Журнал Компьютерра - Журнал «Компьютерра» №45 от 01 декабря 2005 года
Какой-то злой рок преследует японский космический аппарат Hayabusa. Мало того, что зонд вынужденно прибыл не к тому астероиду, что планировалось вначале (см. КТ #606), а решение о смене конечного пункта ученые приняли уже во время полета (!), но и после довольно успешного и своевременного прибытия не обошлось без накладок.
Сперва неудачу потерпел эксперимент с высадкой на поверхность астероида Итокава полукилограммового робота MINERVA, оснащенного тремя цифровыми камерами. 12 ноября аппарат отделился от основного зонда. Ему предстояло самостоятельно преодолеть лишь 55 метров, но на астероид «Минерва» так и не села, затерявшись в просторах космоса (возможно, в неудаче виноваты неправильные маневры самого Hayabusa).
Чуть позднее, 20 ноября попытку приблизиться к поверхности предпринял и Hayabusa: главной целью всей экспедиции была доставка грунта с астероида на Землю. Для того, чтобы безошибочно сориентировать зонд при посадке, на поверхность был выброшен небольшой шар с отражательным покрытием, которому надлежало сыграть роль своеобразного маяка. Вслед за этим Hayabusa приблизился к астероиду на расстояние в 17 метров и… перестал слушаться команд с Земли. В срочном порядке была послана команда отойти от поверхности подальше. Позднее связь с аппаратом вообще была потеряна на несколько часов. В итоге оказалось, что Hayabusa все же сел на астероид, практически в заданной точке, только вот пробу грунта взять не удалось.
Настойчивость японских ученых взяла свое: 26 ноября Hayabusa совершил вторую попытку, которая считается успешной, то есть, судя по сигналам с зонда, аппарат произвел все необходимые действия, чтобы взять пробу грунта и вернуться на орбиту возле астероида. К сожалению, убедиться в том, что проба действительно взята, можно будет только после возвращения Hayabusa на Землю, а его возможность стоит под большим вопросом - цепочка неудач продолжилась неполадками двигателя. Похоже, один из топливных баков замерз, а из другого случилась утечка горючего. Если проблему не удастся решить в ближайшее время, Hayabusa упустит благоприятный момент для обратного путешествия к Земле. - А.Б.
Энцеладский фонтан
Американский космический зонд «Кассини», исследующий систему Сатурна, сделал очередное открытие. Когда станция 27 ноября пролетала вблизи Энцелада, ее аппаратура сфотографировала мощные струи, восходящие вертикально из района южного полюса спутника Сатурна. По мнению специалистов, они состоят из водяного пара с примесью пыли и ледяных частиц, которые с большой скоростью выбрасываются с поверхности Энцелада и вылетают в космическое пространство. Во время съемки Энцелад находился между «Кассини» и Солнцем, благодаря чему водяные султаны запечатлелись особенно рельефно. Первый такой фонтан «Кассини» обнаружил еще 14 июля, когда он приблизился к Энцеладу на 173 км. Эта струя поднимается вверх на сотни километров и каждую секунду выбрасывает в космос полтонны воды.
Новая информация подтверждает гипотезу, согласно которой Энцелад служит источником вещества для кольца Е, самого широкого из колец гигантской планеты. Она также указывает на то, что Энцелад принадлежит к очень немногочисленной группе тел Солнечной системы, обладающих геологически активными недрами. До сих пор внутренняя активность, помимо Земли, наблюдалась лишь на покрытом вулканами спутнике Юпитера Ио и на Тритоне, крупнейшей из лун Нептуна, где имеются многочисленные гейзеры.
Энцелад был открыт английским астрономом Уильямом Гершелем в 1789 году. Период его обращения составляет почти 33 часа, удаление от планеты - 238 тысяч километров, диаметр - 500 километров. Принято считать, что тела таких размеров слишком малы для проявления настоящей вулканической активности (для сравнения: поперечник Ио равен 3630 км, а Тритона - 3200 км). Летом «Кассини» сфотографировал вблизи южного полюса Энцелада четыре расщелины протяженностью свыше ста километров, которые оказались заметно теплее его остальной поверхности. Согласно показаниям инфракрасного спектрометра зонда, их средняя температура составляет не менее 90 градусов выше абсолютного нуля, в то время как в целом Энцелад нагрет лишь до 75 градусов по Кельвину. Источник обнаруженного фонтана почти наверняка локализован в зоне этих разломов. Специалисты полагают, что аномальный нагрев южного полюса Энцелада скорее всего связан с приливными процессами (так же, как, например, активность Ио) однако не исключают, что он может хотя бы отчасти объясняться и радиоактивным теплом. - А.Л.
