Текст книги "Юный техник, 2005 № 07"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 5 страниц)

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ

Фантомы в космосе

Правда ли, что в каждом полете космонавты подвергаются очень сильному радиационному облучению? Говорят, что дозы его настолько сильны, что некоторые исследователи космоса после полета вынуждены проходить специальный курс реабилитации. Как же тогда люди собираются лететь на Марс и другие планеты Солнечной системы?

Игорь Карасев,

г. Мурманск

Мы с вами – тоже космонавты, экипаж звездолета Земля. Но наш космолет устроен весьма разумно. От радиации Солнца нас защищает магнитосфера планеты – слой ионизированных частиц, принимающий на себя излучение и не допускающий его на поверхность.

Когда же люди поднимаются в стратосферу на самолете, а тем более – выходят на космическом корабле за пределы атмосферы, то солнечная радиация обрушивается на них в полной мере. И за каждые сутки полета космонавты получают примерно такую же дозу радиации, как при рентгеновском обследовании. В итоге, например, Валерий Поляков в течение самого длительного непрерывного в истории космонавтики полета – 438 суток – набрал в сумме дозу в 130 миллизивертов, или 13 рентгенов.

Как будто немного. Однако для работников атомной промышленности в нашей стране предельная годовая норма установлена в 20 миллизивертов. А вот для космонавтов годовой предел установлен в 500 миллизивертов. Почему?

Дело в том, что работники атомной промышленности работают возле ядерных реакторов десятилетиями, а космонавты летают в космос максимум четыре раза, пробыв там в общей сложности не более полутора лет, отвечают на такой вопрос специалисты. И за все внеземные рейсы им, по словам заведующего отделом радиационной безопасности Института медико-биологических проблем В.М. Петрова, разрешается набрать не более 1000 миллизивертов. Обычно же космонавты уходят на покой, перестают летать гораздо раньше, чем наберут даже половину этой нормы.

И все же проблема существует. И определенная обеспокоенность за здоровье космонавтов чувствуется. Тем более, что в будущем на повестке дня – полет на Марс, который может продлиться три года. За это время экипаж корабля может набрать суммарные дозы большие, чем эвакуаторы Чернобыля. Поэтому в феврале 2004 года на МКС вместе с очередным «грузовиком» прибыли два необычных «пассажира» – европейский манекен «господин Рендо» и российская «Матрешка». Их задача – исследовать влияние космической радиации на жизненно важные органы человека в течение длительного пребывания в космосе.

По окончании эксперимента будет сделан еще один важный шаг в подготовке пилотируемого полета на Марс.

Здесь нужно, наверное, вспомнить, что это не первый эксперимент подобного рода. «Первым «космонавтом», облетевшим Луну, был российский манекен из… пшеницы, – сообщил журналистам заведующий отделом Института медико-биологических проблем РАН В. М. Петров. – Он и положил начало важнейшим исследованиям воздействия космической радиации на организм человека».

По словам ученого, манекен в полный человеческий рост – 175 см и весом 70 кг стартовал 15 сентября 1968 года в кресле пилота космического аппарата «Зонд-5», облетел вокруг Луны и через 7 суток благополучно возвратился на Землю. На тело фантома, состоящее из пшеничных зерен, «склеенных» специальным антивибрационным материалом, был надет настоящий комбинезон – противоперегрузочный авиационный костюм.

Пшеница по химическому составу очень похожа на ткани человеческого организма, поэтому именно ее избрали для проведения первого эксперимента по изучению воздействия радиации на жизненно важные органы при полете за пределы магнитосферы Земли. В теле манекена просверлили отверстия и вставили в них датчики-дозиметры. В результате эксперимента были получены первые данные о воздействии различных видов радиации на организм человека, заложены основы нового направления космической науки.

И вот теперь исследования такого рода решено продолжить. Данные, полученные с помощью манекенов-фантомов, помогут ученым рассчитать предельно допустимые нормы облучения и решить, какие меры защиты необходимо еще предусмотреть для космонавтов во время межпланетных перелетов.

Российская «Матрешка» представляет собой шар диаметром около 35 см и весом в 30 кг, пояснил заместитель главного конструктора РКК «Энергия» Александр Марков. Она состоит из нескольких вставленных друг в друга контейнеров. Каждый – из особого материала, имитирующего соответственно структуру и проницаемость различных частей и органов человека – кожи, мышц, печени, сердца, мозга, костей. Установленные в различных слоях 500 миниатюрных датчиков будут накапливать информацию о дозах радиации, полученных экипажем на борту МКС.

