СМИ о нас
| 13.12.24 | 11.12.2024 Хибины.ру. Астрономы из России зафиксировали загадочный сигнал из глубин Вселенной |
Российскими астрономами из Физического института имени Лебедева (ФИАН), которые работают под руководством ученого Сергея Тюльбашева, был зафиксирован загадочный сигнал из глубин Вселенной. Ему дали название FRB 20190203.
Яркая радиовспышка была зафиксирована при использовании радиотелескопа БСА, рассказал Тюльбашев в интервью, которое размещено на сайте РАН. Он объяснил, почему замеченное исследователями астрофизическое явление представляет большой интерес и требует дальнейшего внимания.
«Это первая яркая радиовспышка, открытая на столь низкой частоте. Несколько попыток поиска FRB, сделанных на самых чувствительных в метровом диапазоне длин волн радиотелескопах (LOFAR и MWA), были безуспешными. […] Мы не ожидали обнаружить нечто подобное», — делятся участники исследования.
Ранее во всем мире подобные радиовспышки фиксировались всего несколько раз. Астрономы все еще пытаются разгадать их природу, которая пока является тайной. Для этого проводятся комплексные исследования и собираются новые данные.
Есть версия, что такие вспышки могут происходить в результате слияния нейтронных звезд или неких процессов в ядрах активных галактик, но пока доказательств этому ученые представить не смогли.
Ранее мы писали, что экспериментальный зонд NASA послал загадочный сигнал с высоты тысячи километров над Землей.
| 13.12.24 | 10.12.2024 Научная Россия. Переломный год для науки. Директор ФИАН Николай Колачевский о текущих итогах и ожиданиях от 2025 г. |
Директор ФИАН член-корреспондент РАН Николай Николаевич Колачевский рассказал корреспонденту «Научной России» о научных итогах года и ожиданиях от 2025 г. на Общем собрании РАН.
«Этот год можно назвать переломным, потому что с 2025 г. стартует целый блок национальных проектов (2025–2030 гг.), среди которых и очень наукоемкие, например блок федеральных проектов, объединенных под эгидой национального проекта “Технологическое лидерство”, где предусмотрен ряд наукоемких направлений: атомная энергетика, беспилотный транспорт, химия и др. <…> Область физики трансформировалась за последние несколько лет. Уже сейчас мы можем уверенно сказать о том, что ФИАН готов продемонстрировать в 2029–2030 гг.: это трехсоткубитные системы с хорошими алгоритмическими результатами. И если, начиная дорожную карту по квантовым вычислениям в 2020 г., мы еще не были уверены в себе, то сейчас эта уверенность сильно возросла. Это касается и других направлений: микроэлектроники, инфракрасной фотоники, ядерной медицины и не только. Возникло гораздо больше коопераций, мы входим в следующий год с хорошими работающими коллективами».
| 13.12.24 | 10.12.2024 InScience. Физики создали подробную карту электромагнитных излучений молниевого разряда |
Интегральное изображение свечения от результирующего канала пробоя. Источник: Егор Паркевич.
Физики в лабораторных условиях смоделировали возникновение в воздухе электрических разрядов, которые в природе наблюдаются во время грозы. Авторам удалось отследить ключевые стадии развития разряда, связанные с генерацией рентгеновского, ультрафиолетового, инфракрасного и широкополосного радиоизлучения, а также установить «локальные источники» данных излучений. Отслеживать, как и когда появляются разные типы электромагнитного излучения, важно, потому что они позволяют лучше понять механизмы возникновения и развития электрических разрядов. Это, в свою очередь, необходимо знать для развития новых методов молниезащиты и мониторинга грозовых явлений. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Applied Physics.
Во время грозы в атмосфере возникает большое количество электрических разрядов, которые становятся источниками различных типов электромагнитного излучения. Разряды в атмосфере представляют большую опасность для авиации, надводных кораблей и многочисленных энергообъектов, а возникающее при их появлении радиоизлучение ухудшает работу различных электронных устройств и радиоаппаратуры, создавая дополнительные «шумы». При этом механизмы возникновения электромагнитных излучений в газоразрядной среде до сих пор представляют предмет интенсивных исследований.
Ученые из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (Москва) в лабораторных условиях сымитировали развитие молниевого разряда, который служит источником разных типов электромагнитного излучения в атмосфере. Авторы провели исследования на экспериментальной установке, способной генерировать электрические разряды длиной до одного метра при напряжениях в миллион вольт и токах порядка килоампер. Такие параметры установки позволяют достигать физических условий, близких к натурным грозовым явлениям. Рабочие элементы установки представляли собой два металлических электрода (элементы, проводящие ток) — отрицательно заряженный катод и заземленный анод. Электроды располагались друг напротив друга на расстоянии 55 сантиметров. Когда на катод подавали высокое напряжение, в воздухе в промежутке между электродами возникал электрический разряд, похожий на разряд реальной молнии.
Исследователи отслеживали процесс возникновения разряда с помощью сверхбыстрых электронно-оптических камер, с высокой чувствительностью регистрирующих изображения светящейся плазмы в течение порядка 60 наносекунд. Различными детекторами электромагнитного излучения авторы с наносекундным временным разрешением регистрировали рентгеновское, радиочастотное и оптическое излучение в ближнем ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах длин волн.
Наблюдения показали, что в самые первые моменты существования разряд развивается в виде обширной стримерной короны — слабоионизованной плазмы (ионизованных молекул воздуха), формируемой первичными стримерными головками, распространяющимися от катода навстречу заземленному аноду. Эти условия, по всей видимости, оказываются оптимальными для интенсивного излучения в диапазоне ближнего ультрафиолета и менее интенсивного в области ближнего инфракрасного диапазона. Примерно на этой же стадии развития разряда наблюдается генерация маломощного высокочастотного (МГц) радиоизлучения.
Ситуация кардинально меняется, когда с анода стартуют встречные стримеры. Распространяясь с колоссальной скоростью — порядка десятка тысяч километров в секунду — эти стримеры за десятки наносекунд пересекают весь разрядный промежуток и формируют сложную разветвленную структуру плазменных каналов между противоположными электродами. В этот момент резко повышается мощность как высокочастотного (МГц), так и сверхвысокочастотного (ГГц) радиоизлучения. Данный процесс, в свою очередь, сопровождается короткой по времени вспышкой ближнего инфракрасного излучения, а также появлением жесткого рентгеновского излучения.
На основе полученных результатов авторам исследования удалось построить подробную карту, описывающую временные корреляции между различными типами излучений.
«Исследования в этом направлении позволят лучше понять природу источников рентгеновского и микроволнового излучений во время молниевых разрядов в атмосфере. Мы также предполагаем, что на основе полученных результатов по локализации источников излучений можно разработать новые подходы к мониторингу электромагнитных излучений во время грозовых явлений в атмосфере Земли», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Егор Паркевич, кандидат физико-математических наук, руководитель научной группы, старший научный сотрудник Отдела физики высоких плотностей энергии ФИАН РАН.
«В дальнейшем мы планируем детально исследовать влияния ключевых условий эксперимента на возникновение различных излучений, чтобы определить возможные пороги в их генерации. Впоследствии это позволит создать более состоятельные модели, описывающие механизм генерации электромагнитных излучений в грозовых облаках», — подводит итог Егор Паркевич.
https://inscience.news/ru/article/russian-science/fiziki-sozdali-podrobnuyu-kartu-elektromagnitnyh
| 13.12.24 | 10.12.2024 Регионы России. Физики смоделировали электрические разряды, возникающие во время грозы |
Физики в лабораторных условиях смоделировали возникновение в воздухе электрических разрядов, которые в природе наблюдаются во время грозы. Авторам удалось отследить ключевые стадии развития разряда, связанные с генерацией рентгеновского, ультрафиолетового, инфракрасного и широкополосного радиоизлучения, а также установить «локальные источники» данных излучений.
Отслеживать, как и когда появляются разные типы электромагнитного излучения, важно, потому что они позволяют лучше понять механизмы возникновения и развития электрических разрядов. Это, в свою очередь, необходимо знать для развития новых методов молниезащиты и мониторинга грозовых явлений. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Applied Physics.
Во время грозы в атмосфере возникает большое количество электрических разрядов, которые становятся источниками различных типов электромагнитного излучения. Разряды в атмосфере представляют большую опасность для авиации, надводных кораблей и многочисленных энергообъектов, а возникающее при их появлении радиоизлучение ухудшает работу различных электронных устройств и радиоаппаратуры, создавая дополнительные «шумы».
Ученые из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (Москва) в лабораторных условиях сымитировали развитие молниевого разряда, который служит источником разных типов электромагнитного излучения в атмосфере. Авторы провели исследования на экспериментальной установке, способной генерировать электрические разряды длиной до одного метра при напряжениях в миллион вольт и токах порядка килоампер.
