В конце 2023 года учёные из Массачусетского технологического института (MIT) буквально огорошили научный мир, открыв явление испарения воды без нагрева. Бесчисленные века человечество видело туманы, облака, дымку и прочее, что позже учёные связали с процессами испарения при нагреве воды. Но оказалось, что при испарении важна не только температура, но и сам свет (фотоны), который способен испарять воду и даже эффективнее, чем нагрев. И это оказалось важным.

Источник изображения: Bryce Vickmark/MIT

На днях в журнале PNAS вышла статья исследователей из MIT, которые продолжили эксперименты с «фотомолекулярным эффектом», как они назвали открытое явление. Учёные провели 14 опытов, доказывающих и проясняющих ряд моментов воздействия света на воду, в ходе которого молекулы воды отрывались от её поверхности и превращались в пар. Например, ещё в прошлом году было замечено, что наиболее сильное воздействие на эти процессы — на отрыв кластеров молекул воды от её жидкой поверхности — оказывал зелёный свет. В новых опытах учёные изменяли наклон освещения и поляризацию света.

Исследования показали, что сильнее всего испарение шло при освещении под углом 45°. Поляризация также оказывала влияние на интенсивность испарения, но этот момент ещё предстоит уточнить. Самое забавное, что учёные пока не понимают до конца, как объяснить данное явление, при котором зелёный свет под углом 45° начинает интенсивно поглощаться водой в состоянии пара и приводить к ощутимому эффекту испарения жидкой воды.

Лабораторные установки исключали всякую передачу тепла пару или воде, обеспечивая освещение светодиодами. Тем не менее, испарение при освещении воды светом начиналось и продолжалось, пока был свет. В темноте явление отсутствовало.

Собственно говоря, климатологи давно ломали копья в спорах о степени поглощения света облачной массой Земли и о влиянии всего этого на климат планеты. Данные были противоречивы и демонстрировали заметные расхождения между наблюдениями и моделями. С открытием фотомолекулярного эффекта всё может встать на свои места. Модели обретут недостающие контуры и будут соответствовать наблюдениям, а понимать эти процессы не просто важно, а принципиально необходимо, ведь на этом строится климатическая повестка со всеми вытекающими.

Наконец, открытие испарения без нагрева — это путь к новым и эффективным опреснителям и технологическим процессам сушки при производстве всего: от продуктов до древесины, бумаги и даже электродов литиевых аккумуляторов. Учёные, кстати, уже начали получать запросы на разработку фотомолекулярных сушилок от тех или иных представителей промышленности. Так что дело может быстро набрать ход.

Европейское космическое агентство (ЕКА) сообщило, что 13 апреля 2029 года астероид Апофис (Apophis) размером 375 метров окажется ближе к Земле, чем телекоммуникационные спутники на геостационарной орбите — на расстоянии менее 32 тыс. километров. Он будет виден в ночном небе невооружённым глазом из большей части Европы, Африки и Азии. Столкновения с планетой пока что не предвидится.

Источник изображений: Европейское космическое агентство

Апофис был открыт 19 июня 2004 года астрономами Национальной обсерватории Китт-Пик в США. Вскоре он был объявлен одним из самых потенциально опасных известных человечеству астероидов. Первоначальные расчёты прогнозировали столкновение астероида с Землёй в 2029, 2036 или 2068 годах, поэтому его назвали именем египетского бога хаоса и разрушения. Вероятность столкновения в 2029 году оценивалась в 2,7 %, вследствие чего Апофис достиг самого высокого за всю историю рейтинга по «Туринской шкале» — методу, используемому для оценки угрозы, которую астероид представляет для Земли. Используя дополнительные наблюдения за астероидом, астрономы смогли исключить риск столкновения в 2029 или 2036 году, однако вероятность столкновения в 2068 году была опровергнута сравнительно недавно.

Прохождение Апофис в гравитационном поле Земли в апреле 2029 года должно значительно изменить его орбиту. Именно это послужило основанием для опасений в возможном столкновении астероида с нашей планетой. Однако радиолокационные наблюдения, проведённые NASA в марте 2021 года, позволили астрономам окончательно исключить любую вероятность такого события как минимум в ближайшие 100 лет. Апофис был исключён из «Списка рисков», составленного Управлением планетарной защиты Европейского космического агентства (ЕКА) 26 марта 2021 года.

Приближение Апофис к Земле в 2029 году станет самым близким прохождением астероида такого размера мимо нашей планеты, что представляет уникальную возможность для научных исследований. Во время сближения на астероид будет существенно влиять притяжение Земли. Гравитационные приливные силы могут вызвать деформацию небесного тела, провоцируя землетрясения и оползни, и, возможно, изменят скорость и направление вращения астероида.

