На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)

Друзья

10 435 подписчиков

Свежие комментарии

  • Юрий Ильинов
    День войск национальной гвардии России Ежегодно 27 марта свой профессиональный праздник отмечают военнослужащие и гра...МИ-6 и мигранты: ...
  • Юрий Ильинов
    ВС РФ нанесли очень точный удар по одному из центров принятия решений в Киеве Днем 25 марта ВС РФ нанесли серию раке...мой сын
  • Юрий Ильинов
    Подружка как-то нашла на улице кота. Ну как? Её не спрашивали. Вот она вышла за хлебушком. Вот уже вошла обратно с ко...ОГНЕВАЯ ПОДДЕРЖКА...

В далекой-далекой галактике. Как на самом деле будут выглядеть битвы в космосе?

https://sci

 

В далекой-далекой галактике. Как на самом деле будут выглядеть битвы в космосе?

«Звезда смерти» разрушает планеты одним выстрелом, «Тысячелетний сокол» умело отстреливается от имперских истребителей, а штурмовики постоянно промазывают. И все вокруг вспыхивает, взрывается и гремит.

Джордж Лукас в курсе, что звуки в космосе не распространяются. Однако кинематограф диктует свои условия, и чтобы зрители не соскучились во время просмотра, фантастического фильма показывают яркие и громкие космические баталии. Но как на самом деле выглядело бы противостояние в космосе? Ответ на этот вопрос попытались найти специалисты Aerospace Corporation — организации, занимающейся консультациями по вопросам космических миссий. Nauka.ua делится основными мыслями их отчета. Не одной космической битвы еще не происходило (ну, по крайней мере, в окрестностях Солнечной системы). Если это и произойдет, вряд ли противниками будут внеземные цивилизации — о нет, человечество скорее использует космическое оружие против себя. Во время холодной войны между СССР и США правительства стран сделали несколько шагов навстречу этому. Так, американский проект Manned Orbiting Laboratory и советская программа «Алмаз» предусматривали построение пилотируемых космических станций, с помощью которых военные могли бы осуществлять разведку и в случае необходимости уничтожать вражеские спутники. Впрочем, очень быстро правительства убедились, что отправлять людей для таких миссий слишком обременительно, ведь экипаж требует пищи, воды и воздуха. В результате расходы на такие программы будут превышать их практическую пользу, поэтому от них отказались.

А сегодня, с развитием технологий и систем передачи данных, такие военные функции несут спутники. Россия, Китай, Индия, США работают над противоспутниковым оружием. Будущий космический конфликт, если он состоится, будет осуществляться исключительно беспилотными аппаратами, управляемыми операторами на Земле, которые к тому же будут сильно ограничены физикой движения в космосе.

Военные действия на Земле, как правило, предусматривают борьбу за доминирование в определенном физическом пространстве: на суше, в море или в воздухе. В этом плане космическая война будет выглядеть совсем иначе, ведь спутники постоянно перемещаются. Поэтому вести космические баталии можно несколькими способами:

спровоцировать врага, чтобы он отреагировал таким образом, что ударит по его интересам; ухудшить космические возможности противника — временно или навсегда; полностью уничтожить космический потенциал враждебного правительства.

Но то, как движутся предметы в космосе, не является интуитивно понятным для большинства людей. Именно поэтому авторы отчета подробно рассмотрели основные ограничения, которые будут влиять на передвижение и эффективность космического вооружения. Они выделили пять ключевых принципов, которые следует учитывать: скорость движения спутников, их предсказуемость, маневрирования, пространство для битвы и время.

Объекты, движущихся в космосе, передвигаются иначе, чем в атмосфере Земли. Чем больше высота спутника, тем меньше будет его скорость. Эту строгую зависимость преодолеть не получится, поэтому попытки увеличить или уменьшить скорость спутника каждый раз будет влиять и на его положение по отношению к поверхности планеты. Впрочем, спутники всегда движутся быстро. На общеупотребительных орбитах они преодолевают от 3 до 8 километров в секунду. Для сравнения: обычная пуля движется со скоростью 0,75 километров в секунду.