Наблюдения показали, что в самые первые моменты существования разряд развивается в виде обширной стримерной короны — слабоионизованной плазмы, формируемой первичными стримерными головками. Ситуация кардинально меняется, когда с анода стартуют встречные стримеры, формируя сложную разветвленную структуру плазменных каналов. В этот момент резко повышается мощность радиоизлучения, сопровождающая вспышками ближнего инфракрасного и жесткого рентгеновского излучения.
Авторам исследования удалось построить подробную карту, описывающую временные корреляции между различными типами излучений. Ученые надеются, что дальнейшие исследования позволят разработать новые подходы к мониторингу электромагнитных излучений во время грозовых явлений в атмосфере Земли.
https://gosrf.ru/fiziki-smodelirovali-elektricheskie-razryady-voznikayushhie-vo-vremya-grozy
| 13.12.24 | 10.12.2024 ИА «Сова». Российские физики изучили молнии и генерируемые ими излучения на лабораторной установке |
Фото: unsplash.com
Российские учёные из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) создали временную карту электромагнитных излучений молнии.
Полученные данные применимы к реальным грозовым явлениям. Исследование поможет лучше понять механизмы развития электрических разрядов в грозовых облаках. Об этом RT сообщили в пресс-службе Российского научного фонда, который поддержал проект.
Работа имеет важное практическое значение, поскольку молнии представляют большую опасность для авиации, надводных кораблей, чувствительной радиоаппаратуры и энергообъектов.
Как известно, грозы сопровождаются множеством разнообразных электрических разрядов, которые являются источниками различных видов излучения и оказывают значительное влияние на окружающую среду и жизнь человека. Однако эти процессы до сих пор остаются недостаточно изученными, так как их сложно отследить в природных условиях.
Чтобы решить эту проблему, учёные создали экспериментальную установку, способную имитировать развитие молний. Она может генерировать электрические разряды длиной до одного метра при напряжениях до одного миллиона вольт и токах, достигающих 1 килоампера.
Параметры установки позволяют моделировать физические условия, близкие к естественным. Благодаря этому появилась возможность изучить процессы, происходящие во время молниевого разряда.
На начальном этапе молния создает обширную корону, состоящую из ионизированных волн плазмы. Затем от высоковольтного катода к заземленному аноду устремляются стримеры. В этот момент возникает интенсивное излучение в ближнем ультрафиолетовом диапазоне.
Однако ситуация кардинально меняется, когда с анода начинают двигаться встречные стримеры. Они распространяются с невероятной скоростью - около 10 тысяч километров в секунду. Достигнув катода, эти стримеры формируют разветвленную сеть плазменных каналов. В результате начинается мощный процесс генерации сверхвысокочастотного радиоизлучения в гигагерцевом диапазоне.
Полученные результаты открывают новые горизонты для изучения источников рентгеновского и широкополосного радиоизлучений, которые регистрируются во время молниевых разрядов в земной атмосфере.
Создание целостной картины этих процессов имеет важное значение для разработки многофункциональных систем подавления электромагнитных помех. Эти данные могут стать основой для новых подходов к мониторингу грозовых явлений, включая идентификацию их характеристик, что активно используется в современных системах грозопеленгации.
Как пояснил Егор Паркевич, кандидат физико-математических наук, руководитель группы и старший научный сотрудник отдела высоких плотностей энергии ФИАН РАН, эти исследования помогут лучше понять природу молний и улучшить качество современных систем защиты от них.
| 13.12.24 | 10.12.2024 Царьград. Русские астрономы зафиксировали загадочный сигнал из глубин Вселенной |
Что, если в бесконечном космосе кто-то посылает нам сообщения, а мы пока не можем их расшифровать? Русские астрономы сделали значимый шаг в изучении загадочных радиовсплесков, поймав редкий сигнал с помощью уникального телескопа. Это открытие может изменить наше представление о Вселенной.
Команда Физического института имени Лебедева (ФИАН) работала с радиотелескопом БСА, расположенным в подмосковном Пущино. Этот аппарат, созданный ещё в 70-х годах, до сих пор остаётся крупнейшим в своём диапазоне. На этот раз ему удалось зафиксировать необычный сигнал из далёкой галактики — короткий, но невероятно мощный радиовсплеск, который учёные назвали FRB 20190203. Об этом пишет Ferra.
"Это первый столь яркий радиовсплеск, который удалось зафиксировать на низкой частоте. Мы работали с данными несколько лет и не ожидали обнаружить нечто подобное", — рассказали исследователи.
Радиовсплески, или FRB (Fast Radio Bursts), — это космические феномены, источники которых до сих пор остаются загадкой. Их фиксируют на расстоянии миллиардов световых лет, а мощность одного такого сигнала может превышать энергию, вырабатываемую Солнцем за целый день. До русской находки подобные всплески на низких частотах удавалось ловить лишь единицам телескопов по всему миру.
Учёные предполагают, что причиной таких вспышек могут быть слияния нейтронных звёзд или процессы в ядрах активных галактик. Однако точных доказательств нет. Каждый новый всплеск становится частью глобального исследования, которое поможет лучше понять природу этих загадочных явлений и устройство межгалактической среды.
Сейчас астрономы продолжают анализировать сигнал, надеясь получить больше данных о его источнике. Возможно, это открытие не только приблизит нас к разгадке тайны радиовсплесков, но и прольёт свет на процессы, происходящие в самых удалённых уголках космоса.
| 13.12.24 | 10.12.2024 Ferra.ru. Как наши учёные подслушивают разговоры Вселенной |
Вы когда-нибудь задумывались, что может сказать космос? Недавно российские астрономы поймали сигнал из далекой галактики — такие ещё называют радиовсплесками. В этой статье мы расскажем, что это вообще такое, как их ловят и почему это открытие так важно.
Когда речь заходит о том, что происходит «где-то там, за тридевять звёзд», мы обычно представляем себе тихий, холодный и бесконечно далёкий космос. Однако, учёные фиксируют резкие вспышки — словно кто-то посылает сигналы на очень высоких частотах.
Эти сигналы приходят из других галактик, но вместо внятных сообщений мы ловим загадочные, невероятно мощные радиовсплески. Таких всплесков насчитывают тысячи, а природа их пока остаётся неизвестной.
Этот рисунок художника отражает траекторию быстрого радиовсплеска FRB 181112, который движется от далёкой галактики-хозяина к Земле © ESO
Что это вообще такое? Чем уникально недавнее открытие российских астрономов, и почему изучение радиовсплесков может изменить наше понимание Вселенной?
Что такое радиовсплески?
Итак, радиовсплески — это высокоэнергетические, очень короткие выбросы радиоволн. Они длятся буквально миллисекунды, но их мощность настолько велика, что один всплеск может дать больше энергии, чем Солнце производит за целый день!
И при этом до нас эти сигналы доходят издалека, на миллиарды световых лет — то есть вспышки, которые мы сейчас фиксируем, происходили задолго до зарождения самой Земли.
Первые радиовсплески были обнаружены совсем недавно, но за это время они стали одной из самых горячих тем в астрономии. Почему? Потому что радиовсплески — это тайна, которая может помочь нам лучше понять, что творится в других галактиках.
Такие всплески ещё называют радиовспышками или FRB — Fast Radio Bursts.
Среди гипотез их происхождения — катастрофические космические события: слияние нейтронных звёзд, взрывы сверхновых или «вспышки» активных ядер галактик.
Но правда в том, что пока никто точно ничего не знает.
Как обнаружили этот сигнал?
Теперь об открытии российских астрономов. Команда работала с мощным радиотелескопом БСА ФИАН — Большая Синфазная Антенна Физического института имени Лебедева (LPA LPI), которая аж с 70-х годов стоит в Пущино и ловит радиоволны из космоса.
БСА ФИАН © Wikimedia Commons
Эта антенна уникальна: она состоит из 16 384 волновых диполей, а её эффективная площадь — 45 000 кв. м, и она до сих пор считается крупнейшей в мире в своём диапазоне! БСА ФИАН настраивается на частоту 110,25 МГц, а значит, улавливает кучу разных сигналов, в том числе и те, что интересуют проект PUMPS — Пущинский многолучевой поиск пульсаров.
Этот проект запустили в 2015 году. Идея была проста: пересмотреть данные и «выцепить» среди них всякие «пульсирующие звёзды» — пульсары и редкие радиовсплески (тот же FRB).
Сейчас на счету обсерватории уже более 80 новых пульсаров и почти сотня вращающихся радиотранзиентов (их называют RRAT — rotating radio transients), благодаря чему обсерватория даже вырвалась на первое место в мире.
Под руководством Сергея Анатольевича Тюльбашева работает небольшая команда: В.А. Самодуров, Т.В. Смирнова, М.А. Китаева и Е.А. Брылякова, но все они не первый год изучает эту сложную, но интересную тему.
И вот во время работы с БСА ФИАН российские астрономы и выловили редкий сигнал. Первая такая радиовспышка была замечена австралийцами в 2007 году, и то случайно: ребята искали RRAT в архивных данных 64-метрового телескопа в Парксе и наткнулись на FRB в архивах.