Единство и борьба противоположностей
Физикам из Калифорнийского университета в Риверсайде при поддержке коллег из Иллинойса и Университета в Осаке, Япония, возможно, впервые удалось получить молекулу позитрония - подобного водороду газа из вещества и антивещества, в котором место ядер атомов водорода - протонов занимает положительно заряженный двойник электрона - позитрон.
Атомы позитрония из электрона и позитрона ученые умели получать и ранее. Это просто идеальное топливо для гамма-лазеров будущего. Позитроний нестабилен, и электрон, аннигилируя с позитроном, превращается в высокоэнергетичные гамма-кванты. Но для лазеров необходим позитроний высокой плотности, а в плотном газе возможно образование молекул. Простейшая из них состоит из двух атомов и похожа на молекулу водорода. Их еще ни разу не удавалось наблюдать.
Получить позитроний высокой плотности очень не просто. Ученые накопили и сжали позитроны в магнитной ловушке, а затем выстрелили мощным пучком по тонкой пленке пористого кремния с размерами пор несколько нанометров. Позитроны захватывали электроны из кремния, связывались с ними в позитроний и некоторое время существовали в порах в виде сравнительно плотного газа.
Ученые предполагали, что по мере роста плотности газа скорость его аннигиляции будет увеличиваться. Дело в том, что позитроний бывает двух видов - с нулевым и единичным спином. В первом спины электрона и позитрона направлены в разные стороны, а во втором параллельны. Позитроний с единичным спином стабильнее и живет дольше на несколько сотен наносекунд. Но столкновения таких атомов в газе могут превратить их в короткоживущую форму.
Эксперименты показали, что скорость распада растет вчетверо быстрее, чем ожидалось. По мнению авторов, это явно свидетельствует о том, что в плотном газе образуются короткоживущие молекулы позитрония. Однако нельзя исключить и то, что за наблюдаемый эффект ответственны тонкие трещины и другие дефекты материала, в которые вынужден просачиваться и быстро аннигилировать плотный газ. Только дальнейшие эксперименты с различными материалами позволят ученым надежно выяснить, станет ли уходящий 2005 год годом рождения первой искусственной молекулы из вещества и антивещества. - Г.А.
Карандашный релятивизм
В прошлом году международной команде ученых из Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов в Черноголовке и Манчестерского университета в Великобритании впервые удалось получить качественный графен - плоский слой атомов углерода толщиной в один атом («КТ» #565). Тогда же исследователи продемонстрировали великолепные электронные свойства графена и изготовили на этой пленке быстрый транзистор. Дальнейшие исследования графена этого года привели ученых к удивительным открытиям, недавно опубликованным в журнале Nature одновременно с независимой работой другой команды из Колумбийского университета, которая их подтверждает.
Атомы углерода в графене расположены в углах правильных шестиугольников, похожих на пчелиные соты. Каждый атом связан с тремя своими соседями сильной ковалентной связью, благодаря которой графен очень прочен и химически устойчив. А один электрон из четырех валентных электронов каждого атома остается свободным, обеспечивая графену великолепную электропроводность. Но, как оказалось, это только начало перечня его удивительных свойств.
Ученые исследовали, как магнитное поле влияет на протекание электрического тока через графен при низких температурах, и обнаружили, что наблюдаемый в этих условиях квантовый эффект Холла совершенно необычен. Эффект Холла заключается в том, что в проводнике из-за отклонения движущихся носителей заряда магнитным полем наблюдается разность потенциалов, перпендикулярная текущему току и приложенному магнитному полю. При низких температурах сопротивление Холла, связывающее ток и поперечное напряжение, квантуется и может принимать лишь дискретный ряд значений, пропорциональных целым числам. В графене впервые наблюдался «полуцелый» эффект Холла, при котором обычный целочисленный ряд сдвинут на половинку. Это можно объяснить только предположив, что электроны в графене имеют нулевую эффективную массу и подчиняются релятивистским уравнениям теории относительности. Такое поведение электронов в твердом теле наблюдается впервые. До сих пор для их описания хватало обычных уравнений нерелятивистской квантовой теории. Скорость электронов в графене, как оказалось, достигает тысячи километров в секунду, что примерно в триста раз меньше скорости света, но гораздо выше скорости электронов в любом из известных проводников.
