Система TRAPPIST-1 почти десятилетие остается одной из главных лабораторий астробиологии. Дело в том, что из семи планет, вращающихся вокруг холодной красной звезды, как минимум три находятся в зоне обитаемости. Поскольку красные карлики — самый распространенный тип звезд в Галактике, понимание того, могут ли их планеты сохранять атмосферу, крайне важно. Изучая их, ученые могут ответить на вопрос о том, как часто во Вселенной встречаются миры, пригодные для жизни. Вот только у этих светил есть серьезный недостаток — их мощное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение способно буквально сдувать атмосферы ближайших планет.  Теперь, чтобы расставить все точки над i, астрономы проанализировали данные наблюдений, полученных с помощью космической обсерватории «Джеймс Уэбб». Инструмент непрерывно следил за двумя ближайшими к звезде мирами — TRAPPIST-1 b и c — в течение примерно 60 часов. Затем исследователи измерили инфракрасное излучение планет на разных участках их орбиты, что позволило восстановить распределение температур на поверхности.  [shesht-info-block number=1] Таким образом, авторы научной работы, опубликованной в журнале Nature Astronomy, фактически «нарисовали» карту климата этих далеких миров. Идея проста: если у планеты есть плотная атмосфера, она распределяет тепло, сглаживая разницу между дневной и ночной сторонами. Если же атмосферы нет, одна сторона перегревается, а другая остается ледяной.  Именно такую картину и увидели астрономы: у TRAPPIST-1 b температура на дневной стороне достигает 217 градусов Цельсия, при этом ночная сторона почти не излучает тепло (она ледяная). Кроме того, максимум излучения точно совпадает с положением полудня, без сдвига, что также указывает на отсутствие переноса тепла ветрами. Эти данные согласуются с моделью темной, лишенной атмосферы каменистой поверхности.  У TRAPPIST-1 c дневная сторона прохладнее — 96 градусов Цельсия, однако контраст между днем и ночью остается большим. То есть планета либо практически безвоздушна, но отражает больше света, либо у нее есть крайне разреженная атмосфера, возможно богатая кислородом. Правда, в обоих случаях плотные атмосферы практически исключаются.  [shesht-info-block number=2] Хотя оба мира близки по массе и составу, они, судя по всему, прошли разные эволюционные пути: даже небольшие различия в расстоянии до звезды или начальных условиях приводят к радикально разным судьбам атмосфер. Результаты подкрепляют гипотезу о том, что излучение красных карликов эффективно разрушает атмосферы ближайших планет, превращая их в каменные миры с экстремальными перепадами температур — более 500 градусов между днем и ночью.   Поэтому главный вопрос — обитаемость в системе TRAPPIST-1 — переносится дальше от светила. Если внутренние планеты системы оказались оголенными, смогут ли более удаленные, расположенные в зоне обитаемости миры, сохранять атмосферу и воду? Поскольку ученые уже наблюдают TRAPPIST-1 e, ответ, вероятно, не за горами.

Эксперимент проходил в микрополевых условиях в Калужской области. Семена яровой пшеницы сорта Ирень, зараженные корневой гнилью, подвергались перед посадкой облучению разными дозами на низкоэнергетическом электронном ускорителе. Контрольной группой служили необработанные семена. Исследование опубликовано в журнале «Радиация и риск» (Бюллетень Национального радиационно-эпидемиологического регистра). Результат показал, что облученные семена всходили лучше, а выросшие из них растения давали повышенный урожай. Обработка повысила урожайность зерна более чем на 50% по сравнению с контролем благодаря увеличению продуктивной кустистости. Качество зерна также улучшилось: в нем возросло содержание белка и жира. Ученые объясняют этот эффект тем, что облучение выступает для семян как стрессор, запуская эволюционно закрепленные механизмы адаптации, которые повышают «запас прочности» растений на последующих этапах вегетации. Электронное облучение семян улучшило урожай и повысило его качество / © НИЦ «Курчатовский институт» Еще один важный результат эксперимента — облучение значительно (в несколько раз) снизило пораженность пшеницы корневой гнилью. Ученые обрабатывали семена разными дозами излучения, чтобы найти баланс между эффективным подавлением фитопатогенов и сохранением посевных качеств семян. Самой эффективной оказалась доза излучения 5 кГр (при энергии электронов 120 кэВ). В эксперименте использовали низкоэнергетический электронный ускоритель «Дуэт», разработанный в Институте сильноточной электроники СО РАН (Томск). Он создает высокую дозу облучения на поверхности семян для их дезинфекции при малой глубине проникновения, чтобы сохранить всхожесть. Основной недостаток такой методики — сложно обеспечить равномерность облучения. Поэтому ученые планируют совершенствовать подходы к эффективной обработке больших объемов зерна. Обработка семян низкоэнергетическими электронами абсолютно безопасна для человека. «Такое облучение не делает зерно радиоактивным и не влияет на его генетический аппарат, — объясняет Владимир Харламов, старший научный сотрудник лаборатории радиационных технологий КК РАЭ. — Технология настроена таким образом, чтобы электроны проникали лишь в поверхностные слои семени, где обитают микроорганизмы, не затрагивая зародыш и эндосперм». Влияние разных видов излучения на семена зерновых культур изучается давно. Применение технологии на практике пока под вопросом (химическая обработка семян все еще экономически выгоднее). Однако ситуацию может изменить ужесточение правил использования пестицидов. «Низкоэнергетическое электронное облучение сельскохозяйственных культур — перспективное направление, требующее дальнейших исследований. Необходимо подобрать оптимальные режимы радиационной обработки для различных культур с разной структурой семян, сохранив или стимулировав их всхожесть и рост. Кроме того, требуется экономическое обоснование использования технологии», — комментирует Владимир Харламов.

