Учёные из Потсдамского и Берлинского университетов использовали современный метод — криоэлектронную микроскопию высокого разрешения — чтобы подробно изучить работу важного фермента CODH/ACS. Этот фермент помогает древним микроорганизмам превращать углекислый газ в полезные вещества, например, в молекулу ацетил-КоА, которая нужна для жизни.
До того, как Земля стала насыщена кислородом, на ней жили микроорганизмы, которые не нуждались в кислороде. Они использовали процесс, называемый анаэробной фиксацией углерода, чтобы получать энергию. Фермент CODH/ACS существует у таких организмов уже более 3,5 миллиардов лет и играет ключевую роль в их обмене веществ. Сегодня этот фермент важен и в некоторых современных экосистемах, например, в болотах или в кишечнике животных.
Внутри фермента есть специальные металлические части — кластеры из никеля и железа. Они помогают превращать углекислый газ в ацетил-КоА через несколько этапов, ускоряя химические реакции. Благодаря этому ферменту можно эффективно использовать углекислый газ, что очень интересно для создания биотоплива.
С помощью криоэлектронной микроскопии учёные смогли увидеть, как фермент меняет свою форму и как движутся разные части внутри него во время работы. Они получили изображения шести разных состояний фермента с очень высокой точностью — настолько, что можно было рассмотреть, как молекулы взаимодействуют с металлическими центрами фермента.
Это помогло понять, как фермент точно управляет реакциями, чтобы не терять важные промежуточные вещества и не допускать побочных реакций. Такие знания важны для того, чтобы в будущем использовать этот древний фермент для биотехнологий, например, для преобразования углекислого газа в полезные продукты и топлива.
Снимки поверхности Марса, сделанные космическим аппаратом Маринер-4, показали, что она усеяна кратерами и очень похожа на лунную поверхность. Однако дальнейшие снимки, полученные Маринерами-6 и 7, показали, что такая кратерированная поверхность характерна лишь для более древних участков планеты, которые были сфотографированы Маринером-4. Это означало, что Марс имеет более разнообразный ландшафт, чем предполагалось изначально.
На фотографиях Маринера-4 также наблюдалось так называемое «вуалирование» — размытость изображения, которая привела учёных к предположению о наличии на Марсе мутной атмосферы, простирающейся до высоты около 150 километров. Однако снимки Маринеров-6 и 7, на которых такого размытости не было, опровергли эту гипотезу. Позже выяснилось, что причиной «вуалирования» была загрязнённость оптики телекамеры Маринера-4, а не атмосфера Марса.
Качество снимков, полученных Маринером-4, было невысоким, что требовало длительной и тщательной обработки цифровых данных на электронно-вычислительной машине. Обработка включала устранение дефектов и помех, а также повышение контрастности изображений, чтобы получить более чёткие и информативные фотографии поверхности Марса. Итоговый отчёт с обработанными снимками был опубликован в декабре 1967 года, открывая новые горизонты для изучения красной планеты.
Эти миссии стали важным этапом в освоении Марса, заложив основу для последующих исследований, которые позволили лучше понять геологию, атмосферу и историю планеты. Благодаря полученным данным учёные смогли планировать новые экспедиции и разрабатывать технологии для будущих посадочных аппаратов и марсоходов, приближая человечество к непосредственному изучению и, возможно, колонизации Марса.
Экспериментальная установка в испытательной секции гиперзвуковой аэродинамической трубы с высокой энтальпией в Калифорнийском университете Кашива.
Космический мусор — это большая проблема. За последние годы число запусков спутников резко выросло, и вокруг Земли в низкой околоземной орбите накопилось много мусора: старые части ракет, сломанные детали и неработающие спутники. Такой мусор опасен, потому что он может столкнуться с работающими спутниками, которые нужны для навигации, связи и прогноза погоды. Кроме того, крупные обломки иногда падают обратно на Землю.
Космический мусор также вреден для окружающей среды. Когда старые ракеты и спутники входят в атмосферу Земли, они сгорают и оставляют химические вещества, которые могут повредить озоновый слой. Чем больше мы запускаем ракет, тем больше загрязняется пространство вокруг Земли, и тем серьезнее становятся проблемы.
