последовательность служит кодом активации для спасательного механизма. Биохимическими методами ученые отследили, с какими участками генома взаимодействует белок-посредник. Анализ помог выявить белок ILF3 как главное звено процесса. Он захватывает фрагменты уничтоженной мутантной РНК в цитоплазме и переносит их в клеточное ядро. Там этот комплекс находит комплементарную фрагменту РНК антисмысловую цепочку на ДНК здорового гена-паралога. Связавшись с целью, ILF3 меняет структуру хроматина, делая его более доступным, и ускоряет процесс считывания генетической информации (элонгацию). Ученые доказали, что систему можно использовать в терапевтических целях. Введение в клетку короткого синтетического кусочка РНК (имитирующего обломок) заставило ее включить здоровый ген PKD1, дефект которого вызывает поликистоз почек. При этом само наличие реальной поломки в геноме оказалось необязательным — достаточно было ввести ложный сигнал об аварии. Открытие предлагает стратегию лечения генетических заболеваний без вмешательства в саму ДНК. Вместо сложной починки мутаций методами генной инженерии врачи смогут использовать короткие олигонуклеотиды, чтобы принудительно активировать спящие здоровые копии или функциональные аналоги сломанных генов.

Империя инков (конец XIII века — 1572 год нашей эры) до завоевания ее испанскими конкистадорами была крупнейшим политическим образованием в доколумбовой Южной Америке. В период своего наивысшего расцвета империя полностью или частично занимала территории современных Перу, Чили, Эквадора, Боливии, Аргентины и Колумбии. Согласно хроникам, оставленным испанскими летописцами, одним из важнейших ритуалов в мире инков был ритуал «капакоча». Во время специальной церемонии, приуроченной к праздникам или другим значимым событиям, детей или подростков — как мальчиков, так и девочек — приносили в жертву, ритуально убивая, а затем оставляли на вершинах Анд. Горные вершины у инков ассоциировались с богами. Способы убийства различались: захоронение заживо, удушение, удар по голове. Тела жертв в условиях сухого холодного воздуха высокогорья естественным образом мумифицировались. Дети капакоча после смерти долго служили посредниками между людьми и богами. В последние десятилетия на горных вершинах, расположенных на территории современного юга Перу, севера Чили и северо-запада Аргентины, нашли несколько мумифицированных тел детей, которых прозвали «инкскими ледяными мумиями». Международная группа исследователей во главе с археологом Дагмарой Сохой из Варшавского университета (Польша) изучила с помощью компьютерной томографии мумии четырех инкских девочек, обнаруженные в 1990-х годах на высокогорных участках вулканов Ампато и Сара-Сара на юге Перу, на высоте приблизительно 5800 метров над уровнем моря. [shesht-info-block number=1] Ученые, статья которых опубликована в издании Journal of Archaeological Science: Reports, установили возраст девочек: на момент смерти двум из них было восемь и 10 лет, а двум другим — по 14 лет. Одна из 14-летних мумий принадлежала знаменитой «Даме из Ампато», или «Ледяной деве». Мумифицированное тело этой девушки-подростка нашли в святилище недалеко от вершины вулкана Ампато в 1995 году. Выяснилось, что каждая из четырех жертв была убита сильным ударом по голове, возможно, деревянной дубинкой. Сканирование также показало, что юные жертвы ритуала капакоча при жизни страдали от различных травм и болезней. Это противоречит сообщениям испанских хроникеров, согласно которым для жертвоприношения отбирали «идеальных», физически совершенных, здоровых детей. Так, у «Ледяной девы» выявили прижизненные травмы черепа, грудной клетки и таза. А сканирование мумии восьмилетней девочки, найденной на вулкане Ампато, показало расширенный пищевод, который мог быть симптомом болезни Шагаса (паразитарной инфекции, распространенной в этом регионе), а также рубцы в легких, которые могли быть вызваны туберкулезом. «Эти результаты показывают, что к рассказам летописцев следует относиться с осторожностью», — отметила в комментарии для Live Science Дагмара Соха. По ее мнению, проблемы со здоровьем, обнаруженные у детей, вероятно, были распространены у населения империи инков, поэтому неудивительно, что мумии не были «идеальными», как утверждали европейские источники. «Это может отражать общие условия жизни в империи, но может указывать и на то, что европейские летописцы не до конца понимали, что именно сами инки считали идеальным», — добавила Соха. Она и ее коллеги также установили, что 10-летняя девочка была принесена в жертву в другом месте, а не там, где нашли ее мумию. Сканирование показало, что органы в брюшной и грудной полостях удалили и заменили камнями и тканью, после чего тело завернули и поместили в сидячее положение, с подтянутыми к подбородку коленями, на плато у вершины Ампато. Отсутствие органов — впервые обнаруженное свидетельство преднамеренной подготовки тела к мумификации. Исследователи предположили, что это сделали для устранения физических недостатков жертвы.

