Ссылки для упрощенного доступа

logo-print

Национальная виртуальная обсерватория. Американские исследователи на Северном полюсе


Темы передачи: создание Национальной Виртуальной Обсерватории, американские исследователи на Северном полюсе, а также короткие научные новости.

Лилия Шукаева: Примерно с год назад большая группа астрономов приступила к созданию инструмента, который они называют "лучшим телескопом в мире". Амбициозный проект еще далек от завершения, но ученые недавно решили устроить экспериментальный прогон. И к своей радости и удивлению всего за несколько минут они открыли три или четыре коричневых карлика. Так называются объекты, занимающие нишу между планетами и звездами. "У меня просто дух захватило, когда я узнал об этом", - сказал астроном Алекс Салэй из университета Джонса Гопкинса, являющийся одним из главных создателей нового "телескопа".

Восторги доктора Салэя вызвали, конечно, не коричневые карлики сами по себе. В конце концов, сотни подобных объектов были обнаружены за последнее десятилетие. Просто доктор Салэй и его коллеги считают, что метод открытия этих карликов возвещает новую эру в астрономии и даже вообще в науке.

Ибо "телескоп", который создали доктор Салэй и его коллеги, построен не из стекла и металла, а представляет собой виртуальную обсерваторию, состоящую из гигантских массивов данных, собранных десятками земных телескопов и исследовательских спутников, и компьютерных программ для поиска в этих данных научных жемчужин.

Проекты, подобные Национальной Виртуальной Обсерватории, порожденные цунами научных данных, грозящих затопить всю астрономию, считает доктор Салэй, меняют самый облик науки. Сначала, говорит он, наука была описательной, эмпирической, потом пришли теоретики - Кеплер, Эйнштейн и другие, создавшие уравнения, объясняющие природные явления. Когда изучаемые системы стали достаточно сложными, как, например, скопления из миллионов галактик, началась эпоха компьютерного моделирования, Теперь же на смену ей идет эра исследования собранных массивов научных данных, эра, включающая в себя элементы всех предыдущих эпох. А поскольку основным исследовательским инструментом становятся компьютеры, а не гигантские многомиллионные телескопы, открываются широкие возможности демократизации астрономии.

"Ecли данные всех телескопов в мире с соответствующими объяснениями будут одновременно выставляться на Интернет, - говорит доктор Салэй, - то безразлично, где в данный момент находятся астрономы - в Балтиморе, Бостоне или в любой африканской стране, где вообще нет телескопов, все они будут иметь одинаковый доступ к последним научным данным".

За последние 25 лет суммарная разрешающая способность электроники всех телескопов в мире увеличилась в 3 тысячи раз. В результате объем собираемых астрономических данных ежегодно удваивается, хотя финансирование астрономических исследований не увеличивается. Кто же будет выискивать в этом потопе новых экспериментальных данных научные жемчужины, которые там наверняка есть?

Последние пару десятилетий астрономы занимались съемкой и обследованием всего небосвода и составлением энциклопедических каталогов миллионов астрономических объектов, наблюдаемых в различных диапазонах волн. Результаты таких съемок имеются сейчас в примерно 10 различных спектральных диапазонах, от рентгеновского до инфракрасного, и в каждом из них Вселенная выглядит по-разному.

Суммарно все эти съемки содержат в пять раз больше информации, чем вся гигантская библиотека американского Конгресса, но, в отличие от библиотеки, эта информация не собрана в одном месте.

"Для астрономических данных не существует какой-то единой библиотеки, - говорит доктор Сэлай, - и вряд ли таковая возникнет, учитывая, что накопление новых данных ускоряется в экспоненциальном темпе. Так что назначение Национальной Виртуальной Обсерватории - помочь нынешнему поколению профессиональных астрономов и астрономов-любителей не захлебнуться в этом чрезмерном изобилии первичной информации, помочь им плодотворно и рационально использовать эти ценные результаты".

На первом этапе проекта следует разработать методику поисков в отдельных базах данных, не требуя от исследователей быть узкими специалистами в каждой специфической области. Для начала было решено сфокусировать усилия на данных, собранных в двух самых обширных обследованиях небосвода - в видимой и в инфракрасной части светового спектра.

"Причина, по которой мы выбрали эти два диапазона, заключается в том, - говорит доктор Брюс Берриман, астроном из Калифорнийского технологического института, участвующий в создании Обсерватории, что именно в этих диапазонах можно обнаружить самые слабо излучающие объекты".

В частности, комбинируя поиски в двух этих диапазонах, было решено искать "коричневых карликов". Такие "карлики" представляют собой фактически неудавшиеся звезды. Это сгустки материи, большие, чем планеты, но все же недостаточно большие, чтобы в них могло загореться термоядерное звездное пламя. В результате они относительно холодны, излучают очень мало света и поэтому их трудно обнаружить.