Космические джеты образуются не только возле черных дыр, подходящие условия для их формирования возникают рядом с молодыми звездами, в так называемых объектах Хербига—Аро. Эти объекты образуются, когда газ, выброшенный молодыми звездами, вступает во взаимодействие с близлежащими облаками газа и пыли на скоростях в несколько сотен километров в секунду. Установки плазменного фокуса существуют уже более 70 лет, и за это время они превратились в один из главных инструментов изучения сильноточных плазменных разрядов. Принцип их работы прост: мощный импульс электрического тока разгоняет газовую оболочку, которая стремительно схлопывается к оси установки, формируя раскаленный плазменный жгут — так называемый пинч. Объекты Хербига—Аро HH 1 и HH 2 расположены на расстоянии около светового года друг от друга симметрично относительно молодой звезды, испускающей вещество вдоль своей полярной оси / © Hubble Space Telescope's WFPC2. Credit J. Hester (ASU), WFPC2 Team, NASA В момент максимального сжатия плотность и температура плазмы достигают колоссальных значений, порождая нейтронное и рентгеновское излучение, а также пучки заряженных частиц. На протяжении десятилетий именно эта стадия находилась в фокусе внимания экспериментаторов. Но самое интригующее происходит позже: когда пинч разрушается, из него вырывается узкий плазменный поток, летящий со сверхзвуковой скоростью. Начальная скорость такого потока превышает 100 километров в секунду и слабо зависит от рода рабочего газа, а сам поток способен сохранять удивительную компактность на расстояниях, многократно превышающих его поперечный размер. Z-пинч установка в работе: свечение плазмы при сжатии разряда / © SciTechDaily Именно эти потоки превратили плазменный фокус из чисто «энергетической» установки в уникальный стенд для лабораторного моделирования астрофизических джетов, выбрасываемых из объектов Хербига—Аро. Мощные лазеры, Z-пинчи и другие установки применяются для лабораторного воссоздания похожих на них объектов. Установки плазменного фокуса оказываются способны воспроизводить ключевые безразмерные параметры джетов — число Маха порядка 10 и более, число Рейнольдса порядка десятков и сотен тысяч, контраст плотностей потока и окружающей среды от 1 до 10, температуру плазмы в несколько электронвольт. Все это делает их миниатюрной, но физически адекватной копией космического «мотора». Объект Хербига—Аро: джет молодой звезды, снятый телескопом «Джеймс Уэбб» / © ESA / Webb Однако при всей успешности экспериментов ключевой вопрос оставался открытым: что именно запускает плазменный поток? Откуда берутся та первоначальная энергия и импульс, которые выбрасывают сгусток плазмы вдоль оси установки? На протяжении десятилетий физики предлагали различные гипотезы. Одни считали, что плазма выстреливает за счет кумулятивного эффекта при схождении токонесущей оболочки к оси — подобно тому, как кумулятивный заряд формирует пробивающую броню металлическую струю. Другие полагали, что ответ кроется в развитии «сосисочной» неустойчивости на теле пинча: перетяжки стягивают плазменный жгут, и вещество под давлением вырывается из горловины наружу. Обе гипотезы выглядели правдоподобно, однако убедительных экспериментальных доказательств ни одной из них получить так и не удавалось. Необходимость разобраться в механизме генерации потока становилась все более важной, особенно в контексте лабораторного моделирования джетов молодых звезд. Группа российских физиков решила заглянуть в самое сердце процесса — в ту узкую область на вершине токонесущей плазменной оболочки, где, по предварительным наблюдениям на различных установках, зарождался поток. Эксперименты проводились на установке плазменного фокуса при энергии разряда 28 килоджоулей. Рабочими газами служили водород и аргон — два принципиально разных по атомной массе элемента, позволяющих проверить универсальность обнаруженного явления. Результаты исследования опубликованы в журнале JETP Letters. Схема экспериментальной установки / © JETP Letters Для того чтобы заснять события, длящиеся считанные наносекунды, исследователи применили два диагностических инструмента. Первый — многокадровая система на основе электронно-оптических преобразователей, способная делать до пяти снимков плазмы с экспозицией всего 10 наносекунд и регулируемой задержкой между кадрами. Каждый кадр фиксировал распределение свечения плазмы с очень высокой детализацией. Второй инструмент — лазерное зондирование на базе неодимового YAG-лазера Lotis LS-2131M, работавшего на основной гармонике длиной волны 1064 нанометра и второй гармонике длиной волны 532 нанометра с длительностью импульса семь наносекунд на полувысоте. Лазерный пучок просвечивал плазму насквозь, а получаемые теневые снимки — тенеграммы — выявляли области с резкими градиентами плотности: границы токонесущей оболочки, тело пинча и любые плотные образования внутри разряда. Угловая апертура регистрирующей оптической системы составляла четыре тысячных радиана, что обеспечивало чувствительность даже к сравнительно слабым возмущениям плотности. Обе диагностики синхронизировались относительно пика производной разрядного тока — момента, отвечающего максимальному сжатию пинча. И вот что показали результаты. На снимках, полученных до пика производной тока и в пинчевой стадии, не обнаружилось ровным счетом ничего над токонесущей оболочкой, что можно было бы принять за зарождающийся поток. Ни на фотографиях в видимом свете, ни на теневых кадрах лазерного зондирования. Оболочка поднималась над уровнем анода под действием сил магнитного давления, сжималась к оси, формировала пинч — и никакого выброса. Более того, даже на начальной стадии развала пинча тенеграммы не фиксировали никаких объектов над оболочкой. Это сразу ставило под серьезное сомнение гипотезу о кумулятивном эффекте при сжатии: если бы поток рождался в момент столкновения стенок оболочки на оси, его следы должны были быть видны