Рецепторы инсулинового семейства (InsR, IGF1R, IRR) играют центральную роль в регуляции метаболизма глюкозы, роста и выживания клеток. Нарушение их работы напрямую связано с сахарным диабетом, онкологическими и нейродегенеративными заболеваниями. Несмотря на значительный прогресс в структурной биологии, ключевой элемент этих белков — трансмембранный домен, который передает сигнал от внешней части рецептора внутрь клетки — остается «белым пятном». Отсутствие детальных структурных данных о нем не позволяет понять, как именно активируется рецептор, и ограничивает возможности разработки лекарств, нацеленных на него. Для структурных исследований необходимы большие количества стабильного и чистого белка. Однако получение трансмембранных доменов традиционными методами экспрессии затруднено из-за их гидрофобной природы и низкой растворимости. Для преодоления этих ограничений исследователи использовали бесклеточную (cell-free) систему экспрессии. В отличие от классических подходов, в этом случае синтез белка происходит вне живых клеток — в контролируемой реакционной смеси, содержащей ферментативный аппарат клетки и необходимые низкомолекулярные компоненты. Такая реакционная система, протекающая в пробирке, функционирует как автономная «фабрика» по синтезу белка.  Ученые собрали и оптимизировали генетические конструкции, кодирующие трансмембранные домены трех рецепторов инсулинового семейства InsR, IGF1R и IRR, и подобрали условия, при которых бесклеточный синтез работал наиболее эффективно. В результате удалось получать до ~1,5 миллиграммов изотопно-меченых белков на миллилитр реакционной смеси после очистки. Для мембранных белков, которые традиционно считаются одними из самых «капризных» объектов в биохимии, такие выходы являются высоким показателем и сопоставимы с лучшими результатами, ранее опубликованными для аналогичных систем. Результаты опубликованы в журнале Biochemistry (Moscow), Supplement Series A: Membrane and Cell Biology. Качество полученных белков проверили с помощью высокоразрешающей ЯМР-спектроскопии на одном из самых мощных приборов — 800-МГц спектрометре, работающем в магнитном поле силой 19,2 Тл, что в сотни тысяч раз превышает магнитное поле Земли. Анализ спектров показал, что все три трансмембранных домена сохраняют правильную спиральную форму в среде, имитирующей клеточную мембрану. Это означает, что белки не просто удалось синтезировать, но и получить в состоянии, полностью пригодном для изучения их структуры и динамики. ЯМР-спектры трансмембранных доменов инсулиновых рецепторов в мембраноподобной среде. Показаны спектры доменов IGF1R, InsR и IRR, подтверждающие, что все три белка сохраняют правильную спиральную структуру в условиях, имитирующих клеточную мембрану / © Biochemistry (Moscow), Supplement Series A: Membrane and Cell Biology Аспирант МФТИ Ярослав Бершацкий, чьи эксперименты и анализ данных легли в основу работы, отметил: «Эта работа — лишь небольшой шаг, но без него невозможны дальнейшие исследования. Она открывает возможность детально изучить, как именно происходит передача сигнала через мембрану и какую роль мембрана и липидное окружение играют в структуре и динамике трансмембранных доменов рецепторов инсулинового семейства». Результаты создают основу для будущих исследований механизма передачи сигнала через мембрану и могут быть использованы при разработке новых терапевтических подходов, включая пептидные модуляторы активности рецепторов инсулинового семейства.

