СМИ о нас

Внеземные океаны: от Венеры до Сатурна. Интервью с м.н.с. АКЦ ФИАН Вячеславом Авдеевым

 

Исчезающие острова, круговорот метана в природе и снег, идущий вверх, ― это лишь малая часть редких природных явлений, которые есть в нашей Солнечной системе.

О самых необычных внеземных океанах и поисках воды на ближайших планетах и их спутниках рассказывает младший научный сотрудник Астрокосмического центра Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) Вячеслав Авдеев.

Вячеслав Юрьевич Авдеев ― младший научный сотрудник Астрокосмического центра ФИАН (Лаборатория математических методов обработки), популяризатор науки, автор ютуб-канала «Улица Шкловского».

― Поговорим сначала о наших ближайших соседях Венере и Марсе. На этих планетах когда-то существовали океаны?

―  И на Венере, и на Марсе некогда было много воды. На Марсе еще в 1971 г. были обнаружены следы русел древних рек. Возможно, реки текли по поверхности Марса на протяжении тысяч или даже миллионов лет. Сейчас, конечно, никаких рек там нет. Кроме того, на Марсе найдены и дельты рек ― области, в которых древняя река впадала в более крупный водоем, возможно, озеро, море или океан. Но это еще не все. Около 4 млрд лет назад на Марсе, скорее всего, существовал огромный соленый океан! Он располагался в северном полушарии планеты и по объему воды лишь немногим уступал нашему Северному Ледовитому океану. Учитывая сравнительно небольшие размеры Красной планеты, это был отнюдь не маленький водоем. Однако около 3,5 млрд лет назад Марс начал терять атмосферу, климат стал более холодным, вода начала частично испаряться, частично замерзать, и планета постепенно стала такой, какой мы ее знаем. О том, когда именно Марс потерял свою атмосферу, можно говорить лишь приблизительно, есть разные датировки.

― Правда ли, что под марсианскими песками может находиться водяной лед?

― Да. И особенно интересно, возвращаясь к деталям рельефа, что на Марсе были найдены даже следы цунами! Видимо, когда на планету падали метеориты, вода поднималась, обрушивалась на побережье, а затем отступала. Так, в числе прочих однажды были найдены следы двух цунами, которые разразились, когда климат на Марсе уже стал намного холоднее, и разошлись разными путями: одна волна цунами сошла, а другая не успела ― вода замерзла и на том месте образовались скопления льда, которые и наблюдали ученые. Сейчас, изучая Марс с орбиты и пытаясь прозондировать его грунт, мы замечаем, что под красными песками Марса находится так называемая криосфера ― большой запас соленой воды. В некоторых регионах Марса содержание в грунте этой замерзшей воды достигает 35%. Если зачерпнуть марсианский грунт ковшом, то мы обнаружим, что этот грунт есть не что иное, как влажный песок.

― На какой глубине находится марсианский лед?

― Глубина на самом деле очень невелика. Копнув буквально раз-другой, можно будет увидеть этот лед. Его можно заметить также, когда на планету падают метеориты. Важно еще и то, что лед на Марсе распределен неравномерно: ближе к полюсам льда становится больше, а на экваторе ― меньше.

В целом можно сказать, что вода на Марсе есть и ее хватит даже для колонизации планеты. Но возникает другая проблема: где взять атмосферу? Та известная схема, которую предлагал Илон Маск, ― взрывать бомбы, чтобы растопить полярные шапки Марса, ― мне представляется малоэффективной: не хватит мощности бомб и запасов летучих веществ в полярных шапках Марса. Вероятно, атмосферу на Марс придется завозить извне, например из комет.

― А что насчет Венеры, которую называют сестрой Земли?

― В отличие от Марса о Венере известно крайне мало. Мы знаем, что поверхность этой планеты очень молода: около 500–700 млн лет назад она почти полностью обновилась. В это время поверхность Венеры была залита лавой, которая, естественно, потом застыла, поэтому говорить о древней Венере сложно. Как известно, ранее на поверхность планеты уже садились советские аппараты, но, к сожалению, проработали они совсем недолго: максимум полтора часа. Да, были получены хорошие изображения, была измерена плотность грунта, удалось даже немного пробурить его, но, увы, этого времени оказалось недостаточно, чтобы провести полноценные исследования.

Изображение атмосферы Венеры в ближней инфракрасной области (2,3 мкм), полученное зондом Galileo.
Источник фото: NASA/JPL, Общественное достояние, WikiMedia

Изучая состав атмосферы Венеры, ученые сравнили соотношение изотопа водорода к дейтерию, то есть к тяжелому водороду. Оказалось, что это соотношение сильно отличается от того, что мы имеем на Земле. Наша планета и Венера ― родственники: они образовались из одного газопылевого облака и, по идее, состав изотопной воды у этих двух планет должен быть схожим, но в реальности это не так. Ученые стали думать: а как объяснить эту разницу в соотношении изотопов, каков был сценарий развития? На Венере была вода, но из-за разогрева планеты моря начали выкипать. Когда эти молекулы воды поднимались выше, солнечный ультрафиолет разбивал их на кислород и на водород. Кислород мог потом соединиться с какими-то венерианскими породами, а водород, будучи очень легким, мог под воздействием солнечного ветра и температуры диссипировать (рассеяться. ― Примеч. ред.) в космос. Венера быстрее теряла обычный водород и медленнее ― тяжелый. Это дало возможность оценить объем потерянной воды, основываясь на предположении, что начальное изотопное соотношение было таким же, как на Земле. Исходя из этих данных, ученые провели исследования, и оказалось, что 60% поверхности Венеры могло быть покрыто океанами.

