Ссылки для упрощенного доступа

logo-print

Новый космический телескоп. Нейрофизиология альтруизма


Темы передачи: новый космический телескоп - телескоп Джеймса Уэбба, нейрофизиология альтруистического поведения, а также короткие научные новости.

Лилия Шукаева: Космический телескоп Хаббла, пребывающий уже несколько лет на околоземной орбите, позволил астрономам сделать множество сенсационных открытий. Но, рано или поздно, всему наступает конец. Представители Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства, НАСА, объявили о решении построить Космический Телескоп Следующего Поколения, который заменит телескоп Хаббла. Он будет спроектирован специалистами американской аэрокосмической компании ТRW и запущен в космос в 2010-м году.

Если первый космический телескоп был назван по имени американского астронома Эдвина Хаббла, открывшего расширение Вселенной, то второй телескоп будет назван в честь Джеймса Уэбба, администратора, руководившего Национальным космическим агентством в течение критического периода полетов на Луну по программе "АПОЛЛОН".

Телескоп Уэбба будет весить вдвое меньше телескопа Хаббла, всего пять с половиной тонн, но светособирающее зеркало у него будет гораздо большее - 20 футов в диаметре, вместо 8. Шестикратная площадь зеркала в сочетании с новейшими, более чувствительными астрономическими приборами, позволит новому телескопу различать в 100 раз менее яркие объекты в видимом диапазоне и в 400 раз менее яркие в инфракрасном диапазоне светового спектра.

В соответствии с рекомендациями астрономов, предложивших осуществить этот смелый проект, новая космическая обсерватория позволит заглянуть далеко назад в пространство и время и увидеть первые светящиеся объекты, возникшие во Вселенной. В отличие от телескопа Хаббла, телескоп Уэбба будет запущен не на околоземную, а на далекую от Земли орбиту и сможет увидеть и проанализировать слабое тепловое излучение, которое испускали первые звезды и галактики, образовавшиеся вскоре после Большого взрыва, произошедшего 14 миллиардов лет назад, когда, как считают теоретики, образовалась наша Вселенная.

Новую космическую обсерваторию используют также для изучения процесса образования планет и для поисков невидимой темной материи, которая, по-видимому, составляет основную массу Вселенной.

Телескоп Уэбба не будет просто большим вариантом телескопа Хаббла, то есть, традиционным телескопом, позволяющим в основном наблюдать объекты в видимой световой части электромагнитного спектра, доступной человеческому глазу. Вместо этого параметры телескопа будут оптимизированы для наблюдений в инфракрасном диапазоне, наиболее подходящем для улавливания слабых источников излучения, быстро удаляющихся от наблюдателя и сдвинувшихся в красную, тепловую часть спектра.

Доктор Алан Дресслер, астроном из калифорнийского института Карнеги в Пасадине, занимавшийся, так сказать "пост-хаббловским" перспективным планированием, объяснил, что ученым хотелось получить что-то более значительное, чем просто увеличенный в размерах вариант орбитального телескопа. "Телескоп Хаббла, - сказал он, - как бы приподнял планку научных возможностей. Астрономам хотелось сделать смелый скачок далеко вперед, добиться сенсационного научного прорыва. Их целью стало увидеть первые лучи нарождающихся звезд, первые этапы образования галактик, словом, увидеть рождение современной Вселенной, в которой все мы живем".

Но, несмотря на его в основном инфракрасную ориентацию, астрономы и сотрудники НАСА решили, что телескоп Уэбба должен будет и в видимой части спектра обеспечивать не худшую видимость, чем его предшественник. Такие качества телескопа, считают ученые, позволят новому проекту получить большую поддержку со стороны широкой общественности, обычно проявляющей большой интерес к сенсационным фотографиям космических объектов.

Доктор Марша Раек из Аризонского университета, которая назначена руководить наблюдениями с помощью главного инструмента телескопа Уэбба - инфракрасной камеры, сказала, что фотографии, сделанные новым телескопом в видимом свете, будут даже намного лучше аналогичных фотографий, сделанным телескопом Хаббла.

