У Юпитера и Сатурна немало очень крупных лун, диаметром в тысячи километров. Каждая из этих планет имеет спутник диаметром больше такой планеты земной группы, как Меркурий (речь о Ганимеде и Титане). И это, и наличие на них подледных океанов делает такие тела перспективными для научных исследований. Новая работа, чей текст опубликовали на сервере препринтов Корнелльского университета показала, что подобные миссии могут наткнуться на невидимые подводные камни как минимум на части таких тел. Анализ снимков этих тел в ИК-диапазоне показал, что у их поверхности очень низкая тепловая инерция. То есть по мере вращения ночная сторона такого тела остывала быстрее, а дневная — нагревалась быстрее, чем ожидали. Основываясь на скорости изменения температур, авторы попробовали посчитать плотность верхних слоев наблюдавшихся спутников и получили удивительные значения. Для больших лун Юпитера верхний десяток миллиметров — водный лед с экстремальной пористостью в 85 процентов. То есть ее плотность как у пенопласта. Даже на глубине в метр она не падает ниже 50-70%, все еще напоминая по механическим качествам плотный снег, а не знакомый нам лед. Подобная очень высокая пористость не означает, что любой посадочный аппарат провалится по-настоящему глубоко. Дело в том, что там очень малая гравитация — не более 1/7 от земной, что затруднит проваливание. Но вот для тяжелых роботизированных платформ ситуация может измениться. И не только потому, что им проще провалиться в хрупкий и пористый лед. Важен еще один фактор: если на спутнике нет плотной атмосферы, как на Титане (его работа как раз из-за плотной атмосферы не затрагивала), спускаться придется на тяге ракетных двигателей. Их раскаленные газы могут частично унести экстремально пористый лед из-под аппарата, или сделать его менее твердым, чем обычно. В обоих случаях стоит задуматься об увеличении площади поверхностных опор и увеличении расстояния между ними. Еще в большей степени это верно для посадки на поверхности лун Юпитера и Сатурна пилотируемых кораблей. Хотя пока такая перспектива кажется далекой, текущий уровень разрабатываемых космических кораблей в принципе позволяет подобные экспедиции в этом столетии. На ледяных спутниках Сатурна слой экстремально пористого и очень пористого льда намного глубже, чем на спутниках Юпитера. Но почему, все еще остается неясным / © Cyril Mergny et al. Осторожность нужна будет и для планетоходов в условиях Ганимеда или Каллисто и им подобных ледяных лун. Перемещения по льду с плотностью снега могут привести к пробуксовке и застреванию колесного аппарата. Хорошо известно, что именно такие пробуксовки (и поднимаемый ими реголит) губят планетоходы начиная с советских луноходов и до американских марсоходов. Не совсем ясно и то, можно ли их заменить гусеничной техникой. Если пористый лед будет набиваться между катками, со временем это может лишить подвижности и их. Третий активно разрабатываемый тип шасси планетоходов — «прыгающий», при котором аппарат резко взмывает над поверхностью и делает прыжок в сторону (такие создают для Луны). Но не будут ли они погружаться в суперрыхлый лед спутников планет-гигантов? Точный ответ на этот вопрос еще только предстоит получить. [shesht-info-block number=1] Еще радикальнее ситуация на ледяных лунах Сатурна. Там пористость выше 85 процентов на глубинах уже в метр. А в 70-80 процентов — и глубже. Это не только усугубляет сложности с передвижением, но и создает вопросы при глубоком бурении (чтобы добраться до местных подледных океанов). Головная часть бура может проделать отверстие, в которое начнет оседать особо рыхлый лед. Это тоже желательно учесть при подготовке миссии глубокого бурения. Отчего между лунами Юпитера и Сатурна такая разница — непонятно. Да, у первых выше сила тяжести, но согласно моделированию, сила тяжести не может так сильно изменить ситуацию в смысле плотности льда сама по себе. Дополнительную неопределенность, отметили авторы, вносит то, что внешними наблюдениями не понять, на какой именно глубине происходит переход в плотности и резкий ли он или плавный. Наконец, загадочна сама причина, по которой внешний слой спутников настолько экстремально пористый. Исследователи рассматривают разные гипотезы — например, что реголит на поверхности ледяных лун такой рыхлый из-за постоянного притока микрометеоритов, часто бьющих по телам, лишенным заметной атмосферы.