Апофис в настоящее время входит в группу астероидов Atens, вращающихся вокруг Солнца и пересекающих орбиту Земли. Встреча с Землёй увеличит высоту орбиты астероида, вследствие чего с апреля 2029 года он станет членом группы Apollo — семейства астероидов, которые также пересекают орбиту Земли, но вращаются вокруг Солнца по орбитам более высоким, чем Земля.

Сейчас ЕКА рассматривает несколько вариантов космических миссий для исследования астероида Апофис. Миссия Rapid Apophis for Security and Safety (RAMSES) сможет повторно использовать технологии и опыт миссии ESA Hera, что сведёт к минимуму время и стоимость её разработки. RAMSES развернёт на орбите вокруг астероида два небольших спутника с усовершенствованным набором научных инструментов. Другой вариант, рассматриваемый ЕКА, — менее масштабная миссия Satis, также предусматривающая запуск на орбиту Апофис микроспутника.

NASA перепрофилирует свою существующую миссию OSIRIS-Rex, которая собирала образцы с астероида Bennu. Экспедиция, которая получит новое название OSIRIS-APEX, прибудет на Апофис уже после его сближения с Землёй. OSIRIS-APEX приблизится к поверхности астероида и направит на него выхлоп своих двигателей, чтобы «поднять» верхний слой космической пыли с поверхности Апофис и дать учёным возможность проанализировать её состав.

Поскольку OSIRIS-APEX немного «опоздает» с изучением Апофис, важно будет объединить полученные результаты с наблюдениями миссии ЕКА, что даст полную картину «жизни» астероида во время расхождения с Землёй. Хотя Апофис не представляет опасности для Земли, подготовка космического корабля для перехвата Апофис является хорошей практикой для консультативной группы планетарной обороны ЕКА (SMPAG), которая служит форумом для мировых космических агентств и координирует их совместные действия.

Возможность запуска других исследовательских миссий к Апофис в настоящее время рассматривается космическими агентствами других стран. Мировое сообщество исследователей астероида соберётся 22–24 апреля 2024 года на семинар «Апофис: научные возможности для планетарной защиты», который пройдёт на площадке ЕКА ESTEC в Нидерландах.

Исследователи из Университета Нотр-Дам (University of Notre Dame) создали эффективное покрытие для обычных оконных стёкол. Оно блокирует инфракрасный и ультрафиолетовый свет и полностью пропускает видимое излучение. С таким фильтром на окне в комнате будет светло и прохладно, что важно для стран с жарким климатом, где охлаждение помещений требует огромных расходов энергии. Удивительно, но в создании фильтра помог ИИ и квантовые расчёты.

Источник изображения: University of Notre Dame

По словам учёных, они создали первый в отрасли широкоугольный спектральный фильтр. Благодаря этому достигается полосовая селективность, что позволило сохранить максимум света в оптическом диапазоне, и вырезать из него ультрафиолетовый и несущий тепло инфракрасный свет в ближнем диапазоне этих волн. Более того, впервые в отрасли создана плёнка, которая одинаково хорошо пропускает и фильтрует свет вне зависимости от угла падения солнечных лучей. Иными словами: утром, днём и вечером.

Базовый поиск необходимых оптических материалов осуществлялся с помощью интерактивного машинного обучения и с использованием квантового компьютера. В частности, использовался так называемый квантовый отжиг или нахождение оптимальных значений для набора из множества параметров.

Квантовые алгоритмы и ИИ сузили выбор базовых материалов с необходимыми оптическими селективными характеристиками до кремнезёма, оксида алюминия и титана. Для отражения инфракрасного излучения поверх всех трёх плёнок на стекле добавили кремниевый полимер, который также повысил прочность покрытия. Эксперименты показали, что предложенная плёнка при сохранении прозрачности снижает температуру в помещении на 5,4–7,2 °C. Охлаждающий эффект пленки сохранялся независимо от угла пропускания света снаружи.

Источник изображения: Cell Reports Physical Science

Для стран с жарким климатом, подчёркивают исследователи, предложенный оконный фильтр может снизить годовой расход энергии на охлаждение примерно на 97,5 МДж/м². Для дома средней площади в США это может вылиться в экономию до трети потребляемой в год электрической энергии, о чём исследователи подробно рассказали в статье в журнале Cell Reports Physical Science.

Многие климатологи считают, что глобальное потепление наступает быстрее прогнозов. Для его сдерживания годятся любые доступные средства, но арсенал не так уж богат. Поэтому необходимо расширять спектр инструментов для воздействия на климат, раз уж человечество не может в короткие сроки отказаться от грязной ископаемой энергетики. Одним из таких перспективных инструментов по сдерживанию нагрева Земли может стать осветление морских облаков.

Концепция корабля для осветления облаков. Источник изображения: Interesting engineering

Нетрудно понять, что чем больше соли в облаках, тем сильнее отражается от них солнечный свет. Соль находится в избытке в земных океанах. Если запустить по ним специальные установки по разбрызгиванию морской воды в небо, то можно рассчитывать на увеличение солёность низких облаков. Теоретически всё должно работать, но на практике остаётся множество вопросов: от глобальных — как это повлияет на климат в отдельно взятых частях света, до сугубо технических — это оптимальный размер капли, концентрация соли, сила распыления и другое. Наконец, распыляющие установки должны работать максимально эффективно и желательно на возобновляемых источниках энергии.