Но хотя 12-летняя работа телескопа Хаббла на околоземной орбите была на редкость успешной, постройка и запуск нового телескопа, уже одобренного и Университетской астрономической ассоциацией, и Национальной академией наук, станут возможны в теперешнее время бюджетных трудностей лишь при условии, что он обойдется США намного дешевле своего предшественника. С учетом периодического обновления научной аппаратуры телескоп Хаббла стоил больше двух миллиардов долларов, не считая по крайней мере таких же расходов на его обслуживание. После его запуска в апреле 1990-го года американские астронавты уже четыре раза летали к телескопу на космических челноках для ремонта и смены аппаратуры и должны будут полететь еще один раз в 2004-м году.

Прежде чем продолжить рассказ о новом проекте, несколько слов о дальнейшей судьбе старого телескопа. Хотя его вахта в космосе продлится еще 8 лет, сотрудники НАСА уже планируют меры по ее завершению. Они рассматривают несколько альтернатив. Либо возвратить телескоп на Землю так же, как он был запущен - на космическом челноке, либо поднять его специальной ракетой на более высокую, практически вечную орбиту, либо, наоборот, столкнуть его вниз, в плотные слои атмосферы и заставить упасть на Землю.

Все эти альтернативы довольно дороги и обойдутся в сотни миллионов долларов. Но очевидно, что на теперешней орбите, на высоте 540 километров над Землей, телескоп Хаббла продержится недолго. В 2010-м году наступит очередной пик 11-летнего цикла солнечной активности, земная атмосфера несколько "вспухнет" и сопротивление воздуха во всей ее толще возрастет, заставляя телескоп быстрее приближаться к Земле. Дать ему просто упасть, конечно, нельзя, говорит доктор Эдвард Уэйлер, возглавляющий научный отдел НАСА, потому что при неуправляемом падении многотонная громадина может причинить крупный ущерб. Скорее всего, телескоп Хаббла все-таки возвратят на Землю, чтобы выставить в Национальном аэрокосмическом музее в Вашингтоне. Дирекция музея уже выразила интерес к такому потенциально зрелищному экспонату.

Но возвратимся к новому телескопу. Его постройка и первый год эксплуатации обойдутся налогоплательщикам всего в 825 миллионов долларов, не считая запуска. Таковы условия контракта, который НАСА заключит с компанией TRW и ее партнерами Bell Airspace и Eastman Kodak. А все расходы на телескоп Уэбба, рассчитанный на 5 или даже на 10 лет работы в космосе составят не больше 1 миллиарда 200 миллионов долларов.

Такая экономия по сравнению с телескопом Хаббла будет достигнута, в частности, благодаря тому, что телескоп Уэбба не потребует ни периодических ремонтно-наладочных работ, ни смены научного инструментария. Как объяснил один из ведущих участников проекта Джон Мазер из Центра космических полетов имени Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд, все критические системы нового телескопа будут отличаться исключительной надежностью и резервными возможностями.

Чтобы устранить инфракрасные помехи от Земли и от Солнца, телескоп Уэбба будет помещен во вторую Лагранжеву точку L2, расположенную на расстоянии полутора миллионов километров от Земли. Туда его за три месяца доставит ракета одноразового пользования. Лагранжева точка обладает тем свойством, что в ней гравитационные силы Земли и Солнца уравновешивают друг друга, так что помещенный в нее телескоп всегда будет сохранять стабильное положение, почти не требуя никакой коррекции. Точка L2 находится на продолжении линии, проходящей через центры Земли и Солнца на расстоянии, как мы уже сказали, полутора миллионов километров от нашей планеты.

Оборудованный мультиволновыми камерами и спектроскопами, телескоп Уэбба будет защищен от световых и тепловых лучей со стороны Земли и Солнца, могущих помешать наблюдениям, огромным многослойным зонтом размером с теннисный корт. Это позволит телескопу остыть почти до 200 градусов ниже нуля, а его бортовые охлаждающие системы охладят инфракрасные детекторы еще больше, что значительно повысит точность научных измерений.

