Квазичастицами в квантовой механике называют коллективное поведение группы частиц (например, возбуждение), с которыми можно обращаться так, как если бы они были одной частицей. Среди многочисленных видов квазичастиц имеются так называемые майорановские нулевые моды – это особые состояния, возникающие внутри сверхпроводников с особыми топологическими свойствами (так называемых топологических сверхпроводниках). Важная особенность этих квазичастиц заключается в том, что они обладают нулевой энергией. Майорановские нулевые моды уникальных квазичастиц считаются перспективными кандидатами на роль кубитов в квантовых компьютерах. Дело в том, что они обладают особым свойством так называемой топологической защищенностью: информация, закодированная в таких состояниях, устойчива к локальным возмущениям. Это свойство делает их идеальными «строительными блоками» для организации отказоустойчивых квантовых вычислений. Однако обнаружение этих квазичастиц на практике сопряжено с серьезными трудностями. В образующемсяв топологическом сверхпроводнике вихре, помимо самой майорановской моды, находящейся строго на нулевом уровне энергии, существует множество обычных возбуждений с конечными энергиями. Энергетический зазор между ними ничтожно мал, из-за чего в эксперименте их сигналы сливаются. Чтобы решить эту проблему, научное сообщество традиционно искало экзотические материалы с особым соотношением физических параметров, например, сверхпроводники на основе железа. Но такие материалы часто содержат магнитные дефекты, которые серьезно искажают результаты измерений. Ученые МИФИ предложили контринтуитивное решение: использовать обычные сверхпроводники, но намеренно вводить в них немагнитные примеси. Используя компьютерное моделирование на основе микроскопического подхода Боголюбова-де Жена, сотрудники кафедры ФТТиН совместно с коллегами продемонстрировали, что такие примеси действуют как своеобразный энергетический фильтр. Исследование опубликовано в высокорейтинговом журнале Research. «Наши результаты опровергают распространенное мнение о том, что для обнаружения майорановских мод требуются идеально чистые материалы с экстремальными характеристиками. Мы показали, что немагнитная примесь, на которой может закрепляться вихрь, не затрагивает саму майорановскую моду благодаря ее топологической защищенности, но «расталкивает» остальные, паразитные энергетические состояния», — пояснил Андрей Красавин. Это объясняется разной природой связанных состояний: майорановская мода устойчива к локальному потенциалу примеси, тогда как обычные состояния чувствительны к беспорядку, и их уровни энергии смещаются. В результате энергетический зазор между полезным сигналом и шумом увеличивается, позволяя зафиксировать пик плотности состояний, соответствующий искомой квазичастице. Об устойчивости эффекта свидетельствуют расчеты для различных параметров потенциала примеси: при увеличении силы потенциала «обычные» уровни монотонно удаляются от центра запрещенной зоны, оставляя майорановскую нулевую моду в гордом одиночестве. Значимость полученных результатов для развития квантовых технологий в университете прокомментировал заведующий кафедрой физики твердого тела и наносистем НИЯУ МИФИ, доктор физико-математических наук Михаил Маслов: «На нашей кафедре исторически сложилась сильная школа как теоретической, так и экспериментальной физики сверхпроводимости. Наши сотрудники регулярно получают результаты мирового уровня, и мы продолжаем развивать эту область как одно из ключевых научных направлений. Данная работа имеет принципиальное значение, поскольку открывает путь к использованию более доступных материалов в квантовых вычислениях. Создание кубитов становится возможным на основе гибридных структур из обычных s-волновых сверхпроводников с помощью современных нанотехнологических подходов для формирования искусственных центров пиннинга».

Древние египтяне предохраняли трупы умерших от посмертного гниения, поскольку считали, что разложение тела — препятствие на пути в загробную жизнь. Некоторые из самых ранних мумий Древнего Египта относятся к додинастическому периоду: тогда тела оставляли в раскаленном песке для естественной мумификации. Практика искусственной мумификации тел с помощью бальзамирующих веществ развилась примерно к периоду Среднего царства (2040-1783 годы до нашей эры) и продолжалась более двух тысячелетий. В состав мумифицирующих бальзамов, которые использовали древние египтяне, входили растительные масла, животные жиры, пчелиный воск, битум и смолы. О характерном запахе египетских мумий упоминают все, кто непосредственно имел с ними дело. Его описывают «затхлым», «древесным», «пряным», «сладким». Специалисты считают, что этот запах — результат разложения тканей мумии в сочетании с летучими органическими соединениями, выделяющимися из древних бальзамов и бинтов. То, что эти летучие вещества, несмотря на прошедшие тысячелетия, все еще продолжают испаряться, вероятно, объясняется присутствием в бальзамах и тканях природных смол, которые удерживают некоторые из этих химических соединений. [shesht-info-block number=1] Химики из Бристольского университета (Великобритания), статья которых опубликована в издании Journal of Archaeological Science, предположили, что вариации в составе материалов для бальзамирования будут отражаться на химическом профиле выделяющихся летучих органических соединений. Результаты проведенного ими исследования не только подтвердили эту гипотезу, но и показали различия в методах бальзамирования в разные периоды истории Древнего Египта. Оказалось также, что свой профиль летучих соединений есть у разных частей тела мумий. Исследователи отобрали 35 образцов из 19 мумий, датируемых периодом с 2000 года до нашей эры по 295 год нашей эры, то есть представляющих почти весь известный период мумификации в Древнем Египте. [shesht-info-block number=2] Анализ показал, что у мумий, относящихся к разным историческим периодам, разный профиль летучих соединений, а рецепты бальзамирования со временем становились все сложнее. Так, в мумиях додинастического периода и эпохи Древнего царства использовали исключительно чистые жировые и масляные соединения. С течением времени в рецептах постепенно появились пчелиный воск, смолы хвойных деревьев и битум. Например, по процентному содержанию в бальзамирующем составе пчелиного воска оказалось легко отличить мумии римского периода от образцов, относящихся к периодам Птолемеев и Нового царства. Ученые также обнаружили, что разные части тела мумий имели различные профили летучих соединений, причем это касалось даже образцов, датированных одним и тем же периодом. По практическим соображениям или по ритуальным причинам разные ткани тела могли подвергаться воздействию разных бальзамирующих веществ либо методов, подытожили исследователи.