Температура звезды, подобно температуре раскаленного куска металла, определяет цвет излучаемых ею световых лучей: чем звезда холоднее, тем краснее ее лучи. Излучение коричневых карликов находится в спектральном диапазоне между инфракрасным и видимым светом, то есть, как раз между двумя выбранными диапазонами.

"Если коричневый карлик найден только в одном из этих диапазонов, - говорит доктор Дэви Киркпатрик из Калифорнийского технологического института, - то это вполне вероятно может оказаться какой-то ошибкой - отсветом яркой звезды, дефектом оптической системы и так далее. Но если его найдут в обоих диапазонах, то, скорее всего, это будет действительно коричневый карлик".

Астрономы разработали специальные компьютерные программы для поисков объектов в различных базах данных одних и тех же астрономических объектов и для сопоставления совпадающих результатов. Во время испытаний компьютер течение всего нескольких минут нащупал дюжину кандидатов в возможные коричневые карлики. Большая часть этих кандидатур была уже известна, так как они были обнаружены раньше в процессе трудоемкой ручной обработки данных.

Описанный компьютерный поиск был предпринят с демонстрационной целью, только чтобы показать, что программа работает. Но к удивлению астрономов, оказалось, что компьютер нашел также дополнительных кандидатов в коричневые карлики, кандидатов, о которых не было ничего известно раньше.

"Первая реакция астронома, когда он видит новый неожиданный результат, обычно "не может быть! Тут что-то не так", - говорит доктор Берриман. - Но после того, как мы изучили полученные результаты внимательнее, до нас постепенно начало доходить, что это нечто реальное, что мы действительно обнаружили новых коричневых карликов. И мы поняли, какие широкие перспективы открываются перед астрономией, какое множество новых открытий будет сделано, когда сотни ученых начнут использовать аналогичный компьютерный поиск".

Полученный результат тем более впечатляет, что новые коричневые карлики были обнаружены на основе компьютерного анализа менее чем одной двухсотой поверхности небосвода и что были обнаружены почти мгновенно новые объекты, пропущенные астрономами, изучавшими те же исходные материалы в течение нескольких недель.

"Еще одним аспектом работы над Национальной Виртуальной Обсерваторией станет создание мощной поисковой компьютерной системы, обнимающей накопленные человечеством астрономические знания и делающей их доступными и профессионалам, и любителям, и студентам и школьникам", - говорит доктор Роберт Ханиш, работающий в Научном институте космического телескопа в Балтиморе.

Успешное завершение проекта Национальной Виртуальной Обсерватории и других аналогичных проектов означает, что отныне изучением тайн Вселенной смогут заниматься не только немногочисленные и самоотверженные индивидуумы, готовые мерзнуть на горных вершинах в ожидании, когда расступятся облака. На помощь профессиональным астрономам придут мириады внимательных глаз и пытливых умов, задумывающихся о месте, занимаемом человечеством в мироздании. И это станет главным достижением всеобъемлющей компьютерной технологии.

Александр Сиротин: Три поврежденных болта. Из-за них ученые рисковали потерять результаты интереснейших наблюдений за важными климатическими изменениями на шапке мира - на Северном полюсе. Ибо от этих болтов зависело, удастся ли им вытянуть из воды простой лебёдкой научные приборы с собранными за целый год данными о состоянии океана в районе Северного Полюса.

Приборы, о которых идет речь, были укреплены один за другим длинной цепочкой на 4-километровом тросе, заканчивавшемся якорем, закрепленным на морском дне. Среди них были и звукоулавливающие устройства, и измерители толщины льда, и термометры на разных глубинах...

Шесть ведущих океанографов-полярников и морских инженеров прнвозились несколько часов со сломанной лебедкой возле полыньи, прорубленной в плавающей льдине почти трехметровой толщины. Если бы им не удалось вытянуть приборы из зеленой воды, климатическим полярным исследованиям был бы нанесен непоправимый ущерб. Что ж, ерундовая поломка превращается в труднопреодолимое препятствие, если это происходит в буквальном смысле слова на краю земли, там, где почти 5-километровой глубины океан покрыт толстым слоем медленно дрейфующего льда.

Проблема с лебедкой - только один пример из тех сотен и тысяч проблем, больших и малых, которые приходится ежедневно и ежечасно преодолевать ученым-полярникам, занятым рискованным делом: выяснением причин тревожных изменений в структуре полярных льдов Северного Ледовитого океане и в поведении приполярной атмосферы.

Приборы, которые застряли в воде из-за неисправной лебёдки, это важная часть аппаратуры Обсерватории Окружающей Среды на Северном Полюсе. Пять лет и несколько миллионов долларов ушли на организацию круглогодичного мониторинга природных изменений в этом районе планеты.