Чтобы поместить 20-футовое зеркало телескопа в носовой конус ракеты, его изготовят из 36 складывающихся 6-угольных панелей-сегментов, расправляющихся уже на орбите и образующих круглую форму. На нижней стороне этих гибких панелей имеются многочисленные активаторы, управляемые центральным компьютером и обеспечивающие зеркалу форму, при которой отраженный свет фокусируется точно в заданной точке. Первоначально проектировщики собирались довести зеркало до 8-метрового диаметра, но такая конструкция оказалась слишком сложной и дорогой и им пришлось ограничиться 6 метрами. Разработка конструкции легкого, складного и оптически эффективного зеркала оказалось самой сложной проблемой для проектировщиков и заставило НАСА перенести планируемый запуск телескопа Уэбба с 2008-го на 2010-й год.

Кстати, зеркало было в свое время самой сложной проблемой и для телескопа Хаббла. После запуска в нем был обнаружен серьезный дефект, для коррекции которого астронавтам пришлось впоследствии оснастить телескоп специальными линзами.

Через год сотрудникам НАСА предстоит принять критическое решение: из какого материала изготовить зеркало нового телескопа. Главные кандидаты - металл бериллий или какая-то разновидность стекла. Выбор оптимального материала и тщательные наземные испытания всех систем телескопа потребуют много времени. "В таком деле нельзя спешить",- говорит ведущий проектировщик Джон Мазер.

Александр Сиротин: Что может доставить вам такое же удовольствие как плитка шоколада, не противоречащая диете, или большая денежная сумма, не облагаемая налогом? В наши дни, которые многие социологи квалифицируют как время повальной алчности и жестокости, ученые обнаружили, что даже простой акт сотрудничества с другим человеком, проявление с вашей стороны доверия, вместо настороженности и цинизма или великодушия вместо эгоизма по отношению к ближнему, посылает в мозг сигнал радости и удовольствия.

Изучая функционирование нервной системы молодых женщин во время классической лабораторной игры "ДИЛЕММА ЗАКЛЮЧЕННОГО", в которой участники, стремясь обеспечить себе максимальную материальную выгоду, могут выбирать различные варианты либо стяжательских, либо взаимовыгодных стратегий, показало, что когда женщины выбирают общеполезные, а не эгоистичные варианты, в их мозгу активизируются нервные цепи, ассоциированные обычно с наградами за положительное поведение. И чем дольше женщина предпочитает общеполезное поведение, тем интенсивнее приток крови к центрам, связанным с удовольствием.

Исследователи из университета Эмори в Атланте использовали в своих опытах аппаратуру для магнитно-резонансных исследований мозга.

- Результаты оказались довольно неожиданными, - говорит доктор Грегори Бернс, психиатр и автор научного исследования, сокращенный вариант которого опубликован в журнале "НЕЙРОН". - Мы ожидали совершенно противоположных данных.

Ученые предполагали, что максимальная реакция возникнет в том случае, когда один человек добросовестно сотрудничает, а другой увиливает, когда первый чувствует, что второй поступает по отношению к нему несправедливо. Вместо этого наиболее сильные электросигналы в мозгу возникали при совместных дружественных действиях и возникали они в тех областях мозга, которые реагируют на сладкий десерт, фотографии миловидных лиц, на деньги, кокаин и на множество других законных и незаконных объектов восторга.

"В определенной степени это свидетельствует о нашей запрограммированности на сотрудничество друг с другом", - говорит доктор Бернс.

Описанное исследование - одно из первых, в которых использовалась магнито-резонансная аппаратура для изучения процессов социального взаимодействия в режиме реального времени, в отличие от исследований, когда мозг просвечивали в моменты показа исследуемым статичных фотографий или в моменты их умственной концентрации на заранее заданных темах.

Возможно, такой подход позволит, наконец, разгадать древнейшую загадку о том, почему люди зачастую приятны в общении? Почему они с готовностью вступают в контакт с людьми, которых едва знают? Почему совершают добрые дела и поразительно часто готовы честно играть по правилам, хотя за это приходится иногда расплачиваться?