Сновидения исторически считались источником творческих озарений: от периодической системы химических элементов до мелодии Yesterday. Однако научное сообщество долго не могло подтвердить, действительно сны способствуют творчеству или выступают побочным продуктом иных процессов. Известно, что фаза быстрого сна, которая ассоциируется с яркими сновидениями, часто связана с переживаниями и мыслями человека, испытанными перед сном. Кроме того, ученые доказали, что быстрый сон способствует нестандартным ассоциациям. Особенно ценны в этом контексте могут быть осознанные сновидения — состояние, при котором человек понимает, что спит, находясь внутри сновидения, и может частично или полностью управлять его сюжетом. Ученые применили инновационный подход, сочетающий таргетную реактивацию памяти и работу с людьми, видящими осознанные сновидения. Они проверили, что будет, если вызвать осознанные сновидения о творческих задачах и поможет ли это их решить. Результаты опубликованы в издании Neuroscience of Consciousness. В исследовании участвовали 20 добровольцев, большинство с опытом осознанных сновидений. Перед сном участники безуспешно пытались решить головоломки, требующие творческого подхода. Каждая была связана с уникальным звуковым сигналом. Таким образом создали прочную ассоциацию. Во время быстрого сна исследователи проигрывали эти сигналы. Людей, видящие осознанные сновидения, проинструктировали: услышав знакомый звук во сне, они должны найти соответствующую головоломку в пространстве сна и попытаться ее решить, подавая сигналы ученым движениями глаз или паттернами дыхания. Результаты подтвердили эффективность подхода. Проигрывание звуков во время сна повышало вероятность, что именно «озвученные» головоломки становились частью сновидений. Но более важно, что испытуемые, которым снились задачи, с гораздо большей вероятностью решали их уже на следующее утро. Этот результат позволяет предположить, что сам по себе процесс таргетной реактивации памяти во сне не гарантирует творческого успеха. [shesht-info-block number=1] Решающим фактором стало именно возникновение релевантного сновидения, то есть субъективный опыт переживания проблемы во сне. Тот факт, что сигналы, которые были успешно интегрированы в сюжет снов, привели к решению задач, стал аргументом в пользу гипотезы о том, что креативная функция связана именно со сновидениями, а не с бессознательной нейрофизиологической реактивацией как таковой. Интересно, что наибольший процент решений наблюдался у головоломок, по которым участники подавали сигналы о работе во сне, но при пробуждении не могли вспомнить содержание сновидения. Это указывает на сложную связь между осознаваемыми и неосознаваемыми процессами во сне и требует дальнейшего изучения. Как предположили авторы исследования, неосознанная проработка проблемы во сне способствует забыванию неверных путей решения, что облегчает нахождение правильного ответа наяву.

Обычно гибель массивных светил с начальной массой более 8-10 масс Солнца сопровождается ярчайшими вспышками сверхновых. Когда в ядре такой звезды заканчивается термоядерное топливо, оно коллапсирует, образуя нейтронную звезду или черную дыру. При этом ударная волна выбрасывает внешние слои светила в окружающее пространство. Эти взрывы астрономы регулярно наблюдают даже на межгалактических расстояниях. Теоретические модели, однако, уже несколько десятилетий предсказывают иной сценарий звездной гибели: если ударная волна оказывается слишком слабой, оболочка не разлетается, а падает обратно на коллапсирующее ядро. В этом случае вместо ослепительной сверхновой звезда просто «исчезает», оставляя после себя черную дыру. Именно такой случай группа ученых под руководством Кишалая Де (Kishalay De) из Колумбийского университета (США) зафиксировала в галактике Андромеды. Для этого исследователи проанализировали новые и архивные данные инфракрасного обзора неба NEOWISE, применив метод вычитания изображений. Подход позволил выявить переменные источники, в том числе звезду M31-2014-DS1. С 2014 по 2016 год ее яркость в среднем инфракрасном диапазоне возросла на 50%, после чего начала стремительно снижаться. [shesht-info-block number=1] Дополнительно астрономы изучили оптические данные наземных обзоров и космической обсерватории Gaia. Выяснилось, что с 2016 по 2019 год объект потускнел более чем в 100 раз, а к 2023-му стал полностью невидимым в оптическом диапазоне. В 2022 году «Хаббл» не увидел звезду в оптическом диапазоне, однако зафиксировал крайне слабый источник в ближнем инфракрасном. Наблюдения, проведенные с помощью телескопов Keck и IRTF (Infrared Telescope Facility), подтвердили наличие тусклого остатка. Основным аргументом в пользу «несостоявшейся» сверхновой стало отсутствие признаков полноценного взрыва: ни один обзор не зафиксировал яркой вспышки, характерной для выброса оболочки при коллапсе ядра. При этом суммарная светимость M31-2014-DS1 — то есть излучение во всех диапазонах — упала более чем в 10 тысяч раз примерно за тысячу дней. Объяснить такое «поведение» пылевым затмением нельзя: если бы оно закрыло собой звезду, энергия перераспределилась бы в инфракрасный диапазон, а общая светимость осталась бы прежней. Местонахождение и исчезновение звезды M31-2014-DS1 / © Science (2026) Затем, смоделировав сценарий слабого ударного импульса с энергией на четыре порядка меньше типичной сверхновой, астрономы обнаружили, что наружу выбрасывается небольшая часть оболочки, а остальное вещество падает обратно, формируя черную дыру массой около пяти солнечных. Выходит, в первые годы после коллапса вещество могло активно падать на новорожденную черную дыру, поддерживая ее слабое свечение. [shesht-info-block number=2] Результаты исследования, представленного в журнале Science, во многом напоминают историю еще одного кандидата в «несостоявшиеся» сверхновые  — объект NGC 6946-BH1. Новые данные позволяют объединить оба события в единую картину: коллапс массивных светил, частично лишенных водородной оболочки, может приводить к «тихому» рождению черных дыр. По оценкам, доля подобных объектов может быть значительной, что важно для понимания химической эволюции галактик. Если выводы научной группы верны, то часть космических «монстров» во Вселенной возникает почти незаметно — звезды просто исчезают, не оставляя после себя яркого финального взрыва.