Ассистент кафедры инфекционных болезней у детей и поликлинической педиатрии Саратовского медуниверситета Наталья Малинина и профессор кафедры Татьяна Малюгина проанализировали клинические симптомы, биохимические показатели крови, гормональный фон и ряд других важных факторов. В ходе исследования выяснилось, что главную роль в развитии осложнений играет комбинация нескольких неблагоприятных факторов. Прежде всего, ученые отметили прямую зависимость между частотой предыдущих простудных заболеваний и сложностью текущего. Чем больше ребенок переболел ОРВИ в прошлом, тем выше шанс столкнуться с серьезными последствиями в будущем. Причина заключается в нарушении восстановления слизистых оболочек дыхательных путей и накоплении хронического воспаления. Другой важный фактор — пониженный уровень специфического защитного белка (интерферона альфа), необходимого организму для борьбы с инфекцией. Его нехватка приводит к интенсивному воспалению дыхательных путей, отеку слизистых оболочек и увеличению выработки мокроты. Кроме того, исследователи обратили внимание на изменение свойства крови. Так, расширенный разброс размеров эритроцитов и повышение уровня гемоглобина указывали на высокую вероятность серьезных осложнений ОРВИ. Вместе с этим ученые СГМУ имени В. И. Разумовского обнаружили взаимосвязь низкого уровня кортизола с ухудшением течения болезни. Кортизол является гормоном, подавляющим воспаление и уменьшающим повреждение тканей. Когда его недостаточно, воспаление усиливается, вызывая резкое нарушение проходимости дыхательных путей. Также выяснилось, что субфебрильная температура тела (37,1- 38 градусов) также оказалась маркером потенциального ухудшения состояния. Высокая же температура, напротив, зачастую сигнализировала об активном иммунном ответе организма и снижала вероятность неблагоприятного исхода. Новые данные позволят своевременно выявлять возможные осложнения и выбирать оптимальную стратегию лечения, что существенно упростит диагностику детей с высоким риском развития серьезных проблем при ОРВИ и даст возможность заблаговременно предпринять меры для предотвращения тяжелых последствий.

Выступающая кость на нижней челюсти отличает Homo sapiens от всех остальных приматов в летописи окаменелостей. Этой анатомической деталью не обладали ни неандертальцы, ни денисовцы, ни другие вымершие виды людей. У ближайших ныне живущих родственников, шимпанзе, подбородочный выступ тоже отсутствует. Уникальность черты позволяла антропологам безошибочно выделять останки человека современного типа, но происхождение этого костного бугра долгое время вызывало вопросы. Существовали разные гипотезы: что подбородок помогал пережевывать пищу и снижал нагрузку на челюсть, что он был нужен для речи из-за движения языка или служил сигналом для привлечения партнеров. Однако теории не находили надежного подтверждения, так как не объясняли, почему именно этот выступ давал преимущество в естественном отборе. В эволюционной биологии существует понятие «спандрел» (spandrel), или пазуха свода. Термин пришел из архитектуры: когда строят арки для поддержки купола, между ними неизбежно образуются треугольные пространства. Они не несут функции, просто заполняют место. Биолог Стивен Джей Гулд ввел это понятие, чтобы описать признаки, которые возникли не специально, а как следствие создания чего-то другого. Пазухи свода Триумфальной арки Септимия Севера / © Wikipedia Commons Группа антропологов решила проверить, относится подбородок к таким признакам или же он был полезной адаптацией. Результаты исследования опубликовали в журнале PLOS One. [shesht-info-block number=2] Специалисты изучили более 500 черепов людей и человекообразных обезьян. Они измерили параметры костей и использовали математические модели, чтобы отследить скорость изменений различных частей лица и челюсти на протяжении миллионов лет. Если бы подбородок помогал