Ученым не представляет труда объяснить эволюцию соперничества, соревновательного поведения. Но гораздо сложнее понять глубину и широту человеческого альтруизма, готовность забыть о реальной личной выгоде ради некоего долговременного общего блага, словом, понять поведение, существенно отличающееся от поведения всех иных живых существ, даже обладающих, как шимпанзе или дельфины, большим мозгом и склонностью к развитым семейно-социальным отношениям.

"Я обратил внимание моих студентов на поразительный в своем роде факт. Возьмем, к примеру, группу незнакомых друг с другом молодых мужчин и женщин репродуктивного возраста, введем их в аудиторию, посадим на стулья и посмотрим, что же произойдет. Чаще всего, они чувствуют себя непринужденно, вежливо и дружелюбно говорят друг с другом и не испытывают никакого смущения", - говорит Питер Ричардсон, профессор Калифорнийского университета в Дэвисе, влиятельный теоретик в области культурной эволюции. "Если же вы, - продолжает профессор, - поместите в аудитории 50 самцов и 50 самок шимпанзе, не знакомых друг с другом, то станете свидетелями настоящего социального взрыва".

Доктор Эрнст Фер из Цюрихского университета и его коллеги недавно обнаружили, насколько важную роль в поддержании общественного порядка играют наказания и готовность наказывать тех, кто совершает преступления и нарушает установившиеся нормы. Причем блюстители норм часто подвергаются риску и при этом не извлекают для себя никакой выгоды, исполняя роль общественных полицейских.

Во время исследования общинного самоуправления в деревнях, где жители имеют, например, право пасти личный скот на пастбищах, принадлежащих всей общине, профессор университета штата Индиана Элинор Остром обнаружила, что во всех общинах имеются те или иные формы защиты от жульничества и от попыток отдельных их членов общины отхватить для себя несправедливо большой кусок коллективного пирога.

"В лабораторных играх, имитирующих жизнь небольших общин, - рассказывает профессор Ричардсон, - от 20% до 30% участников всегда приходится принуждать к выполнению общих правил под страхом наказания". Но одним страхом нельзя побудить к общественному поведению на уровне, принятом в человеческом обществе. Если в исследовании профессора Эрнста Фера показана роль кнута, то в самых последних работах ученых была выявлена более важная роль "нейропряника": люди ведут себя хорошо, потому что это им приятно, потому что они получают от этого удовольствие.

Незамысловатые правила игры "ДИЛЕММА ЗАКЛЮЧЕННОГО" таковы. Два человека, в данном случае две женщины, встречаются на очень короткое время до начала игры. Затем одну помещают в сканировочную камеру, где нейрофизиологи ведутся наблюдения за работой мозга женщины, а другая остается снаружи. Взаимодействуют женщины с помощью компьютера, разыгрывая по 20 туров. В каждом туре каждая участница нажимает на кнопку, выбирая "сотрудничать" или "предать". Сделанный выбор виден другой участнице на компьютерном экране.

Часть денежного вознаграждения выдается после каждого сеанса. Если одна участница нажимает "предать", а другая "сотрудничать", то первая получает 3 доллара, а вторая ничего. Если обе нажимают "сотрудничать", обе получают по 2 доллара. Если обе предпочитают "предать", то получают по 1 доллару.

Следовательно, взаимное сотрудничество выгоднее взаимного предательства, ибо дает каждой женщине по 40 долларов, а не по 20, как при взаимном предательстве. Одностороннее предательство еще выгоднее, так как теоретически дает 60 долларов. Но риск заключается в том, что женщины из-за жадности, то есть из-за желания каждый раз получать 3 доллара вместо двух, могут развалить стратегию "сотрудничества" и получить вместо 40 долларов всего 20.

В некоторых случаях обе женщины вольны были сами выбирать стратегию. В других та, что была вне сканировочной камеры, выполняла указания исследователей: например, после трех раз "сотрудничества" нажимала кнопку "предать".

В других экспериментах женщина в сканировочной камере играла не с партнершей, а с находящимся в другой комнате компьютером, либо зная, что это компьютер, либо думая, что это человек.