Природа сознания остается одной из самых сложных проблем современной науки. Несмотря на десятилетия работы, нейрофизиологи и философы не пришли к единой модели, которая объясняла бы субъективный опыт. Существует множество концепций: от теории функциональных систем П. К. Анохина до теории глобального рабочего пространства Бернарда Баарса. Однако большинство гипотез трудно проверить экспериментально, так как они оперируют абстрактными понятиями. Отсутствие эмпирических доказательств позволяет одновременно существовать десяткам противоречащих друг другу идей. Чтобы преодолеть этот тупик, ученые выбрали три современные теории и создали условия, в которых они дают взаимоисключающие прогнозы. Результаты разработки протокола опубликовали в журнале PLOS One. В центре внимания оказались теория интегрированной информации (IIT), а также две ветви теории прогностической обработки — активный вывод (AI) и нейрорепрезентализм (NREP). «Полигоном» для битвы идей стало слепое пятно — область сетчатки, где нет фоторецепторов из-за выхода зрительного нерва. Выбор слепого пятна неслучаен. Наука до сих пор не имеет однозначного ответа, как именно мозг справляется с этой «дырой» в зрительном поле. Либо нейронные сети полностью компенсируют отсутствие данных, достраивая идеальную картинку, либо в восприятии пространства возникают искажения, которые человек просто не замечает. Разные теории сознания объясняют этот процесс по-разному. [shesht-info-block number=2] Авторы научной работы предложили серию из трех психофизических задач, которые должны выполнить по 32 участника в каждом тесте. Чтобы изолировать эффекты восприятия, исследователи применили дихоптическую презентацию стимулов с помощью цветных очков. Эта техника позволяет показывать изображение одному глазу, в то время как другой глаз видит только метку слепого пятна. За точностью фиксации взгляда следит высокоскоростной айтрекер: если глаз смещается более чем на два градуса, система отменяет попытку, чтобы исключить попадание картинки на чувствительную зону сетчатки. Во время тестов добровольцы будут оценивать расстояние между двумя парами точек, сравнивать размеры кругов и определять кривизну траектории движения объекта. Стимулы будут появляться либо непосредственно в проекции слепого пятна, либо в симметричной зоне с нормальным зрением. Сравнение ответов позволит математически вычислить величину искажения восприятия и точность суждений для каждого случая. Суть эксперимента заключается в фундаментальных различиях архитектуры проверяемых теорий. Теория интегрированной информации (IIT) связывает сознание с причинно-следственной физической структурой нейронных связей. Поскольку в зоне слепого пятна отсутствует входящий сигнал от сетчатки, эта теория предсказывает неизбежное искажение пространства. Согласно IIT, расстояние между точками, проходящее через слепую зону, должно казаться короче, а объекты — меньше. Напротив, теории прогностической обработки (AI и NREP) исходят из того, что мозг работает как машина предсказаний. Он строит внутреннюю модель мира и постоянно обновляет ее, чтобы минимизировать ошибки. Сторонники этих взглядов полагают, что внутренние модели мозга успешно компенсируют анатомический дефект. Компьютерная симуляция, которую провели ученые, подтвердила это различие: модели AI и NREP прогнозируют, что искажения пространства будут нулевыми или минимальными. Возможно лишь незначительное снижение точности (рост «шума» в данных), но не систематическое смещение, как в случае с IIT. [shesht-info-block number=1] Однако протокол уже на стадии разработки имеет очевидные слабые места. Сами авторы исследования признали, что интерпретация будущих результатов может оказаться сложнее, чем предполагает моделирование. Проверяемые теории предсказывают лишь направление эффекта (будет искажение или нет), но не его точную величину. Это оставляет пространство для спекуляций. Кроме того, существует риск получить данные, которые не впишутся ни в одну из моделей. Например, если в зоне слепого пятна объекты будут казаться больше, а не меньше, или если искажения проявятся непредсказуемым образом. Самое главное: неясно, что стало преградой для авторов самим провести эксперимент в рамках одной научной публикации, а не «растягивать» на серию. В любом случае ждем теперь проверки этого протокола на практике, хотя вероятность, что в попытке обобщить, ученые ухватились за еще один частный случай, кажется, велика.