Желание получить детальную картину событий, происходящих в районе Северного Полюса вызвано заметным за последние десятилетия отступлением полярных льдов в летнее время и повышением температур. Некоторые ученые предсказывают, что если так пойдет и дальше, то уже к середине нынешнего столетия Северный Ледовитый океан останется безо льда. Вот они - ранние результаты глобального потепления, вызванного растущей концентрацией остатков промышленных газов, выбрасываемых в атмосферу и приводящих к парниковому эффекту - утверждают одни. Нет, дело вовсе не в газах, - утверждают другие, - вполне возможно, что это просто естественные, цикличные колебания климата, существовавшие в природе и раньше.

Климатическая головоломка может быть решена и правильный ответ на нее найден только путем исследований на самом Северном Полюсе. Но, в отличие от многих других мест на планете, здесь природные условия требуют от ученых не только научных знаний, но и большой физической силы, механических навыков и смелости полярных охотников, готовых обороняться от неожиданно напавших на них белых медведей.

Всеми этими качествами обладают 15 исследователей во главе с океанографом Джеми Морисоном из университета штата Вашингтон. В мае этого года группа американских и японских ученых-полярников завершила здесь четвертый год своих исследований. Весна - единственное время года, когда дневной свет постоянен, но лед еще не настолько подтаял, чтобы образовалась слякоть по колено.

В конечном итоге ученые-полярники в своих кабинетах и лабораториях в Сиэтле или Токио проанализируют собранные данные и расскажут о результатах в научных журналах. Но пока им приходится думать, как починить лебедку. Работая почти круглосуточно во время полярного дня, они мало спят и перекусывают прямо на рабочем месте фруктовыми соками, моментально превращающимися на морозе в пюре, и бутербродами с лососиной, которая хрустит как сосульки. Ученые спешат использовать благоприятные погодные условия, чтобы зафиксировать капризы ледяного покрова, вариации солнечного излучения, потоки тепла, что струятся из океанских глубин, а также химический состав и динамику перемещения водяных толщ.

Полярники периодически заменяют старые подводные измерительные приборы на новые и устанавливают набитые исследовательской аппаратурой буи на ледовой поверхности океана близ Северного полюса. Другие ученые курсируют на самолетах или вертолетах с севера Канады к лагерю полярников и обратно, по дороге определяя с помощью приборов состояние океана и льда.

Ученых интересует также, как влияют на формирование климата и на изменения, происходящие в Северном Ледовитом океане течения из Тихого и Атлантического океанов, из сибирских и канадских рек. Эта работа может улучшить предсказания погоды и помочь прояснить вопрос о том, происходит ли все-таки глобальное потепление или нет.

"Это самая сложная часть океанографической работы", - говорит Нил Сванберг, директор научных программ по исследованию Арктики при Национальном Научном Фонде США, финансирующем проект. "Это жизненно важные исследования, потому что Северный полюс - идеальное место для выяснения вопроса о том, что это - циклические колебания или начальная стадия крутого климатического поворота. Постоянно действующая обсерватория на Северном полюсе находится как раз в эпицентре главных событий".

Тем временем Джимми Морисон и пятеро его коллег продолжают прикидывать, каким образом можно исправить лебедку. Время проходит в спорах. Бороды ученых покрылись инеем.

"Среди нас три хороших механика. Попробуем найти выход", - говорит Эрик Богет, инженер-океанограф из университета штата Вашингтон, который 12 часов назад погружался в ледяную воду, чтобы закрепить приборную цепь.

Лебедка - самая простая часть оборудования, имеющегося в двухпалаточном лагере полярников. Но ее работа должна быть такой же безупречной, как работа закопченного российского вертолета или спутниковых телефонов: от каждого звена в отдельности зависит успех всего проекта.

Как только лебедка была разобрана, второй водолаз - Джим Оссе, тоже инженер-океанолог, вычерпнул из полыньи слой уже густеющей заледеневшей воды. А Джим Джонсон, третий инженер, который участвовал в конструировании приборной цепи, стал что-то вычерчивать в блокноте карандашом (в ручке чернила замерзают).

Даже в таком месте, где время теряет всякий смысл, где понятие "сегодня" начинается в марте, а кончается в сентябре, даже здесь нельзя терять времени. И потому, что пилоты российского вертолета вряд ли захотят долго ждать, и потому, что маленький палаточный лагерь возле полыньи рассчитан всего на четырех человек, а теперь здесь 10. Шестеро "лишних" должны скорее отправиться обратно в лагерь полярников Кэмп Борнео в 75 километрах от Северного полюса. Эту довольно крупную базу каждой весной строят российские и французские предприниматели.