Предлагающие метод осветления морских облаков учёные не призывают немедленно внедрять эту технологию, но считают важным подготовиться к такому шагу, если вдруг он будет признан насущным и неотложным. Власти США и ЕС, кстати, также рекомендуют направить усилия исследователей на геоинженерные методы решения проблемы глобального потепления, но и они призывают относиться к ним с осторожностью.

Установка для экспериментального распыления солёных аэрозолей. Источник изображения: www.nytimes.com

Недавно группа исследователей из США под руководством учёных из Университета Вашингтона впервые испытала технологию осветления морских облаков на практике. Это произошло в заливе Сан-Франциско на палубе авианосца Hornet, давно превращённого в музей на воде. Специальная установка распыляла солёный аэрозоль, а система датчиков дальше по палубе собирала информацию о поведении и состоянии аэрозольного шлейфа. Полученный набор данных будет подвергнут анализу, чтобы вычислить наиболее оптимальные режимы распыления соленой воды.

«Цель программы ОМО — понять, возможно ли вообще предсказуемо и надёжно осветлить низкие морские облака, и если да, то как это в разных регионах земного шара повлияет на температуру, осадки и климат как в глобальном, так и в локальном масштабе, а также [оценить влияние] на любые другие возможные побочные эффекты, — заявили участники проекта. — Как учёные-атмосферники, мы считаем критически важным, чтобы у общества были ответы на эти вопросы, прежде чем принимать какие-либо решения о том, действительно ли использовать осветление морских облаков в попытке снизить климатические риски».

Накануне в журнале Nature вышла статья, в которой геофизик Дункан Агню (Duncan Agnew) из Института океанографии Скриппса в Ла-Хойе, Калифорния, доказал влияние глобального потепления на скорость вращения Земли. Расчёты учёного показали, что отток талых вод с полюса к экватору замедлил и будет дальше замедлять скорость вращения нашей планеты. Но есть и хорошие новости. Они касаются регулярной коррекции времени, которая ведёт к сбою в работе программ.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Согласно данным со спутников, на экватор Земли перетекло достаточно воды с тающих полярных льдов, чтобы форма планеты стала более сплюснутой и менее шарообразной. Лучшая аналогия для этого явления — это выполнение такого элемента в фигурном катании, как центровка, когда спортсмен может замедлять скорость вращения вытягивая руки в стороны и ускорять его прижимая руки к бокам. Так и увеличение объёма планеты в районе экватора замедляет скорость её вращения и фактически делает сутки длиннее.

«Растаяло достаточно льда, чтобы уровень моря поднялся настолько, что мы действительно можем видеть, как это повлияло на скорость вращения Земли», — утверждает Дункан Агню.

Важно отметить, что в масштабе миллиардов и миллионов лет скорость вращения Земли снижалась. К этому подталкивало гравитационное влияние Луны на океаны, что создавало эффект торможения. Например, анализ геологических отложений показывает, что 1,4 млрд лет назад сутки на Земле длились 19 часов.

С появлением атомных часов в 60-е годы прошлого века учёные стали замечать, что скорость вращения Земли увеличивается. Поскольку начались космические полёты, радары, навигация, компьютеры и разная электроника, изменение скорости планеты пришлось как-то соотносить со всемирным координированным временем, базирующимся на атомных часах. С 1972 года для этого была введена високосная секунда, которая позволяла уравнять измеряемое время и реальное суточное вращение Земли. Всё было хорошо до распространения компьютеров и программ, для которых дополнительная секунда стала неимоверной головной болью. Её невозможно было учесть — она вводилась командным методом уполномоченными организациями.

Но настоящий хаос мог наступить при введении отрицательной секунды, которая ни разу не объявлялась. Ожидалось, что её могут использовать в 2026 году. Дело в том, что ядро Земли жидкое и примерно с 70-х годов перемещение потоков в ядре планеты начало ускорять вращение Земли. Это проявилось в том, что високосную секунду с определённого момента стали добавлять реже. Наконец, в 2026 году Земля могла обогнать суточные показания атомных часов, и одну секунду пришлось бы вычесть из всемирного времени.

Работа Дункана Агню показала, что благодаря таянию полярных льдов скорость Земли снизилась настолько, что теперь вычитание одной секунды из всемирного времени можно отложить на три года — до 2029 года и, в целом, их придётся вводить реже. Для метрологов это бальзам на душу, потому что никто не понимает, во что бы вылилась такая коррекция времени. Для самого учёного это повод лишний раз на примерах показать, что деятельность человека напрямую и очень сильно влияет на нашу планету.