А теперь и у нас есть наш FRB, только уже записанный на БСА ФИАН. Эти всплески выдают мощные сигналы, которые сначала идут на высокой частоте, а потом — на низкой, потому что пробиваются через межгалактическую среду, где скорость света разная для разных волн.
Первый обнаруженный быстрый радиовсплеск — «всплеск Лоримера» — в феврале 2007 года © Wikimedia Commons
И чтобы зафиксировать такие сигналы, российский телескоп пишет данные сразу в нескольких каналах и разбивает их по частоте. Так вот он и поймал наш всплеск — сигнал от чего-то мощного и далёкого.
В чём сложность?
Итак, что же особенного в этой найденной вспышке, которую назвали FRB 20190203?
Во-первых, она уникальна тем, что стала первой яркой радиовспышкой, который обнаружили на такой низкой частоте. До этого даже самые мощные телескопы, такие как LOFAR и MWA, не могли поймать что-то похожее, а ведь они точно не новички в своём деле.
Кстати, за три года поисков на БСА ФИАН наши астрономы тоже не регистрировали ничего подобного — так что, эта вспышка буквально ворвалась в научный мир.
Цвета обозначают разные длины волн FRB © Jingchuan Yu, Beijing Planetarium
Главная проблема с этими FRB: у астрономов до сих пор нет общего мнения о механизме их излучения. По сути, всё это пока одна сплошная гипотеза — неясно даже, можно ли их зафиксировать на низких частотах, тем более так далеко. До нашей находки только один повторяющийся FRB когда-либо ловили на частоте ниже 200 МГц — на телескопе LOFAR.
Но почему поймать такие сигналы так трудно? Оказывается, дело не просто в расстоянии или редкости вспышек. Всё сложнее: сигнал, пока путешествует через галактики и межгалактическое пространство, начинает буквально «размазываться».
Поначалу всплеск мог быть всего в одну миллисекунду, а к нам доходит растянутым. А чем шире сигнал, тем он слабее и тем тяжелее выделить его из фонового шума.
В верхней части изображён спектр сигнала FRB с частотами в мегагерцах по вертикальной оси. Внизу – графики с разными способами обработки данных: обычное сложение, суммирование с учётом расстояния до всплеска, данные по соседним областям (где сигнала нет) и контрольная линия. Красная кривая слева показывает резкий фронт сигнала и плавный спад — так себя ведут импульсы, проходящие сквозь межзвёздную и межгалактическую среды. © ФИАН
И вот ещё штука: чем ниже частота, тем сильнее сигнал рассеивается. На низких частотах рассеяние растёт в четвёртой степени частоты, и это серьёзно усложняет работу. Вот и FRB 20190203, возможно, родился со всплеском всего в миллисекунду, но когда всё-таки смог преодолеть гигантские расстояния, достиг нас совсем другим, уже полураспавшимся сигналом с длительностью в 211 мс.
На таких частотах это просто редкость, и найти его было сложнее, чем на высоких.
О чём говорит радиовсплеск?
Сейчас радиовсплески помогают учёным расширять понимание о структуре Вселенной. Подобные события — как карта, по которой можно рассматривать процессы в других галактиках. Даже одна вспышка может указывать на то, как ведёт себя чёрная дыра или как образуются звёзды на других краях космоса.
Радиовсплески дают возможность наблюдать процессы, которые иначе просто невозможно было бы увидеть. По сути, это возможность заглянуть на другую сторону галактики, чтобы получить данные об устройствах звёздных систем и понять, как они работают.
Второй важный момент — радиовсплески помогают учёным изучать межгалактическую среду. Любой радиосигнал, прежде чем долететь до Земли, проходит через огромные расстояния, которые наполнены газами, космической пылью и магнитными полями. Эти среды взаимодействуют с радиоволнами и изменяют их характеристики.
Поэтому с помощью изучения радиовсплесков учёные могут понять, как устроена межгалактическая «ткань» и как звёзды и галактики взаимодействуют друг с другом на больших расстояниях.
Кто и где ещё ловит радиовсплески?
Крупные международные обсерватории тоже работают на полную мощь, чтобы поймать эти радиовсплески.
Один из самых известных охотников за FRB — канадский телескоп CHIME. Этот аппарат фиксирует радиосигналы в диапазоне 400–800 МГц и уже совершил пару громких открытий.
Радиотелескоп CHIME — Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment — © Wikimedia Commons
Например, он поймал FRB 20180916B — всплеск, который периодически повторяется. Особенность этого сигнала — его способность менять частоту: к концу всплеска частоты сдвигаются вниз, словно сигнал сам «затухает» на другой волне.
Эта «многослойность» времени и частоты делает FRB 20180916B уникальным. Это наводит на мысли, что его источник может иметь сложное строение.
С 28 августа 2018 года по 1 июля 2019 года с помощью CHIME в галактических координатах были обнаружены 474 неповторяющихся и 18 повторяющихся FRB © CHIME/FRB Collaboration
Для изучения этого явления CHIME объединился с нидерландским LOFAR, чтобы поймать сигнал с ещё большей точностью и понять, как частота колебаний меняется в динамике.
Ядро LOFAR недалеко от Экслоо, Нидерланды © LOFAR / ASTRON
В Китае стоит 五百米口径球面射电望远镜... Ладно, его ещё называют FAST. Огромный 500-метровый телескоп, который уловил тысячи вспышек, в том числе сигналы от источника FRB 20220912A — одного из самых активных источников FRB на сегодняшний день.
За счёт своего масштаба и разрешения FAST может изучать структуру всплесков, их поляризацию и интенсивность. Эти данные помогают понять, как радиовсплески проходят через межзвёздную и межгалактическую среду и какие изменения они претерпевают по дороге к нам.
500-метровый гигант FAST — Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope © Absolute Cosmos
В США готовится к запуску массива радиотелескопов DSA-2000, который планируется полностью развернуть к 2025 году. Он станет одним из самых чувствительных инструментов для поиска одиночных и повторяющихся FRB-сигналов на высоких частотах.
Массив радиотелескопов DSA-2000 © deepsynoptic.org
Это позволит лучше распознавать всплески на фоне космического шума и даст данные о распределении таких сигналов на дальних расстояниях.
Что будет дальше?
А что дальше? Астрономы уверены, что радиовсплески — это только верхушка айсберга. Ведь поймать радиовсплеск — это как получить зацепку в огромном космическом расследовании.
Сейчас перед учёными стоит задача не просто фиксировать всплески, но и искать закономерности. Чем больше всплесков удаётся наблюдать, тем больше у нас шансов разгадать их тайну и понять, что является источником таких мощных энергий.
Всплески FRB 190714 (вверху слева), FRB 191001 (вверху справа), FRB 180924 (внизу слева) и FRB 190608 (внизу справа) © ESA
Следующий шаг — это разработка специальных алгоритмов и методов, которые позволят ускорить процесс поиска радиовсплесков и сделать его более точным.
Современные алгоритмы обработки данных позволяют вычленять уникальные сигналы даже из самых слабых радиопомех. Может, и нейросети сюда подключатся если уже не сделали .
Ну и возможно, в будущем радиовсплески станут не только ключом к изучению межгалактической среды, но и даже подскажут нам, есть ли жизнь за пределами Земли. В общем, всё это не просто занятие «для галочки».
Ведь кто знает — вдруг в далёких галактиках найдётся кто-то, кто посылает сигналы радиоволн?
Автор:Юрий Бражников
| 13.12.24 | 10.12.2024 Рамблер. Российские физики изучили молнии и генерируемые ими излучения на лабораторной установке |
Российские учёные из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) создали временную карту электромагнитных излучений молнии. Полученные данные применимы к реальным грозовым явлениям. Исследование поможет лучше понять механизмы развития электрических разрядов в грозовых облаках. Об этом RT сообщили в пресс-службе Российского научного фонда, который поддержал проект. Работа имеет важное практическое значение, поскольку молнии представляют большую опасность для авиации, надводных кораблей, чувствительной радиоаппаратуры и энергообъектов. Как известно, грозы сопровождаются множеством разнообразных электрических разрядов, которые являются источниками различных видов излучения и оказывают значительное влияние на окружающую среду и жизнь человека. Однако эти процессы до сих пор остаются недостаточно изученными, так как их сложно отследить в природных условиях. Чтобы решить эту проблему, учёные создали экспериментальную установку, способную имитировать развитие молний. Она может генерировать электрические разряды длиной до одного метра при напряжениях до одного миллиона вольт и токах, достигающих 1 килоампера. Параметры установки позволяют моделировать физические условия, близкие к естественным. Благодаря этому появилась возможность изучить процессы, происходящие во время молниевого разряда. На начальном этапе молния создает обширную корону, состоящую из ионизированных волн плазмы. Затем от высоковольтного катода к заземленному аноду устремляются стримеры. В этот момент возникает интенсивное излучение в ближнем ультрафиолетовом диапазоне. Однако ситуация кардинально меняется, когда с анода начинают двигаться встречные стримеры. Они распространяются с невероятной скоростью - около 10 тысяч километров в секунду. Достигнув катода, эти стримеры формируют разветвленную сеть плазменных каналов. В результате начинается мощный процесс генерации сверхвысокочастотного радиоизлучения в гигагерцевом диапазоне. Полученные результаты открывают новые горизонты для изучения источников рентгеновского и широкополосного радиоизлучений, которые регистрируются во время молниевых разрядов в земной атмосфере. Создание целостной картины этих процессов имеет важное значение для разработки многофункциональных систем подавления электромагнитных помех. Эти данные могут стать основой для новых подходов к мониторингу грозовых явлений, включая идентификацию их характеристик, что активно используется в современных системах грозопеленгации. Как пояснил Егор Паркевич, кандидат физико-математических наук, руководитель группы и старший научный сотрудник отдела высоких плотностей энергии ФИАН РАН, эти исследования помогут лучше понять природу молний и улучшить качество современных систем защиты от них. А самарские ученые создали отечественный аналог для анализа микробиоты.