Для болезни Альцгеймера характерно образование бляшек белка бета-амилоида и клубков тау-белка в тканях головного мозга, нарушение связей между нейронами и прогрессирующая их гибель (нейродегенерация). До сих пор не ясно, что именно дает толчок началу этих изменений. В последние годы все больше ученых склоняются к тому, что в основе болезни может лежать нейровоспаление, то есть постоянно повышенная активность микроглии (иммунных клеток мозга). Хроническое нейровоспаление может быть результатом латентной («спящей») инфекции: микроорганизмы, проникшие в ткани мозга и оставшиеся там, постоянно провоцируют иммунный ответ. Недавние наблюдательные исследования показали, что после вакцинации против инфекций, особенно против вируса ветряной оспы (вируса Varicella zoster или вируса герпеса человека третьего типа), снижается риск деменции. Существует ли тут причинно-следственная связь — неясно, однако ученые предположили, что благодаря прививке иммунная система держит вирус под контролем, а значит, он не провоцирует нейровоспаление. Гипотезу об инфекционно-воспалительной природе болезни Альцгеймера подтвердили и результаты нового исследования. Израильские специалисты, статья которых опубликована в журнале Brain, Behavior, and Immunity, проанализировали электронные медицинские карты более чем 27 тысяч пациентов одной из больничных касс Израиля. Возраст этих людей колебался от 40 до 89 лет, свыше девяти тысяч из них имели диагноз «болезнь Альцгеймера». [shesht-info-block number=1] Исследователи систематически изучили данные о покупках рецептурных лекарственных препаратов и вакцинации, зарегистрированные в картах всех пациентов за 10 лет до того, как у части из них диагностировали болезнь Альцгеймера. В общей сложности в скрининг вошли более 1300 различных лекарств и вакцин. Результаты анализа показали, что прием препарата атовакуон/прогуанил (торговое название «Маларон»), а также сделанная прививка от вируса ветряной оспы связаны со значительным — на 60% — снижением риска развития болезни Альцгеймера спустя 10 лет. Чтобы убедиться, что это не случайность, исследователи повторили анализ, используя американскую базу данных TriNetX. Она содержит более 120 миллионов электронных историй болезни. Результаты подтвердились. «Маларон» — противопаразитарный препарат, то есть направленный на уничтожение простейших микроорганизмов — возбудителей различных инфекций. Обычно его назначают для лечения и профилактики малярии, но он активен и против Toxoplasma gondii (токсоплазмы). Токсоплазма — чрезвычайно распространенный внутриклеточный паразит. Чаще всего люди заражаются этим простейшим от кошек. Токсоплазма способна проникать в мозг и подолгу находиться там в латентном состоянии. [shesht-info-block number=2] Предыдущие исследования показали, что токсоплазма может вызывать нейровоспаление, провоцируя активность микроглии. Кроме того, ученые выявили связь между заражением этим паразитом и повышенным риском шизофрении, когнитивных нарушений и деменции. Подтвержденное результатами анализов заражение токсоплазмой наблюдалось и у пациентов с деменцией, данные которых использовали в израильском исследовании. Ученые объяснили сложную взаимосвязь между токсоплазмой, противопаразитарным препаратом, вакцинацией от герпеса и развитием болезни Альцгеймера. У людей, которые не принимали лекарство, подавляющее токсоплазму, и не вакцинировались, с возрастом вирус герпеса активизировался (в пожилом возрасте этот вирус вызывает опоясывающий лишай). Активизация герпесвируса спровоцировала иммунный ответ. Этот сдвиг привел к тому, что контроль иммунной системы над токсоплазмой снизился, и паразит из спящего состояния перешел в активное. Это, в свою очередь, привело к усилению хронического нейровоспаления, ускорило гибель нейронов и подстегнуло развитие болезни Альцгеймера. Авторы научной работы подчеркнули, что это пока предположение, которое требует подтверждения. Во время экспериментальных исследований и клинических испытаний необходимо установить причинно-следственную связь: действительно ли прием противопаразитарных препаратов сам по себе или в сочетании с вакцинацией может повлиять на риск развития болезни Альцгеймера.

Ученые давно научились извлекать ДНК древних бактерий и вирусов из костей и зубов людей, умерших тысячи лет назад. С помощью генетического анализа такой материал находят в скелетах возрастом до 50 тысяч лет. Например, сообщалось о находках генетических фрагментов вируса в костях неандертальцев. Но с риновирусами, вызывающими острые респираторные вирусные инфекции (ОРВИ), а также с вирусами гриппа или кори все иначе. Их геном состоит не из ДНК, а из РНК. РНК (рибонуклеиновая кислота) — это биологическая макромолекула, представляющая собой линейный полимер, состоящий из одной цепи нуклеотидов. Она играет ключевую роль в клетке: переносит генетическую информацию от ДНК, участвует в синтезе белков и регулирует работу генов.  В отличие от ДНК, РНК в обычных условиях разрушается быстрее: через несколько часов или сутки после смерти. РНК быстро распадается под действием группы ферментов (нуклеаз) и химических процессов. Однако при благоприятных условиях, например в низких температурах, она может сохраняться значительно дольше.  Долгое время ученые считали, что шансов найти древние РНК-вирусы практически нет. Но в последние годы это представление изменилось. Исследователи научились извлекать древнюю РНК из исключительно хорошо сохранившихся образцов — например, из тканей мамонта, пролежавших в вечной мерзлоте 40 тысяч лет. Но как быть с обычными больницами и моргами прошлого, где условия хранения были далеки от сибирского холода? [shesht-info-block number=1] С конца XIX — начала XX века для сохранения структуры ткани врачи использовали формалин — химический раствор, который делает клетки и структуры в образце более «жесткими», предотвращает их гниение и самораспад. Однако формалин связывает молекулы внутри ткани, в том числе белки и нуклеиновые кислоты, что ухудшает качество РНК и ДНК. Иными словами, извлечь и проанализировать их становится гораздо сложнее.  