Группировки спутников связи, подобные сети Starlink, кроме очевидных проблем для астрономических наблюдений и замусоривания орбиты могут нести также другие пока неведомые опасности. Как считает американский физик и кандидат наук из Университета Исландии Сьерра Солтер-Хант (Sierra Solter-Hunt), металлические частички от сгорающих в атмосфере спутников в перспективе могут оказать катастрофическое влияние на магнитное поле Земли с массой неприятных последствий.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Ежедневно в атмосфере планеты испаряется около 50 т камней из космического пространства. После себя они оставляют 450 кг ионизированной пыли (из-за взаимодействия с ионизированными газами в воздухе). Это загрязнение в основном представлено минеральными веществами, тогда как один спутник Starlink второго поколения — это 800 кг фактически чистого металла. При сгорании спутника в атмосфере распыляются токопроводящие металлы и их оксиды. Токопроводящая пыль потенциальна способна создать условия для пробоя и просто повлиять на магнитное поле Земли вплоть до его разрушения в самом критическом случае.

Работа Сьерры Солтер-Хант посвящена исследованию подобной пыли, которую она называет плазменной. Написанная ею работа пока не прошла рецензирование и доступна лишь на сайте arХiv в виде препринта. Познакомившиеся с ней учёные считают выводы коллеги преувеличенными, хотя также признают необходимость дискуссии по этому вопросу.

Очевидно, что в случае развёртывания полномасштабной группировки Starlink из 42 тыс. спутников (не говоря о других) на Землю каждые сутки будут падать десятки аппаратов. Количество металлической мелкодисперсной пыли в атмосфере начнёт расти впечатляющими темпами. Объём токопроводящей взвеси в атмосфере может быстро составить конкуренцию радиационным поясам вокруг Земли. Особенно учёная опасается потери стабильности озоновым слоем, который защищает жизнь на Земле от ультрафиолетового излучения Солнца. Ранее, кстати, в рецензируемых журналах уже были опубликованы работы по разрушающему влиянию на озоновый слой процесса сгорания алюминия со спутников в атмосфере.

Угроза, стоит отметить, совсем не призрачная. В прошлом году NASA провело исследование стратосферы и верхних слоёв атмосферы, которое показало присутствие там свыше 20 металлов и минералов, которые не встречаются в метеоритах. Они занесены туда падающими и сгорающими спутниками. Это может напрямую повлиять на климат планеты, например, понизив инсоляцию или ускорив образование осадков. Этот вопрос явно нельзя спускать на тормозах и, по крайней мере, это надо обсуждать уже сейчас.

Астероид Апофис (Apophis, номер 99942), представляющий потенциальную угрозу жизни на Земле, в 2021 году был на ближайшие 100 лет исключён из списка угроз из космоса. Тщательное изучение объекта в течение почти 20 лет с момента обнаружения позволило максимально точно рассчитать его орбиту, которая даже с учётом погрешностей не пересекалась с Землёй. Но совсем угроза не исчезла. Столкновение с другим астероидом способно сбить Апофис с безопасной траектории.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Миссия NASA DART по ударному изменению траектории астероидов с помощью зондов-камикадзе наглядно показала, что астероид способен менять траекторию при столкновении с другим небесным телом. Даже таким небольшим, как 570-кг зонд DART. Если в 340-метровый Апофис массой 61 млн тонн влетит объект подобной ему массы, их траектории, очевидно, изменятся очень и очень сильно.

Под впечатлением миссии DART группа астрономов решила изучить вероятность столкновения с Апофисом любого из других известных астероидов в пространстве его пролёта. В эту область попадает свыше 1,3 млн известных астероидов. Все эти объекты были внесены в модель и изучены с учётом всех погрешностей на предмет вероятного столкновения с Апофисом.

Радарные изображения Апофиса при пролёте рядом с Землёй в 2021 году. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech and NSF/AUI/GBO

«Учитывая, насколько близко Апофис пройдет мимо Земли, существует возможный риск того, что отклонение от его текущей траектории может привести Апофис к столкновению с нами, — поясняют авторы работы, опубликованной в журнале Planetary Science. — Гипотетически, столкновение другого астероида с Апофисом может вызвать такое отклонение, что побудило нас изучить этот сценарий, каким бы маловероятным он ни был».

Расчёты показали, что астероиду Апофис никакие столкновения не угрожают, а значит, его орбита останется в рамках индивидуальных для него расчётов и будет неопасна для Земли. Остаётся угроза со стороны ещё неоткрытых астероидов. Но с этим человечество ничего поделать не может. Остаётся только готовиться по мере сил и создавать новые слои планетарной защиты.

В ответ на растущую угрозу природных катастроф учёные с поддержкой Европейского космического агентства (ESA) разработали «цифрового двойника» Земли — инновационную модель для моделирования природных бедствий. Этот проект позволит лучше понять и предотвратить реальные риски, связанные с изменением климата, благодаря моделированию различных климатических условий и их последствий для нашей планеты.