еще до пика тока или, по крайней мере, одновременно с ним. Зато примерно через 20 наносекунд после пика производной тока картина менялась кардинально. На снимках электронно-оптических преобразователей, полученных в одном и том же разряде с различной задержкой, отчетливо проступали два ярких объекта. Один из них — компактное образование на самой вершине токонесущей оболочки, жестко привязанное к ее динамике и поднимающееся вместе с ней. Аналогичные объекты в верхней части оболочки наблюдались ранее и на других установках: ПФ-3 в Курчатовском институте, «Тюльпан» в ФИАН и PF-1000 в Варшаве, но до сих пор их природа оставалась неясной. Второй объект — стремительно удаляющийся от оболочки плазменный сгусток, скорость которого более чем вдвое превышала скорость первого объекта. Именно этот улетающий сгусток формировал хорошо заметную ударную волну — верный признак того, что движение являлось сверхзвуковым с самого момента зарождения. Теневые снимки, выполненные при разряде в аргоне, позволили увидеть самый начальный этап рождения сгустка. Он формировался непосредственно внутри токонесущей оболочки, между ее верхней и нижней границами. Зародыш будущего потока можно было различить уже на ранних тенеграммах — как едва заметное уплотнение, которое затем стремительно разрасталось. Набирая скорость, сгусток прорывал верхнюю границу оболочки, не повреждая нижнюю, и устремлялся вверх — строго в одном направлении, от анода. Это наблюдение оказалось принципиально важным: если бы выброс происходил из перетяжки на теле пинча, плазма разлеталась бы симметрично в обе стороны, вверх и вниз. Направленность выброса однозначно указывала на иной, несимметричный механизм. Эксперименты в водороде подтвердили ту же картину: сначала в верхней части оболочки возникала область уплотнения с достаточно резкими границами, а затем из нее вырывался оформленный поток, прорывая верхний край оболочки. Анализ обширной базы экспериментальных данных, полученных при одинаковых условиях разряда, продемонстрировал хорошую воспроизводимость описанных процессов от выстрела к выстрелу — редкое качество для столь быстрых и турбулентных явлений. Генерация и динамика плазменного потока. Образование ударной волны наблюдается по мере движения плазменного пучка в фоновом газовом (плазменном) окружении / © JETP Letters Василий Бескин, профессор кафедры проблем физики и астрофизики МФТИ, отметил: «Когда пинч разрушается, тороидальное магнитное поле стремительно падает, и рождается мощное вихревое электрическое поле. Оно заставляет плазму дрейфовать к оси и вверх — именно туда, где мы наблюдаем зарождение выброса. Самое замечательное в том, что направление этого дрейфа совпадает с потоком электромагнитной энергии — вектором Пойнтинга. Вся энергия, запасенная в магнитном поле вокруг пинча, при его распаде устремляется в одну точку. Это тот же самый механизм, который, по нашим теоретическим моделям, управляет джетами молодых звезд,— только здесь мы впервые видим его в лаборатории». Также ученым предстояло объяснить, почему именно вершина оболочки становится источником выброса и что придает плазме начальное ускорение. Авторы предложили теоретическую модель, которая впервые связала запуск плазменного потока с электродинамическими процессами в области распада пинча. Ключевую роль играют силы Ампера — сила взаимодействия электрического тока с магнитным полем. Ток, текущий вдоль пинча, при достижении верхней части оболочки приобретает радиальную составляющую — растекается в стороны. Взаимодействие этого радиального тока с тороидальным магнитным полем рождает вертикальную компоненту силы, направленную вверх. Еще на стадии сжатия эта сила создает уплотнение в верхней части оболочки — своего рода «зародыш» будущего выброса. Важно подчеркнуть, что конкретный вид математической модели распределения электрических токов не играет решающей роли: силы Ампера будут направлены к вершине оболочки при любых токах, текущих вверх вдоль пинча и затем растекающихся радиально. Кроме того, холловские тороидальные токи, возникающие в верхней части оболочки, приводят к заметному усилению полоидального магнитного поля на масштабах поперечного размера плазменного шнура, то есть как раз на масштабах зарегистрированного центрального сгущения. Настоящий же «спусковой крючок» срабатывает в момент распада пинча. Когда из-за развития магнитогидродинамических и кинетических неустойчивостей в пинче включается аномальное сопротивление, ток начинает стремительно падать. Проводимость плазмы на этой стадии составляет лишь порядка 1012–1013 обратных секунд — на два-три порядка ниже классической спитцеровской проводимости, характерной для полностью ионизированной плазмы. Резкое падение тороидального магнитного поля за характерное время порядка 10–100 наносекунд порождает мощное вихревое электрическое поле. Это поле, в свою очередь, вызывает электрический дрейф плазмы — одновременно к оси системы и вверх от анода. Характерное смещение плазмы за время распада сопоставимо с толщиной самой оболочки — около одного сантиметра, что прекрасно согласуется с экспериментальными наблюдениями. Направление дрейфа при этом совпадает с направлением вектора Пойнтинга — потока электромагнитной энергии: в области пинча этот поток всегда направлен к оси и вверх, поскольку тороидальное магнитное поле занимает объем, многократно превышающий объем самого пинча. Фактически вся электромагнитная энергия, запасенная в окружающем пространстве, при распаде устремляется в одно место — в верхнюю часть оболочки. По сути, ученые обнаружили лабораторный аналог центрального двигателя, который управляет джетами молодых звезд. Токи в верхней части оболочки, усиленные холловским эффектом, создают магнитную конфигурацию, удивительно схожую с той, что предсказывается моделями астрофизических джетов. А вихревое электрическое поле, рождающееся при распаде, играет роль спускового механизма, переводящего накопленную