Учёные и компании ищут способы убрать этот мусор, но также пытаются сделать ракеты и спутники более экологичными — например, использовать органические материалы вместо металлов. В новом исследовании, опубликованном в журнале Acta Astronautica, учёные вдохновились оригами — японским искусством складывания бумаги — чтобы найти более устойчивое решение.
Максимильен Берте и Кодзиро Сузуки из Токийского университета задумались: что если запустить с Международной космической станции бумажный самолётик на высоте около 400 километров и со скоростью около 7800 метров в секунду, такой же, как у самой станции? Они хотели узнать, сколько времени он будет падать обратно на Землю и как сильно он сможет нагреться в атмосфере.
Сначала самолётик оставался устойчивым благодаря своей форме и плавно скользил в космосе. Но через четыре дня, когда он опустился примерно до 120 километров над Землёй, он потерял стабильность и начал падать неконтролируемо.
Учёные объясняют, что из-за низкой инерции вращения и аэродинамической формы самолётик мог долго сохранять правильное положение в воздухе. Но ниже 120 километров он начал кувыркаться и сильно разогреваться из-за трения с воздухом, что в итоге привело к его сгоранию на высоте около 90-110 километров.
Чтобы проверить это на практике, учёные сделали модель самолёта из бумаги с алюминиевым хвостом и поместили её в специальную аэродинамическую трубу в Токийском университете. Там они создавали условия, похожие на вход в атмосферу на большой скорости — около 7 Махов в течение нескольких секунд. В этот момент нос самолёта немного отогнулся назад, а кончики крыльев чуть обгорели, но модель не разрушилась. Если бы испытание длилось дольше, самолётик бы сгорел.
Это исследование показывает, что простая идея — использовать бумагу и оригами — может помочь решить проблему космического мусора. Учёные считают, что такие бумажные космические аппараты могут использоваться для сбора данных о Земле, а потом полностью сгорать в атмосфере, не оставляя вредных остатков. Это небольшой, но важный шаг к более экологичным и безопасным полётам в космос.
Tesla представила новое обновление программного обеспечения для своих электромобилей, в рамках которого была интегрирована большая языковая модель Grok, разработанная компанией xAI, основанной Илоном Маском. Эта интеграция стала доступна для владельцев Tesla в США, чьи автомобили оснащены медиасистемой на базе процессора AMD, используемого в моделях, выпускаемых с середины 2021 года.
Внедрение Grok в интерфейс автомобилей Tesla знаменует собой важный шаг в развитии технологий искусственного интеллекта внутри транспортных средств, направленный на улучшение пользовательского опыта и расширение возможностей голосового и текстового взаимодействия с системой автомобиля. Однако, по мнению экспертов и журналистов издания Electrek, в текущей версии программного обеспечения функционал Grok ограничен: система не способна напрямую управлять внутренними функциями электромобиля, такими как климат-контроль, навигация или мультимедийные настройки.
Это отличает Grok от некоторых других ИИ-ассистентов, например, Xiaomi YU7, который не только взаимодействует с функциями автомобиля, но и использует встроенную камеру для наблюдения за состоянием машины и окружающей обстановкой, что позволяет более гибко и эффективно интегрировать ИИ в управление и мониторинг автомобиля. В свою очередь, Grok в Tesla пока представляет собой преимущественно интеллектуального чат-бота, аналогичного тем, что доступны пользователям на смартфонах или через веб-браузер, без глубокого доступа к системам управления транспортным средством.
Тем не менее, интеграция Grok открывает перспективы для дальнейшего развития и улучшения программного обеспечения Tesla. В будущем можно ожидать расширения возможностей ИИ, включая более тесную интеграцию с функциями автомобиля, что позволит повысить уровень автоматизации, безопасности и комфорта водителей и пассажиров. Tesla продолжает активно развивать свои программные решения, сочетая инновации в области искусственного интеллекта с передовыми технологиями электромобилей, что подтверждает стремление компании оставаться лидером в индустрии.