Океан Венеры в глубину мог быть с пятиэтажный дом. Это как раз то, что нужно для удобства проживания: неглубокий теплый океан куда предпочтительнее глубоких и холодных вод. Морские организмы, как известно, любят очень теплые и мелкие водоемы. Но все эти рассуждения о венерианских океанах пока остаются на уровне гипотез. Было бы хорошо проверить наши предположения, опустив на поверхность Венеры космические аппараты, которые могли бы подольше поработать на венерианских тессерах (детали рельефа Венеры, напоминающие паркет или черепицу. ― Примеч. ред.). Тессеры иногда ошибочно называют материками, но на самом деле это области Венеры, считающиеся более древними, чем участки, покрытые лавой.

Существование древнего океана на Венере вполне возможно, но, как я уже упоминал, нужны дальнейшие исследования этого вопроса. Кстати, если бы та древняя Венера вращалась так, как вращается сейчас, то весь ее океан не выкипел бы. Известно, что парниковый эффект на Венере ― самоподдерживающийся, он усиливает сам себя. Тем не менее если на Венеру закачать атмосферу вроде нашей, то этот парниковый эффект не начнется, потому что Венера будет очень активно прогреваться на солнечной стороне, а на ночной ― интенсивно отдавать тепло.

Это связано с тем, что период обращения Венеры вокруг своей оси составляет 243 дня, то есть она делает оборот очень медленно. Используя климатические модели, ученые подсчитали, что нужно сделать с Венерой, чтобы запустить самоподдерживающийся парниковый эффект. Выяснилось, что для этого планета должна вращаться гораздо быстрее: сутки должны длиться менее 20 земных дней. Сейчас же Венера вращается медленнее. Главный вопрос на сегодня ― что же все-таки произошло с Венерой: почему ее поверхность была покрыта лавой, почему эта планета вращается в обратном направлении, да еще и так медленно? Я надеюсь, что ответы смогут дать космические миссии будущего.

― Ближе всех к Солнцу находится Меркурий, и, наверное, говорить о наличии там воды в принципе бессмысленно?

― Меркурий расположен ближе всего к Солнцу, но он тем не менее прохладнее, чем Венера, потому что у него нет атмосферы и парникового эффекта. Сутки на этой планете длятся очень долго, 59 земных дней, при этом Солнце освещает Меркурий со всех сторон. Орбита Меркурия сильно вытянута, что в сочетании с медленным вращением планеты вокруг своей оси приводит к очень интересным эффектам. Например, если бы мы встречали рассвет на Меркурии, то увидели бы не один восход Солнца, как на Земле, а несколько! Это значит, что Солнце сначала восходит, затем опускается и снова поднимается ― и так несколько раз. Кстати, на Меркурии есть области, практически не освещающиеся нашей звездой, ― это глубокие кратеры в полярных областях, где с помощью дистанционных измерений были обнаружены запасы водяного льда. На океан это, конечно, не тянет. Вода на Меркурии никогда не была жидкой и в принципе быть не может, потому что у этой планеты нет (и никогда не было) атмосферы. Солнце находится очень близко к Меркурию, оно слишком горячее и солнечный ветер оказывает сильнейшее влияние на эту маленькую планету.

На Меркурии можно наблюдать тройной восход и закат Солнца. Источник фото: фотобанк 123RF.

― Вода в Солнечной системе ― это распространенное явление?

― Это не редкость, ведь вода ― очень простая молекула: она состоит из кислорода, которого полно во Вселенной, и водорода ― самого распространенного элемента. Вода наблюдается на планетах и их спутниках, и в межзвездных облаках, и на кометах, и даже вокруг звезд ― как молодых, так и умирающих.

Изучением воды в Солнечной системе в частности занимается космический аппарат NASA James Webb и будет заниматься проект ФИАН «Миллиметрон». «Миллиметрон» будет изучать распределение воды в протопланетных дисках. Такие исследования очень важны, потому что от этого распределения воды зависит то, какая планета получится в итоге.

Примечательно, что чем дальше мы уходим от Солнца, тем больше воды наблюдаем. Примером тому могут служить спутники Юпитера. Пожалуй, самый известный из них ― Европа, ледяной шар чуть меньше нашей Луны. Видимо, подо льдом Европы находится жидкий океан, который не замерзает в силу нескольких причин: орбита Европы слегка вытянута, а ось наклонена, поэтому из-за приливных воздействий со стороны Юпитера выделяется тепло; кроме того, и в самой воде могут быть растворены какие-то вещества, помогающие океану не замерзать.

― Каким может быть состав этой воды?