| 13.12.24 | 10.12.2024 Научная Россия.Карту электромагнитных излучений молниевого разряда создали в ФИАН |
Фото выходного узла большой высоковольтной установки. Источник: Егор Паркевич
Физики в лабораторных условиях смоделировали возникновение в воздухе электрических разрядов, которые в природе наблюдаются во время грозы. Авторам удалось отследить ключевые стадии развития разряда, связанные с генерацией рентгеновского, ультрафиолетового, инфракрасного и широкополосного радиоизлучения, а также установить «локальные источники» данных излучений. Отслеживать, как и когда появляются разные типы электромагнитного излучения, важно, потому что они позволяют лучше понять механизмы возникновения и развития электрических разрядов. Это, в свою очередь, необходимо знать для развития новых методов молниезащиты и мониторинга грозовых явлений. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Applied Physics.
Во время грозы в атмосфере возникает большое количество электрических разрядов, которые становятся источниками различных типов электромагнитного излучения. Разряды в атмосфере представляют большую опасность для авиации, надводных кораблей и многочисленных энергообъектов, а возникающее при их появлении радиоизлучение ухудшает работу различных электронных устройств и радиоаппаратуры, создавая дополнительные «шумы». При этом механизмы возникновения электромагнитных излучений в газоразрядной среде до сих пор представляют предмет интенсивных исследований.
Ученые из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (Москва) в лабораторных условиях сымитировали развитие молниевого разряда, который служит источником разных типов электромагнитного излучения в атмосфере. Авторы провели исследования на экспериментальной установке, способной генерировать электрические разряды длиной до одного метра при напряжениях в миллион вольт и токах порядка килоампер. Такие параметры установки позволяют достигать физических условий, близких к натурным грозовым явлениям. Рабочие элементы установки представляли собой два металлических электрода (элементы, проводящие ток) — отрицательно заряженный катод и заземленный анод. Электроды располагались друг напротив друга на расстоянии 55 сантиметров. Когда на катод подавали высокое напряжение, в воздухе в промежутке между электродами возникал электрический разряд, похожий на разряд реальной молнии.
Исследователи отслеживали процесс возникновения разряда с помощью сверхбыстрых электронно-оптических камер, с высокой чувствительностью регистрирующих изображения светящейся плазмы в течение порядка 60 наносекунд. Различными детекторами электромагнитного излучения авторы с наносекундным временным разрешением регистрировали рентгеновское, радиочастотное и оптическое излучение в ближнем ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах длин волн.
Наблюдения показали, что в самые первые моменты существования разряд развивается в виде обширной стримерной короны — слабоионизованной плазмы (ионизованных молекул воздуха), формируемой первичными стримерными головками, распространяющимися от катода навстречу заземленному аноду. Эти условия, по всей видимости, оказываются оптимальными для интенсивного излучения в диапазоне ближнего ультрафиолета и менее интенсивного в области ближнего инфракрасного диапазона. Примерно на этой же стадии развития разряда наблюдается генерация маломощного высокочастотного (МГц) радиоизлучения.
Интегральное изображение свечения от результирующего канала пробоя. Источник: Егор Паркевич
Ситуация кардинально меняется, когда с анода стартуют встречные стримеры. Распространяясь с колоссальной скоростью — порядка десятка тысяч километров в секунду, эти стримеры за десятки наносекунд пересекают весь разрядный промежуток и формируют сложную разветвленную структуру плазменных каналов между противоположными электродами. В этот момент резко повышается мощность как высокочастотного (МГц), так и сверхвысокочастотного (ГГц) радиоизлучения. Данный процесс, в свою очередь, сопровождается короткой по времени вспышкой ближнего инфракрасного излучения, а также появлением жесткого рентгеновского излучения.
На основе полученных результатов авторам исследования удалось построить подробную карту, описывающую временные корреляции между различными типами излучений.
«Исследования в этом направлении позволят лучше понять природу источников рентгеновского и микроволнового излучений во время молниевых разрядов в атмосфере. Мы также предполагаем, что на основе полученных результатов по локализации источников излучений можно разработать новые подходы к мониторингу электромагнитных излучений во время грозовых явлений в атмосфере Земли», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Егор Паркевич, кандидат физико-математических наук, руководитель научной группы, старший научный сотрудник Отдела физики высоких плотностей энергии ФИАН РАН.
«В дальнейшем мы планируем детально исследовать влияния ключевых условий эксперимента на возникновение различных излучений, чтобы определить возможные пороги в их генерации. Впоследствии это позволит создать более состоятельные модели, описывающие механизм генерации электромагнитных излучений в грозовых облаках», — подводит итог Егор Паркевич.
Информация и фото предоставлены пресс-службой Российского научного фонда
| 13.12.24 | 10.12.2024 ИА ЭкоПравда. Физики РАН изучили молнии в лабораторных условиях |
Российские ученые из Физического института имени П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) провели уникальное исследование, в котором изучили молнии и излучения, возникающие в ходе этих атмосферных явлений. В рамках своей работы они создали временную карту электромагнитных излучений, сопутствующих молниевым разрядам, и выявили широкий спектр волновых явлений, включая рентгеновские, инфракрасные и другие виды излучений. Результаты исследования могут стать основой для более эффективного мониторинга гроз и, следовательно, повышения безопасности воздушных полетов.
Как заявили учёные, молнии сопутствуют множество различных электрических разрядов, каждое из которых становится источником разнообразных типов электромагнитного излучения. Эти явления оказывают значительное влияние не только на окружающую среду, но и на жизнь человека, однако их до сих пор не удалось полностью объяснить из-за сложности отслеживания в естественных условиях.
Для решения этой задачи физики сымитировали процесс формирования молний с помощью специализированной лабораторной установки, способной генерировать электрические разряды длиной до 1 метра с напряжением в 1 миллион вольт и токами, достигающими 1 кА. Условия, создаваемые установкой, позволяют эффективно моделировать физические параметры, аналогичные тем, что возникают во время настоящих грозовых явлений. Результаты эксперимента показали, что создаваемый между электродами электрический разряд во многом напоминает настоящую молнию.
https://www.ecopravda.ru/nauka/fiziki-ran-izuchili-molnii-v-laboratornyh-usloviyah/
| 13.12.24 | 10.12.2024 Ru24. Российские физики изучили электромагнитные излучения молний в лабораторных условиях |
Специалисты Физического института имени П. Н. Лебедева РАН исследовали генерируемые молниями излучения на лабораторной установке. Ученые составили временную карту электромагнитных зарядов, которые возникают на разных стадиях развития молнии. Об этом сообщает RT со ссылкой на представителей Российского научного фонда.
По данным физиков, благодаря исследованию можно научно обосновать и спрогнозировать механизмы развития электрических разрядов в грозовых облаках.
Работа имеет практическое значение в связи с тем, что молнии опасны для авиации, энергетических объектов, чувствительной радиоаппаратуры и надводных кораблей. Результаты лабораторного эксперимента опубликовали в журнале Journal of Applied Physics.
| 13.12.24 | 10.12.2024 Russia Today. Мониторинг гроз: российские учёные сгенерировали и изучили молнии в лабораторных условиях |
Gettyimages.ru / © Tetra Images
Российские учёные из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) создали временну́ю карту электромагнитных излучений молнии. Физики в лабораторных условиях отследили, какие типы излучений сопровождают электрический разряд в атмосфере. Полученные данные применимы к реальным грозовым явлениям. Исследование поможет лучше понять механизмы развития электрических разрядов в грозовых облаках. Об этом RT сообщили в пресс-службе Российского научного фонда, который поддержал исследование. Результаты опубликованы в журнале Journal of Applied Physics.
Работа имеет важное практическое значение, поскольку молнии представляют большую опасность для авиации, надводных кораблей, чувствительной радиоаппаратуры и энергообъектов.
Как отмечают физики, грозы сопровождаются множеством разных электрических разрядов. Они, в свою очередь, являются источниками различных типов электромагнитного излучения. Они оказывают большое влияние на окружающую среду и жизнь человека. Эти процессы до сих пор окончательно не объяснены наукой. Дело в том, что их сложно отследить в природных условиях.