На протяжении десятилетий ученым известно, что перелетные птицы и почтовые голуби частично полагаются при навигации на связь с геомагнитным полем (магниторецепцию), особенно когда другие ориентиры недоступны, например, в пасмурную погоду или ночью. Магниторецепция помогает птицам ориентироваться на местности и выбирать правильное направление, однако механизмы, лежащие в основе этой способности, остаются одной из загадок биологии. На этот счет существует несколько теорий. В частности, предполагается, что птицы могут «видеть» магнитные поля с помощью светочувствительных молекул в глазах или обнаруживать их с помощью крошечных магнитных частиц в клюве. Ни одна из этих теорий пока не получила убедительного экспериментального подтверждения. Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Science, предложили другой механизм магниторецепции у птиц. Команда, в которую вошли иммунологи из Боннского университета, физики из Университета Дуйсбург-Эссен, и орнитологи из Института поведения животных Общества Макса Планка (Германия), пришла к выводу, что роль сенсоров восприятия магнитного поля у голубей играют расположенные в печени иммунные клетки — макрофаги. Ранее исследователи установили, что у мышей и людей макрофаги селезенки обладают магнитными свойствами. Это объясняется тем, что макрофаги расщепляют поврежденные или стареющие эритроциты. При этом процессе происходит высвобождение железа из гемоглобина. Железо накапливается внутри макрофагов в виде нанокапсул ферритина — белкового комплекса, который связывает железо в нетоксичной форме. Команда предположила, что нечто подобное может происходить и у птиц. Чтобы проверить наличие магнитных свойств у тканей голубей, исследователи с помощью методов вибрационной магнитометрии и магнитной сепарации клеток протестировали различные органы — внутреннюю и внешнюю поверхность клюва, мышцы, мозг, глаза, а также селезенку и печень. Результаты тестов подтвердили гипотезу о магнитных свойствах макрофагов: из всех исследованных тканей максимальная концентрация железа оказалась в печени, а присутствующие в ней макрофаги проявили наибольшую чувствительность к магнитным полям. Чтобы проверить, действительно ли макрофаги печени играют роль в навигации, орнитологи провели эксперименты с голубями, обученными возвращаться с расстояния более 20 километров обратно в свой вольер. Выяснилось, что в пасмурные дни, когда солнце было скрыто за облаками, голуби с удаленными печеночными макрофагами теряли чувство направления. Однако в солнечные дни они успешно добирались домой, по-видимому, ориентируясь по солнцу. Результаты экспериментов доказали, что именно печень, точнее — присутствующие в ней иммунные клетки, помогает голубям чувствовать геомагнитное поле и держать направление в отсутствие других ориентиров. Авторы исследования также изучили, как сигналы из печени могут передаваться в мозг. Электронная микроскопия показала, что богатые железом макрофаги расположены в печени близко к нервным волокнам, которые, скорее всего, служат путями передачи информации. Ученые отметили, что результаты исследования раскрыли ранее неизвестный механизм восприятия магнитного поля у животных. Кроме того, они предоставили первые конкретные доказательства того, что магнитное поле Земли может восприниматься телом и передаваться в мозг для управления движением.