выживать, естественный отбор воздействовал бы на него напрямую, и эта зона менялась бы быстрее остальных. Однако анализ показал обратную картину. Прямому давлению отбора подверглись другие части головы: мозговой отдел черепа расширялся, а лицо и зубы уменьшались. Признаки черепно-челюстной системы, подверженные прямому (сплошные линии) и непрямому (пунктирные линии) отбору на увеличение (красный) и уменьшение (синий) от общего предка шимпанзе и человека / © Noreen von Cramon-Taubadel et al. / PLOS One (2026) Предки людей перешли к прямохождению и стали употреблять обработанную пищу, поэтому необходимости в массивных челюстях и крупных зубах больше не было. Зубной ряд и альвеолярная часть челюсти, где сидят корни зубов, начали стремительно сокращаться. При этом нижняя часть челюсти оставалась относительно стабильной, чтобы сохранять прочность конструкции. Костный выступ образовался как раз из-за разной скорости изменений между верхней и нижней частями челюсти. Он просто «отстал» от уменьшающегося лица. [shesht-info-block number=1] Подбородок сформировался как механический побочный эффект глобальных изменений черепа: роста мозга, уменьшения лица и искривления основания головы из-за прямохождения. Пока зубной ряд быстро сокращался, нижний край челюсти сохранял форму для сопротивления жевательным нагрузкам. В итоге подбородок стал не отдельной эволюционной новинкой, а геометрическим результатом того, как разные части головы менялись с разной скоростью.

Побережье Перу — засушливое место. Бедная почва не позволяет вести здесь интенсивное земледелие без дополнительной подпитки. Испанские хроники и устные предания утверждали, что коренные народы веками использовали гуано с прибрежных островов для повышения урожайности. Однако до сих пор у ученых не было надежных археологических и химических подтверждений того, когда именно и в каких масштабах началась эта «зеленая революция», позволившая возникнуть развитой цивилизации посреди пустыни. Авторы исследования, опубликованного в журнале PLOS One, отобрали 35 початков кукурузы (Zea mays) из древних захоронений долины Чинча, охватывающих период с 200 года до нашей эры по 1825 год нашей эры, а также кости морских птиц (бакланов, олуш и пеликанов). Ключевым маркером стал изотоп азота-15. Поскольку морские птицы питаются рыбой, в их тканях и экскрементах накапливается тяжелый азот. Когда гуано вносят в почву, этот специфический атом азота попадает в растения. Ученые сравнили изотопные показатели древней кукурузы с современными экспериментальными данными, чтобы отличить птичью подкормку от навоза лам или отсутствия удобрений. Анализ выявил в древней кукурузе высокие значения азота-15. Они однозначно указывают на использование именно морских удобрений, а не навоза травоядных животных.Массовое внедрение этой практики датировали 1000-1400 годами от Рождества Христова. Именно в это время население долины резко выросло, достигнув 30 000 плательщиков дани. Экономический успех, основанный на гуано, позволил Чинча стать морской державой: хроники упоминают торговый флот из 100 000 плотов. Высокий статус подтверждается историческим фактом: при встрече конкистадора Писарро с императором инков Атауальпой в 1532 году правитель Чинча был единственным человеком, которого тоже несли на носилках, что было знаком высшей власти. Кроме того, ученые выявили прямую связь агрономии с искусством: на древних тканях, керамике и деревянных веслах часто встречаются изображения морских птиц, клюющих рыбу, рядом с ростками кукурузы, что говорит о сакрализации источника плодородия. Исследование продемонстрировало материальную основу геополитики древних Анд. Доступ к птичьему золоту позволил царству Чинча создать избыток продовольствия в экстремальных условиях и обменять этот ресурс на привилегированный статус в империи инков, которой требовалось кормить растущее население в горах.