Интегральное изображение свечения от результирующего канала пробоя / © Егор Паркевич
Чтобы решить эту проблему, учёные сымитировали развитие молний на экспериментальной установке, которая позволяет генерировать электрические разряды длиной до 1 м при напряжениях в 1 млн вольт и токах порядка 1 кА. По словам физиков, параметры установки позволяют моделировать физические условия, близкие к натурным грозовым явлениям, а возникающий между электродами электрический разряд похож на разряд реальной молнии.
За счёт этого физики смогли изучить процессы, которые развиваются во время молниевого разряда.
На первом этапе в молнии формируется обширная корона из стримеров (волн ионизированной плазмы. — RT). Затем стримеры устремляются от высоковольтного катода к заземлённому аноду.
В этот момент генерируется интенсивное излучение в диапазоне ближнего ультрафиолета, а также менее выраженное излучение в ближнем инфракрасном диапазоне. Одновременно учёные зафиксировали маломощное высокочастотное радиоизлучение в мегагерцевом диапазоне частот.
Картина резко меняется, когда с анода устремляются встречные стримеры. Они распространяются с колоссальной скоростью — порядка 10 тыс. км/с. Достигая катода, они формируют разветвлённую сеть плазменных каналов.
В этот момент начинается генерация мощного сверхвысокочастотного гигагерцевого радиоизлучения и вырастает мощность радиоизлучения в мегагерцевом диапазоне частот. Всё это сопровождается короткой мощной вспышкой ближнего инфракрасного излучения, а также вспышками жёсткого рентгеновского излучения.
Gettyimages.ru / © George Lepp
На основе полученных данных авторы работы построили подробную временну́ю карту электромагнитных излучений, которые генерируются на разных стадиях развития молниевого разряда.
«Наши результаты позволяют глубже понять природу источников рентгеновского и широкополосных радиоизлучений, регистрируемых во время молниевых разрядов в атмосфере Земли. Получение целостной картины этих процессов важно для разработки многофункциональных систем молниезащиты и подавления электромагнитных помех. Мы также предполагаем, что на основе этих данных можно разработать новые подходы к мониторингу грозовых явлений, включая идентификацию их характеристик, активно используемых в современных системах грозопеленгации», — пояснил RT кандидат физико-математических наук, руководитель научной группы, старший научный сотрудник отдела физики высоких плотностей энергии ФИАН РАН Егор Паркевич.
https://russian.rt.com/science/article/1406683-molnii-uchenye-issledovanie
| 13.12.24 | 10.12.2024 РНФ. Физики создали подробную карту электромагнитных излучений молниевого разряда |
Физики в лабораторных условиях смоделировали возникновение в воздухе электрических разрядов, которые в природе наблюдаются во время грозы. Авторам удалось отследить ключевые стадии развития разряда, связанные с генерацией рентгеновского, ультрафиолетового, инфракрасного и широкополосного радиоизлучения, а также установить «локальные источники» данных излучений. Отслеживать, как и когда появляются разные типы электромагнитного излучения, важно, потому что они позволяют лучше понять механизмы возникновения и развития электрических разрядов. Это, в свою очередь, необходимо знать для развития новых методов молниезащиты и мониторинга грозовых явлений. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Applied Physics.
Временная карта электромагнитных излучений во время разряда. Источник: Егор Паркевич
Во время грозы в атмосфере возникает большое количество электрических разрядов, которые становятся источниками различных типов электромагнитного излучения. Разряды в атмосфере представляют большую опасность для авиации, надводных кораблей и многочисленных энергообъектов, а возникающее при их появлении радиоизлучение ухудшает работу различных электронных устройств и радиоаппаратуры, создавая дополнительные «шумы». При этом механизмы возникновения электромагнитных излучений в газоразрядной среде до сих пор представляют предмет интенсивных исследований.
Ученые из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (Москва) в лабораторных условиях сымитировали развитие молниевого разряда, который служит источником разных типов электромагнитного излучения в атмосфере. Авторы провели исследования на экспериментальной установке, способной генерировать электрические разряды длиной до одного метра при напряжениях в миллион вольт и токах порядка килоампер. Такие параметры установки позволяют достигать физических условий, близких к натурным грозовым явлениям. Рабочие элементы установки представляли собой два металлических электрода (элементы, проводящие ток) — отрицательно заряженный катод и заземленный анод. Электроды располагались друг напротив друга на расстоянии 55 сантиметров. Когда на катод подавали высокое напряжение, в воздухе в промежутке между электродами возникал электрический разряд, похожий на разряд реальной молнии.
Фото выходного узла большой высоковольтной установки. Источник: Егор Паркевич
Исследователи отслеживали процесс возникновения разряда с помощью сверхбыстрых электронно-оптических камер, с высокой чувствительностью регистрирующих изображения светящейся плазмы в течение порядка 60 наносекунд. Различными детекторами электромагнитного излучения авторы с наносекундным временным разрешением регистрировали рентгеновское, радиочастотное и оптическое излучение в ближнем ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах длин волн.
Наблюдения показали, что в самые первые моменты существования разряд развивается в виде обширной стримерной короны — слабоионизованной плазмы (ионизованных молекул воздуха), формируемой первичными стримерными головками, распространяющимися от катода навстречу заземленному аноду. Эти условия, по всей видимости, оказываются оптимальными для интенсивного излучения в диапазоне ближнего ультрафиолета и менее интенсивного в области ближнего инфракрасного диапазона. Примерно на этой же стадии развития разряда наблюдается генерация маломощного высокочастотного (МГц) радиоизлучения.
Картины плазменных структур в разряде, снятых быстрыми камерами. Источник: Егор Паркевич
Ситуация кардинально меняется, когда с анода стартуют встречные стримеры. Распространяясь с колоссальной скоростью — порядка десятка тысяч километров в секунду — эти стримеры за десятки наносекунд пересекают весь разрядный промежуток и формируют сложную разветвленную структуру плазменных каналов между противоположными электродами. В этот момент резко повышается мощность как высокочастотного (МГц), так и сверхвысокочастотного (ГГц) радиоизлучения. Данный процесс, в свою очередь, сопровождается короткой по времени вспышкой ближнего инфракрасного излучения, а также появлением жесткого рентгеновского излучения.
Интегральное изображение свечения от результирующего канала пробоя. Источник: Егор Паркевич
На основе полученных результатов авторам исследования удалось построить подробную карту, описывающую временные корреляции между различными типами излучений.
«Исследования в этом направлении позволят лучше понять природу источников рентгеновского и микроволнового излучений во время молниевых разрядов в атмосфере. Мы также предполагаем, что на основе полученных результатов по локализации источников излучений можно разработать новые подходы к мониторингу электромагнитных излучений во время грозовых явлений в атмосфере Земли», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Егор Паркевич, кандидат физико-математических наук, руководитель научной группы, старший научный сотрудник Отдела физики высоких плотностей энергии ФИАН РАН.
«В дальнейшем мы планируем детально исследовать влияния ключевых условий эксперимента на возникновение различных излучений, чтобы определить возможные пороги в их генерации. Впоследствии это позволит создать более состоятельные модели, описывающие механизм генерации электромагнитных излучений в грозовых облаках», — подводит итог Егор Паркевич.
| 13.12.24 | 10.12.2024 ТАСС. Разработана модель для настройки зеркал обсерватории «Спектр-М» |
Математическая модель вычисляет оптимальное корректирующее воздействие, позволяющее существенно улучшить оптическое качество телескопа, отметили в Конструкторско-технологическом институте научного приборостроения СО РАН
НОВОСИБИРСК, 10 декабря. /ТАСС/. Математическую модель для автоматической настройки составной зеркальной системы космической обсерватории "Спектр-М", запуск которой назначен на 2029 год, разработали российские ученые. Это важно для качества получаемых данных, сообщили в Конструкторско-технологическом институте научного приборостроения СО РАН.
Как пояснили в институте, космическая обсерватория будет представлять собой 10-метровый космический телескоп, предназначенный для исследования различных объектов во Вселенной в миллиметровом и инфракрасном диапазонах длин волн от 0,07 до 10 мм.
"Нами была разработана математическая модель, описывающая автоматическую настройку составной зеркальной системы. <…> По результатам обмера математическая модель вычисляет оптимальное корректирующее воздействие, позволяющее выполнить настройку составной зеркальной системы и существенно улучшить оптическое качество телескопа", - говорится в сообщении института.
Математическая модель также позволяет имитировать работу бортовой системы контроля обсерватории "Миллиметрон". Главное зеркало обсерватории в форме параболы будет состоять из 96 сегментов, каждый из которых будет иметь возможность высокоточного перемещения (адаптации). После раскрытия в космосе механика зеркал приходит в движение и восстанавливает форму рефлектора с высокой точностью (отклонение от расчетной параболы - не более 10 мкм). "Разработанная модель системы адаптации позволит в дальнейшем оценить требования ко всем составным частям и подсистемам обсерватории "Миллиметрон", а также промоделировать различные сценарии процесса адаптации. В математическую модель могут вводиться новые уточненные данные по точности изготовления всех зеркальных элементов и электромеханических узлов", - пояснили ученые.