магнитную энергию в направленное движение плазмы. Это не просто аналогия, это одна и та же физика, работающая на разных масштабах. Обнаруженный механизм принципиально отличается от обеих ранее предлагавшихся гипотез. Ни кумулятивное сжатие оболочки, ни перетяжки на теле пинча не являются первопричиной выброса. Поток рождается в результате чисто электродинамических процессов — взаимодействия токов и магнитных полей, усиленного холловскими эффектами и нестационарными явлениями при распаде. Установка плазменного фокуса, таким образом, предстает не просто удобным генератором плазменных струй, а полноценным лабораторным аналогом природного процесса, ответственного за формирование космических джетов. Понимание механизма запуска плазменного потока может позволить также управлять его параметрами: скоростью, плотностью, углом расхождения. Такие управляемые плазменные потоки находят применение в технологиях обработки материалов, в разработке перспективных двигательных систем для космической техники и в исследованиях, связанных с инерциальным термоядерным синтезом. Знание того, где именно и в какой момент рождается поток, позволяет оптимизировать конструкцию электродной системы и режим разряда. Авторы подчеркивают, что прорыв плазменного сгустка через верхнюю границу оболочки должен сопровождаться перезамыканием магнитных силовых линий — процессом, известным как магнитное пересоединение. В результате формируется компактный плазменный объект с захваченным магнитным потоком, способный сохранять целостность при распространении на расстояния, многократно превышающие его поперечный размер. Запланированные эксперименты с использованием многокомпонентных магнитных зондов и спектральной диагностики позволят измерить структуру захваченного поля непосредственно в летящем сгустке и сопоставить ее с теоретическими предсказаниями. Не менее перспективным видится систематическое сопоставление лабораторных данных с результатами наблюдений реальных астрофизических джетов. Теперь, когда механизм запуска потока в лабораторных условиях установлен и получил теоретическое обоснование, появляется возможность целенаправленно варьировать параметры разряда и проверять предсказания астрофизических моделей в контролируемой обстановке. Плазменная температура порядка нескольких электронвольт, скорости свыше 100 километров в секунду и контраст плотностей потока и окружающей среды, достижимые на установках типа плазменного фокуса, попадают в диапазон параметров, характерных для объектов Хербига—Аро.

Обычные способы измерения температуры плохо подходят для их применения в микроэлектронике. Контактные датчики слишком большие по сравнению с элементами микросхем и «боятся» электромагнитных помех — из-за этого сложно точно установить тепловой режим. Альтернативный вариант — дистанционная люминесцентная термометрия, которая редко используется, поскольку у нее низкая чувствительность в широком диапазоне, и сигнал зависит от случайных внешних факторов. Люминесцентные сенсоры улавливают тепло, испускаемое элементом микросхемы, и меняют свои оптические характеристики. Отслеживая эти изменения, специалисты могут гораздо точнее определить температуру. Такой подход позволяет быстро измерять степень нагрева даже очень маленьких объектов, не повреждая их структуру. Однако оптимальный состав таких люминесцентных датчиков еще не подобран. Специалисты Ресурсного центра «Оптические и лазерные методы исследования вещества» Научного парка СПбГУ предложили использовать в качестве материалов для контроля оксиды (соединения с кислородом) редкоземельных элементов, модифицированные заряженными частицами (ионами) эрбия и иттербия. Выбор этих элементов обусловлен не только их люминесцентными свойствами, но и возможностью точного синтеза: они способны заметно менять свечение даже при незначительном нагреве. В результате полученные образцы проявляли интенсивную люминесценцию как при понижении, так и при повышении температуры. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в научном журнале Applied Materials Today. Авторы работы сравнили два способа термометрии с использованием синтезированных наночастиц. Вторичная термометрия — классический метод, при котором специалисты предварительно определяют зависимость между свечением индикатора и температурой, и по этому показателю рассчитывают эталонные значения, на которые опираются при дальнейших измерениях. Первичная термометрия — более сложный метод, при котором при котором температура рассчитывается напрямую из измеряемых физических величин через фундаментальные уравнения, без калибровки по эталонным точкам. Разработанный материал оказался пригодным для обоих методов при измерениях в диапазоне 25–110°C. «Предложенные нами сенсоры оказались достаточно эффективными тепловыми датчиками, работающими в диапазоне, важном для задач микроэлектроники. Они позволят дистанционно измерять нагрев электронных компонентов с высокой чувствительностью. В дальнейшем мы планируем повысить надежность и точность контроля теплового состояния с помощью одновременного анализа нескольких температурно-зависимых люминесцентных параметров», — сказал руководитель проекта, специалист по спектрофлуорометрии Научного парка СПбГУ Илья Колесников. Члены научного коллектива: научные сотрудники СПбГУ Илья Колесников и Михаил Курочкин / © Илья Колесников, Пресс-служба СПбГУ Ученые также провели эксперимент на реальном микроэлектронном устройстве — графическом процессоре видеокарты. Они нанесли на поверхность чипа тонкий слой разработанного материала. Изменяя нагрузку на процессор видеокарты, исследователи дистанционно следили за его нагревом. Результаты подтвердили надежность метода: данные, полученные с помощью люминесцентной термометрии, совпали с показаниями тепловизора с погрешностью всего в 1–2°C. При этом в режиме первичной термометрии с инфракрасным возбуждением, имитирующим нагрев, ошибка оказалась еще ниже — около 0,9°C.