По современным данным биосфера в целом связывает 550 миллиардов тонн в пересчете на сухой углерод. Из них 450 миллиардов приходится на растения, 70 миллиардов — на бактерии, семь миллиардов — на архей и лишь два миллиарда тонн — на животных (в основном морских). Среди растений доминируют наземные, потому что моря в современную эпоху остаются биологической пустыней (в их обитателях лишь шесть миллиардов тонн сухого углерода). В силу этого многие, от ученых до Илона Маска, призывали и все еще призывают сажать деревья для борьбы с глобальным потеплением. Авторы новой работы, которую опубликовали в Global Change Biology, решили разобраться, все ли с этим так очевидно, как кажется на первый взгляд. Они проанализировали ряд работ их предшественников. Одна из них, опубликованная в 2025 году, показала, что зрелые европейские буковые леса в 1984-2022 годах одновременно испытали бурный рост зеленой биомассы и массовую потерю углерода из почв с глубин от 50 до 90 сантиметров. Потеря почвенного углерода составила 17 процентов от его захвата растущими деревьями. То есть зрелый лес даже в условиях энергичного роста дал меньший захват углерода, чем ожидалось. Что именно так ускорило потерю углерода из почвы, все еще неясно. Предположительно, дело в росте температур в этих лесах за тот же период на два градуса и увеличения осадков на 100-200 миллиметров в год. Чем выше температура и влажность, тем активнее почвенные микроорганизмы разлагают мертвый биологический материал в почве, возвращая его компоненты в биогеохимический оборот. Ученые также привели другой механизм: чем больше осадков (а потепление ведет и к росту глобальных осадков), тем меньше нужды деревьев пускать глубокие корни, способные собирать воду из нижних почвенных горизонтов. Старые корни погибших деревьев на глубине постепенно разлагаются, а новые их не замещают, что дополнительно снижает биомассу в почвах. Ситуация с буковыми лесами может быть еще сравнительно легкой. Другая работа прошлого года показала, что почвы под зрелыми сосновыми лесами содержат вдвое меньше углерода, чем такие же почвы под травяной растительностью рядом с этими лесами. Такая потеря углерода компенсировала треть поглощения углекислого газа изученным сосновым лесом. Кроме того, углерод в земле под лесами оказался связан в менее устойчивых формах, чем под другими типами растительности. Это создает значительную неопределенность для будущего. Получается, что мы не знаем, как и когда весь этот углерод из почвы может быть потерян ею в атмосферу. Авторы исследования в комментарии для СМИ пояснили, что «мы не можем слишком полагаться на леса, чтобы смягчить эффект изменения климата, не можем, потому что слишком много еще не понимаем. Несмотря на рост биомассы деревьев, мы можем терять «углеродный капитал» — тот углерод, что долгосрочно сохраняется в почвах». Один из авторов новой работы подчеркнул, что сейчас землевладельцы получают существенные финансовые бонусы за посадки лесов, но бонусы эти основаны на предполагаемых углеродных преимуществах лесов. Которые, однако, с научной точки зрения неоднозначны. А это ставит под вопрос и осмысленность финансовых вливаний по этой линии. Ситуация требует более тщательного изучения почвенной динамики углерода в лесах. Хотя с тезисами ученых можно согласиться, неясно, почему они не использовали в своих расчетах широко известные данные по количеству углерода в лесах умеренного и теплого климата. Минимум углерода на кубометр почвы наблюдают в амазонских джунглях (кратно меньше, чем в подмосковном лесу), хотя их биомасса на гектар, конечно, в разы больше, чем у лесов умеренного пояса. Из этого следует, что по мере потепления леса должны терять углерод еще быстрее, чем сейчас. Обратное противоречило бы логике их выживания: экосистемы, быстро связывающие углерод атмосферы и при этом строящие из него же свои организмы, рисковали бы быстрым захоронением собственной еды (диоксида углерода) и массовым углеродным голоданием. [shesht-info-block number=1] Ранее Naked Science писал о еще одной неожиданной стороне посадок лесов: они серьезно снижают отражательную способность Земли, чем поднимают на ней температуру. Причем в умеренном поясе этот фактор перевешивает торможение ими глобального потепления за счет захвата СО2 из воздуха.