Источник изображения: geralt / Pixabay

Земля не смогла бы выжить без воды, которая занимает 71 % всей её поверхности, а океаны составляют примерно 97 % этой цифры. Круговорот воды в природе является крайне сложным процессом из-за непрерывно меняющегося климата, на который оказывает влияние и человек. Поэтому прогнозирование стихийных бедствий, таких как наводнения, оползни и засухи, требует создания и анализа моделей, содержащих как можно больше данных с высоким разрешением, охватывающих каждый сантиметр планеты, от самых высоких горных вершин до водных глубин.

Проект создания «цифрового двойника» Земли направлен на то, чтобы предоставить учёным инструмент, с помощью которого можно вводить в модель новые данные и симулировать сценарии природных катастроф в различных условиях по всему миру. Это позволит наблюдать за потенциальными рисками, которые могут возникнуть во время оползней или других бедствий, как если бы они происходили в реальном времени, что, в свою очередь, поможет лучше подготовиться к возможным разрушительным событиям в будущем.

Разработка такой модели требует огромных усилий от учёных, которые используют данные, полученные со спутников, включая измерения влажности почвы, осадков, глубины снега, испарения и течения рек, собранные в определённые промежутки времени. Эти данные позволяют создать подробную картину динамики этих переменных на планете. Модель, содержащая данные с высоким разрешением, может служить интерактивным инструментом для учёных.

«Моделирование Земли с высоким разрешением очень сложно, поэтому идея состоит в том, чтобы сначала сосредоточиться на конкретной цели, — сообщил Лука Брокка (Luca Brocca) из Национального исследовательского совета (CNR) Италии, являющийся ведущим автором исследования. — Именно эта идея лежит в основе разработанного нами проекта — цифровые двойники для изучения земного водного цикла в Средиземноморском бассейне. Наша цель — создать систему, которая позволит неспециалистам, в том числе лицам, принимающим решения, и гражданам проводить интерактивное моделирование».

На первом этапе были смоделированы территории вокруг реки По в Северной Италии и другие части Средиземноморского бассейна. «Мы должны начать с того, что нам хорошо известно, — добавил Брокка. — Долина реки По очень сложная: у нас есть Альпы, есть снег, который трудно моделировать, особенно на неровном и сложном рельефе, как горы. Затем есть долина со всеми видами человеческой деятельности — промышленностью, ирригацией. Затем у нас есть река и экстремальные события — наводнения, засуха. А затем мы переместились в Средиземноморье, которое является хорошим местом для изучения экстремальных явлений, связанных как с избытком, так и с недостатком воды».

Усилия учёных сфокусированы на анализе крупных регионов с целью последующего расширения исследований на более локальные области. Планируется расширение модели на другие регионы Европы и сотрудничество с учёными других континентов. Отмечается, что сложность разработанных алгоритмов требует их доработки по мере поступления значительных объёмов данных. Кроме того, по словам учёных, необходимо проводить больше наземных наблюдений, чтобы продолжать проверять данные, полученные со спутников.

График, показывающий устойчивый рост средней температуры по планете с 1880 года (источник изображения: NASA)

Для повышения точности и надёжности «цифрового двойника» Земли проект предусматривает внедрение искусственного интеллекта (ИИ). Использование ИИ позволит минимизировать ошибки, возникающие вследствие атмосферных колебаний в момент получения спутниковых данных. Предполагается, что ИИ, эффективно обученный на соответствующих данных, сможет работать как дополнительный инструмент анализа, уточняя модели в режиме реального времени.

Это будет не только способствовать повышению точности прогнозов, но и оптимизировать время, требуемое для аналитической обработки данных, тем самым освобождая ресурсы для решения других критически важных задач в области климатических исследований. Примеры применения ИИ в области прогнозирования погодных условий и предсказания лесных пожаров уже демонстрируют значительные преимущества данного подхода, подтверждая его эффективность и перспективность для реализации проекта «цифрового двойника» Земли.

С помощью зонда «Галилео» (Galileo), астрономы обнаружили на Земле признаки континентов и океанов, а также наличие кислорода в её атмосфере. Это «открытие» играет ключевую роль в разработке методов анализа и интерпретации данных об экзопланетах и открывает новые возможности для поиска и изучения потенциально пригодных для жизни миров.

Источник изображений: Ryder H. Strauss / arXiv, The Astronomical Journal

В докладе, опубликованном на arXiv.org, группа астрономов под руководством Райдера Штрауса (Ryder H. Strauss) из Университета Северной Аризоны (NAU), представила результаты анализа данных, собранных космическим аппаратом «Галилео» в ходе его гравитационных манёвров около Земли в 1990 и 1992 годах. Астрономы использовали спектрофотометрические наблюдения, сделанные твёрдотельным датчиком изображения ограниченного действия (Limited Solid State Imager, SSI), с применением набора узкополосных фильтров (фиолетовый, зелёный, красный и четыре ближних инфракрасных), чтобы исследовать отражённый свет Земли.