Так выглядят манекены-фантомы, попавшие на орбиту.

«Матрешке» определено место внутри станции. А вот «господин Рендо», получивший свое прозвище по названию материала, из которого изготовлена его основа, представляет собой человекоподобный манекен, обряженный в соответствующий скафандр. Место ему предусмотрено за бортом станции, где он и будет нести свою вахту, не защищенный ее корпусом.

В манекене опять-таки размещена система датчиков, которые будут сигнализировать о потоках радиации, пронизывающих его «тело». Стоимость «господина Рендо» специалисты ЕКА определили 8 8 млн. евро. Еще 11,8 млн. евро Росавиакосмос получил от Европейского космического агентства за размещение «господина Рендо» на борту станции и техническое сопровождение эксперимента.

Предполагается, что в будущем к экспериментам подключатся и ученые Японии, которые полагают, что подобные «фантомы» целесообразно разместить во всех модулях станции.

Оба же нынешних устройства по окончании эксперимента в 2005 году будут возвращены на Землю для тщательного изучения в лабораториях. Тогда и будут сделаны выводы о возможности полета на Марс и окраинные планеты Солнечной системы, разработаны надлежащие меры защиты.

Пока же решение этой проблемы видится таким. На борту космического корабля, отправляющегося на Красную планету, оборудуют радиационные убежища, где космонавты смогут укрыться во время очередной солнечной вспышки, когда потоки космической радиации достигают своего максимума. В качестве защитных стенок в таком убежище, по всей вероятности, будут использованы не только панели из специальных материалов, но и баки с водой, которую экипаж возьмет с собой в полет. Кроме того, в снаряжение космонавтов войдут спецкостюмы, защищающие от радиации.

И наконец, медики разработают медикаменты, снижающие чувствительность организма к облучению. Первые образцы таких лекарств уже получены.

Владимир ЧЕРНОВ

Кстати…

НЕ ПОСЛАТЬ ЛИ НАМ ГОНЦА?..

Человек не приспособлен для дальних космических путешествий. К такому выводу пришли специалисты японского космического агентства. По их мнению, люди не только плохо переносят длительное заточение в ограниченном пространстве космического корабля.

Самый главный враг космонавтов, как уже говорилось выше, – радиация. Не все человеческие органы одинаково к ней восприимчивы. Некоторые, так называемые критические, органы подвергаются наиболее ощутимым ударам. Так, хрусталик глаза с трудом противостоит потоку радиоактивных частиц, и при постоянном его облучении неизбежно возникновение катаракты. Под воздействием радиации могут также поражаться участки мозга, отвечающие за двигательную активность.

Исходя из этого, японские ученые предлагают «усовершенствовать» космонавтов, отправляющихся, допустим, к Марсу, удаляя им путем микрохирургических операций наиболее радиочувствительные органы. Например, заменять натуральный хрусталик глаза на искусственный.

Непонятно, правда, как произвести полноценную замену таких радиочувствительных органов и тканей, как кожа или костный мозг. Быть может, лучше отправлять в длительные космические путешествия роботов или киборгов, специально сконструированных для таких задач?

Когда линза… жидкость

Специалисты ведущих фотофирм мира ни на миг не прекращают поиски все новых способов усовершенствования съемочной аппаратуры. С некоторыми из их любопытных разработок мы и хотим познакомить вас сегодня.

Недавно ведущие мировые разработчики цифровой оптической техники обнаружили интересный эффект – при подсветке цифровой матрицы в момент съемки инфракрасным излучением ее чувствительность повышается на 15–20 %. Когда начинаешь разбираться в сути эффекта, понимаешь, что так и должно быть. Однако заметили все это почему-то только недавно.

В самом деле, инфракрасное излучение – оно же, собственно, и тепловое. И не секрет, что при повышении температуры многие реакции, процессы протекают быстрее.

Технически усовершенствовать камеру тоже довольно просто. Инфракрасные диоды весьма дешевы и требуют небольших затрат энергии для своей работы. Во время же экспериментов с ними выяснилось, что подобным образом можно повысить и чувствительность обычной фотопленки. Надо лишь в момент открытия затвора произвести внутри аппарата вспышку инфракрасного диода, добавив таким образом в спектр видимого излучения еще инфракрасное. Обычная пленка от инфракрасного излучения не засвечивается, зато повышает свою чувствительность.