Впервые в этой области исследователи из инженерного колледжа Грейнджер при Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне сообщили о лазерной генерации с фотонной накачкой с помощью скрытого диэлектрического фотонно-кристаллического лазера с поверхностным излучением, излучающего при комнатной температуре и безопасной для глаз длине волны. Их результаты, опубликованные в журнале IEEE Photonics Journal, улучшают существующий дизайн лазеров и открывают новые возможности для применения в оборонных целях.
На протяжении десятилетий лаборатория Кента Чокетта, профессора электротехники и вычислительной техники, изучала VCSEL - тип лазера с поверхностным излучением, который используется в таких распространенных технологиях, как смартфоны, лазерные принтеры, сканеры штрих-кодов и даже транспортные средства. Но в начале 2020 года лаборатория Choquette заинтересовалась новаторскими исследованиями японской группы, которая представила новый тип лазера под названием лазеры с поверхностным излучением на фотонных кристаллах, или PCSELs.
PCSEL - это новейшая область полупроводниковых лазеров, в которых используется слой фотонных кристаллов для получения лазерного луча с весьма желательными характеристиками, такими как высокая яркость и узкие круглые пятна. Этот тип лазера полезен для оборонных приложений, таких как ЛиДАР - технология дистанционного зондирования, используемая для картографирования полей сражений, навигации и отслеживания целей. При финансовой поддержке Исследовательской лаборатории ВВС группа Чокетта хотела изучить эту новую технологию и внести свои собственные разработки в развивающуюся область.
"Мы считаем, что PCSEL будут чрезвычайно важны в будущем", сказала Эрин Рафтери, аспирант кафедры электротехники и вычислительной техники и ведущий автор статьи. "Они просто еще не достигли промышленной зрелости, и мы хотели внести свой вклад в это".
PCSEL обычно изготавливаются с использованием отверстий для воздуха, которые образуются внутри устройства после того, как полупроводниковый материал отрастает по периметру. Однако атомы полупроводника имеют тенденцию перестраиваться и заполнять эти отверстия, нарушая целостность и однородность фотонно-кристаллической структуры. Чтобы решить эту проблему, инженеры компании Grainger из Иллинойса заменили воздушные отверстия на твердый диэлектрический материал, чтобы предотвратить деформацию фотонного кристалла во время повторного роста. Внедрив диоксид кремния в полупроводниковый нарост в качестве части слоя фотонных кристаллов, исследователи смогли продемонстрировать первое доказательство концептуального дизайна PCSEL с элементами скрытого диэлектрика.
"Когда мы впервые попытались восстановить диэлектрик, мы не знали, возможно ли это вообще", сказал Рафтери. "В идеале для выращивания полупроводников необходимо поддерживать очень чистую кристаллическую структуру на всем протяжении, начиная с базового слоя, чего трудно достичь с помощью такого аморфного материала, как диоксид кремния. Но на самом деле нам удалось обрасти диэлектриком с боков и соединиться сверху".
Специалисты в этой области ожидают, что в ближайшие 20 лет эти новые и усовершенствованные лазеры будут использоваться в автономных транспортных средствах, лазерной резке, сварке и связи в открытом космосе. Тем временем инженеры из Иллинойса усовершенствуют свою нынешнюю конструкцию, воссоздав то же самое устройство с электрическими контактами, позволяющими подключать лазер к источнику тока для получения питания.
"Для достижения этого результата был необходим совместный опыт Erin и сотрудников Minjoo Larry Lee group, а также оборудование и экспертиза исследовательской лаборатории ВВС на базе ВВС Райт-Паттерсон", сказал Чокетт. "Мы с нетерпением ждем начала эксплуатации диода PCSEL".
Учёные из WPI-ICReDD разработали новый тип мышечного гидрогеля — мягкого и проницаемого материала, который быстро становится прочнее при механическом воздействии и при этом остаётся стабильным. Гидрогели — это такие материалы, состоящие из полимерной сетки и воды, которые часто используют в биологии.
Ранее эта группа уже создавала гидрогели, которые сами укрепляются, когда их сжимают или растягивают. Это происходит так: при механическом воздействии полимерная сетка внутри гидрогеля разрушается, образуются особые частицы — радикалы, которые затем связываются с мономерами (маленькими молекулами) и формируют новые, более крепкие связи.