Команда исследователей под руководством Эрин Барнетт (Erin Barnett) из Онкологического исследовательского центра Фреда Хатчинсона в США решила изучить некоторые европейские анатомические коллекции, которые появились еще до эпохи формалина, чтобы попытаться найти удобный для работы биологический материал. Поиски увенчались успехом в Хантеровском анатомическом музее при Университете Глазго в Шотландии. Там хранились образцы легочной ткани двух людей. От более поздних коллекций их отличал способ консервации — вместо формалина ткани законсервировали в спирте.  [shesht-info-block number=2] Первый образец принадлежал женщине из Лондона, которая умерла в 1770-х. Второй — человеку, пол которого установить не удалось, скончавшемуся в 1877 году. Медицинские карты того времени указывали, что у обоих пациентов наблюдались симптомы ОРВИ. Барнетт и ее коллеги одновременно извлекли из обоих образцов древнюю ДНК и РНК. Полученная РНК оказалась крайне фрагментированной: большинство обнаруженных фрагментов были очень короткими, всего 20-30 нуклеотидов. Для восстановления генома пришлось собирать «пазл» из тысяч мельчайших обрывков генетической информации, реконструируя последовательность биоинформатическими методами. Работа продвигалась медленно, но в итоге исследователи смогли реконструировать геном РНК-содержащего вируса человека, выделенного из образца легочной ткани женщины XVIII века. На сегодня это старейший восстановленный геном РНК-содержащего вируса человека. Параллельно ученые нашли доказательства того, что в момент смерти ее организм также боролся с опасными бактериями: пневмококком (Streptococcus pneumoniae), гемофильной палочкой (Haemophilus influenzae) и моракселлой (Moraxella catarrhalis) — классический набор возбудителей респираторных инфекций верхних и нижних дыхательных путей. [shesht-info-block number=3] Собрав древний геном РНК-содержащего вируса, ученые сравнили его с базой данных Национальных институтов здравоохранения США, где хранятся миллионы записей о современных вирусах со всего света. Это необходимо было сделать для определения родства и типа. Филогенетический анализ показал, что вирус из 18 века принадлежит к группе риновирусов Human Rhinovirus A. Но это не прямой предок современных штаммов. Это вымершая линия, эволюционное тупиковое ответвление. «Когда мы сравнили древний геном с современными базами последовательностей, то определили близость этого вируса к современному генотипу A19 и оценили, что их общий предок жил примерно в XVI–XVII веках», — пояснила Барнетт. По словам авторов исследования, их открытие даст редкую возможность проследить эволюцию риновирусов на протяжении столетий. Результаты исследования представлены на сайте препринтов по биологии bioRxiv.

Как показали исследования с участием семидесяти тысяч человек, увлечение ультра-обработанными продуктами (это чипсы, газировка, фастфуд, лапша быстрого приготовления, сосиски, сладкие йогурты, многие замороженные полуфабрикаты) связано с высоким риском деменции. То же касается депрессии — у молодежи с не самыми полезными пищевыми привычками она развивается чаще. Неправильное питание может способствовать и тому, что мигрень станет хронической. Результаты исследования опубликованы в Q1 Nutrients. Причиной таких изменений становится сразу несколько механизмов. Например, ультра-обработанные продукты, транс-жиры (в том числе выпечка и маргарин), добавленный сахар (сладости, соусы) нарушают работу митохондрий — органелл, отвечающих за производство энергии. Из-за сбоя в работе митохондрий выделяются активные формы кислорода и азота (свободные радикалы), которые повреждают клетки, в том числе нейроны, ускоряя их износ и старение — этот процесс называют окислительным стрессом. Пожалуй, самый известный пример подобных дисфункций — инсулинорезистентность, пояснил профессор Алексей Данилов: «Митохондрии теряют способность нормально производить энергию из глюкозы, снижается окисление энергетических субстратов, что способствует инсулинорезистентности, лежащей в основе сахарного диабета 2 типа. Митохондриальная дисфункция и окислительный стресс также способствуют развитию церебральной инсулинорезистентности, нарушению энергетического метаболизма нейронов и нейровоспалению, что повышает в первую очередь риск болезни Альцгеймера». И наконец из-за дурных пищевых привычек нарушается так называемая ось «кишечник-мозг». Это система двусторонней связи между пищеварительной системой и мозгом — они обмениваются информацией через блуждающий нерв, гормоны и иммунную систему. Если же на фоне дисбактериоза, то есть нарушения баланса «полезных» и «вредных» бактерий в кишечнике, в мозг поступают поврежденные молекулы и токсичные отходы, это способствует нейровоспалению и может повышать риски, например, болезни Паркинсона. Мотивационный и противотревожный обед Кроме переизбытка веществ, содержащихся во вредной пище, проблемы возникают из-за недобора жизненно необходимых организму элементов. Ученые считают, что будущее за нейронутрициологией, которое поможет восполнить дефицит одних веществ и нивелировать пагубное воздействие других. Например, исследования показывают, что омега-3 полиненасыщенные жирные кислоты (его источники — тот самый рыбий жир, а также жирные сорта рыбы, морепродукты, семена льна, чиа, грецкие орехи) помогают регулировать систему мозга, отвечающую за настроение и мотивацию, снижают окислительный стресс и восстанавливают функции митохондрий, что снижает и тревогу, и депрессию. Для снижения симптомов депрессии и тревоги может понадобиться «подстегнуть» и производство нейромедиаторов, отвечающих за настроение, аппетит и когнитивные функции — «гормона счастья» серотонина, дофамина и норадреналина. В этом участвуют «предшественники» этих гормонов — соответственно триптофан (он содержится, например, в индейке и баранине), тирозин (можно получить из мяса, сыра, орехов) и гистидин (из мяса, рыбы, яиц, бобов, чечевицы), — а также витамин B6, витамин B12, фолиевая кислота и другие вещества. Специалисты в области нейронутрициологии на основе научных данных подобрали наиболее «нутриентноплотные» продукты для профилактики депрессивных расстройств. Среди них субпродукты (говяжья печень), рыбная икра, листовая зелень, перец и крестоцветные овощи. В целом средиземноморскую диету, основу которой составляют овощи, фрукты, зелень, бобовые, цельнозерновые продукты, рыба