О проекте "Спектр-М"
Обсерватория "Спектр-М" предназначена для исследования объектов дальнего космоса в миллиметровом, субмиллиметровом и дальнем инфракрасном диапазонах спектра. Согласно сайту проекта, запуск запланирован на 2029 год. С ее помощью ученые рассчитывают получить данные о глобальной структуре Вселенной, строении и эволюции галактик, их ядер, звезд, планетных систем, объектах со сверхсильными гравитационными и электромагнитными полями, а также об органических соединениях в космосе.
"Спектр-М" планируется запустить на расстояние 1,5 млн км, в район точки Лагранжа L2 системы Солнце - Земля, в которой уравновешиваются силы притяжения Солнца и Земли. Головная организация по созданию космического комплекса - НПО им. С. А. Лавочкина, разработкой комплекса научной аппаратуры занимается астрокосмический центр ФИАН, а за проектирование конструкции телескопа отвечает ИСС им. М. Ф. Решетнева.
| 13.12.24 | 10.12.2024 Телеспутник. Спутники под угрозой. Как защитить космические аппараты от солнечных вспышек |
Одним из факторов космической погоды, который представляет опасность для космонавтов, спутников и Международной комической станции, по мнению учёных, является солнечная активность. Её нельзя предотвратить, но можно прогнозировать. О том как сегодня предсказывают вспышки на Солнце, «Телеспутнику» рассказали участники Всероссийской астрономической конференции, а представители аэрокосмических компаний поделились, как защищают свои спутники от вредного излучения.
Такие явления как галактические космические лучи, радиационные пояса, солнечные космические лучи, электромагнитные излучения, геомагнитные бури влияют на радиационную безопасность космонавтов, увеличивают поверхностную и объёмную электризацию спутников, приводят к деградации солнечных батарей и материалов космических аппаратов, становятся причинами сбоев в электронике, а также возникает аномальное торможение космических аппаратов и потеря высоты их орбиты, ухудшается радиосвязь и работа космических радиосистем.
«Если идёт солнечная вспышка мы должны её измерить её параметры: скорость, плотность вещества и желательно, магнитное поле в нем. Мощная вспышка на Солнце меняет свойства ионосферы и спутники начинают "тормозится", а также наблюдаются помехи в радиосвязи и GPS-приёмниках», — рассказывает заведующий Кисловодской горной астрономической станцией Главной (Пулковской) астрономической обсерватории РАН (ГАО РАН) доктор физ.-мат. наук Андрей Тлатов.
Собеседники Телеспутника» отметили, что для более эффективной работы орбитальных космических аппаратов, телекоммуникационных спутников, а также в научных целях важно развивать в России службы прогноза космической погоды.
По словам ведущего научного сотрудника Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН), доктора физ.-мат. наук Александра Подгорного, на сегодняшний день можно предсказать 70–80 % солнечных вспышек, и доля ложных тревог составляет 20–30 %. «Наша цель улучшить прогноз на основании физического понимания и на основании расчёта того, что произойдёт в солнечной короне, в самой верхней части солнечной атмосферы и рассчитать такую ситуацию, чтобы предсказать появление солнечной вспышки», — отмечает Подгорный.
Сегодня все чаще в науке используют новые технологии и подходы, например, искусственный интеллект. Машинное обучение используется как для определения долгосрочных трендов при анализе солнечных циклов, так и для прогноза космической погоды. «Решаются задачи прогноза космической погоды: случатся ли солнечные вспышки в ближайшее время и какую опасность они могут представлять для Земли. Раньше для этого использовались либо физические модели, либо, даже чаще эмпирические соотношения, полученные на основе многолетних статистических данных. Однако машинное обучение позволяет обработать гораздо больший массив данных, что делает прогноз более точным и детализированным», — объясняет доцент кафедры теории вероятности МГУ кандидат физико-математических наук Егор Илларионов в кулуарах Всероссийской астрономической конференции.
Как рассказали «Телеспутнику», представители российских аэрокосмических компаний для защиты космических аппаратов от вредного воздействия при их проектировании применят специальные материалы, которые позволяют обеспечить работу спутника на орбите на протяжении всего расчётного периода.
В российском частном аэрокосмическом холдинге SR Space, отмечают, что Солнце представляет два основных риска для космических аппаратов. Первый, — это тепловое воздействие: опасность заключается не только в высокой температуре, а в передаваемой энергии, или теплоте. На Земле тепло может рассеиваться в окружающую среду, но в космосе эффективное рассеивание тепла становится невозможно из-за отсутствия воздуха и дополнительная энергия, полученная аппаратом от Солнца, накапливается. Космический аппарат сам выделяет тепло в процессе работы, а дополнительное тепловое воздействие может привести к перегреву его компонентов. Второй риск — это радиация. Она существует в космосе везде и Солнце генерирует достаточно сильное радиационное поле, которое воздействует на аппараты, находящихся на околоземной орбите, пояснили специалисты компании.
«В нашей компании эти риски учитываются при проектировании. Для защиты от теплового воздействия применяется специальное экранирование, например, те самые золотые покрытия, которые часто можно увидеть на корпусах космических аппаратов — это защитные слои, предназначенные для отражения солнечного тепла. Радиоактивное воздействие нейтрализовать сложнее: радиация проникающая, и, помимо этого, она содержит тяжёлые заряженные частицы, от которых не так просто защититься. В данном случае защита обеспечивается тщательным подбором компонентов и материалов. Используются радиационно-устойчивые компоненты, имеющие особую технологию производства, либо компоненты, которые могут выдерживать определённые накопительные дозы излучения, что позволяет им работать в течение запланированного срока службы аппарата», — рассказал главный конструктор проекта Климатической мониторинговой системы SR CMS (входит в SR Space) Сергей Алексеев.
Он также добавил, что ключевую роль в проектировании играет цикл испытаний в ходе, которых полностью моделируются условия эксплуатации аппаратов на орбите или в дальнем космосе. Это позволяет проверить соответствие аппаратов всем требованиям, и, при необходимости, провести перепроектировку.
Российская космическая компания «Бюро 1440» (входит в «ИКС Холдинг») в июле 2023 года успешно вывела на околоземную орбиту три аппарата и ещё столько же в мае 2024 года. Спутники «Бюро 1440» защищены от всех видов радиационного воздействия. По словам инженеров компании, для защиты от дозового воздействия космической радиации, которое может вызвать постепенную деградацию электронной аппаратуры и компонентов спутника, используются радиационно-стойкие материалы и различные конструкционные решения: корпуса определённой толщины, специфическое взаимное расположение компонентов и пр. «Для защиты от одиночных радиационных всплесков применяются схемотехнические и программно-алгоритмические решения. Собственная разработка платформы космических аппаратов «Бюро 1440» и их полезной нагрузки предполагает в том числе создание таких защитных решений», — добавили в компании.
| 09.12.24 | 09.12.2024 МУМЦФМ. Юбилей Физического института им. П.Н. Лебедева РАН |
6 декабря в стенах Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) собрались члены Российской академии наук, ведущие ученые страны и представители научных институтов и ведомств, пришедшие поздравить коллектив научного учреждения с 90-летним юбилеем.
Торжественная церемония празднования юбилея началась с поздравительной телеграммы от Президента России Владимира Путина, зачитанной директором ФИАНа чл.-корр. РАН Николаем Колачевским.
Поздравительный адрес, направленный директором Росфинмониторинга Юрием Чиханчиным, зачитал собравшимся первый заместитель генерального директора МУМЦФМ – директор МСИ Владимир Овчинников. Он отметил значимость работы, проводимой Физическим институтом последние 7 лет по части ведомства, а также существенную роль созданного на базе ФИАНа Центра межолимпиадной подготовки школьников и студентов в развитии одаренных ребят в области финансовой безопасности.
Физический институт им П.Н. Лебедева РАН проводит исследования по широкому кругу вопросов, его коллектив насчитывает более 1,7 тысяч человек. Научные сотрудники ФИАНа отмечаются государственными и ведомственными наградами, а также престижными научными премиями. Ежегодно сотрудники Физического института становятся авторами десятков монографий и свыше 1,5 тысяч статей в российских и зарубежных научных журналах.
Фото: Отдел по связям с общественностью ФИАН
https://mumcfm.ru/news/yubiley-fizicheskogo-institut-im-p-n-lebedeva-rossiyskoy-akademii-nauk
| 09.12.24 | 09.12.2024 Телеграм-канал МУМЦФМ. Юбилей Физического института им. П.Н. Лебедева РАН |
6 декабря в стенах Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) собрались члены Академии наук, ведущие ученые страны и представители научных институтов и ведомств, пришедшие поздравить коллектив научного учреждения с 90-летним юбилеем.