Науке известно, что разные представители ракообразных реагируют на болевые раздражители. Но вопрос восприятия боли десятиногими раками изучен мало, что особенно важно в контексте кулинарных традиций их варки заживо. Расспросить речного рака или омара нельзя, но можно изучить его поведение и реакцию на вещества, которые снимают боль. Авторы исследования, опубликованного в журнале Scientific Reports, отобрали 105 норвежских омаров (Nephrops norvegicus). Животных разделили на контрольную группу, группу имитации (омаров просто пересаживали сачком для замера стресса от манипуляций) и «шоковую» группу, которую били током в воде в течение десяти секунд. Части омаров за час до электрошока давали обезболивающее: либо растворяли лидокаин прямо в аквариуме, либо делали инъекцию аспирина в мембрану у основания ноги. Ученые фиксировали поведение животных на видео, а затем брали у них гемолимфу (кровь) на анализ уровня лактата и глюкозы. Также биологи извлекали нервные узлы (ганглии) для проверки экспрессии стрессовых генов. Удар током без анестезии вызывал у омаров заметную реакцию избегания — в среднем омар совершал около десяти ударов хвостом, пытаясь уплыть от источника боли. У омаров, которых током не били, такой реакции не возникало. Оба препарата успешно сработали. Омары, получившие аспирин или лидокаин, переносили разряд спокойно, а количество ударов хвостом снизилось практически до нуля. Ученые заметили, что аспирин снимал боль от тока, но сама инъекция препарата вызывала сильное местное раздражение. После укола животные активно и долго расчесывали место введения иглы, а уровень лактата (маркера стресса) в их гемолимфе резко подскочил. Лидокаин, растворенный в воде, посторонних эффектов не вызывал. Дополнительно выяснилось, что омары испытывают стресс, когда их достают из аквариума. После пересадки сачком они активно бегали по резервуару, а в их грудных ганглиях менялась экспрессия гена стрессового гормона (CHH). Исследование показало, что норвежские омары удовлетворяют одному из ключевых критериев наличия боли: их реакция на шок не является простым рефлексом и купируется анальгетиками. По мнению ученых, эти данные доказывают необходимость внедрения методов гуманного оглушения и общих стандартов защиты животных не только при проведении инвазивных лабораторных процедур, но и в промышленной аквакультуре и рыболовстве.

Люди постоянно сталкиваются с неправильным написанием слов: в соцсетях, чатах, комментариях. Орфографическая ошибка кажется мелочью: ну написал человек слово не так, как принято. Но она влияет и на читателя. Несколько лет назад исследователи показали, что в английском языке даже правильно написанные слова распознаются медленнее, если в их написании часто ошибаются. Позже эффект подтвердился в китайском, финском, греческом и иврите. При этом оказалось, что устроен он немного по-разному: в языках с непрозрачной орфографией (английский и китайский) от него больше страдают частотные слова, а с прозрачной (греческий и финский) — редкие слова. Психолингвисты Центра языка и мозга НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге совместно с коллегами из СПбГУ и Университета Новой Горицы (Словения) решили проверить, повторяется ли эта закономерность в русском языке. Также исследователи сравнили обычное распознавание слов и сознательную проверку орфографии, чтобы понять, одинаково ли слово обрабатывается в этих случаях. Исследование опубликовано в журнале The Mental Lexicon. Сначала по базе текстов из интернета (постов, комментариев и сообщений без редакторской правки) исследователи отобрали 62 слова, которые часто пишут с ошибками, среди них «терраса», «винегрет», «агентство», «прецедент» и многие другие. Затем они провели четыре онлайн-эксперимента с независимыми группами участников (всего 269 носителей русского языка). В двух из них участникам показывали реальные слова и псевдослова, например «дилемма» и «спротазла», и просили как можно быстрее определить, существует ли такая форма в русском языке.  В двух других группах просили следить за правописанием и определять, написано слово правильно или с ошибкой. Например, участники видели «кристал» и «кристалл» или «мышенок» и «мышонок». По итогам эксперимента исследователи оценивали, насколько быстро и правильно отвечали участники. Такой формат позволил сравнить обработку слов без фокуса на орфографии и при ее сознательной проверке.  Исследование показало, что слова, которые часто пишут с ошибками, действительно обрабатываются медленнее. Авторы связывают это с орфографической неопределенностью: если в памяти человека конкурируют правильное и ошибочные написания слова, мозгу требуется больше времени, чтобы распознать нужный вариант. Когда человек запоминает слово, в памяти фиксируются его написание, звучание и значение. И если человек регулярно видит ошибочные варианты, они тоже закрепляются. В итоге правильный вариант конкурирует с неправильными, и на его распознавание уходит больше времени. Но важно было не только то, как часто слово встречается в неправильном виде, но и насколько хорошо участники отличают правильное написание от неправильного. Этот показатель объяснял скорость реакции лучше всего. При этом то, как часто слово встречается в языке, и количество возможных ошибочных вариантов влияли слабее.  «Если слово путают и в нем не уверены, то его труднее читать, даже если оно написано правильно. Причем эффект оказался сильнее для редких слов, то есть русский в этом отношении повел себя не как английский и китайский, а как финский и греческий. Это было неочевидно, так как русская орфография считается менее прозрачной: нужно следить за безударными гласными, глухими и звонкими согласными и многими другими сложностями, а в финском и греческом слова буквально как слышатся, так и пишутся», — объясняет один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник Центра языка и мозга НИУ ВШЭ — Санкт-Петербург Наталия Слюсарь. В заданиях, в которых участники специально искали ошибки, одни неправильные написания они замечали лучше, другие хуже. Это частично зависело от типа ошибки, или орфограммы. Больше трудностей вызывали слова с лишней или пропущенной двойной согласной, например «аллюминий» вместо «алюминий». Легче участники распознавали ошибки в словах, написание которых можно проверить, изменив форму слова, например «синтез» («синтеза»). Однако эффект проявлялся, только когда человек сознательно следил за орфографией. Результаты исследования важны не только для понимания того, как устроена обработка слов, но и для прикладных задач, например орфографических тестов. «Мы специально подобрали слова так, чтобы они различались по сложности, не были слишком простыми для большинства участников и помогали увидеть, кто увереннее распознает правильное написание. Такой набор может использоваться как материал для орфографических тестов», — объясняет один из авторов исследования, старший научный сотрудник Института когнитивных исследований СПбГУ Дарья Чернова.  «Орфографическая память формируется из того, что мы читаем каждый день. Если вокруг много текстов с ошибками, они тоже становятся частью нашего языкового опыта наравне с правильными написаниями. Поэтому стоит чаще читать хорошие книги и статьи», — комментирует Наталия Слюсарь. Исследование выполнено при поддержке Программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ в рамках проекта «Центры превосходства».