Исследователи обнаружили, что, как правило, женщины, свободные в выборе стратегии, предпочитают "сотрудничество" Даже отдельные эпизоды "предательства" в результате самостоятельного выбора или навязанные кураторами не обязательно приводят к разрыву установившегося союза.

"Социальные узы могут быть легко восстановлены, если "предатель" делает выбор в пользу "сотрудничества" в последующей паре туров, - говорит один из авторов исследования, профессор Клинтон Килтс. - Хотя, казалось бы, человек, которого "предали", мог бы теперь быть менее доверчивым". В результате эпизодических "предательств" средняя сумма вознаграждения была обычно между 30 и 40 долларами.

Анализируя полученные во время экспериментальных игр изображения электрической активности мозга, исследователи обнаружили, что во время сотрудничества активировались две широкие области мозга, это были области богатые нейронами, способными реагировать на допамин, химическое вещество, играющее важную роль при наркомании. Одна из этих двух областей мозга - anteroventral striatum - расположена посередине мозга прямо над позвоночником. Опыты с крысами показали, что когда электроды помещали в стриатум, животные непрерывно нажимали на педаль, чтобы активировать электроды, получая при этом такое наслаждение, что готовы были скорее погибнуть от голода, чем оторваться от педали.

Вторая область мозга, активировавшаяся при сотрудничестве - orbitofrontal cortex - расположена непосредственно над глазами. Это - часть поощрительной системы и системы контроля побуждений.

Как говорит профессор Риллинг, "в каждом туре вы стоите перед выбором - предать и заработать лишний доллар или же сотрудничать. Чтобы принять решение о сотрудничестве, вам нужно уметь контролировать свои побудительные мотивы". Когда после игры женщин спрашивали, как они себя чувствовали, ответ был: "лучше во время сотрудничества". При этом говорились добрые слова о партнерах.

Хотя вполне правомочно предположить, что стремление сотрудничать у людей врожденное и что оно подкрепляется положительными реакциями нервной системы, причинные механизмы этого явления пока не совсем ясны. Антропологи полагают, что это отзвуки древних навыков, когда совместная охота на крупную дичь была неотъемлемым условием человеческого выживания. Так что в человеческом мозгу "сотрудничество" связано с инстинктом самосохранения, возникшего у наших далеких предков.

Но, как это присуще и другим чертам характера человека, готовность быть законопослушными гражданами, не обманывать и не воровать у ближних твердо укоренилась в мозгу далеко не у всех. "Если мы поэкспериментируем с некоторыми руководителями финансовых и промышленных корпораций, - говорит профессор Килтс, - то я далеко не уверен, что позитивное социальное сотрудничество всем им покажется одинаково привлекательным".

Евгений Муслин: И в заключение нашей передачи сообщение о новой возможности обнаружения жизни в пределах нашей Солнечной системы.

Данные, полученные от американского межпланетного зонда "ГАЛИЛЕЙ", запущенного к Юпитеру, показали, что океан, на поверхности одного из спутников этой гигантской планеты - Европы - очень похож на земные океаны, так что вполне возможно, что под покрывающей его ледяной коркой теплится какая-то жизнь. Тем более, что эта ледяная корка часто лопается и через нее могут легко проникать газы и органические вещества. К такому заключению пришел доктор Ричард Гринберг и его коллеги из Аризонского университета в Таксоне, изучая фотоснимки, присланные "ГАЛИЛЕЕМ" в течение нескольких лет. По их мнению, океан на Европе больше всего похож на Северный ледовитый океан, окружающий Северный полюс.

Ученые также предполагают, что сера, выбрасываемая вулканами другого спутника Юпитера, Ио, вполне может долетать до Европы. Наличие такого химического элемента, по мнению астробиологов, повышает вероятность возникновения жизни, первично занесенной туда астероидами и метеоритами. Сотрудники "НАСА" сейчас серьезно подумывают о том, чтобы посадить на Европу автоматический исследовательский аппарат, который сможет пробурить лед и поискать следы жизни в океанской воде.

XS
SM
MD
LG