Торжественная церемония празднования юбилея началась с поздравительной телеграммы от Президента России Владимира Путина, зачитанной директором ФИАНа чл.-корр. РАН Николаем Колачевским.
Поздравительный адрес, направленный директором Росфинмониторинга Юрием Чиханчиным, зачитал собравшимся первый заместитель генерального директора МУМЦФМ – директор МСИ Владимир Овчинников. Он отметил значимость работы, проводимой Физическим институтом последние 7 лет по части ведомства, а также существенную роль созданного на базе ФИАНа Центра межолимпиадной подготовки школьников и студентов в развитии одаренных ребят в области финансовой безопасности.
Физический институт им П.Н. Лебедева РАН проводит исследования по широкому кругу вопросов, его коллектив насчитывает более 1,7 тысяч человек. Научные сотрудники ФИАНа отмечаются государственными и ведомственными наградами, а также престижными научными премиями. Ежегодно сотрудники Физического института становятся авторами десятков монографий и свыше 1,5 тысяч статей в российских и зарубежных научных журналах.
Фото: Отдел по связям с общественностью ФИАН
| 09.12.24 | 09.12.2024 Научная Россия. Неуловимое пламя: почему так сложно моделировать горение? Интервью с главным научным сотрудником ФИАН В.В. Губерновым |
Рассмотрение физических явлений, происходящих при горении свечи, представляет собой самый широкий путь, которым можно подойти к изучению естествознания.
Майкл Фарадей
Наука о горении зародилась очень давно, но изучать это явление по-прежнему крайне сложно из-за взаимодействия разных физико-химических процессов в пламени, их внутренней неустойчивости, наличия множества обратных связей и взаимного нелинейного влияния друг на друга. Исследовать столь сложные системы с большим количеством степеней свободы позволяют специально поставленные эксперименты, способные разделить эти физико-химические процессы. Последовательное уточнение знаний и модельных представлений о горении ― одна из главных задач ученых лаборатории «Динамика реагирующих систем» ФИАН. Об уникальных особенностях горения ― наше интервью с руководителем лаборатории Владимиром Владимировичем Губерновым.
Справка: Владимир Владимирович Губернов ― доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник и руководитель лаборатории «Динамика реагирующих систем» Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН), помощник директора ФИАН по работе с молодежью, член ученого совета ФИАН. Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН — главный научно-исследовательский центр в области физики в России, «родовое гнездо» семи нобелевских лауреатов: Николая Геннадиевича Басова, Виталия Лазаревича Гинзбурга, Александра Михайловича Прохорова, Андрея Дмитриевича Сахарова, Игоря Евгеньевича Тамма, Ильи Михайловича Франка, Павла Алексеевича Черенкова.
― Майкл Фарадей в своих знаменитых лекциях, посвященных горению свечи, говорил о том, что нет ни одного закона природы, который бы не был затронут в этом процессе. А в чем, на ваш взгляд, фундаментальная особенность горения?
― Я бы отметил междисциплинарность. О том, что процесс горения включает в себя множество явлений из области физики и химии, было известно еще во времена Фарадея, то есть в XIX в. Исследование горения уже тогда было междисциплинарным, хотя самого термина «междисциплинарность» еще не существовало. Сегодня, исследуя горение, мы имеем дело не только с различными разделами физики и химии, будь то газовая динамика, спектроскопия, лазерная физика, оптика и др., но и с квантовой химией, нелинейной динамикой и другими науками. Но вот чего точно не было во времена Фарадея, так это численного моделирования. Эти методы постоянно совершенствуются, становясь все более сложными и изощренными. Пожалуй, не будет преувеличением сказать, что численное моделирование ― одна из наиболее бурно развивающихся областей не только науки о горении, но и в целом современной науки.
― И одна из самых сложных задач?
― Каждая задача сложна по-своему, но здесь главная сложность заключается в том, что горение состоит из большого количества самых разнообразных физико-химических процессов: газодинамики, тепломассопереноса, химических превращений в ходе реакций и т.д. Примечательно, что при горении мы имеем дело в том числе и с наноструктурами. Казалось бы, при чем здесь нанофизика и наноструктуры? Но вспомните опять же Майкла Фарадея и его работу «История свечи». Образование сажи в богатых углеводородных пламенах идет как раз таки по пути формирования зародышей сажи в виде наноструктур! Когда люди поняли это и начали глубже исследовать процесс, то обнаружили, что, например, графено- и фуллереноподобные структуры и нанотрубки возникают на стадии образования прекурсоров (реагенты, приводящие к образованию целевого вещества. — Примеч. ред.) зародышей сажи. Затем появилась идея использовать это в производстве. В результате производство наночастиц путем синтеза в пламени стало очень востребованным на рынке. Поэтому я думаю, что такая особенность науки о горении, как междисциплинарность, будет и дальше приносить немало интересных прикладных результатов.
В лаборатории «Динамика реагирующих систем» ФИАН. Фото: Ольга Мерзлякова / «Научная Россия»
В лаборатории «Динамика реагирующих систем» ФИАН. Фото: Ольга Мерзлякова / «Научная Россия»
― А что насчет фундаментальных результатов? Остались ли какие-то нерешенные вопросы или наука о горении перешла в область технологий?
― Если говорить с точки зрения практики, горение ― это процесс, сопровождающий человечество на протяжении всей его истории. Наша цивилизация строилась вокруг использования горения в качестве источника энергии, источника для химического преобразования, производства. И даже сейчас, в эпоху цифрового мира, наша связь с таким фундаментальным явлением, как горение, никуда не делась. Многие не обращают внимания, но мы ежедневно в том или ином виде используем горение: тепло, электричество, транспорт…
― И наше дыхание.
― Да, многие любят эту аналогию, ведь мы вдыхаем кислород, а выдыхаем углекислый газ, получая энергию благодаря окислению, хотя, строго говоря, этот процесс — не горение.
В области изучения горения остается масса нерешенных проблем, и некоторые из них уже очень давно остро стоят на повестке дня, например переход горения в детонацию: о том, как именно происходит этот процесс, ученые спорят на протяжении десятилетий.
С термодинамической точки зрения процесс детонации более выгоден, чем горение, но из-за присущей ему внутренней неустойчивости детонация до сих пор не получила широкого применения на практике. Кроме того, активно развивается такая область, как химия горения: есть много вопросов о том, как протекают элементарные реакции между реагентами и как их наиболее правильно и эффективно моделировать. Не менее интересны газодинамика горения, горение в режимах с преобладанием диффузионного переноса, микрогорение и т.д., где тоже есть масса нерешенных проблем. Поэтому я думаю, что с точки зрения фундаментальной науки исследование горения будет оставаться важной задачей на протяжении многих десятилетий.
― Насколько сложно провести численное моделирование, учитывая, что горение состоит из большого количества процессов, протекающих с разной интенсивностью и на разных пространственно-временных масштабах?
― Численное моделирование горения ― одна из важнейших задач для нас. Если мы научимся детально и точно воспроизводить в численных расчетах характеристики пламени, это станет тем большим прорывом, которого давно ждут. Если инженер сможет напрямую в численном расчете получать характеристики разрабатываемого им устройства, это станет очень большим подспорьем. Можно ли это сделать? До какой-то степени ― да. Сложности, как вы правильно сказали, связаны с многомасштабностью и взаимосвязанностью различных процессов, а также проблемами их комплексного моделирования. Как пример ― газофазное горение, которым мы тоже занимаемся. Представьте, что разные масштабы и связанные с ними явления (межмолекулярные взаимодействия, масштабы тепловой толщины пламени (характерный масштаб длины, на котором температура пламени меняется существенным образом. ― Примеч. ред.), газодинамические масштабы течений и вихрей и т.д.) как бы накладываются и влияют друг на друга и нам важно уметь разделять их. Переходя от одного уровня модельного описания к другому, на определенном этапе мы сталкиваемся с газодинамикой — и начинается самое интересное. Здесь могут происходить хаотизация, турбулизация потока, возникновение малых (субмиллиметровых и миллиметровых) и больших (от единиц до десятков миллиметров) вихрей. И мы должны уметь посчитать все это! Следующий масштаб ― это уровень камеры сгорания, где речь идет о пространственных размерах в единицы и десятки сантиметров.
Таким образом, от масштаба нанометров мы приходим к метрам. Провести полное численное моделирование такого процесса сейчас не представляется возможным. Будет ли это возможно когда-либо ― тоже большой вопрос. Каждая из задач, которую необходимо решить для численного моделирования горения, включает массу переменных, и мы должны уметь посчитать их.
Горение состоит из физико-химических процессов, отличающихся друг от друга на многие порядки величин по пространственным и временным масштабам. Так, например, элементарные химические реакции протекают на атомно-молекулярных масштабах, а газовые течения описываются размерами камер сгорания. Химическая кинетика горения даже самых простых топливных смесей может насчитывать сотни элементарных реакций между десятками промежуточных реагентов. Источник: по материалам В.В. Губернова. Фото: Ольга Мерзлякова / «Научная Россия»
Дополнительную сложность создает тот факт, что явления, возникающие на том или ином физико-химическом масштабе, динамически связаны друг с другом. Поэтому при моделировании мы, как правило, вынуждены использовать определенные приближения и пытаться рассчитать что-то одно из списка явлений, которые я перечислил.