Повышение же реальной чувствительности пленки или матрицы дает возможность применять на фотоаппаратах объективы с меньшей фотосилой, а значит, и более легкие, компактные, дешевые. Причем для электронной техники, где объективы и так невелики, тут же родилась идея использовать жидкостные линзы.

Вы, наверное, не раз видели: капельки воды на стекле не растекаются, а сворачиваются в чуть приплюснутые тяжестью шарики. Причем эти шарики обладают всеми свойствами двояковыпуклой линзы. Мало того, приплюснутостью капли можно управлять, например, с помощью электростатического поля. А при этом будет меняться заодно и оптическая сила линзы, то есть, говоря проще, коэффициент увеличения.

В общем, в лабораториях Philips ныне создан экспериментальный образец жидкостного объектива с габаритами 3x2,22 мм. Внутри корпуса такого объектива – два жидких вещества (токопроводящий водный раствор и масло-диэлектрик) с различными коэффициентами преломления. Изнутри на боковые поверхности корпуса и на одно из оснований нанесено гидрофобное покрытие. Нежелание соприкасаться с ним вынуждает жидкость принять форму линзы.

Прикладывая электростатическое поле, можно менять геометрию линз-капель, а значит, и фокусное расстояние данного объектива. Причем очень быстро – менее чем за 0,1 секунды. Единственный недостаток данного зум-объектива – его чувствительность к вибрации. При тряске геометрия капли искажается, и это ухудшает изображение. А уж если такой объектив уронить, так он и вообще теряет свою работоспособность на некоторое время – жидкости перемешаются, и придется выжидать, пока они не вернутся в исходное состояние. Тем не менее, конструкторы не теряют надежды справиться с недостатками конструкции, использовав специальные компенсаторы тряски.

С. СИНЕЛЬНИКОВ

ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ
Таинственный тетранейрон. Существует ли он?

Работа ядерщиков сродни работе детективов: по следам и «уликам» они пытаются восстановить картину происшествия. Исследователи из Лаборатории ядерной физики Национального центра научных исследований под руководством профессора Мигеля Маркесапопытались отыскать виновника загадочного происшествия, случившегося более года назад. А дело было так…

Ученые во время экспериментов на ионном ускорителе GANIL, расположенном в г. Каене, обстреливали ядрами бериллия-14 мишень из углерода. Часть атомов, по расчетам, должна была превратиться в бериллий-10, а освободившиеся при этом нейтроны и иные частицы – образовать некое гало, своеобразное облако, обращающееся вокруг ядра.

Однако на деле все получилось иначе. После обстрела углеродной мишени ядрами бериллия-14 вместо четырех вспышек, которые должны были бы дать освободившиеся нейтроны, обнаружили всего одну.

Поначалу экспериментаторы решили, что не сработали детекторы. Эксперимент повторили несколько раз, и в шести случаях зарегистрировали загадочную аномалию. Просто на ошибку детектирования такое списать было уже нельзя. Но что же тогда произошло?

Когда детектив на месте происшествия видит один след, хотя свидетели утверждают, что преступников было четверо, он, по крайней мере, вправе предположить, что один из этой четверки оказался силачом и унес остальных троих на себе.

Но бывают ли подобные силачи в мире элементарных частиц? По идее, нейтроны удерживаются в ядре более-менее кучно лишь в компании с протонами, благодаря силам ядерного взаимодействия. Но что заставило их держаться слитно в этом случае? Ответа на этот вопрос пока нет. Есть лишь предположение, что если нейтроны обладают различными спинами, то есть, говоря упрощенно, вращаются в разные стороны, то могут существовать некие силы, заставляющие их держаться вместе.

Схема, показывающая, как при ударе об углеродную мишень атом бериллия-14 иногда распадается на атом бериллия-10 и загадочный тетранейтрон.

Тем не менее, когда исследователи опубликовали заметку о странном феномене в научной печати, их не высмеяли, как того опасался Маркес и его коллеги, а рекомендовали продолжить исследования. Ведь кластер – то есть объединение четырех нейтронов – существовал по меркам микромира целую вечность (несколько сотен наносекунд). А раз так, то в данной загадке природы стоило бы разобраться тщательнее.