Нейтрино называют «призрачными» частицами: они почти не взаимодействуют с веществом и могут пролетать сквозь целые планеты. Именно по этой причине обнаружить их столь трудно. При этом они очень ценны для астрономов, поскольку способны донести информацию из самых недоступных уголков Вселенной. В феврале 2020 года детектор KM3NeT/ARCA зарегистрировал рекордное событие KM3-230213A. Энергия этой частицы оказалась настолько огромной, что ученые сразу начали поиски возможных источников. Среди кандидатов рассматривали космические лучи сверхвысоких энергий, а также неизвестные экстремальные объекты Млечного Пути. Однако ни одно объяснение не выглядело полностью убедительным.  Новый сценарий предложила международная исследовательская группа под руководством Оскара Адриани (Oscar Adriani) из Университета Флоренции (Италия). По мнению ученых, «призрачное» нейтрино могло прийти от блазаров — активных ядер галактик, в которых сверхмассивная черная дыра выбрасывает джеты почти с околосветовой скоростью. [shesht-info-block number=1] Если одна из таких струй направлена в сторону Земли, объект становится чрезвычайно ярким и заметным. Ранее ученые уже находили косвенные признаки того, что блазары способны производить нейтрино высоких энергий. Например, в 2018 году обсерватория IceCube помогла связать одно нейтринное событие с блазаром TXS 0506+056. Энергии нового события, однако, оказались много выше. Вместо того чтобы привязать сигнал к одному конкретному блазару, авторы новой научной работы смоделировали вклад целой популяции таких объектов. Для расчетов задействовали программу Astro-Multi-messenger Modeling, которая описывает процессы внутри релятивистских джетов — струй вещества, вырывающихся из окрестностей черной дыры. В модели также учли столкновения протонов с фотонами, рождение пионов, распад которых приводит к появлению гамма-квантов и нейтрино, а также другие процессы астрофизики высоких энергий.  Подобрав параметры так, чтобы модель одновременно объясняла появление сверхмощного нейтрино и не противоречила наблюдениям других телескопов, исследователи обнаружили, что популяция блазаров действительно может создавать поток нейтрино нужной энергии. [shesht-info-block number=2] Наиболее вероятным оказался сценарий, при котором внутри джетов протоны ускоряются с очень жестким спектром энергий. В то же время энергия, запасенная в них, примерно в 10 раз превышает энергию электронов. Примечательно, что модель остается совместимой с уже известным фоновым гамма-излучением Вселенной. В таком сценарии блазары практически не вносят вклад в поток нейтрино меньших энергий, которые регулярно регистрирует IceCube. Это может означать, что разные диапазоны энергий во Вселенной создаются разными типами космических ускорителей. Адриани и коллеги отметили, что выводы пока основаны на одном экстремальном событии, поэтому статистическая неопределенность высока. Однако даже одиночная регистрация частицы такой энергии заставляет пересматривать представления о возможностях астрофизических объектов. По мере расширения сети KM3NeT и накопления новых данных ученые смогут проверить, действительно ли блазары — фабрики самых энергичных нейтрино во Вселенной. Результаты научной работы опубликованы в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Главный парадокс кроется в самых популярных и дешевых моделях с темными линзами. Человеческий глаз устроен так, что на ярком свету зрачок сужается, ограничивая поток света. Когда мы надеваем темные очки, мозг получает сигнал, что вокруг «сумерки», и зрачок рефлекторно расширяется. «Когда человек надевает такие очки, его зрачки рефлекторно расширяются, пропуская в глаз больше вредного ультрафиолетового излучения», — объясняет Николай Зенченко. Если линзы при этом не имеют полноценного УФ-фильтра, они превращаются в ловушку: глаз широко открыт и беззащитен перед излучением, которое буквально «прожигает» сетчатку и хрусталик. Единственный надежный щит — маркировка UV400. Она гарантирует, что линзы блокируют 99–100% всего спектра ультрафиолета. Выбор очков не ограничивается процентом защиты. Важен каждый слой. Эксперт обращает внимание, что именно качество покрытий и тонких пленок, наносимых на основу очков определяет то, насколько очки смогут защитить ваши глаза от вредного воздействия. Не менее важен и материал основы. Дешевый пластик грешит неоднородностью структуры и, как следствие, высокими искажениями, которые заставляют глазные