Анализ показал, что изменчивость кривых блеска всего диска Земли может быть объяснена меняющейся погодой, наличием континентов, океанов и облаков на вращающейся планете. Кроме того, временная динамика цвета диска приписывается океанам (сдвиг в синюю сторону) и суше с растительностью (сдвиг в красную сторону).

Измерение интенсивности света Земли через красные и фиолетовые фильтры, а также в инфракрасном диапазоне IR-6560 и фиолетовом при облёте Земли зондом «Галилео» в 1990 году

Снижение отражательной способности при наблюдениях в некоторых инфракрасных фильтрах связано со слабым поглощением излучения водяным паром и сильным поглощением молекулярным кислородом. Эти результаты подчёркивают важность молекулярного кислорода в атмосфере Земли как ключевого индикатора её обитаемости.

Полученные данные будут использоваться для дальнейшей проверки и совершенствования трёхмерной спектральной модели Земли, разрабатываемой Виртуальной планетарной лабораторией (VPL) NASA. Такой подход позволит значительно улучшить методики наблюдений за экзопланетами, в том числе потенциально обитаемыми, и расширить наше понимание возможности существования жизни за пределами родной планеты.

Исследование подтверждает, что наблюдения за полными дисками планет Солнечной системы могут служить важным аналогом для анализа экзопланет. Особое значение в этом контексте имеет Земля как единственный известный обитаемый мир, что делает её ключевым объектом для изучения в рамках поиска потенциально обитаемых экзопланет.

В журнале Science Advances вышла статья исследователей Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA) и NASA, в которой учёные предложили средство для сдерживания роста нагрева Земли. Решение не отменяет необходимости снижать парниковые выбросы, но может стать одним из методов сдерживания неуклонного роста температуры на поверхности планеты.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Так, временным или вспомогательным методом для сдерживания климатических изменений может быть осушение верхних слоёв атмосферы. Технически это можно сделать уже сейчас. Для этого достаточно разбрасывать с самолётов лёд на высоте 17 км — чуть ниже стратосферы. Лёд охладит поднимающийся на высоту с потоками воздуха влажный водяной пар и превратит его в осадки.

Расчёты показали, что если каждую неделю распылять по 2 т льда, то это примерно на 5 % снизит нагрев планеты от последствий, связанных с выбросом углекислого газа. На самом деле — это очень небольшое влияние на климат Земли, поэтому предложенный метод надо рассматривать не как альтернативу для сохранения темпов углеродных выбросов, а как возможность немного затормозить катастрофические изменения климата.

Учёные подчёркивают, что они лишь предлагают концепцию для обсуждения. Несомненно, она подлежит более тщательному анализу, прежде чем её начнут реализовывать. Одно дело работать в лаборатории, другое дело — на улице. Случиcь что-то неожиданное, назад можно уже не повернуть. Поэтому не участвующие в проекте учёные осторожно встретили предложение по вмешательству в глобальные атмосферные процессы. Кроме того, такие вещи необходимо обсуждать в ООН или в профильных международных организациях. Планета, как ни как, это наш общий дом и хорошо бы принимать коллегиальное решение по его обустройству.

Службы слежения за активностью Солнца зафиксировали 1 января 2024 года в 00:55 по московскому времени сильнейшую за последние 7 лет вспышку на Солнце. Вспышка была экстремального класса с индексом X5. Предыдущая сильнейшая вспышка последних лет произошла около трёх недель назад с интенсивностью X2.8.

Источник изображения: NOAA

Во время наблюдения вспышки 1 января был замечен значительный выброс коронарной массы — вещества (плазмы) из внешней атмосферы звезды. Облако плазмы направилось в сторону Земли. Наблюдения показали, что в итоге оказалось задето лишь магнитное поле по краю планеты. Это вызовет сегодня полярные сияния в северных широтах и, по-видимому, будет проявляться аналогичным образом также завтра и послезавтра. Значительных радиовозмущений не наблюдалось.

Частота и интенсивность вспышек на Солнце стали увеличиваться с началом нового 25 цикла 11-летней активности звезды. Пик активности прогнозируется во вторую половину 2024 года, хотя, согласно предыдущим наблюдениям, его следовало ожидать в первой половине 2025 года. Есть большая вероятность, что в этом году Солнце поведёт себя необычным образом и 25-й цикл будет отличаться от предыдущих значительно повышенной активностью.

Наибольшую угрозу вспышки на Солнце несут спутникам и экипажам космических кораблей. Вблизи Земли магнитное поле планеты защищает их от радиации. Но близость Земли несёт другую угрозу. Вспышка на Солнце может породить настолько сильный выброс, который способен расширить ионосферу планеты и повысить её плотность в верхних слоях. Это начнёт тормозить спутники на низкой околоземной орбите (аппараты Starlink уже падали в подобных ситуациях) и к этому надо быть готовым заранее.