и морепродукты, признали «нейропротективной» — стимулирующей работу мозга. При фибромиалгии корректировка питания и восполнение дефицитов, например, витамина D и магния, а также поддержка кишечной микробиоты с помощью пробиотиков, могут частично снижать боль, тревожность и нарушения сна. «Однако исследования пока ограничены, поэтому такие нутритивные подходы рассматриваются как дополнение к комплексному лечению, а не как самостоятельная терапия», — отметила Анастасия Бадаева. При болезни Паркинсона сейчас рассматривают влияние нутриентов, поддерживающих энергетический метаболизм нейронов и уменьшающих окислительный стресс. Так, коэнзим Q10 (CoQ10), антиоксидант и ключевой компонент митохондрий, участвует в снижении окислительного стресса и выработке АТФ (молекулы, которая запасает и переносит энергию для жизненно важных процессов в организме), рассказала Анастасия Бадаева: «Поддержка митохондриальной функции с помощью CoQ10 помогает нейронам эффективнее производить энергию и защищает их от повреждения свободными радикалами. Это потенциально снижает утомляемость и поддерживает мышечный тонус, однако клинические данные пока остаются предварительными, и CoQ10 рассматривается как вспомогательный нутриентный подход, а не как замена стандартной терапии». Бактерии просят каши из козьего молока Ученые делают ставку также на восстановление микробиома: клетчатка из фруктов и овощей питает «хорошие бактерии», которые производят бутират, выступающий природным противовоспалительным средством, успокаивающим и восстанавливающим кишечник. На помощь приходят и моноштаммовые пробиотики, некоторые из которых называют психобиотиками из-за их влияния на мозг через ось «кишечник—мозг». Исследования показывают, что у пациентов с болезнью Паркинсона пробиотики помогают справляться с запорами — одним из ранних признаков заболевания, возникающих задолго до появления более заметных симптомов, таких как тремор. Современные данные также свидетельствуют, что такая терапия может оказывать положительное влияние на двигательные и когнитивные функции, улучшая качество жизни пациентов. Благодаря прямой связи между кишечником и мозгом, исследователи рассматривают пребиотики и пробиотики как потенциально полезные для профилактики болезни Альцгеймера, инсульта и рассеянного склероза. Кроме того, защищать мозг способны неперевариваемые олигосахариды — тип клетчатки, особые волокна, которые не расщепляются в верхних отделах пищеварительной системы, а достигают толстой кишки, где служат пищей для полезных бактерий. Олигосахариды входят в состав козьего молока, злаков, бобовых, лука, чеснока, цикория. «Но любые нутриенты полезны только в определенных дозах и по назначению врача. Например, дефицит меди может приводить к нарушениям работы нервной системы, снижению координации, слабости мышц, проблемам с памятью и вниманием, так что врач может назначить пациенту добавки, содержащие медь. Но ее переизбыток смертельно опасен. Большое количество меди в организме вызывает болезнь Вильсона — металл накапливается в печени, мозге и других органах и повреждает их», — пояснила Анастасия Бадаева. Нейронутрициология позволяет не только профилактировать заболевания, но и улучшить функции мозга у здоровых людей, считают ученые. Таких изысканий очень много. Например, в Японии сделали йогурт на основе бета-лактолина (его получают из белков коровьего молока), улучшающего память. «Исследования в области нейронутрициологии позволят управлять здоровьем своего мозга через культуру питания, диетические нутриенты, и, конечно, пищевое поведение — а это одно из важнейших условий здорового долголетия», — заключил Алексей Данилов.

Долгое время считалось, что колыбелью земледелия был так называемый Золотой треугольник на стыке Турции и Сирии. Гипотеза строилась на том, что дикие предки культурных растений растут там сегодня, а потепление, наступившее после ледникового периода (в начале голоцена), позволило им захватить новые территории, создав изобилие для древних собирателей. Однако эта теория игнорировала тот факт, что климат 12 тысяч лет назад радикально отличался от современного. Ученые решили проверить, действительно ли родина земледелия находилась там, где мы привыкли ее искать. Авторы исследования, опубликованного в журнале Open Quaternary, применили метод экологического моделирования ниш в сочетании с прогнозированием назад во времени. Сначала они обучили алгоритм Random Forest на современных данных, связав места обитания 65 видов растений (предков пшеницы, ячменя, чечевицы и других) с нынешними климатическими условиями. Затем в модель загрузили палеоклиматические симуляции трех древних эпох — от позднего плейстоцена до раннего голоцена. Это позволило компьютеру предсказать, где эти растения физически могли выжить при температурах и влажности того времени. Полученные карты сравнили с реальными находками семян на археологических раскопках. Моделирование показало, что переход от ледникового периода к теплу сопровождался не расцветом, а сокращением пригодных для жизни зон для большинства диких злаков. Их ареалы уменьшились в среднем на 25%. Растения, адаптированные к холоду и сухости плейстоцена, плохо переносили потепление и отступали в рефугиумы (убежища). Главным таким убежищем оказался Левант (территория современных Израиля, Палестины и Иордании). Именно там сохранилось максимальное биоразнообразие диких злаков. А вот Золотой треугольник на севере потерял свое значение в модели, потому что условия там стали неподходящими для большинства видов. Исключением оказались только дикий нут и рожь, которые сохранили северный ареал, что объясняет их более позднюю историю одомашнивания. Также модель показала интересные результаты по Кипру. Считалось, что сельское хозяйство туда завезли люди с материка, но, согласно расчетам, дикая пшеница и ячмень могли расти на острове естественным образом. Это меняет представления о путях неолитизации региона. Исследование переворачивает логику возникновения сельского хозяйства. Оно могло возникнуть не от хорошей жизни и изобилия, а как реакция на кризис. Привычные источники пищи начали исчезать под давлением климата. Древним людям пришлось взять их под защиту и начать культивировать, чтобы выжить.