мышцы постоянно перенапрягаться, вызывая головные боли и усталость. Самый популярный и доступный материал для очков — поликарбонат. При высокой культуре производства и надлежащем качестве покрытий, он может демонстрировать минимум искажений и обеспечивать достаточный комфорт и безопасность для глаз. Минусом считается крайне низкая стойкость к механическим воздействиям. Лучший вариант с точки зрения оптических свойств — стекло. Такая оптика дает меньше всего искажений и при наличии качественных покрытий способна обеспечить высокий уровень защиты глаз. У стекла лишь два минуса: его относительно большой вес и хрупкость при резких механических воздействиях. Отдельная история — поляризационные очки, любимые водителями и рыбаками. Они действительно творят чудеса, убирая слепящие блики от воды, мокрого асфальта или снега. Однако стоит знать и об обратной стороне медали. Такие линзы могут «гасить» изображение на жидкокристаллических экранах навигаторов и смартфонов. Кроме того, рынок наводнен дешевыми подделками, где поляризационный фильм лишь имитирует защиту, не выполняя своих функций. Как обычному покупателю не попасть в ловушку? Первое и главное правило — изучайте маркировку. Наличие знаков CE (европейский стандарт) или ГОСТ Р — это не просто наклейки, а гарантия того, что продукция прошла проверку на безопасность. Если на очках вообще не указана степень УФ-защиты, проходите мимо. Второе — проведите простой тест прямо в магазине. Посмотрите через линзу на любую прямую линию (например, край полки или дверной проем). Если линия изгибается или «плывет», значит, линза имеет оптические искажения. От такой покупки лучше отказаться, как бы стильно она ни выглядела. Третье — выбирайте цвет с умом. Для повседневной носки в яркий солнечный день лучше всего подходят серые или зеленые линзы — они минимально искажают цвета. Желтые и оранжевые хороши в пасмурную погоду или сумерки, повышая контрастность, но на ярком солнце они бесполезны. А вот модные синие и фиолетовые линзы, по словам эксперта, могут негативно влиять на циркадные ритмы, сбивая «внутренние часы» организма. Не забывайте и о правилах эксплуатации. Царапины на линзах — это не просто косметический дефект. Поврежденное покрытие перестает защищать от ультрафиолета. Также нельзя хранить очки в машине на солнце — жара деформирует оправу и портит линзы. И помните: широкие дужки, защищая от бокового света, могут ограничивать периферическое зрение, что опасно при переходе дороги. Особое внимание — детям. Их глаза гораздо чувствительнее к ультрафиолету, поэтому покупать им «взрослые» модели недопустимо. Детские очки должны быть из легких и ударопрочных материалов (поликарбонат или трайвекс), чтобы минимизировать риск травм при падении или игре. Солнечные очки — это не просто аксессуар, а миниатюрное «медицинское устройство». Отношение к их выбору должно быть соответствующим. Как резюмирует Николай Зенченко, главная опасность — купить красивую вещь, которая вместо защиты усилит вредное воздействие солнца. Внимание к деталям — маркировке, качеству линз и их цвету — позволит сохранить здоровье глаз на долгие годы и видеть мир не только модным, но и четким.

Считается, что отделенная от организма сложная ткань (содержащая нервы, мышцы, кожу и соединительные волокна) неизбежно разрушается и погибает. Ученые умеют годами выращивать «бессмертные» клеточные культуры, например, раковых клеток, в пробирках. Однако для этого требуются стерильные инкубаторы, отсутствие патогенов и постоянная подкормка специальным бульоном. Сохранить сложную многоклеточную ткань живой в дикой природе считалось невозможным. Морские звезды и огурцы умеют заново отращивать потерянные конечности, но сами оторванные части сгнивают за несколько недель. Авторы исследования, опубликованного в журнале Science Advances, решили проверить регенеративные возможности тканей дендрохиротидного морского огурца Psolus fabricii. Зоологи отрезали у животных трубчатые ножки и щупальца, затем поместили их в аквариумы с нефильтрованной проточной морской водой. Отрезанные ткани лишили всякой медикаментозной или питательной поддержки. Для контроля в соседние аквариумы поместили куски морских звезд и морских ежей. Спустя три года контрольные части звезд и ежей предсказуемо погибли. Зато ткани морского огурца остались живы. Раны на месте срезов затянулись всего за шесть дней. С помощью флуоресцентных маркеров ученые зафиксировали в оторванных ножках