― Молекулы воды везде одинаковы ― это кислород и водород, но важно еще то, какие примеси есть в этой воде, в данном случае ― в соленом океане Европы. Этот вопрос еще предстоит изучить.

В 2018 г. в журнале Nature была опубликована статья о том, что на Энцеладе обнаружены сложные органические соединения. В этом же году ученые из Вены в своей лаборатории воссоздали условия, аналогичные условиям на этой ледяной луне Сатурна. На примере архей Methanothermococcus okinawensis было показано, что земные организмы вполне способны выжить на Энцеладе. Источник фото: фотобанк 123RF.

Слой льда Европы ― около 30 км, под ним ― до 100 км воды, а далее уже начинается силикатное ядро. Чтобы изучить воду Европы, эти 30 км льда нужно как-то пробурить. Была идея, например, вскрыть этот лед с помощью взрыва, но на Земле нет столь мощной водородной бомбы. Даже если взорвать все бомбы, имеющиеся на Земле, то, скорее всего, дыру в этом слое льда мы не проделаем. Есть и другой, более гуманный путь ― изучать состав гейзеров, которые периодически появляются на Европе: то есть бурить лед не нужно, достаточно пролететь через гейзер, собрать воду и посмотреть, из чего она состоит. Так, зонд Cassini, например, много раз пролетал через ледяные шлейфы Энцелада (спутника Сатурна) и смог изучить, пусть и не очень подробно, состав воды. Оказалось, что в этой воде содержится какая-то простая органика. Очевидно, что океан Энцелада взаимодействует с недрами планеты и что он богат химией. Но для более детального изучения нужно привлекать более мощную технику. Что касается Европы, то на ее исследование будут направлены как минимум два проекта 2023 г.: зонд NASA Europa Clipper и зонд Европейского космического агентства под названием JUICE. Зонд JUICE сначала будет вращаться вокруг Юпитера и дважды сблизится с Европой, а затем перейдет на орбиту вокруг самого крупного спутника в Солнечной системе ― Ганимеда.

― В плане изучения воды Ганимед не менее интересен, чем предыдущие объекты Солнечной системы.

― Да. Подозревают, что у Ганимеда тоже есть океан, причем очень необычный. Модели показывают, что океан Ганимеда похож на слоеный пирог: верхний слой льда, под ним ― слой воды, дальше снова начинается лед, но уже с другой структурой (он возникает при больших давлениях), потом снова слой воды, уже более соленой, затем слой так называемого горячего льда, за ним идет слой воды и в конце ― последний слой льда, который, возможно, граничит с силикатной частью спутника.

В верхнем слое, в самом первом океане Ганимеда, есть такое явление, как антиснег, или снег, идущий вверх. Представьте, что мы плывем на подводной лодке в верхнем океане Ганимеда. Вода в этом слое океана иногда начинает замерзать, однако получившиеся льдинки ― менее плотные, чем окружающий их соленый раствор воды, и из-за этого они поднимаются наверх, медленно дрейфуют и оседают в верхнем ледяном слое. Правда, пока непонятно, насколько устойчивы все эти слои льда Ганимеда, могут ли они сообщаться между собой, трескаться и т.д.

Спутник Юпитера Ганимед похож на слоеный пирог. Источник иллюстрации: NASA/JPL-Caltech.

― Давайте напоследок вспомним еще один необычный объект в нашей Солнечной системе ― спутник Сатурна Титан. Когда я впервые увидела снимки с поверхности этого небесного тела, то была очень удивлена тем, что пейзажи Титана похожи на земные. Те же побережья, обтесанные водой камни, реки…

― Ученые исследуют Титан с 1655 г., но только в 2004 г., когда в систему Сатурна прилетел зонд Cassini — Huygens, мы впервые увидели снимки с поверхности этого необычного спутника. Спускаемый аппарат Huygens был специально создан для изучения Титана. Во время миссии возникли какие-то проблемы с программным кодом, поэтому аппарат передал только часть информации, но даже она оказалась очень ценной. Что же интересного мы там обнаружили? Например, влажный песок, как на Земле, только основа этого песка — не силикаты, а довольно твердый водяной лед. Мы увидели окатанные камешки, похожие на речную гальку, а также русла рек, озера и моря, в которых плещутся жидкие углеводороды: метан, этан и т.п.

Пейзажи Титана. Фото: NASA.

Титан действительно интересен. Чего только стоят дожди на этом спутнике Сатурна! Тяготение на Титане в семь раз меньше, чем на Земле, а атмосфера ― в полтора раза плотнее, поэтому дожди на Титане представляют собой крупные капли, которые очень и очень медленно опускаются вниз, стекая в ручьи, реки и моря. Таким образом, мы можем наблюдать здесь круговорот жидкости в природе. Только жидкость на Титане — не вода, а метан, тот самый газ, который горит у нас в печах. При температуре −180° C он становится жидким. А еще на Титане есть горы, причем основа скальных пород ― водяной лед, под которым находится слой воды, а затем уже силикаты. Подо льдами Титана есть океан жидкой воды, но не думаю, что там есть жизнь.

― Может, под воду уходит?