― На чем сосредоточены исследования вашей лаборатории?
― Мы в большей степени исследуем фундаментальные вопросы, связанные с процессами горения. Если вернуться к той линейке масштабов, о которой я говорил выше, то мы стараемся понять, как протекают элементарные реакции в пламени, выяснить их сопряженность с энерговыделением и переносом тепла и реагентов. Это так называемый масштаб тепловой толщины пламени, на котором мы фактически и работаем (а также на масштабах на порядок-другой больше, чем этот). При процессе горения возникает множество интермедиатов (промежуточных веществ с коротким временем жизни. ― Примеч. ред.), играющих роль «посредников», которые «разбирают» изначальные молекулы и «собирают» конечные. В итоге у нас получается достаточно значительное количество реагентов, каждый из которых может вступать в реакцию с другими. Таким образом, мы имеем большую таблицу элементарных реакций, которые нужно уметь описывать и моделировать. Количество промежуточных соединений и реакций может исчисляться десятками, сотнями и даже тысячами. Поэтому объем информации, которую необходимо собрать для того, чтобы описать их, колоссален. В своих исследованиях мы пытаемся придумать такие эксперименты, которые давали бы нам источник точной независимой информации, чтобы, используя его, мы могли описывать как элементарные реакции, так и процессы тепломассопереноса в пламени.
Каждый эксперимент, будь то наше исследование или работа коллег из других институтов, позволяет «подсветить» некий уголок научного поля, на котором мы все вместе работаем. Получение новых качественных данных имеет очень большое значение. И я поясню почему. Возьмем пример: ламинарная скорость пламени (примером ламинарного горения может служить пламя свечи в неподвижном воздухе. ― Примеч. ред.), абсолютно фундаментальная характеристика, важнейшая для проведения как научных, так и инженерных расчетов. Как вы думаете, с какой точностью мы можем измерить эту величину, например для таких топливно-воздушных смесей, как метан-воздух?
― Даже не знаю.
― 10–15% для стехиометрических пламен (пламен смесей окислителя и горючего, в которых окислителя ровно столько, сколько необходимо для полного окисления горючего. ― Примеч. ред.) и существенно больше для пламен, далеких от стехиометрии! Возможно, это сложно представить, но сегодня инженер, рассчитывая новое устройство, может полагаться лишь на такую точность. Поэтому каждый эксперимент, позволяющий измерить что-то с более высокой точностью, существенно продвигает нас вперед.
― А до какой точности в принципе можно дойти?
― Сложно сказать. Я думаю, что если мы сможем измерить какую-то характеристику процесса горения, например ту же ламинарную скорость, с погрешностью менее 5%, то это будет уже очень хорошо. Сложность состоит в том, что если даже мы ставим эксперимент с максимально простыми конфигурациями, скажем, используя плоскую горелку, то все равно возникает масса процессов, которые вмешиваются (например, влияние экспериментального оборудования) и делают картину неидеальной. В таком случае мы либо должны включить эти «неидеальности» в свои расчеты, что довольно сложно, либо, наоборот, попытаться исключить все «нехорошие» эффекты из эксперимента, что не просто сложно, а скорее всего вообще невозможно.
Мы стремимся минимизировать воздействия внешней среды и неидеальности экспериментальных стендов доступными нам способами: например, помещая горелки или реакторы в инертную атмосферу, постановкой эксперимента или прецизионным изготовлением экспериментальных стендов.
В 2017–2020 гг. при участии ФИАН на МКС проходил эксперимент «Структура и динамика сферических диффузионных пламен» (s-Flame) по исследованию процессов горения в условиях микрогравитации для сопоставления экспериментальных данных с результатами численного моделирования, что было бы невозможно осуществить на Земле из-за влияния подъемной силы. Фото: archangel80889 / 123RF
― Еще одна тема, которую невозможно обойти стороной, обсуждая горение, ― это энергетика. Как вы думаете, сможем ли мы в будущем отказаться от углеводородов и перейти, например, на водород ― единственное вещество, дающее при сгорании только воду?
― Это интересный вопрос. В нем, помимо науки и технологии, еще очень много политики и экономики. Я не претендую на истину в последней инстанции, но могу дать комментарий как человек, который давно занимается этими проблемами. Около 20–25 лет назад я очень увлекался идеями, связанными с водородной энергетикой. Когда я читал научные обзоры или планы различных организаций того времени, складывалось впечатление, что буквально через 20 лет мы будем жить в другом мире: кругом начнут использовать водород, мы будем ездить на экологически чистом транспорте, освоим новые способы электрогенерации и т.д. Но время прошло, а этого, как вы видите, так и не случилось. По крайне мере, в тех объемах, которые были запланированы.
Важно понимать, что водород сам по себе ― это не источник энергии, а ее носитель: вроде контейнера, в который можно поместить энергию, транспортировать куда-то и эффективно преобразовать. Для конечного потребителя все выглядит просто идеально: мы окисляем водород с помощью горения или электрохимическим способом и на выходе производим только чистую воду. Но за рамками остается весь предшествующий технологический процесс, который никак не назовешь чистым.
Если вы посмотрите на то, что происходит сейчас с производством водорода, то увидите, что оно, как правило, не обходится без тех же самых углеводородов, от которых все так хотят отказаться: угля и метана. Самый распространенный способ получения водорода — паровая конверсия метана (взаимодействие водяного пара и метана при высокой температуре в присутствии катализатора. — Примеч. ред.) — считается грязным и способствует выбросам углекислого газа в атмосферу.
— А получать водород более чистыми способами слишком дорого.
— Да, это существенно дороже, поэтому водород и производится главным образом из природного газа и угля, а мы, соответственно, и не видим массового перехода энергетики на водород.
Структура мировой энергетики крайне консервативна и не претерпела кардинальных изменений, если не считать все возрастающие спрос и мощности производства; доля различных видов зеленой энергетики и электрогенерации по-прежнему находится на уровне нескольких процентов.
На текущий момент самыми популярными источниками энергии по-прежнему остаются углеводороды, за ними — гидрогенерация и атомная энергия, и лишь потом — зеленые технологии. Думаю, что эта тенденция в ближайшем будущем не изменится кардинально, и хотя водород, безусловно, сможет занять свое место на мировом энергетическом рынке, он все равно скорее всего останется в числе нишевых продуктов.
Ученые лаборатории «Динамика реагирующих систем» ФИАН. Фото: Ольга Мерзлякова / «Научная Россия»
— В вашей лаборатории проводятся исследования новых источников энергии или новых видов топлива?
— Да. Для нашей страны, имеющей богатые запасы углеводородов и лидирующей в мировом производстве водорода, большой интерес может представлять работа с топливными смесями, например, метана и водорода. Этот вид топлива, известный как гитан в русскоязычной или hythane в англоязычной литературе, мы сейчас исследуем в нашей лаборатории. Эта задача очень актуальна с точки зрения физики и химии горения. Когда мы дополнительно добавляем водород в какое-то углеводородное топливо (например, метан), это меняет всю химию процесса и открывает новые возможности.
Мы сосредоточились на исследованиях характеристик горения, особенностей протекания химических реакций, устойчивости и пределов горения подобных топливных смесей, влияния добавления того или иного количества водорода на эти параметры и характеристики, влияния условий повышенного давления и на других вопросах. Все эти процессы очень интересны как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения.
В перспективе гитан может быть использован в двигателях внутреннего сгорания, газовых турбинах, камерах сгорания энергетических установок разной мощности и применения. В отличие от чистого водорода смесь метана и водорода обладает более предпочтительными характеристиками с точки зрения пожаровзрывобезопасности и разрушающего влияния на материалы, например охрупчивания металлов. Это позволит использовать данные топливные смеси в существующей транспортной и энергетической инфраструктурах, а также уменьшить антропогенную нагрузку на окружающую среду.
| 09.12.24 | 07.12.2024 Телеграм-канал РАН. ФИАН отметил 90-летие! |
История института, основанного в 1934 году, хранит много моментов славы и торжества научной мысли. В стенах ФИАН трудилось сразу несколько Нобелевских лауреатов, а за годы работы из института вышло 10 крупных исследовательских центров.
ФИАН сегодня занимается передовыми исследованиями в области ядерной медицины, квантовых сенсоров, оптических часов, фотоники, сенсорных технологий и новых материалов и многим другим. Учёные института работают с лазерами, сверхпроводниками, наноструктурами, изучают математическую физику и взаимодействие лазеров с плазмой.
Институт в числах:
Более 1,7 тысячи сотрудников;
24 члена РАН;
Ежегодно — 20 монографий и 1,5 тысячи научных статей.
Поздравляем!