Сохранение и осмысление нашего исторического наследия — одна из ключевых задач современности. И в эпоху, когда кажется, что все открытия уже сделаны, это становится особенно актуальным. По данным Министерства культуры РФ, в стране на государственную охрану поставлены более 157 тысяч объектов культурного наследия, в том числе более 56 тысяч – археологического. Однако детально изучена лишь малая их часть. Многие памятники, открытые десятилетия назад, до сих пор являются «археологическими незнакомцами»: мы знаем, где они находятся, но не понимаем, кто на них проживал и кем они были оставлены. Без этой информации невозможно выстроить точную историческую картину развития современных регионов, реконструировать социальную структуру, хозяйственную деятельность, а также религиозные представления и искусство давно исчезнувших народов. Часто такие объекты разрушаются временем и деятельностью человека, унося с собой нераскрытые тайны. Именно такую загадку много лет представляло собой городище Пармайлово I на Урале. Этот объект расположен в урочище «Карайн» (отдаленном лесном месте), в 1,2 километра к северу от деревни Пармайлово на одном из мысов в бассейне реки Лолог. Памятник занимает площадь около 280 квадратных метров. Пармайлово I, городище. Площадка и вал / © Леонид Половников, Пресс-служба ПНИПУ Место, о котором идет речь, было обнаружено еще в XIX веке, фигурировало в научных отчетах и краеведческих записках на протяжении более чем ста лет. Однако сведения о нем были крайне противоречивы. Согласно одним источникам, это был могильник финно-угорского населения IV–VI веков. Другие исследователи уже в XX веке утверждали, что это именно городище — укрепленное поселение, но датировали его уже совсем другой эпохой — X–XIII веками. Эта версия подтверждалась наличием защитных сооружений, однако из двух первоначально зафиксированных земляных валов (искусственных насыпей для защиты) сохранился лишь один. Кроме того, на дневной поверхности не находили керамику или другие артефакты, которые подтверждали культурную принадлежность поселения. Ввиду отсутствия археологических раскопок, все заключения были сделаны на основе визуальных наблюдений, архивных материалов и свидетельств местных жителей. Отдельные артефакты из случайных сборов, упомянутые в старых отчетах, не имели точной привязки к культурному слою памятника, и их происхождение оставалось под вопросом. В итоге точный возраст, культурная принадлежность Пармайлово I оставались невыясненными, что не позволяло определить его место в истории региона и страны. Ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из ПГГПУ впервые за всю историю изучения этого объекта провели на нем археологические раскопки. Для этого на территории городища был заложен разведочный шурф — небольшой раскоп площадью 16 квадратных метров. В результате проведенных работ удалось обнаружить хорошо сохранившийся культурный слой, в котором залегали 18 железных артефактов. Статья опубликована в журнале «Труды Камской археолого-этнографической экспедиции», вып. XXVI. — В ходе исследований были найдены четыре наконечника стрел одношипного типа. Для трех из них характерно плоское сечение пера и прямоугольный черешок. Четвертый предмет отличается ромбовидным сечением пера, но также имеет прямоугольный черешок. Изделия датируются XI–XIII веками. Они насаживались на древки стрел и служили для лучения рыбы (ее били из лука во время нереста, или когда она плавала поверху). Извлекали загарпуненную рыбу, вероятно, с помощью бечевки, закрепленной на древке этого орудия, — поделился Леонид Половников, старший преподаватель кафедры «Государственное управление и история» ПНИПУ. Наконечники стрел / © Леонид Половников, Пресс-служба ПНИПУ В процессе раскопок были обнаружены элементы поясной гарнитуры — пряжка и декоративная накладка. Стилистика этих предметов характерна для аскизской культуры, носителями которой были средневековые хакасы. Данные артефакты были распространены на территории Прикамья в XI–XII веках. Согласно одной из версий, эти вещи попали в этот регион через посредничество Волжской Булгарии, в экономическую орбиту которой входила данная территория. Импортные товары сначала поступали в булгарские торговые центры, а оттуда расходились по соседним землям. Хотя исследователи не исключают возможности того, что модные в то время аксессуары могли быть созданы местными мастерами, которые, возможно, стремились подражать аскизским (относящимся к культуре средневековых хакасов) изделиям, сохраняя при этом собственные технологические традиции. Развитое ремесло прикамских кузнецов позволяло им изготавливать предметы подобного типа. В первой половине II тысячелетия нашей эры черная металлообработка местных племен достигала высокого уровня. Язычок, пряжка, накладка / © Леонид Половников, Пресс-служба ПНИПУ Также среди находок было обнаружено зубило, фрагменты ножей, гвоздей и, что особенно интересно, часть пружины от неподвижного замка, который мог запирать сундук или ларь. Каждый предмет имеет свой «возрастной интервал». Сопоставив их все, ученые смогли определить временной отрезок, на который приходится основная деятельность людей на этом месте. — Мы выяснили, что поселение могло функционировать с X по XIV века нашей эры, и все предметы однозначно указывают на принадлежность памятника к родановской археологической культуре, носителями которой являлось финно-угорское население, оставившее