Направление полета спутника также ограничен. В отличие от самолета, который никогда не может изменить место, куда он направляется, спутник движется одним и тем же путем. Эти пути могут быть круговыми или эллиптическими, но в любом случае космические аппараты на орбите должны вращаться вокруг центра Земли. В результате спутник будет возвращаться примерно к одной точке на своей орбите, причем с регулярными интервалами. Круговые орбиты позволяют спутникам поддерживать постоянную скорость, а на эллиптических через различные высоты она будет периодически увеличиваться и уменьшаться.

Зависимость между высотой, скоростью и формой орбиты делает пути спутников предсказуемыми. Конечно, существуют определенные внешние факторы, которые могут повлиять на движение спутников, однако и они могут быть вычислены. Чтобы уклониться от установленной орбиты, спутники должны использовать двигатель, который позволит им маневрировать.

Но вспомним очевидную истину: космос велик. Пространство между околоземной и геостационарной орбитой скаладають около 200000000000000 кубических километров. Искать среди всей этой пустоты небольшие подвижные аппараты выглядит сложным испытанием. Спутники регулярно отслеживаются, и поскольку они ограничены в своем маневрировании, зафиксировав их орбиту, мониторы с легкостью смогут отслеживать их траекторию.

Кроме того, большинство космических сражений должны быть очень кратковременными. Никаких дуэлей на лазерах или длительной перестрелки с разрушением щитов, как в фильмах. Все будет выглядеть так: недели интенсивных расчетов в лабораториях, вывод спутника на нужную орбиту, и, наконец, быстрая атака, имеет все шансы завершиться удачей. Ведь если спутник, который нападает, должен выполнить сложные маневры, чтобы взять цель на мушку, он может не иметь резервов энергии, необходимых для реагирования, если цель попытается избежать атаки.

Кроме того, в планировании атаки важно определить лучшее время для удара. На Земле для противостояния часто требуется, чтобы соперники подошли друг к другу достаточно близко. То же касается и спутников. Мало запустить два аппарата на одинаковую высоту и в одну плоскость, нужно еще и добиться, чтобы их положение на траектории совпадали.

Существует несколько способов приблизиться к другому спутника. В частности, аппараты могут неподалеку друг от друга с помощью целенаправленных действий (маневров) или же их орбиты могут пересекаться естественным путем, и нужно лишь вычислить время их встречи. Метод согласования плоскостей предусматривает маневрирования нападающего, чтобы в результате оказаться в плоскости, находится на одной линии с целью. При этом нападающий может попытаться выдать себя за безобидный спутник и не начинать атаку сразу, ожидая лучшего момента.

Впрочем, ни маневрирования в космосе не будет происходить сразу. Спутникам могут понадобиться дни, а возможно, даже недели или месяцы, чтобы изменить позицию.

Существуют естественные ограничения относительно возможности маневрирования спутниками на низкой околоземной орбите. Если спутник опустится слишком низко, он упадет в атмосферу Земли и сгорит. С другой стороны, если аппарат отправить слишком далеко от он окажется в поясе Ван Аллена — радиационной среде, в которой накапливаются высокоэнергетические частицы.

Спутники на геостационарных орбитах сохраняют одинаковое положение по отношению к Земле, поэтому некоторые механики атаки и обороны здесь отличаться. Изменение расположения (так называемых слотов) вдоль этой орбиты означает изменение точки, над которой зависает спутник. Чтобы изменить свое положение здесь, спутник должна двигаться вперед или назад, и этот переход будет легко заметить, так же, как и нападающего, который будет приближаться к спутнику на этой орбите.

Но как можно осуществить атаку? Самый простой путь — физическое уничтожение цели. Для этого существует два варианта: наземные противоспутниковые ракеты и оружие на орбите.

В случае с ракетами все довольно просто: достаточно отправить снаряд на правильную траекторию. Это оружие, в отличие от орбитальной, не требует высокоточных настроек и потребляет мало топлива. Добраться до низкой околоземной орбиты она сможет за 10 минут, а до геостационарной — меньше, чем за 5:00. Все это оставляет для врага мало времени и возможностей среагировать и предотвратить атаку.

Орбитальная оружие — это, по сути, спутник, целенаправленно уничтожает себе подобных. В отличие от наземной ракеты, которую можно запустить без предупреждения практически в любой момент, запускать такой аппарат можно за месяцы или даже за годы до потенциального конфликта. Оружие должно быть размещена на орбите, и имеет доступ к цели. Ее преимущество заключается в том, что такой спутник-нападающий может преследовать цель, маневрируя, чем запущенная с поверхности ракета.