активные процессы деления новых клеток и программируемого уничтожения старых. Чтобы выяснить, откуда ткань берет энергию без кровеносной системы и желудка, биологи добавили в аквариум аминокислоты, помеченные тяжелым изотопом азота. Анализ доказал, что оторванные ножки активно всасывают органику прямо из морской воды. Ученые отметили автономность тканей. Оставшись без тела, кусок ножки «понял», что мышцы ему больше не нужны. Иммунные клетки внутри ножки фагоцитировали (съели) собственную мышечную ткань, пустив ее на стройматериалы и калории для выживания. Место мышц заняла прочная соединительная ткань. При этом оторванные щупальца сохранили нервную сеть: на протяжении всех лет эксперимента они продолжали шевелиться и сжиматься в ответ на прикосновения. Выжить в нестерильной воде эксплантам помогла клеточная иммунная реакция. В первые 48 часов после ампутации иммунные клетки (целомоциты) мигрировали от центральных тканей к месту среза. Они скапливались по краям раны, поглощая патогены и мертвые клетки. Затем целомоциты вместе с захваченным мусором просто выбрасывались наружу в воду или скапливались во внутреннем просвете ножки. Как только края раны стягивались, численность иммунных клеток снижалась до базового уровня. Дополнительно от гниения ткань защищали псолусозиды — выделяемые морским огурцом природные токсины, подавляющие микроорганизмы. Исследователи присвоили этому биологическому парадоксу собственное имя — LiPfe (живые бессмертные экспланты P. fabricii). Клеточная автономия морских огурцов предоставит медикам этичную и дешевую модель для изучения процессов старения, заживления ран и борьбы с инфекциями без использования лабораторных мышей.

Классическое представление о черных дырах (ЧД) появилось более века назад благодаря решению уравнений Эйнштейна немецким астрономом и физиком Карлом Шварцшильдом. Согласно его модели, после гравитационного коллапса может образоваться область с центральной сингулярностью и горизонтом событий. Последний действует как граница: все, что ее пересекает, уже не может вернуться обратно или выпустить информацию наружу. Это делает внутреннее устройство черных дыр недоступным для наблюдений. У такой картины, однако, есть проблема: сингулярность означает, что математическое описание пространства-времени «ломается». Поскольку физики не могут проследить, что именно происходит с материей после попадания внутрь горизонта событий, некоторые ученые считают, что реалистичная теория гравитации должна каким-то образом устранять сингулярности, заменяя их на конечные структуры, например, сверхплотное ядро или переход в другую область пространства-времени.  За последние годы появилось множество альтернативных моделей. Одни из них — так называемые регулярные черные дыры — сохраняют горизонт событий, но избавляются от сингулярности благодаря особой внутренней геометрии. Другой класс объектов — имитаторы черных дыр. Они могут не иметь ни сингулярности, ни горизонта событий вообще. К ним относят, например, гипотетические гравастары и некоторые типы проходимых червоточин. Снаружи они могут выглядеть почти как обычные черные дыры, однако внутренняя структура совершенно иная. [shesht-info-block number=1] На этом фоне новая работа физика Франческо Ди Филиппо (Francesco Di Filippo) из Института теоретической физики в Германии выглядит особенно интересно. Он изучил сценарий формирования заряженной черной дыры, которая постепенно испаряется благодаря излучению Хокинга. Этот квантовый эффект британский физик Стивен Хокинг предсказал еще в 1970-х годах. Согласно нему, ЧД могут медленно терять массу, испуская частицы. Поясним: в классической картине ОТО коллапс массивной звезды приводит к образованию сингулярности. Ди Филиппо, однако, показал, что изменить финал может сочетание двух эффектов. Первый — электромагнитное отталкивание внутри заряженной ЧД. Второй — само излучение Хокинга, которое нарушает так называемые энергетические условия, что лежат в основе теорем о неизбежности сингулярности. В результате коллапс может остановиться раньше, чем вещество сожмется в бесконечно плотную точку.  