Службы слежения за активностью Солнца сообщили о сильнейшей за последние шесть лет вспышке на Солнце. Видео события снял зонд NASA Solar Dynamics Observatory. Мощность события составила X2.8, что соответствует экстремальному уровню интенсивности. По косвенным данным вспышка сопровождалась выбросом коронарной массы. Облако солнечной плазмы должно накрыть Землю с субботы на воскресенье.

Источник изображения: NASA Solar Dynamics Observatory

Согласно истории наблюдения за активностью Солнца, последний раз вспышка подобной силы фиксировалась в 2017 году. Ранее в этом году вспышка X-класса произошла в феврале, но была несколько слабее — X2.2 балла. Менее интенсивные вспышки обозначаются буквами A, B, C и M. При переходе к каждой из них мощность увеличивается на 10, начиная с события A0.0 мощностью 10 нВт/м². Каждой букве кроме X отведено по 10 баллов, тогда как событие X безразмерное — сколько будет, столько и присвоят. Самое мощное событие с начала их регистрации (с 1976 года) произошло в феврале 2003 года и равнялось X28. Речь идёт о замере в рентгеновском диапазоне.

Иногда вспышки сопровождаются выбросом коронарной массы — облака плазмы в виде электронов и ионов водорода. При стечении обстоятельств облако плазмы может пересечься с Землёй, что вызовет массовые и яркие сияния в ионосфере планеты. По данным радиолокации, вспышка X2.8, зафиксированная в четверг около 20:00 по московскому времени, сопровождается выбросом коронарной массы, похоже, двигающейся в нашу сторону. Если это так, то завтра и послезавтра облако плазмы достигнет нашей планеты. Сбои в радиосвязи уже наблюдались, поскольку они возникают в ходе попадания ионизирующего излучения в атмосферу Земли.

В ближайшие два года интенсивность и частота подобных событий будут нарастать, поскольку мы приближаемся к пику 11-летней солнечной активности. Теоретически он должен произойти ближе к лету 2025 года, но наблюдаемые данные говорят, что пик в этот раз может произойти раньше — во второй половине 2024 года.

Руководство климатической инициативы Frontier от имени группы компаний с участием Alphabet, Stripe, Shopify и других гигантов сообщило о заключении сделки стоимостью свыше $57 млн по удалению из атмосферы Земли свыше 158 тыс. т CO₂ к 2028 году. Удалять углекислый газ будет стартап Lithos Carbon с помощью разбрасывания базальтовой крошки по сельскохозяйственным землям. Считается, что эта горная порода при выветривании связывает CO₂ на тысячи лет.

Разбрасывание базальтовой крошки на полях. Источник изображения: Frontier

Горные породы при естественном выветривании связывают атмосферный углекислый газ, переводя его в плохорастворимые соединения. Но это крайне медленный процесс. Гораздо быстрее связывание происходит, если порода измельчена до состояния крошки и даже пыли. Тогда химические реакции идут быстрее и CO₂ «минерализуется» завидными темпами. Искусственные процессы ускоренного выветривания назвали «усиленным выветриванием» и включили его в список потенциальных инструментов для борьбы с климатическими изменениями.

Впрочем, благая идея затормозилась почти сразу. Во-первых, это дорого. По самым оптимистичным оценкам стоимость связывания тонны CO₂ базальтом составит около $200. Компания Lithos Carbon собирается брать за это ещё больше — $370 за тонну. И это ещё недорого, говорят в стартапе, ссылаясь на практику прямого извлечения CO₂ из атмосферы, которая стоит сегодня $600 за тонну.

Но главным препятствием на пути реализации идеи ускоренного выветривания с помощью базальтовой крошки — это эфемерность показателей. Надёжных методик для оценки объёма поглощения CO₂ в результате деятельности стартапа, нет. Им можно верить только на слово и на кое-какие расчеты учёных. Компания обещает, что будет точно знать, сколько углекислого газа поглотит базальтовая крошка, поскольку будет регулярно измерять кислотность почв и проводить другие химические экспертизы в местах ускоренного выветривания. Однако специалисты сомневаются, что покупатели услуг будут получать точные данные. Скорее всего, сетуют они, показатели будут завышенными, поскольку надёжных методик проверки эффективности метода нет.

Тем не менее, Stripe, Alphabet, Shopify и McKinsey Sustainability. Autodesk, H&M Group, JPMorgan Chase, Workday, Zendesk, Canva и Boom Supersonic и ряд других компаний подписали соглашение по поглощению CO₂ из воздуха с Lithos Carbon. Стартап берёт базальт в открытом карьере, измельчает его и раздаёт местным фермерам, которые с помощью внесения крошки в почву поддерживают её щелочной баланс. В почве крошка под воздействием влаги и воздуха связывает CO₂ и грунтовыми водами выносит минералы в реки и моря, где порода будет удерживать углекислый газ в минеральных соединениях не меньше 10 тыс. лет.