― Может, и так. Пока неизвестно. Было даже предположение, что океаны Титана по своим свойствам похожи на газировку. Когда мы бросаем что-то в газированную воду, она начинает шипеть. То же самое может происходить и на Титане, где, по одной из версий, каким-то образом нарушается равновесие и из жидкости начинает выделяться азот, появляясь на поверхности спутника в виде пузырей, похожих на острова. Затем эти пузыри лопаются и мы не видим островов. Это отнюдь не единственная гипотеза. Нам еще предстоит изучить исчезающие острова Титана. На это в том числе нацелен проект NASA Dragonfly, который будет запущен в 2030-х гг. Так что впереди немало работы, и я надеюсь, что в ближайшие годы мы сможем узнать много нового о воде в нашей Солнечной системе.

Автор Янина Хужина
Фотограф Андрей Луфт
Оператор Алексей Корноухов

https://scientificrussia.ru/articles/vnezemnye-okeany-ot-venery-do-saturna-intervu-s-mns-akc-fian-vaceslavom-avdeevym-2

12-16 июля 2022 года в Самаре прошла II Международная конференция по физико-химии горения и процессов в экстремальных средах ComPhysChem’22.

Открыл конференцию председатель программного и организационного комитетов, директор СФ ФИАН доктор физ.–мат. наук В.Н. Азязов. Он приветствовал участников конференции - студентов, аспирантов, молодых ученых и ведущих научных сотрудников из Самары, Москвы, Новосибирска, Томска, Черноголовки и др. городов.

На открытии конференции выступили первый проректор – проректор по научной работе Самарского научно-исследовательского университета доктор тех. наук А.Б. Прокофьев и председатель Российской секции Международного Института горения доктор физ.–мат. наук профессор Н.Н. Смирнов.

Представитель Физического института имени П.Н. Лебедева РАН В.В. Губернов приветствовал участников от лица руководства института. Он отметил, что направление тематики конференции - чрезвычайно перспективное: «Химическая кинетика охватывает очень широкий спектр явлений и касается не только переработки топлив, но и таких фундаментальных вопросов, как возникновение органических соединений во Вселенной и, может быть, самой жизни. За этой тематикой большое будущее».

В конференции приняли участие более 70 ученых, которые представили практически все университеты и научные организации России, занимающиеся исследованиями в области физики и химии горения, а также исследующие проблемы кинетики и динамики реакций в экстремальных условиях.

Международный статус конференции подтвердился большим количеством докладов по результатам исследований, выполненных международными коллективами с участием исследователей из США, Германии, Китая.

С приглашенными докладами выступили профессор, доктор физ.–мат. наук Н.Н. Смирнов, сотрудник ФНЦ ФНИИСИ РАН (Москва), председатель Российской секции Международного Института горения (Combustion Institute) и доктор хим. наук А.Г. Шмаков, зав. лабораторией кинетики процессов горения Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН (Новосибирск).

ФИАН был представлен докладами заместителя директора по научной работе кандидата физ.-мат. наук А.В. Колобова, помощника директора по работе с молодежью доктора физ.–мат. наук В.В. Губернова, а также устными и стендовыми докладами аспирантов ФИАН и научных сотрудников СФ ФИАН.

Организаторами конференции выступили Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Самарский университет, Российская секция Международного института горения. Мероприятие прошло в рамках мегагранта «Возникновение и эволюция органических соединений в нашей Галактике» (соглашение между Министерством науки и высшего образования Российской Федерации и ФИАН № 075-15-2021-597 от 2 июня 2021 г.).

Информация и фото предоставлены отделом по связям с общественностью ФИАН
Разместила Ирина Усик

https://scientificrussia.ru/articles/itogi-ii-mezdunarodnoj-konferencii-comphyschem22

12-16 июля 2022 года в Самаре прошла II Международная конференция по физико-химии горения и процессов в экстремальных средах ComPhysChem’22.

Открыл конференцию председатель программного и организационного комитетов, директор СФ ФИАН доктор физ.–мат. наук В.Н. Азязов. Он приветствовал участников конференции - студентов, аспирантов, молодых ученых и ведущих научных сотрудники из Самары, Москвы, Новосибирска, Томска, Черноголовки и др. городов.

 
На открытии конференции выступили первый проректор – проректор по научной работе Самарского научно-исследовательского университета доктор тех. наук А.Б. Прокофьев и председатель Российской секции Международного Института горения доктор физ.–мат. наук профессор Н.Н. Смирнов.

Представитель Физического института имени П.Н. Лебедева РАН В.В. Губернов приветствовал участников от лица руководства института. Он отметил, что направление тематики конференции - чрезвычайно перспективное.

"Химическая кинетика охватывает очень широкий спектр явлений и касается не только переработки топлив, но и таких фундаментальных вопросов как возникновение органических соединений во Вселенной, и, может быть, самой жизни. За этой тематикой большое будущее".

В конференции приняли участие более 70 ученых, которые представили практически все университеты и научные организации России, занимающиеся исследованиями в области физики и химии горения, а также исследующие проблемы кинетики и динамики реакций в экстремальных условиях.