Более того, в некоторых сценариях исчезает не только сингулярность, но и горизонт событий. По мере испарения внутренний и внешний горизонты могут сближаться и в итоге полностью исчезнуть. Тогда вещество, оказавшееся внутри, теоретически получает возможность снова покинуть область сильной гравитации, а пространство-время остается предсказуемым. [shesht-info-block number=2] Фактически новое исследование объединяет сразу два направления современной теоретической физики. С одной стороны, идеи регулярных черных дыр, в которых нет сингулярности. С другой — модели объектов, способных обходиться даже без горизонта событий. При этом Ди Филиппо не пришлось вводить экзотическую материю или переписывать уравнения Эйнштейна. Все механизмы уже известны: гравитация, электромагнитное отталкивание и квантовое испарение. Правда, эти модели пока что остаются теоретическими. Современные наблюдения — включая «фотографии» сверхмассивных черных дыр и регистрацию гравитационных волн — еще не позволяют надежно отличить классическую ЧД от ее альтернативных версий. Ученые тем не менее уже предложили способы проверки. Можно, например, искать необычные «эхосигналы» в гравитационных волнах после слияния компактных объектов или анализировать нестандартные всплески излучения вещества вблизи горизонта событий. Автор научной работы, опубликованной в журнале Physical Review Letters, также отметил, что речь не идет о готовой замене классической теории ЧД. Подобные исследования, однако, становятся важным шагом к пониманию того, как ОТО и квантовые эффекты могут совместно описывать экстремальные объекты. Если эти идеи получат подтверждение, черные дыры перестанут быть областями, где ломается физика, а превратятся в еще один, пусть и экстремальный, пример того, как Вселенная подчиняется единым законам.

Кофеин — самое популярное психоактивное вещество в мире. Главный механизм действия хорошо известен: он блокирует аденозиновые рецепторы в мозге, подавляя естественное нарастание сонливости. Однако в науке о сне и восстановлении долгое время существовал разрыв между пониманием острой пользы кофеина для бодрости и его скрытого влияния на качество сна. Поведенческие исследования показали, что кофеин улучшает внимание и реакцию, особенно при недосыпе. Но стандартные показатели вроде общего времени сна часто нечувствительны к тонким изменениям в его нейрофизиологической структуре, которую можно оценить только с помощью электроэнцефалографии. Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Nutrients, систематизировали и объяснили, как кофеин воздействует именно на «микроструктуру» сна, регистрируемую с помощью ЭЭГ. Ученые проанализировали исследования с 1980 по 2026 год. В обзор вошли 32 работы, выполненные с участием людей. Методология охватила широкий спектр экспериментальных моделей: от острого приема кофеина прямо перед сном в лаборатории до его многодневного использования и оценки сна в домашних условиях. Результаты анализа показали, что кофеин вызывает физиологически предсказуемый сдвиг в «архитектуре» электрической активности спящего мозга. Этот сдвиг характеризуется подавлением медленноволновой активности, особенно в самом низком диапазоне, которая считается главным маркером глубины сна и интенсивности восстановительных процессов. Параллельно с этим кофеин, как правило, увеличивал мощность более быстрых частот. Значит, под действием кофеина мозг во время сна находится в более «легком», активированном и фрагментированном состоянии, напоминающем по характеристикам состояние бодрствования, даже если человек субъективно не ощущает нарушений. [shesht-info-block number=1] В норме после недосыпания организм стремится компенсировать дефицит, резко наращивая мощность медленных волн. Однако кофеин, принятый в период бодрствования, значительно ослаблял этот компенсаторный механизм. Это прямое доказательство того, что вещество не просто прогоняет сон, а вмешивается в фундаментальный механизм, снижая способность мозга к полноценному восстановлению. Более того, анализ показал, что эти изменения на уровне ЭЭГ часто оказываются более чувствительным индикатором воздействия кофеина, чем традиционные показатели вроде общего времени сна или его эффективности. Причем на этот эффект влияют доза и время приема, а также индивидуальные особенности человека. Носители определенных генов демонстрируют значительно более выраженное усиление бета-активности в ответ на кофеин. Этот факт объясняет, почему одни люди страдают от бессонницы после чашки кофе днем, а другие спят спокойно даже при повышенном потреблении кофе. Другими важными факторами оказались возраст и привычка потребления. Исследователи заключили, что основная физиологическая цена кофеина — снижение качества сна за счет сдвига в сторону более легкого и возбужденного состояния.