Оба типа кинетической атаки требуют приближения к цели, но существует другой, дистанционный способ. Чтобы причинить вред чужому спутнике, можно использовать электромагнитное излучение. В таком случае прямую атаку даже будет трудно отличить от непреднамеренного инцидента.

Чаще всего в таком случае используют радиочастоты. Они глушат сигнал противника и могут создавать шум, препятствует работе спутника, или же целенаправленно имитируют сигналы врага, чтобы заставить спутник выполнить вредные для него маневры.

Существует также оружие направленной энергии, применяются концентрированные радиочастоты или свет (лазеры), которые препятствуют работе спутника. Эффекты от такой атаки могутбыть необратимыми. Лазеры могут «ослепить» оптические датчики и камеры, а радиоволны мешать боротовой электронике, вызывая временные неисправности или даже плавления критических компонентов оборудования.

Также надо учитывать, что интенсивность сигнала уменьшается с квадратом расстояния от источника. Так, объект находитсь в 10 км от источника, испытывает лишь 1 процент интенсивности излучения по сравнению с объектом, находящимся непосредственно рядом с источником. Для спутников на орбите, где расстояния часто измеряется сотнями или тысячами километров, понадобится оружие большой мощности.

Таким образом, настоящие «звездные войны» будут выглядеть совсем не так, как в фильмах Джорджа Лукаса. Битвы в космосе — это скучно, сложно, дорого. К тому же, с последствиями таких столкновений придется бороться всему человечеству, независимо от того, какие именно страны начали конфликт. Ведь при разрушении спутников образуется космический мусор, движущегося по орбите с большими скоростями и может разрушать оборудования, в которое врезается. Таким образом, разрушение одного спутника поставит под угрозу существование других. Чем больше таких обломков будет накапливаться, тем более опасно будет запускать любой космический аппарат, а человечество имеет много планов по изучению космоса, в том числе и с помощью пилотируемых миссий. Поэтому прежде, чем начинать конфликт на орбите Земли, стоит хорошенько подумать.

  • Ян Глинка

С пещерных отложений выделили геномы древнего человека, волка и бизона

Исследователи из Австрии и Германии впервые выделили геном человека с пещерных отложений. Анализ показал, что он принадлежал женщине, которая побывала в грузинской пещере более чем 25. тыс лет назад.

Вместе с тем из локации выделили геномы волка и бизона, которые раскрыли новые детали их эволюции. Результаты исследования опубликовали в журнале Current Biology. Долгое время едва ли не лучшим способом узнать больше о жизни вымерших животных и людей было изучение их окаменевших остатков и костей. Но он имел многочисленные недостатки, связанные с фрагментарностью образцов и возможными ошибками толкования их происхождения и тому подобное. Поэтому с появлением методов секвестирования геномов, извлеченных из ископаемых костей, зубов и волос, в палеонтологии и археологии произошла настоящая революция. Сейчас мы можем узнать вымершую природу, взглянув в самую ее основу. Например, прочитав геном мамонтов возрастом миллион лет с их окаменевших зубов, мы узнали о генетической линии этих величественных животных, которые могли первыми из мамонтов колонизировать Северную Америку. А геном саблезубых кошек (Homotherium) из остатков их костей указал, что эти животные имели мощные конечности, которые были необходимы при длительном преследовании добычи, возможно, во время групповой охоты, на что намекают в них гены социального поведения.

Впрочем, для изучения генома таким образом нужно для начала найти редкие остатки, из которых его можно выделить. Кроме того, в процессе добычи ДНК нужно очень постараться, чтобы ценные экземпляры подверглись минимальному повреждению. Эти недостатки привели к разработке нового способа изучения древних геномов — выделенных из пещерных отложений. Недавно ученым впервые удалось восстановить геном животных, добытый из отложений в мексиканской пещере, старше 10.тыс. лет назад. Но наука пошла дальше, и в новой работе ученые Венского университета и Института эволюционной антропологии Макса Планка создали человеческий геном из грязи.

Ученые проводили исследования пещеру Сацурблия, в Грузии. Ранее там находили большое количество свидетельств того, что ее долгое время населяли люди, например, каменные орудия и окаменелости. На основе последних удалось прочитать геном одного человека из локации, жившей примерно 15.тыс.лет назад.