Наверное, многим владельцам кошек знакома эта ситуация: вы покупаете корм, который, как кажется, нравится вашему питомцу, а он через несколько дней начинает воротить нос. Кошка или совсем отказывается от любимого корма, или, поев немного, оставляет большую его часть в миске. Она может подходить к миске, нюхать корм и все равно не есть, при этом будучи голодной, о чем информирует хозяина требовательным мяуканьем. Исследователи из Университета Ивате (Япония), по-видимому, нашли причину такого странного поведения кошек. Ученые, статья которых опубликована в журнале Physiology & Behavior, пришли к выводу, что у кошек чувство голода и насыщения не единственные факторы, побуждающие их есть или отказываться от еды. Основную роль в появлении аппетита играет запах пищи. Когда кошка к нему привыкает, мотивация к приему пищи падает, при этом появление нового запаха эту мотивацию восстанавливает. В своих предположениях исследователи исходили из нескольких доказанных фактов. Во-первых, обонятельные сигналы особенно важны для кошек, которые в значительной степени полагаются на обоняние при выборе и оценке пищи.Во-вторых, в отличие от собак, которые, как правило, едят большими порциями, когда еда доступна, что отражает их эволюционное происхождение как стайных охотников, кошки обычно распределяют свой суточный рацион на множество небольших приемов пищи. Такой режим питания у кошек, вероятно, произошел от режима питания их дикого предка, африканской дикой кошки — одиночного хищника, охотящегося на мелкую добычу, такую как грызуны и птицы, несколько раз в течение дня. Наконец, эффект обонятельного привыкания зарегистрирован у людей: многократное употребление одной и той же пищи с одним и тем же запахом снижает наше восприятие ее вкуса, а следовательно, и желание продолжать ее есть. Чтобы эмпирически проверить, происходит ли нечто подобное у кошек, ученые провели серию экспериментов с участием 12 домашних питомцев. Сначала, чтобы установить базовый уровень потребления пищи и предпочтения участниц, кошкам давали шесть разных видов сухого корма. Один из них оказался самым предпочтительным с большим отрывом. В первой серии экспериментов голодавшим в течение 16 часов кошкам выдавали еду, но не сразу, а маленькими порциями в шесть 10-минутных приемов с 10-минутными интервалами на протяжении двух часов. В двух раундах кошки ели один и тот же корм на протяжении всех подходов. В третьем раунде последняя порция отличалась — кошкам давали не тот корм, который они ели перед этим. Исследователи обнаружили, что в условиях одинакового питания кошки постепенно с каждым подходом съедали все меньше и меньше пищи, даже если это был их любимый корм. Однако, когда появлялось разнообразие, ситуация менялась: кошки начинали есть с явным аппетитом и съедать больше, причем даже если это был не нравившийся им корм. В дальнейших экспериментах ученые использовали специальные двухсекционные кормушки с перфорацией. В верхнее отделение клали корм, который кошки имели возможность есть, а в нижнее, недоступное для них, — корм с другим запахом. В этом случае кошки начинали с большей охотой съедать верхний корм и ели его в большем количестве, чем в отсутствие нового запаха. То есть кошек стимулировал именно другой запах, поскольку вкус корма оставался прежним. И наоборот, непрерывное воздействие между циклами кормления запаха одного и того же корма, который лежал в недоступной для кошек миске с перфорацией, приводило к снижению аппетита и уменьшению количества съеденного. Таким образом, кошки в своем пищевом поведении движимы новизной запаха, что может иметь практическое значение для их владельцев, отметили исследователи. Они порекомендовали почаще вносить разнообразие в рацион питомцев, чередовать разные виды кормов или менять запах пищи с помощью приправ или посыпок.