Компания Lithos Carbon обещает проследить за сохранением плодородия почв и качеством воздуха в регионе своей ответственности, ведь базальтовая пыль, поднятая в атмосферу, вряд ли добавит кому-то здоровья.

По данным наблюдения за Солнцем, на его обращённой к Земле стороне образовалась гигантская корональная дыра. Через такие прорехи в короне Солнца устремляются потоки солнечного ветра, способные доставить проблемы средствам связи и навигации на Земле, а также радость от наблюдения полярных сияний до средних широт и даже ближе к экватору.

Нажмите для увеличения. Источник изображения: SOHO (NASA/ESO)

Корональные дыры — это области в солнечной короне, где плотность и температура плазмы значительно ниже, чем в остальных областях. Чаще всего плотность в области корональных дыр примерно в сто раз меньше, чем в остальных областях короны. В оптическом диапазоне такие «прорехи» не видны. Они фиксируются в рентгеновском диапазоне.

Чаще всего корональные дыры возникают во времена спада активности Солнца. Поэтому нынешнее появление корональной дыры, и такой огромной, выглядит необычно. Впрочем, нынешний солнечный 11-летний цикл необычен по многим причинам, включая то, что пик активности может произойти на год раньше ожидаемого — вместо середины 2025 года осенью 2024.

Прошедшая неделя также намекала на растущую активность Солнца. Возмущения на звезде вызвали до десятка геомагнитных бурь на Земле, начиная с самых слабых класса G1 до сильной уровня G3 на эти выходные.

Можно только поприветствовать усилия учёных и национальных космических агентств, которые готовы встретить пик текущего цикла во всеоружии. За этим будут следить до десяти космических аппаратов, включая запущенный в начале осени индийский спутник, и свыше десяти земных телескопов, включая два новейших китайских радиотелескопа. Солнце в новом сезоне не будет обойдено вниманием земной науки. Собираясь улетать далеко из-под магнитного зонтика Земли, мы должны чётко понимать, какая космическая погода нас ждёт в пути.

Новое исследование образцов с астероида Рюгу обнаружило неожиданно много азота. Это заставило учёных заподозрить в астероидах и метеоритах переносчиков этого элемента с окраин Солнечной системы вовнутрь, включая околоземное пространство. Без азота биологическая жизнь на нашей планете могла бы не зародиться или приняла бы иную причудливую форму.

Забор образцов астероида в представлении художника. Источник изображения: JAXA

В образах с Рюгу, которые доставил на Землю японский аппарат «Хаябуса-2» (Hayabusa2) в 2020 году, учёные нашли много чего интересного. Во-первых, минералы астероидного происхождения оказались старше нашего Солнца, что означает их принадлежность к тем кирпичикам, из которых в нашей системе состоит всё, что мы в ней видим. Во-вторых, в образцах обнаружена сложная органика в виде витаминов и ряда базовых аминокислот, которые участвуют в биохимии земных организмов.

Теперь выясняется, о чем исследователи сообщили в свежей статье в журнале Nature Astronomy, что астероиды и метеориты обеспечили ранней Земле транспорт азота из внешних областей системы во внутреннюю.

«Наши последние результаты позволяют предположить, что [в пространство] вблизи Земли было перенесено большее количество соединений азота, чем считалось ранее, которые потенциально могли послужить строительными блоками для жизни на нашей планете», — поделился мыслями Хоуп Ишии (Hope Ishii), соавтор исследования и преподаватель Гавайского института геофизики и планетологии в Школе наук об океане и Земле (SOEST) UH Mānoa.

Что касается конкретных открытий, то в образцах с Рюгу выявлено значительное количество таких неорганических соединений азота, как нитрид железа (Fe₄N). Очевидно, астероид был покрыт им едва ли не как коркой. При этом изначально астероиды данного типа (из углеродистых хондритов) содержат мало таких соединений.

По мнению исследователей, образование соединения железа и азота возникло в ходе физико-химических реакций железистого вещества астероида (соединение железа и кислорода) с водородом при постоянной бомбардировке его поверхности микрометеоритами. Азотные соединения прибывали на астероиды с микрометеоритами. Их удары вызывали локальный разогрев и, в сочетании с бомбардировкой астероидов солнечным ветром — заряжёнными частицами водорода, кислород улетучивался, а оставшееся чистое железо активно связывалось с азотом.

Образца астероида Рюгу под электронным микроскопом. Источник изображения: KyotoU/Toru Matsumoto

Возникающий в богатой азотом микрометеоритной среде на окраинах Солнечной системы нитрид железа переносился во внутреннюю область системы и в плоскость эклиптики, где рано или поздно оказывался на нашей планете. Раньше такой механизм переноса не был хорошо изучен, но теперь о нём можно говорить более предметно. Интересно, что покажет анализ образцов с астероида Бенну? Давно о них не было слышно.