В этот раз ДНК искали в окружающей среде и в отложениях пещеры. Для этого ученые отбирали образцы грязи из шести слоев разного возраста — от 17 до 32 тысяч лет. Полученный материал подвергли анализу, который позволил выявить в нем генетическую информацию о трех различных видах существ, которые побывали в пещере Сацурблия в прошлом — человека разумного (Homo sapiens), волка (Canis lupus) и бизона (Bison bonasus). Их геномы обнаружили в едином образце отложений с периода последнего ледникового максимума в возрасте около 25.тыс. лет

Человеческий геном был введен в ДНК женщины. Ученые смогли прочитать только 0,5 процента ее генома, однако этого было достаточно, чтобы узнать важные детали ее жизни. Она родственна генетически с современными европейцами и несколько меньше с современными азиатов. Она представляет вымершую и ранее неизвестную популяцию людей

Так же и волки из пещеры оказались представителями новой для науки кавказской линии этих животных, предшествовавшей предкам современных волков и собак. Поскольку в более ранних ДНК этих волков нет, это подтверждает гипотезу, что волки испытывали значительные изменения во время ледникового периода, в частности, отдельные популяции, которые вымирали.

О бизонах- ученые выяснили, что они близко родственные к европейским бизонам (Bison bonasus) и значительно меньше к американским (Bison bison). Это означает, что их линии отделились еще до того, как исследуемые бизоны посетили пещеру Сацурблия.

Хотя сейчас невозможно установить, населяли ли грузинскую пещеру эти три вида одновременно, авторы подчеркивают высокую информативность исследования пещерных отложений. Они могут способствовать изучению целых вымерших экосистем, включая взаимодействиями различных видов и людей, считают авторы.

 

Астрономы вычислили необходимую глубину для поиска жизни на Европе спутника Юпитера

Ледяной спутник Юпитера Европу подозревают в наличии признаков жизни — под ее толстым слоем льда скрывается огромный океан.

Поэтому NASA готовятся к миссии Europa Clipper, которая и должна заняться поисками. И в частности для них астрономы решили вычислить, насколько сильно Юпитер смог повредить радиацией возможные признаки жизни на своем спутнике. Химические сигнатуры ученые предлагают искать поближе к средним и высоким широтам и на глубине по крайней мере в метр. Статья опубликована в Nature Astronomy. Из всех внеземных тел наибольший потенциал на поиск химических признаков жизни имеет спутник Юпитера Европа. Этот объект покрыт 15−25-километровым слоем льда, однако уже под ним находится подповерхностный океан, причем воды в нем в три раза больше, чем объем воды всех океанов Земли. Ученые считают, что ускоренные магнитосферой заряженные частицы с Юпитера могут создавать достаточно органических и окислительных молекул для того, чтобы поддерживать возможную биосферу Европы. Взаимодействие заряженных частиц с водой образовывает молекулярный кислород, перекись водорода и некоторые другие окислители. Найденная на Европе концентрация перекиси водорода, составляет 0,13% относительно воды. Причем микробная жизнь может существовать в концентрациях, которые можно будет найти аппаратами непосредственно на поверхности, если фильтровать талую воду льда на ней. Это связано с процессами апвеллинга — материал с необходимым исследователям химическому составу может подниматься на поверхность из глубинных слоев поверхности.

Ключевой задачей в поисках признаков жизни на Европе является определение наиболее вероятных мест для выявления биомаркеров которые не успели разрушиться в результате воздействия Юпитера на ее поверхность. Ведь орбита Европы находится в пределах его магнитосферы, а потому даже если она и скрывает признаки жизни, они будут разрушены излучением электронов высокой энергии. Поэтому очень важно создать карту поверхности Европы с местами, где у ученых будет гораздо больше шансов найти возможные биомаркеры. Моделирование показало, что если мы хотим выявить биомолекулы, которые никогда не подвергались воздействию опасной радиации на поверхности, необходимо принимать материалы ниже зоны, которую могли задеть заряженные частицы и космические лучи. Также спутник испытывает от Юпитера удары сбивающие верхние слои льда, хотя его гравитационное воздействие является тем источником энергии, благодаря которому вода на Европе может храниться в жидком состоянии.