Недавно учёные выяснили, что если добавить в полимерную сетку специальные молекулы — механофоры с слабыми связями, то разрушение и последующее укрепление происходит быстрее. Но такие слабые связи плохо переносят тепло и свет, из-за чего гидрогель становится менее стабильным.
Чтобы решить эту проблему, команда разработала компьютерную программу, которая помогает находить механофоры с более прочными связями, но которые всё равно реагируют на механическое воздействие. Для этого они использовали методы, позволяющие автоматически изучать химические реакции и предсказывать, какую силу нужно приложить, чтобы разорвать полимерные цепи.
С помощью машинного обучения и этих методов учёные быстро отобрали подходящие механофоры. Они искали молекулы, в которых части цепи ограниченно вращаются — это создаёт «узлы», где цепь легче ломается под небольшим усилием, даже если связи прочные.
Затем они проверяли, сколько силы нужно, чтобы запустить образование радикалов в этих узлах, и изучали, насколько долго эти радикалы живут. Из выбранных механофоров синтезировали гидрогели и проверили их свойства.
Результаты показали, что новые гидрогели быстро становятся прочнее при механическом воздействии и при этом сохраняют стабильность даже после нагрева до 80°C или воздействия ультрафиолета в течение 10 часов. Это подтверждает, что «узловая» структура действительно важна для таких свойств.
Для сравнения сделали гидрогели из механофоров, отобранных как неподходящие — они не показали способности к самоупрочнению, что подтверждает эффективность компьютерного отбора.
В одном из экспериментов в гидрогели добавили ионы железа (Fe2+) и краситель — ксилоловый оранжевый. Когда полимерные цепи разрываются, образуются радикалы, которые окисляют Fe2+ до Fe3+. Fe3+ соединяется с красителем, и гидрогель меняет цвет на ярко-оранжевый.
Компьютерное моделирование показало, что заметное изменение цвета произошло только у гидрогеля с правильным механофором (DN-Cam), а другие гидрогели быстро теряли радикалы и не меняли цвет.
Таким образом, учёные доказали, что с помощью вычислительных методов можно быстро и эффективно создавать новые материалы с нужными свойствами, которые иначе было бы сложно разработать.
NGC 4527: цветовая шкала — излучение на 700 МГц, белые контуры — 1230 МГц с уровнями 0,45, 4,3 и 8,2 мДж/пучок. Красные маркеры — известные сверхновые.
Аргентинские астрономы использовали большой радиотелескоп под названием uGMRT, чтобы внимательно изучить близлежащую спиральную галактику NGC 4527. Их новые наблюдения, опубликованные в июле 2023 года, помогают лучше понять, что происходит в этой галактике, и показывают, что в её центре, возможно, есть активное галактическое ядро — то есть очень энергичный и мощный центр.
NGC 4527, глазами телескопа Хаббл.
NGC 4527 — это спиральная галактика, которую обнаружили ещё в 1783 году. Она находится примерно в 49 миллионах световых лет от нас в созвездии Девы и по размеру похожа на нашу Млечный Путь — около 104 тысяч световых лет в диаметре. Эта галактика известна тем, что в ней активно рождаются новые звёзды — она светится ярко в инфракрасном свете и каждый год там появляется примерно столько же звёзд, сколько масса трёх солнц.
Ранее астрономы заметили в этой галактике несколько сверхновых — взрывов погибших больших звёзд, что подтверждает активное звездообразование. В центре NGC 4527 есть большое количество молекулярного газа — сырья для новых звёзд, и этот газ ведёт себя так, будто находится в нестабильном диске. Но при этом скорость звездообразования в этой галактике ниже, чем у других похожих галактик со вспышками звездообразования, например, у M82 или NGC 253.
Из-за этих особенностей учёные предположили, что NGC 4527 сейчас находится в особом состоянии — газ в ней накапливается, и скоро может начаться мощный всплеск рождения звёзд.