Международный статус конференции подтвердился большим количеством докладов по результатам исследований, выполненных международными коллективами с участием исследователей из США, Германии, Китая.

С приглашенными докладами выступили профессор, доктор физ.–мат. наук Н.Н. Смирнов, сотрудник ФНЦ ФНИИСИ РАН (Москва), председатель Российской секции Международного Института горения (Combustion Institute) и доктор хим. наук А.Г. Шмаков, зав. лаборатории кинетики процессов горения Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН (Новосибирск).

ФИАН был представлен докладами заместителя директора по научной работе кандидата физ.-мат. наук А.В. Колобова, помощника директора по работе с молодежью доктора физ.–мат. наук В.В. Губернова, а также устными и стендовыми докладами аспирантов ФИАН и научных сотрудников СФ ФИАН.

 

Организаторами конференции выступили Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Самарский университет, Российская секция Международного института горения. Мероприятие прошло в рамках Мегагранта «Возникновение и эволюция органических соединений в нашей Галактике» (соглашение между Министерством науки и высшего образования Российской Федерации и ФИАН № 075-15-2021-597 от 2 июня 2021 г).

Источник: ФИАН

https://www.atomic-energy.ru/news/2022/07/25/126698

«Научная Россия» продолжает цикл лекций члена-корреспондента РАН, директора Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) Николая Николаевича Колачевского. Ранее мы уже рассказывали о загадке зарядового радиуса протона — одной из важных проблем физики последнего десятилетия, а также об оптических ядерных часах. А сегодня речь пойдет об ионном квантовом компьютере.

Почему ионная платформа считается наиболее качественной из всех существующих для создания квантового компьютера? Зачем ученые ждут появления квантового транзистора и как работает единственный в России ионный квантовый компьютер ФИАН? На эти и многие другие вопросы Николай Колачевский отвечает в своей лекции.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

• Интервью Н.Н. Колачевского для портала «Научная Россия»
• РАН: директор ФИАН рассказал о прототипе ионного квантового компьютера
• Движение без сопротивления. // В мире науки, №3, 2019.

Лекция проведена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ и Российской академии наук.

В видео использованы фото и иллюстрации с сайтов intel.newsroom, https://ppt-online.org, фотобанк 123RF

Автор Янина Хужина
Фотограф Елена Либрик
Оператор Алексей Корноухов

https://scientificrussia.ru/articles/ionnyj-kvantovyj-komputer-lekcia-cl-korr-ran-nikolaa-kolacevskogo

Студент Института математического моделирования и игропрактики ПсковГУ Даниил Толбухин стал участником форума «Физика» в рамках олимпиады «Я = профессионал» на площадке Московского физико-технического института. Об этом Псковскому агентству информации сообщили в пресс-службе ПсковГУ.

На форуме студентам рассказали о синхротронных и междисциплинарных исследованиях научного центра Курчатовского института, Ван-дер-Ваальсовых гетероструктурах, разработке устройств энергонезависимой памяти при помощи новых материалов, а также о проблеме климатических изменений, происходящих на нашей планете, и их последствиях.

Кроме того, присутствующие заслушали лекции о структурной биологии, об атмосфере Венеры и применении синхротронного излучения в биологических исследованиях.

В рамках мероприятия также состоялся «Научный джем», на котором у студентов была возможность в дружеской и неформальной обстановке пообщаться с действующими учёными из разных областей. Гостями этой встречи стали известные учёные МФТИ и базовых институтов по разным направлениям науки от вычислительной и экспериментальной физики до теоретической и математической физики.

В течение следующих дней у ребят была возможность познакомиться с другими значимыми научными вопросами: они узнали, сколько нужно астрономов, чтобы увидеть чёрную дыру, как зовут самого известного кота квантовой механики и как учёные изучают наши клетки.

Завершился форум экскурсией по одному из крупнейших и старейших научно-исследовательских центров России – Физическому институту имени П. Н. Лебедева РАН.

https://informpskov.ru/news/395070.html

Студент Института математического моделирования и игропрактики ПсковГУ Даниил Толбухин стал участником форума «Физика» в рамках олимпиады «Я-профессионал» на площадке Московского физико-технического института. Мероприятие проходило с 4 по 8 июля.

На форуме студентам рассказали о синхротронных и междисциплинарных исследованиях научного центра Курчатовского института, Ван-дер-Ваальсовых гетероструктурах, разработке устройств энергонезависимой памяти при помощи новых материалов, а также о проблеме климатических изменений, происходящих на нашей планете, и их последствиях.

Кроме того, присутствующие заслушали лекции о структурной биологии, об атмосфере Венеры и применении синхротронного излучения в биологических исследованиях.

В рамках мероприятия также состоялся «Научный джем», на котором у студентов была возможность в дружеской и неформальной обстановке пообщаться с действующими учёными из разных областей. Гостями этой встречи стали известные учёные МФТИ и базовых институтов по разным направлениям науки от вычислительной и экспериментальной физики до теоретической и математической физики.

В течение следующих дней у ребят была возможность познакомиться с другими значимыми научными вопросами: они узнали, сколько нужно астрономов, чтобы увидеть черную дыру, как зовут самого известного кота квантовой механики и как учёные изучают наши клетки.