Алюминиевая бронза (Cu-9.5Al-1Fe) обладает более высокой теплопроводностью, чем сталь и титан, и при этом превосходит чистую медь по технологичности в аддитивном производстве. Однако печать медных сплавов сопряжена с двумя фундаментальными проблемами: высокой отражательной способностью материала и быстрым отводом тепла. Это приводит к образованию дефектов — пор несплавления, когда частицы порошка не успевают полностью расплавиться, и так называемой пористости типа замочной скважины, возникающей из-за образования глубокой паровой воронки в расплаве, которая нестабильна и оставляет после застывания металла пустоты. В ходе эксперимента ученые варьировали плотность энергии (от 125 до 938 Дж/мм³), изменяя мощность лазера (90-150 Вт) и скорость сканирования (100-600 мм/с). Было установлено, что при низкой плотности энергии преобладают поры несплавления, а при высокой — поры типа типа замочной скважины, характерные для нестабильного режима глубокого проплавления. При этом общий уровень пористости оставался на уровне около 5% во всех режимах. Результаты опубликованы в журнале Materials Characterization. Несмотря на наличие остаточной пористости, образцы продемонстрировали механические характеристики, превышающие показатели литой алюминиевой бронзы. Предел прочности составил до 748 МПа, а относительное удлинение — до 16,2%, что приближается к параметрам никель-алюминиевой бронзы (Ni-Al-Bronze), традиционно используемой в тяжелонагруженных узлах. «Нам удалось показать, что даже при использовании оборудования с ограниченной мощностью лазера можно добиться механических свойств, близких к промышленным никель-алюминиевым бронзам. Ключевым фактором оказалось не просто повышение энерговклада, а понимание механизмов перехода между дефектами различного типа. Это позволяет прогнозировать свойства материала еще на этапе подбора параметров печати», — поделился доцент Центра технологий материалов Сколтеха и соавтор работы Станислав Евлашин. Особое внимание в работе авторы уделили изменению фазового состава. В процессе сверхбыстрой кристаллизации, характерной для лазерного плавления, были обнаружены фазы, нетипичные для равновесной структуры алюминиевой бронзы: прослойки типа Al₂Cu и наночастицы Cu₃Fe. Также было показано, что увеличение плотности энергии приводит к уменьшению фазы, вносящей основной вклад в твердость и прочность материала, но которая оказывает негативное влияние на электро- и теплопроводность. Эти структуры и фазы формируются благодаря скоростям охлаждения до 10⁷ К/с и влияют на баланс прочности и пластичности, а также тепловые характеристики. «С помощью комплекса подходов — от исследования микроструктуры различными методами микроскопии до измерения физических и механических характеристик — мы установили прямую корреляцию между плотностью дислокаций, теплопроводностью и электропроводностью. Оказалось, что с ростом энерговклада плотность дислокаций снижается и происходит перераспределение алюминия в структуре, что ведет к повышению теплопроводности, но тем не менее без видимого ухудшения механических характеристик. При этом пористость оказывает незначительный эффект», — рассказала Анастасия Филиппова, первый автор работы, аспирант программы «Математика и механика» в Сколтехе. Измерения теплопроводности проводились в широком диапазоне температур — от 5 до 575 К — с использованием двух независимых методов — PPMS и лазерный флэш-анализ. Авторы показали, что теплопроводность образцов, полученных с высокой плотностью энергии, достигает 47 Вт/(м·К) при комнатной температуре, что близко к значениям для литого материала, но при значительно более высокой прочности.

Кометы — малые тела, ядра которых состоят из смеси льдов, пыли и органического вещества, сохранившихся со времен формирования Солнечной системы. Когда комета приближается к светилу, солнечные лучи нагревают поверхность, и лед сублимируется — превращается в газ, минуя жидкую фазу. Этот газ струями вырывается наружу и действует как реактивный двигатель: он создает силы и моменты, которые могут изменять вращение кометы и ее орбитальное движение. Обычно изменения скорости вращения кометы вокруг своей оси (периода вращения) и направления этого вращения происходят очень медленно. Даже у небольших комет диаметром один-два километра вращение меняется постепенно, и заметные изменения проявляются только спустя многие годы или даже десятилетия. Но иногда случаются исключения. Например, комета 41P/Туттля — Джакобини — Кресака, или просто 41P, которая показала необычно быстрые изменения вращения. Диаметр кометы составляет порядка километра, а полный оборот вокруг Солнца она совершает за 5,4 года. Наблюдать комету удается не всегда — только в те периоды, когда она проходит через внутреннюю часть Солнечной системы и оказывается сравнительно близко к Земле. В последний раз благоприятные условия для наблюдения сложились в 2017 году, когда 41P приблизилась к Земле на сравнительно небольшое расстояние. В марте 2017 года 41P вращалась с заметной скоростью: один полный оборот вокруг своей оси она делала примерно за 20 часов. Астрономы из разных обсерваторий мира наблюдали за ней, ожидая типичных для комет постепенных изменений вращения. Но уже через два месяца произошло нечто странное. Комета резко замедлилась: один оборот занимал от 46 до 60 часов. [shesht-info-block number=1] Американский астроном Дэвид Джуитт (David Jewitt) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе решил перепроверить старые данные. Он взял снимки, которые сделал космический телескоп «Хаббл» в декабре 2017-го, и проанализировал их заново. Анализ показал, что комета ускорила вращение: теперь один оборот занимал примерно 14 часов. При этом направление вращения изменилось на противоположное. Самое простое объяснение, предложенное американским ученым, заключается в том, что комета постепенно замедлялась и в какой-то момент времени ее вращение, вероятно, почти полностью остановилось. После этого произошло изменение направления вращения на противоположное. Причиной могли стать струи газа, которые испускались с поверхности в направлении, противоположном исходному вращению. Они действовали как тормоз, а потом — как ускоритель. Джуитт объяснил, когда угловая скорость приближается к нулю, тот же газовый поток может начать раскручивать ядро в противоположную сторону. Астроном Дмитрий Вавилов из Вашингтонского университета (США) назвал это событие первым в истории случаем, когда у небесного тела зафиксировали быстрое изменение направления вращения. Обычно подобные процессы растягиваются на десятилетия, а тут все произошло за несколько месяцев. [shesht-info-block number=2] Интерес к комете только растет. Следующее ее появление ожидают в феврале 2028 года. Исследователи планируют внимательно следить за ее состоянием. Есть предположение, что из-за быстрых изменений вращения ядро кометы может разрушиться. Если вращение станет слишком быстрым, ядро просто распадется на части.  Однако даже если комета начнет разрушаться, ученые получат редкий шанс заглянуть внутрь объекта, который сохранил вещество ранней Солнечной системы. Анализ такого «космического архива» поможет понять, из чего состояло древнее вещество и как менялся его химический состав на ранних этапах эволюции Солнечной системы. Научная работа опубликована в The Astronomical Journal.