Воодушевленные экспериментаторы объединились с теоретиками, среди которых значится, например, Уилтон Кэтфорд, научный сотрудник Университета графства Суррей, Великобритания. И общими усилиями составили вот какую картину.

Представим себе на миг, что нам удалось зафиксировать проявление некой ядерной суперсилы, которая пусть еще неизвестна, но заставляет держаться нейтроны вместе.

Такое на практике уже случалось. Астрофизики, например, отыскали во Вселенной так называемые нейтронные звезды, вещество внутри которых сжато столь плотно, что обычные атомы растеряли сначала свои электроны, а затем и протоны. Остались лишь нейтроны, сплюснутые чудовищными силами гравитации. Наперсток вещества такой звезды может весить триллион тонн, писали ученые по этому поводу. И добавляли, что нейтроны скорее всего распределены в такой структуре более-менее равномерно, как бывшие снежинки в плотном снежном коме.

Но теперь, в свете новых данных, Дэниэл Филлипс, специалист по нейтронным звездам из Университета штата Огайо, США, выдвинул предположение, что внутри такой нейтронной звезды могут существовать свои построения, подобно тому, как обычные атомы образуют кристаллическую решетку внутри твердого тела.

Обнаруженные тетранейтроны, то есть кластеры из четырех нейтронов, на самом деле представляют собой лишь осколки какого-то еще большего образования, полагает Филлипс.

Смысл этой фразы, до конца понятной лишь специалистам, можно изложить проще. Сегодня многие исследователи полагают, что свыше 90 % массы Вселенной приходится не на видимые нам звезды и галактики, а на так называемую темную, или скрытую, массу, обнаружить которую удалось лишь косвенным путем, при помощи расчетов, но не наблюдений.

Так, быть может, подобная масса и состоит из неких еще неизвестных нам структур, подобных тетранейтронам? И заставляет их держаться вместе не сила тяжести, а та самая суперсила, открытия которой нам не хватает, чтобы была наконец создана единая универсальная теория, объединяющая все силы в природе?.. И быть может, именно эта теория откроет нам двери в параллельные миры и измерения, о которых столько разговоров?

Но вопросов здесь пока больше, чем ответов. Прежде чем пускаться в туманные дали всяческих предположений, неплохо бы сначала как следует удостовериться в существовании этих самых тетранейтронов, полагает наша соотечественница Наталия Тимофеюк, работающая сейчас в Университете графства Суррей. Хотя, конечно, ей, как и другим ученым, все-таки хочется, чтобы открытие состоялось. Уж больно заманчивые перспективы оно открывает.

Возможно мы стоим мы стоим на пороге столь же грандиозных преобразований в физике, какие она пережила в начале прошлого века, когда от классической физики отпочковались теория относительности и квантовая механика, буквально перевернувшие представления ученых об устройстве нашего мира.

С. СЛАВИН

УДИВИТЕЛЬНО, НО ФАКТ!

Заглянем в Зазеркалье?

Зеркало – предмет простой: стекло да слой амальгамы. Но из всех изобретений человечества, которые мы видим каждый день, это, пожалуй, самое загадочное. Вспомните, вы наверняка не раз вглядывались в свое отражение, пытаясь разглядеть в зазеркалье что-то большее.

В этом вы не одиноки. Люди с древности полагали, что зеркала обладают магическими свойствами. Существует огромное число поверий, примет и ритуалов, связанных с зеркалами. Чаще всего им приписывали свойства некой границы между нашим, вполне ощутимым, физическим миром, в котором живут люди, и неким иным, познать который мы пока не можем.

И не случайно английский ученый и писатель Льюис Кэрролл отправил свою Алису в поисках чудес именно в Зазеркалье, а американский астроном Джон Крамер написал в прошлом веке научно-фантастический роман «Твистор». В нем он утверждал, что у Земли есть невидимый двойник – зеркальный антипод, занимающий такое же место в пространстве, только «по ту сторону».

Герои этого романа тоже ухитряются проникнуть в зазеркальный мир и испытать, подобно Алисе, самые невероятные приключения.

Самое же интересное, что в наши дни теоретики и астрономы подтверждают предсказания сказочников и фантастов: Зазеркалье, похоже, действительно существует.

Почему так решили?

Астрономы давно заметили, что все видимые небесные тела как бы разбегаются от некоего центра. Поначалу предположили, что данное явление – следствие Большого взрыва, в результате которого образовалась наша Вселенная. Но дальнейшие наблюдения и расчеты показали, что это не так.