Завершился форум экскурсией по одному из крупнейших и старейших научно-исследовательских центров России – Физическому институту им П.Н. Лебедева РАН.

https://iluki.ru/news/student-pskovgu-pobyval-na-forume-fizika-v-mfti

Фото: телеграмм-канал СКИФ

Новосибирская область вошла в топ-5 регионов Архипелага 2022, чьи проекты были высоко оценены на совещании с участием членов Комиссии по направлению «Наука» Госсовета РФ и экспертами НТИ.

Команда Новосибирской области вошла в пятерку лучших региональных делегаций проектно-образовательного интенсива «Архипелаг 2022», завершившегося в Севастополе. Регион представлял два проекта, один из них «К технологическому суверенитету через синергию ВЕКТОР+СКИФ и развитие инфраструктуры наукограда Кольцово».

Делегация региона во главе с министром науки и инновационной политики Вадимом Васильевым представила ряд проектов, получивших высокую оценку федеральных экспертов.

В «Архипелаге-2022», проходившем в Севастополе, приняли участие представители 83 регионов страны, команды 128 вузов и более тысячи стартапов, а также специалисты 205 индустриальных партнеров. На закрытии мероприятия были объявлены 5 регионов, чьи проекты были высоко оценены на совещании с участием членов Комиссии по направлению «Наука» Государственного совета Российской Федерации и экспертами НТИ.

В числе критериев, по которым оценивались проекты, – ориентированность на значимые для страны отрасли, наличие сильных партнеров, повышение качества жизни на территории по результатам реализации проекта.

Новосибирская область удостоена высокой оценки за проекты «К технологическому суверенитету через синергию ВЕКТОР+СКИФ и развитие инфраструктуры наукограда Кольцово» и «Разработка штаммов-продуцентов для крупнотоннажного производства критических ферментов для АПК, нефтяной и химической отраслей» («Промбиотех»).

Представляем сильнейшие проекты: 

1. Калужская область, город Обнинск. Проект «ФармОстров» – создание независимого фармацевтического кластера Калужской области для обеспечения безопасности жителей России и дружественных стран.
2. Новосибирская область. Проекты «К технологическому суверенитету через синергию ВЕКТОР+СКИФ и развитие инфраструктуры наукограда Кольцово» и «Разработка штаммов-продуцентов для крупнотоннажного производства критических ферментов для АПК, нефтяной и химической отраслей».
3. Москва. Модель Сетевого университета фундаментальных наук и технологий на примере консорциума Университета 20.35, НИЯУ МИФИ и научно-образовательного парка ФИАН, город Троицк.
4. Сахалинская область. Центр инжиниринга с опытным полигоном «Восточного водородного кластера».
5. Пермский край. Обеспечение энергетической и инфраструктурной безопасности за счет технологий фотоники: от безопасности к новым рынкам.

Иван Миловзоров

https://vn.ru/news-region-predstavil-silneyshiy-proekt-na-obrazovatelnom-intensive-arkhipelag-2022/

Ученым из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН удалось «сварить» патогенные бактерии — золотистый стафилококк и синегнойную палочку — с помощью лазера среднего инфракрасного диапазона. Эксперимент показал, что свет этой длины волны разрывает водородные связи в молекулах белков и нуклеиновых кислот, так что бактерия теряет активность и способность к размножению. Этот способ обеззараживания может стать удобным вариантом для быстрой бесконтактной стерилизации продуктов, дезинфекции в больницах и на пищевых производствах, а в перспективе, возможно, позволит создать портативный световой обеззараживатель.

«Мы показали, как на практике воздействует на бактерии лазерное излучение среднего инфракрасного диапазона с длинами волны три и шесть микрометров. Выяснилось, что при этом в клетке возникают резонансные колебания молекулярных связей в основных элементах структуры клетки: в C-N связях белков и нуклеиновых кислот при воздействии излучением с длиной волны шесть микрон и C-H связей углеродного скелета - под действием излучения три микрона», — говорит сотрудник лаборатории лазерной нанофизики и биомедицины ФИАН Светлана Шелыгина.

Широкое применение антибиотиков привело к тому, что сегодня в мире растет доля микроорганизмов, устойчивых к ним. Антибактериальные средства становятся все менее эффективными, поэтому становится актуальным поиск «физических» методов обеззараживания, решающих проблему резистентности микроорганизмов без применения токсичных химических средств.

Химические дезинфицирующие средства разрушают надструктуру белков и других основных компонентов клеточной оболочки, нарушая клеточный метаболизм, но они могут быть токсичными и для человека. Обработка ультрафиолетом ведет к фотолитическму или фотохимическому повреждению молекул клеток: УФ-облучение разрушает ДНК путем прямого воздействия или благодаря образованию димеров циклобутана и пиримидин-(6-4)-пиримидиновых фотопродуктов. Таким образом, оно вызывает мутации ДНК и инактивирует микроорганизмы.