Команда под руководством Камилы Айлен Галанте решила проверить это с помощью радиотелескопа uGMRT, который может изучать излучение галактики на радиочастотах 700 и 1230 мегагерц. Они также использовали данные в инфракрасном и рентгеновском диапазонах.
В результате они увидели, что радиоизлучение в галактике идёт по её диску, то есть по области, где расположены звёзды, и не образует большого радиооблака вокруг. По спектру излучения учёные обнаружили, что в галактике есть особые молекулы — полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), которые обычно связаны с областями звездообразования.
В центре галактики команда заметила три компактных радиоисточника. Один из них находится прямо в центре и имеет особый спектр, который говорит о нетепловом происхождении — то есть излучение связано не просто с горячим газом, а с более сложными процессами. Два других источника расположены симметрично по обе стороны от центра, примерно в 1300 световых лет, и имеют более ровный спектр.
Также данные показывают, что ПАУ разрушаются в областях с более высокой энергией, что говорит о влиянии мощных процессов в центре галактики.
Исследователи пришли к выводу, что в центре NGC 4527, скорее всего, есть кольцо из газа и молодых звёзд — так называемое околоядерное звездообразующее кольцо. А наблюдаемые особенности, включая разрушение ПАУ, нетепловое радиоизлучение и рентгеновские лучи, могут объясняться присутствием активного галактического ядра (AGN) — очень энергичного центра, где вокруг сверхмассивной чёрной дыры происходит интенсивное излучение и выбросы энергии.
Учёные объясняют, что если поток газа вокруг чёрной дыры очень мощный и не может полностью уйти из галактики, часть его возвращается обратно и образует кольцо из газа на расстоянии нескольких сотен световых лет от центра. В этом кольце начинается активное звездообразование.
Однако для окончательного подтверждения наличия активного ядра в NGC 4527 нужны дополнительные наблюдения с ещё более высоким разрешением и изучение того, как изменяется излучение центра галактики со временем.
Проще говоря, учёные нашли в этой галактике признаки того, что в её центре может быть «энергетическая станция» — активное ядро, которое влияет на формирование новых звёзд вокруг себя. Это помогает лучше понять, как развиваются подобные галактики и что происходит у них в сердце.
Изображение художником относительных размеров Солнца, звезды с малой массой, коричневого карлика, Юпитера и Земли. Размеры соответствуют масштабу, а расстояния - нет.
Темная материя — одна из самых загадочных вещей во Вселенной. Учёные знают, что она существует, потому что её гравитация помогает галактикам не распадаться, но что именно это такое — никто пока не понимает.
Темная материя почти не взаимодействует с обычными веществами, из которых состоят звёзды, планеты и мы с вами. Она словно предпочитает быть одна. Однако учёные предполагают, что частицы темной материи могут взаимодействовать друг с другом и даже уничтожать друг друга — этот процесс называется аннигиляцией. Для этого нужна высокая плотность темной материи, и тогда астрофизики смогут заметить её по выделяющейся энергии.
Недавно учёные предложили, что такая аннигиляция может происходить внутри особых космических объектов — коричневых карликов. Это объекты, которые больше планет, но меньше звёзд. Они не достаточно большие, чтобы в них начались обычные ядерные реакции, которые делают звёзды яркими. Поэтому коричневые карлики тусклые и холодные.
Если в коричневом карлике накапливается много темной материи, то частицы темной материи могут аннигилировать внутри него, выделяя энергию и нагревая его. Такой объект учёные называют «тёмным карликом». Эти тёмные карлики могут быть ярче и теплее обычных коричневых карликов, и их можно будет заметить.
Особый признак тёмных карликов — наличие лития-7, редкого изотопа лития. В обычных коричневых карликах литий со временем исчезает из-за ядерных реакций, а в тёмных карликах он сохраняется благодаря дополнительному нагреву от темной материи.
Если астрономы найдут такие объекты с сохранённым литием, это будет сильным доказательством существования темной материи и поможет понять, из чего она состоит. Возможно, это частицы, которые называются WIMP (слабо взаимодействующие массивные частицы).
Таким образом, поиск и изучение тёмных карликов может помочь раскрыть тайну темной материи — одной из самых больших загадок космоса.