Согласно законам физики скорость «разбегания» галактик должна была бы со временем уменьшаться. Ведь, как известно, между любыми телами действуют силы притяжения. Гравитация за миллиарды лет должна была бы ослабить первоначальную мощь Большого взрыва. Измерения же, проведенные в последние десятилетия, показали, что скорость разбегания галактик, напротив, все растет, как будто их растаскивает неведомая сила. Силу эту, за неимением лучшего обозначения, назвали антигравитационной, решив, что, раз есть сила гравитации, должна быть и антигравитация. Но ведь гравитацию порождает масса. А антигравитацию?

Вопрос подразумевает ответ: где-то во Вселенной кроется загадочная невидимая антимасса, более того, на нее должно приходиться, согласно расчетам, свыше 95 % вещества Вселенной.

Попытки найти эту массу предпринимались неоднократно. Например, польский писатель-фантаст Станислав Лем, известный всему миру своими научными прогнозами, предположил некогда, что во Вселенной наряду с обычными галактиками, состоящими из обычной материи, есть и «пузыри», состоящие из антиматерии. «Электроны там имеют положительный заряд, протоны – отрицательный, а вместо силы гравитации царствует антигравитация», – полагал писатель.

Лет двадцать тому назад эстонский академик Я. Эйнасто и его коллеги несколько переиначили эту идею, выдвинув гипотезу о «вселенских сотах». Согласно ей получается, что видимые нами галактики образуют нечто вроде стенок этих самых «сот». А вот сердцевину их – пространство, где в обычных сотах содержится мед, составляет именно «зазеркальная», или «темная», материя.

Сейчас некоторые исследователи, например, австралийский астроном Роберт Фут, склоняются к тому, что склады «скрытой массы» могут содержаться в «черных дырах», природа которых во многом еще непонятна.

Так или иначе, где-то эта масса существует. И ученые постепенно приходят к выводу, что в природе, кроме нашей Вселенной, должна существовать и еще какая-то другая, скрытая по другую сторону не замечаемого нами «зеркального занавеса». И наверное, не одна. Ведь скрытая масса, как уже говорилось, составляет 95 % массы Вселенной.

По мнению теоретиков, получается, что во Вселенной может существовать бесконечное количество измерений. И они, возможно, вбирают в себя и множество иных миров, каждый со своими зазеркальями.

Все это можно представить как книгу. Для нас приоткрыт лишь один ее разворот. На одной странице – наша Вселенная, на соседней – зеркальная ей. Что значится на остальных страницах? Нам же пока неведомо. Чтобы прочесть, что там написано, надо попасть в иные миры.

А как это сделать?

Теоретически такое возможно. Чтобы в обычной книжке страницы не распались, они скреплены между собой в корешке. Возможно, такой «корешок» есть и у Великой книги Природы.

Понять это, наверное, удастся после того, как физики создадут единую универсальную теорию, которая сможет объединить вместе все известные нам сегодня силы природы, включая гравитацию. Мы ведь о ней пока очень мало знаем, не можем обнаружить ни волн гравитации, благодаря которым, по идее, осуществляется взаимодействие между телами, ни гипотетических носителей гравитации – гравитонов, названных так по аналогии с элементарными носителями электрического заряда – электронами.

Итак, работы у ученых еще непочатый край. Однако уже то, что они знают, позволяет им высказывать некоторые предположения. В иных мирах вполне могут существовать и свои, не видимые нам звезды, планеты, кометы и астероиды. Именно оттуда, возможно, прилетел к нам знаменитый Тунгусский метеорит; и потому его остатки до сих пор не найдены.

Другой сторонник данной гипотезы – Зураб Силагадзе из Новосибирска – пошел еще дальше, предположив, что гипотетический двойник Солнца – невидимая звезда Немезида – не обнаружена до сих пор, именно потому, что она тоже состоит из «зазеркальной» терии. Именно из ее окрестностей (через «корешок») в нашу Солнечную систему и попадают загадочные объекты вроде упомянутого уже «зазеркального» Тунгусского метеорита. Так ли все это на самом деле, покажут исследования.

Интересно, конечно, добраться до этого корешка и хоть одним глазком заглянуть в Страну чудес, где довелось в свое время побывать героине Льюиса Кэрролла Алисе.

Д.ВЕТРОВ