Однако ультрафиолет оказывает разрушительное действие и на ДНК клеток млекопитающих и может спровоцировать развитие меланомы. Кроме того, некоторые виды бактерий способны «чинить» ДНК путем экспрессии фермента ДНК-фотолиазы, который сводит к нулю воздействие ультрафиолета. Поэтому два эти традиционные средства нельзя применять повсеместно, и ученые изучают другие диапазоны длин волн.

Большой интерес представляет именно средний инфракрасный диапазон, поскольку такое излучение избирательно вызывают колебания молекулярных связей жизненно важных структур микроорганизмов. Ученые уже не раз демонстрировали пагубное воздействие среднего ИК-излучения на микроорганизмы от источников тепла, например инфракрасных ламп при температуре свыше 1000 градусов. Применение лазерных источников для этих целей может быть очень эффективными благодаря высокой интенсивности лазерного излучения, использующего только нужную для воздействия длину волны.

ИК-Фурье-спектр оптической плотности бактерий P. aeruginosa толщиной 1,5 мкм (левая ось) и спектры интенсивности лазерных импульсов с длиной волны 3 мкм и 6 мкм (правая ось)

В ходе исследования ученые помещали бактерии культур золотистого стафилококка и синегнойной палочки на подложку из фторида кальция толщиной 1 миллиметр и облучали фемтосекундными лазерными импульсами среднего ИК-диапазона с длиной волны 3 и 6 микронов. Эти длины волн соответствуют частотам колебаний амидных групп белков и нуклеиновых кислот (6 микрон) и С-H колебаний углеродного скелета, наиболее распространенной связи для всех биополимеров (3 микрона).  

Длительность импульса составляла 130 фемтосекунд, энергия импульса — до 4 микроджоулей, а частота — 1 килогерц. Затем ученые получали динамические спектры оптической плотности излучения бактерий. Для обеих бактериальных культур спектры показали синий спектральный сдвиг и просветление образцов в спектральном диапазоне характерных колебаний связей С-N и C-H. С-N связи входят в состав белков и нуклеиновых кислот, тогда как C-H связи являются наиболее распространенными связями во всех биополимерах и относительно равномерно распределены по всему объему бактериальной клетки.

«В спектрах при разрыве водородных связей наблюдаются сдвиг полос в сторону более коротких длин волн. Это обычное явление, причем не только в бактериальных клетках. Наличие синего сдвига говорит о том, что внутри бактерии рвутся водородные связи. Таким образом меняется вторичная и третичная структура белков, происходит денатурация. Одновременно мы наблюдали падение числа колониеобразующих единиц до нуля», — говорит Светлана Шелыгина.

Таким образом, облучение инактивирует микроорганизмы, разрушая жизненно важные структурные единицы бактериальной клетки: ДНК, РНК, белки и клеточную стенку. Белки в бактериях наиболее сильно подвергаются облучению, что приводит к их денатурации. Наблюдаемое динамическое ИК-лазерное просветление бактериальных культур указывает на возможность доставки излучения на большую глубину, что, как предполагают ученые, позволит применять среднее ИК-излучение для лечения злокачественных опухолей. В перспективе ученые хотят создать портативный ИК-обеззараживатель, но для этого требуется достаточно мощный компактный лазерный источник.

Такую технологию можно было бы использовать в пищевой промышленности для бесконтактной дезинфекции продуктов через прозрачную упаковку, помещений и инструментов, в медицине для стерилизации инструмента и обработки ран, причем даже глубоких, так как излучение среднего ИК-спектра не обладает мутагенными свойствами. Возможно, когда-нибудь у каждого из нас будет свой портативный ИК-обеззараживатель, с помощью которого можно будет быстро стерилизовать любую поверхность.

Основные результаты опубликованы в журнале Biomedical Optics Express (показана антибактериальная активность излучения, проведено микробиологическое исследование образцов), в Laser Physics Letters и «Письмах в ЖЭТФ» (исследованы динамические спектры пропускания лазерных импульсов слоем бактерий, для которых наблюдался «синий сдвиг» спектра лазерного импульса для образца с нанесенным слоем бактерий относительно образца без бактерий, который связан с разрывом водородных связей, отвечающих за разрушение вторичной и третичной структуры белков и нуклеиновых кислот).

Источник: ФИАН

https://www.atomic-energy.ru/news/2022/07/14/126366

Образовательный форум по физике МФТИ прошёл в Москве с 4 по 8 июля в рамках Всероссийской студенческой олимпиады «Я - профессионал». Участники в течение 5 дней слушали лекции ведущих ученых и практиков в области физики, участвовали в интенсивах и Физхакатоне. А в заключительный день форума молодые учёные посетили крупнейший научно-исследовательский центр России - Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН.

Участники форума познакомились с результатами актуальных исследований в области физики и уникальными установками, встретились с ведущими учеными и узнали, насколько востребованы их знания физики для развития науки и где их можно реализовать на практике.

Помощник директора ФИАН по научной работе, профессор С.Ю. Савинов в своем вступительном слове рассказал участникам экскурсии о нобелевских лауреатах и истории развития Физического института, научных исследованиях ФИАН и его влиянии на науку в России и в мире.