яркий след в истории Прикамья, — рассказал Леонид Половников. Находки городища Пармайлово I: 1-4 - наконечники стрел и их фрагменты; 5-6 - зубила; 7 - заклепка; 8-9 - фрагменты гвоздей; 10-11 - фрагменты ножей; 12 - фрагмент ременной гарнитуры аскизского типа; 13 - язычок пряжки; 14 - накладка ременной гарнитуры аскизского типа; 15 - пластина; 16 - предмет неопределенного типа; 17 - фрагмент втулки; 18 - фрагмент пружины неподвижного (нутяного) замка / © Леонид Половников, Пресс-служба ПНИПУ Однако настоящим открытием стало не наличие, а полное отсутствие массового материала и каких-либо объектов хозяйственной деятельности. В шурфе не оказалось ни фрагментов глиняной посуды, ни костей животных, ни следов очагов или ям, что является главным маркером бурной жизни на поселении. Тем более мощность культурного слоя была небольшой. Площадь городища также была невелика, и на ней могло поместиться лишь несколько жилищ и хозяйственных построек, которые принадлежали нескольким расширенным семьям. Эти факты говорят о том, что на городище Пармайлово I люди, скорее всего, не жили постоянно, либо они покинули его после непродолжительной жизни. — Все указывает на то, что перед нами не поселение, а объект со специальным назначением, возможно, временное убежище. Укрепленный мыс с двумя валами идеально подходил для того, чтобы в случае военной угрозы здесь могли укрыться люди из ближайшей округи. Возможно, жизнь на городище некоторое время кипела, но по каким-то причинам жители покинули его после строительства. Не исключено, что население могло погибнуть от болезней, голода или иных социальных потрясений. Данную версию может объяснять наличие могильника, который датируется также родановской культурой, — пояснил Леонид Половников. Таким образом, исследование позволило не только уточнить датировку, но и установить его культурную принадлежность и функциональное назначение. Из загадочного места, описанного в местных легендах, оно превратилось в наглядный пример укрепленного поселения родановской культуры, которое существовало в X–XIV веках. Не исключено, что городище могло использоваться в качестве убежища. Результаты раскопок городища Пармайлово I вносят важный вклад в понимание системы расселения и хозяйственно-бытовой организации финно-угорских племен родановской культуры в Предуралье в X–XIV веках, демонстрируя разнообразие типов памятников и сложность адаптации сообществ к местным условиям. Для России это исследование имеет принципиальное значение. Оно доказывает, что наша история — это не только хроника известных событий и крупных городов, но и судьбы тысяч малых, неприметных мест, каждое из которых хранит уникальный след. Именно такие открытия, сделанные в разных уголках страны, и воссоздают подлинную картину нашего общего прошлого.

Долгое время считалось, что колыбелью земледелия был так называемый Золотой треугольник на стыке Турции и Сирии. Гипотеза строилась на том, что дикие предки культурных растений растут там сегодня, а потепление, наступившее после ледникового периода (в начале голоцена), позволило им захватить новые территории, создав изобилие для древних собирателей. Однако эта теория игнорировала тот факт, что климат 12 тысяч лет назад радикально отличался от современного. Ученые решили проверить, действительно ли родина земледелия находилась там, где мы привыкли ее искать. Авторы исследования, опубликованного в журнале Open Quaternary, применили метод экологического моделирования ниш в сочетании с прогнозированием назад во времени. Сначала они обучили алгоритм Random Forest на современных данных, связав места обитания 65 видов растений (предков пшеницы, ячменя, чечевицы и других) с нынешними климатическими условиями. Затем в модель загрузили палеоклиматические симуляции трех древних эпох — от позднего плейстоцена до раннего голоцена. Это позволило компьютеру предсказать, где эти растения физически могли выжить при температурах и влажности того времени. Полученные карты сравнили с реальными находками семян на археологических раскопках. Моделирование показало, что переход от ледникового периода к теплу сопровождался не расцветом, а сокращением пригодных для жизни зон для большинства диких злаков. Их ареалы уменьшились в среднем на 25%. Растения, адаптированные к холоду и сухости плейстоцена, плохо переносили потепление и отступали в рефугиумы (убежища). Главным таким убежищем оказался Левант (территория современных Израиля, Палестины и Иордании). Именно там сохранилось максимальное биоразнообразие диких злаков. А вот Золотой треугольник на севере потерял свое значение в модели, потому что условия там стали неподходящими для большинства видов. Исключением оказались только дикий нут и рожь, которые сохранили северный ареал, что объясняет их более позднюю историю одомашнивания. Также модель показала интересные результаты по Кипру. Считалось, что агрокультуру туда завезли люди с материка, но, согласно расчетам, дикая пшеница и ячмень могли расти на острове естественным образом. Это меняет представления о путях неолитизации региона. Исследование переворачивает логику возникновения сельского хозяйства. Оно могло возникнуть не от хорошей жизни и изобилия, а как реакция на кризис. Привычные источники пищи начали исчезать под давлением климата. Древним людям пришлось взять их под защиту и начать культивировать, чтобы выжить.

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.