Вопрос восприятия боли десятиногими раками изучен мало, что особенно важно в контексте кулинарных традиций их варки заживо. Расспросить рака или омара нельзя, но можно изучить его поведение и реакцию на вещества, которые снимают боль. Авторы исследования, опубликованного в журнале Scientific Reports, отобрали 105 норвежских омаров (Nephrops norvegicus). Животных разделили на контрольную группу, группу имитации (омаров просто пересаживали сачком для замера стресса от манипуляций) и «шоковую» группу, которую били током в воде в течение десяти секунд. Части омаров за час до электрошока давали обезболивающее: либо растворяли лидокаин прямо в аквариуме, либо делали инъекцию аспирина в мембрану у основания ноги. Ученые фиксировали поведение животных на видео, а затем брали у них гемолимфу (кровь) на анализ уровня лактата и глюкозы. Также биологи извлекали нервные узлы (ганглии) для проверки экспрессии стрессовых генов. Удар током без анестезии вызывал у омаров заметную реакцию избегания — в среднем омар совершал около десяти ударов хвостом, пытаясь уплыть от источника боли. У омаров, которых током не били, такой реакции не возникало. Оба препарата успешно сработали. Омары, получившие аспирин или лидокаин, переносили разряд спокойно, а количество ударов хвостом снизилось практически до нуля. Ученые заметили, что аспирин снимал боль от тока, но сама инъекция препарата вызывала сильное местное раздражение. После укола животные активно и долго расчесывали место введения иглы, а уровень лактата (маркера стресса) в их гемолимфе резко подскочил. Лидокаин, растворенный в воде, посторонних эффектов не вызывал. Дополнительно выяснилось, что омары испытывают стресс, когда их достают из аквариума. После пересадки сачком они активно бегали по резервуару, а в их грудных ганглиях менялась экспрессия гена стрессового гормона (CHH). Исследование показало, что норвежские омары удовлетворяют одному из ключевых критериев наличия боли: их реакция на шок не является простым рефлексом и купируется анальгетиками. По мнению ученых, эти данные доказывают необходимость внедрения методов гуманного оглушения и общих стандартов защиты животных не только при проведении инвазивных лабораторных процедур, но и в промышленной аквакультуре и рыболовстве.

Ученые десятилетиями пытались обнаружить так называемое звездное население третьего типа (Population III) — гипотетическое первое поколение светил, сформировавшихся всего через несколько сотен лет после Большого взрыва из почти чистого водорода и гелия. Хотя такие светила часто называют звездами первого поколения, это обозначение легко может ввести в заблуждение. Дело в том, что иногда они рисуют слишком простую картину: будто сначала были только первые звезды, потом из их остатков появились вторые, затем — третьи, и так по цепочке. В реальности все гораздо сложнее. Границы между «поколениями» размыты: звезды многократно рождались и взрывались, постепенно обогащая газ тяжелыми элементами. Поэтому вещество, из которого сформировалось, например, Солнце, почти наверняка проходило через звездные циклы не два раза, а неизвестное число раз. При этом самые массивные первые светила отличались особенно сильно: они были очень горячими и короткоживущими, а более легкие объекты, вероятно, вообще не могли полноценно зажечься. [shesht-info-block number=1] Именно такие экстремальные условия астрономы попытались найти с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб». Для этого авторы научной работы, опубликованной на сервере препринтов Корнеллского университета, изучили область рядом с одной из самых далеких известных Gn-z11, сформировавшейся всего через несколько сотен лет после рождения Вселенной. Там нашелся необычный источник излучения, спектр которого стал ключом к разгадке. Его главная особенность — сильная линия ионизированного гелия при полном отсутствии линий таких тяжелых элементов, как углерод или кислород. В обычных галактиках подобные линии присутствуют почти всегда, из-за чего отсутствие — признак крайне необычный. Более того, само излучение гелия оказалось очень интенсивным: оно распалось на две компоненты, что может указывать на сложную структуру объекта или наличие нескольких компактных областей звездообразования. [shesht-info-block number=2] Проверив альтернативные объяснения — к примеру, влияние черной дыры или редких типов звезд, исследователи заключили, что ни одна из таких моделей не смогла одновременно объяснить и мощное гелиевое излучение, и полное отсутствие металличности (всех элементов тяжелее гелия). По итогу наиболее правдоподобным сценарием стало наличие именно тех самых светил первого поколения, то есть практически не содержащих тяжелых элементов светил, обладающих экстремальными температурами. Если выводы авторов препринта верны, астрономы впервые наблюдали не просто далекий объект, а процесс, напрямую связанный с «космическим рассветом» — эпохой, когда во Вселенной зажглись первые источники света. Таким образом, новая статья помогает понять, как именно началось обогащение вещества элементами и каким образом из почти однородного газа возникло все разнообразие космических структур, включая те, из которых впоследствии сформировалась Солнечная система.