Центральной задачей для управления рисками в инвестировании и построении стратегий на фондовом рынке остается оценка волатильности. Это мера изменчивости цены активов, которая показывает, как сильно она может колебаться в течение торгового дня. Ошибки в оценке будущей волатильности напрямую влияют на стоимость опционов, риск-менеджмент портфелей и эффективность инвестиционных стратегий. Существуют традиционные методы оценки волатильности, например так называемая HAR-модель. Она оценивает три периода по заданным параметрам и строит линейную оценку волатильности на следующий день. Однако эта модель не справляется с оценкой нелинейных рисков. Автор решил выяснить, смогут ли методы машинного обучения показать лучший результат по сравнению с традиционным эконометрическим подходом. Исследование опубликовано в журнале «Фундаментальная и прикладная математика». Исследование основано на высокочастотных данных по десяти наиболее ликвидным акциям Московской биржи за период с 2014 по 2025 год. Рассмотрены изменения котировок с интервалом 10 минут, что позволяет рассчитывать реализованную волатильность и ее модификации для последующего построения прогнозов. Кроме того, были использованы характеристики доходности и структуры рынка, которые отражают особенности торговли на российской фондовой бирже. Затем сравнивались результаты классического метода HAR и методов машинного обучения: Random Forest, XGBoost и LightGBM. Они способны учитывать нелинейности и сложные взаимодействия переменных. Для оценки качества прогнозов не только использовали стандартные статистические метрики, но и применили полученную волатильность в симуляции реальной торговли акциями. Результаты показали устойчивое превосходство ML-моделей над классической HAR-моделью. Наиболее заметное улучшение наблюдается на коротких и средних горизонтах прогнозирования. Средняя ошибка прогноза снизилась примерно на 15%, а точность предсказания модели выросла до 23% в зависимости от метода (наилучший результат показал LightGBM). «Модели машинного обучения демонстрируют превосходство как в периоды рыночной стабильности, так и в условиях повышенной турбулентности. Они не обладают даром предвидения, но могут точнее сигнализировать о росте рисков и дают время для ребалансировки портфеля», — указывает сотрудник базовой кафедры инфраструктуры финансовых рынков ФЭН ВШЭ Никита Лысенок. Симуляция торговли акциями при усилении оценкой волатильности с помощью машинного обучения показала рост доходности на 7 п.п., с 6,48 до 13,68% годовых. «Здесь работает кумулятивный эффект и асимметрия риска. Более точная оценка волатильности позволяет оптимальнее калибровать размер позиции. На отдельной сделке эта разница несущественна, но на горизонте сотен транзакций она превращается в значимые проценты годовой доходности», — объясняет Никита Лысенок. Вместе с тем автор подчеркнул, что методы машинного обучения для прогнозирования волатильности требуют тщательной настройки параметров и серьезно зависят от данных, на которых проходило обучение. А более высокая точность прогноза волатильности не автоматически трансформируется в экономический выигрыш, и трейдинг все еще требует серьезных навыков и несет значительные риски. «Ключевой фактор устойчивой доходности — это риск-менеджмент: точный прогноз волатильности позволяет своевременно сокращать позицию и избегать глубоких просадок», — указывает автор.