Коротая время в ожидании, российский пилот и члены его команды курят и фотографируют друг друга возле условного знака с надписью "Северный полюс здесь!", (условного, потому что лагерь вместе с надписью смещается каждый час на 360 метров). В любой момент им по радио могут приказать подобрать десяток лыжников, совершающих переход к полюсу или шестерых москвичей, любителей воздухоплавания, которые вот-вот прилетят из Сибири.

Но спешить надо и по другим причинам. Лед около полыньи, например, может треснуть, и трещина быстро разделит лагерь, как это уже было в конце марта, когда два российских 20-тонных самолета взлетели с первой в лагере Борнео взлетной полосы.

У ученых, занятых ремонтом лебедки, за плечами по 12 и более экспедиций в Арктику. Повседневные трудности - только одна из многих причин малой изученности Северного полюса. Научная работа на Северном полюсе сопровождается надоедливым процессом бесконечных упаковок, погрузок, перелетов, высадок, разгрузок, распаковок, ожиданий, спешки, поломок и ремонтов... К тому же низкая температура постоянно выводит из строя жидкокристаллические узлы в электронных приборах и переносных компьютерах. И потом длинные расстояния: от Кэмпа Борнео больше 800 километров или 2,5 часа лета до самого северного человеческого селения -канадской военной базы Алерт. Из-за расстояния затруднена доставка жизненно важных вещей.

Был случай, когда ученые надолго застряли в едва отапливаемой палатке, потому что вертолету не подвезли горючее российские грузовые самолёты, которые из-за штормов в Сибири вынуждены были ждать летной погоды на земле.

В отличие от Южного полюса, где исследователи из 29 стран эффективно и регулярно работают на постоянно функционирующих научных станциях, на Северном полюсе ученые часто простаивают, выжидая, когда удастся завершить очередной этап, воспользовавшись кратковременными благоприятными условиями.

У американских полярников есть шутливое правило, сформулированное Джимом Оссе: "Никогда не откладывай на потом еду, душ и полет на юг".

...Как только пилот российского вертолета запустил мотор, Стэнтон, Морисон и другие из шестерки "лишних" заняли места, чтобы лететь в Кэмп Борнео. А исследователи, "колдовавшие" над лебедкой, нашли, наконец, три подходящих по резьбе и диаметру болта, запустили генератор и вытянули из воды длинную цепь приборов с данными, собранными за целый год.

Евгений Муслин: И в заключение нашей передачи сообщение о так называемой "разумной краске".

Борьба с коррозией обходится американской армии в 10 миллиардов долларов в год. Удаление старой краски и перекрашивание металлических поверхностей не только дорого, но и требует использования вредных хлорсодержащих растворителей. Нью-джерсийский Технологический институт по заказу Министерства обороны США работает сейчас над покрытием, которое не только предотвращает коррозию, но и практически устраняет необходимость вообще перекрашивать танки. Такая "разумная краска" будет сама обнаруживать возникающие в покрытии трещинки и автоматически их устранять. Мало того, цвет нового покрытия можно будет менять нажатием кнопки.

Обычные краски, как правило, состоят из двух основных компонентов: из частичек пигмента, дающих цвет, и из полимера, не дающего пигментным частицам слипаться, и служащего как бы клеем. Когда водяные капельки проникают под краску, они вызывают ржавление металла. Но под новые краски вода проникнуть не сможет. Для этой цели планируется использовать несколько стратегий. Одна из наиболее перспективных заключается во введении в полимер микроскопических углеродных трубочек, делающих его электропроводным. В полимер будут также вводить микрокапсулы микронного диаметра, наполненные краской. При возникновении в покрытии трещинок его электрические свойства будут меняться. Встроенные датчики просигнализируют о возникновении проблемы, и микрокапсулы автоматически раскроются, пуская в щель краску, предохраняющие поверхность от дальнейшего повреждения.

Чтобы иметь возможность менять цвет покрытия, химики введут в состав "разумной краски" специально спроектированные молекулы, чувствительные к электрическим сигналам. Стоит послать определенный сигнал, и эти молекулы вспыхнут, накладывая на основной, скажем, коричневый цвет, зеленый или красный оттенок.

Перечисленные новшества не так далеки, как кажется, говорит руководитель исследовательского проекта Дан Ваттс. Большинство нужных ингредиентов для покрытий нового типа уже готовы. Труднее всего будет сделать работоспособный гибрид из углеродных микро -, вернее, нано-трубок и полимера. К тому же килограмм нано-трубок обходится сейчас в 2 миллиона долларов. Тем не менее, исследователи надеются испытать покрытие нового типа уже в 2005-м году.

XS
SM
MD
LG