Ведущий научный сотрудник Лаборатории проблем физики космоса В.С. Бескин обсудил с молодыми учеными современные проблемы теоретической физики и астрофизики. А также продемонстрировал новые подходы к решению актуальных астрофизических задач и рассказал о черных дырах и динамомашине в космосе.

На экскурсии участники образовательного форума познакомились с лабораториями Отделения физики твердого тела, Отделения квантовой радиофизики, Отделения ядерной физики и астрофизики, Центра высокотемпературной сверхпроводимости и квантовых материалов им. В.Л. Гинзбурга ФИАН.

В отделе твердотельной фотоники ОФТТ сотрудники Физического института продемонстрировали в рабочем режиме современные системы, которые предназначены для получения большинства современных полупроводниковых приборов. В том числе установку, в которой для визуализации внутренней структуры твердого тела используются гиперзвуковые волны.

В Центре лазерных и нелинейно-оптических технологий ОКРФ участники форума познакомились с Лабораторией лазерной нанофизики и биомедицины, в которой ведутся исследования в области взаимодействия лазерного излучения с веществом, включая наноструктурирование поверхностей, воздействие на биоткани и др.; с  Лабораторией фемтосекундной нелинейной оптики, сотрудники которой ведут исследования филаментации лазерных импульсов в газовых и конденсированных средах, создании протяженных плазменных каналов в воздухе и др.; с Лабораторией газовых лазеров и ее основными направлениями исследований: молекулярные, эксимерные лазеры, и их использование.

Сотрудники Отдела лазерной плазмы рассказали об основных научных направлениях: исследование взаимодействия лазерного излучения с веществом, гидродинамических, радиационных и кинетических процессов в импульсной высокотемпературной плазме для решения задач лазерного термоядерного синтеза и создания источников излучения и корпускулярных потоков с контролируемыми характеристиками.

В Отделе физики высоких плотностей энергии ОЯФА студентам показали установку «Эрг», позволяющей в лабораторных условиях увидеть молнию. Участники экскурсии познакомились с современными диагностиками: многоканальные детекторы жестких излучений, лазерное зондирование, измерение вч и свч излучений, сверхскоростная съемка с наносекундным разрешением.

Физический институт им. Лебедева является базовой организацией трёх кафедр и двух образовательных программ магистратуры ЛФИ МФТИ по направлению подготовки «Прикладные математика и физика». В рамках данного направления сотрудники ФИАН руководят научной работой студентов и преподают специальные дисциплины.

Источник: ФИАН

https://www.atomic-energy.ru/news/2022/07/14/126365

Ученые из П.Н. Лебедева РАН удалось «сварить» болезнетворные бактерии — золотистый стафилококк и синегнойную палочку — с помощью лазера среднего инфракрасного диапазона. Эксперимент показал, что свет этой длины волны разрывает водородные связи в молекулах белков и нуклеиновых кислот, вследствие чего бактерии теряют свою активность и способность к размножению. Подробнее об эксперименте «Газете.Ru» рассказали в пресс-службе института.

Мы показали, как лазерное излучение среднего инфракрасного диапазона с длинами волн в три и шесть микрометров действует на бактерии на практике. Оказалось, что при этом в клетке происходят резонансные колебания молекулярных связей в основных элементах клеточной структуры: в связях C-N белков и нуклеиновых кислот при воздействии излучения с длиной волны шесть микрон, и связях C-H углеродного скелета — под воздействием трехмикронного излучения, — сообщила «Газете.Ru» Светлана Шелыгина, сотрудник лаборатории лазерной нанофизики и биомедицины Института Лебедева РАН..

В ходе исследования исследователи поместили бактерии Staphylococcus aureus и Pseudomonas aeruginosa на подложку из фтористого кальция толщиной 1 миллиметр и облучили их фемтосекундными лазерными импульсами среднего ИК-диапазона с длиной волны 3 и 6 микрон. Эти длины волн соответствуют частотам колебаний амидных групп белков и нуклеиновых кислот (6 мкм) и колебаниям С-Н углеродного скелета, наиболее распространенной связи для всех биополимеров (3 мкм).

Исследователи пояснили, что облучение инактивирует микроорганизмы и разрушает жизненно важные структурные единицы бактериальной клетки: ДНК, РНК, белки и клеточную стенку. Белки в бактериях наиболее сильно подвергаются облучению, что приводит к их денатурации. Наблюдаемая динамическая ИК-лазерная очистка бактериальных культур предполагает возможность доставки излучения на большую глубину, что, по прогнозам исследователей, позволит использовать излучение среднего ИК-диапазона для лечения злокачественных опухолей. В будущем ученые хотят создать портативное инфракрасное обеззараживающее устройство, но для этого требуется достаточно мощный компактный лазерный источник.

Данная технология может быть использована в пищевой промышленности для бесконтактной дезинфекции продуктов через прозрачную упаковку, помещения и инструменты, в медицине для стерилизации инструментов и обработки ран, даже глубоких ран, так как излучение среднего ИК-диапазона не оказывает мутагенного действия. характеристики.

Результаты работы опубликованы в журналах Biomedical Optics Express и Laser Physics Letters.

https://grodno24.com/2022/07/svarili-bakterii-lazerom.html