По подсчетам, возраст спутника составляет чуть более четырех миллиардов лет, поэтому логично, что за время своей жизни некоторые поверхности успевали обновляться под влиянием среды. Поэтому с практической точки зрения, зонд для поиска признаков жизни нужно спускать в одной из областей, где есть возможность проявить сдвиги материи. Моделирование говорит, что влияние Юпитера приносит спутнику «убытков» примерно на 30 сантиметров вглубь, поэтому все, что находится ближе к поверхности, в то или иное время подвергалось достаточном облучению.

Однако, исследователи подсчитали, что даже зоны. которые не менялись в течение десяти миллионов лет, погружение на глубину более одного метра гарантирует, что найденный там материал не пострадал от воздействия радиации.

Кстати магнитосфера Юпитера способна не только разрушать поверхность Европы, а даже подсвечивать — под влиянием высокоэнергетических электронов лед начинает светиться ночью.

  • Александр Балаш

Имплантат помог парализованному человеку общаться целыми словами

Американские ученые разработали Нейрокомпьютерный Интерфейс, который способен ассоциировать характерную активность головного мозга со словами, о которых думает пациент.

Технология позволила общаться парализованному пациенту целыми словами с ранее недоступной ему скоростью. Результаты исследования описаны в The New England Journal of Medicine. В результате различных патологических состояний, например, инсульта, рассеянного склероза или амиотрофического бокового склероза, могут возникать трудности с контролем мышц. В частности, такие пациенты могут потерять способность говорить из-за невозможности двигать должным образом мышцами лица — анартрия. Расстройство сильно истощает психологически, поскольку пациенты часто имеют нарушенные речевые навыки. В помощь таким больным был разработан Нейрокомпьютерные интерфейсы, которые благодаря мозговым имплантатом дают человеку возможность набирать символы на компьютере, мысленно управляя курсором. Недавно представленная технология, которая обеспечивает письмо от руки мысленно, позволила парализованному мужчине набирать в минуту около 18 слов. Это равнозначно скорости набора текста пожилыми людьми на смартфоне. Но часть ученых считает, что более эффективным и более естественным могут быть расшифровки мозговых сигналов не отдельных буквы, а целях слова. Развитием этой технологии занялись ученые Калифорнийского университета в Сан-Франциско.

Они попытались вернуть возможность общаться словам 36-летнему мужчине. В возрасте 20 лет он пережил инсульт, приведший к параличу конечностей и анартрии. Когнитивные способности пациента остались ненарушенными, и он мог общаться с другими, набирая символы на сенсорном экране ограниченными движениями головы. Скорость такого набора составляла около пяти слов, или 18 символов, в минуту.

Калифорнийские ученые испытали на мужчине технологию, которая заключается во вживление в мозг имплантат, способный отслеживать электрическую мозговую активность. Поэтому устройство передает сигналы к компьютеру, благодаря алгоритмам машинного обучения определяет, какое слово хочет произнести пациент. Технология ранее показала свой потенциал на НЕ парализованных добровольцах, которым установили имплантаты по медицинским соображениям, например, для мониторинга эпилептических припадков. В новом исследовании парализованному мужчине удалили часть черепа и прикрыли его сенсомоторную кору пластинкой с электродами, размером меньше кредитной карты. Поэтому участника просили попробовать произнести по несколько раз 50 различных слов и скомбинированы из них предложения. В это время компьютерные алгоритмы ассоциироватли характерную мозговую активность с конкретными словами.

В конце концов человек смог успешно использовать Нейрокомпьютерный Интерфейс для вывода на экран 50 ранее тренированных слов. Это достаточное количество для построения более чем тысячи предложений. Скорость расшифровки мозговой активности в содержательную информацию составила в среднем 15,2 слова в минуту, а точность — около 75 процентов.

Авторы довольны этим результатом, потому что в начале было вообще непонятно, сможет ли пациент общаться таким образом, несмотря на 15- летний срок отсутствия речи. Однако в то же время они осознают, что технологии еще есть куда развиваться: здоровые англоязычные люди обычно общаются со скоростью 120−180 слов в минуту. Ученые планируют в дальнейшем повысить скорость декодирования активности мозга, расширить словарный запас, а также сделать систему нейрокомпьютерного интерфейса беспроводной для возможности ее использования дома.

Помочь использовать Нейрокомпьютерные интерфейсы в домашних условиях также могут электроды в виде стендов, показало одно из недавних исследований. Его вводят в сосуд головного мозга через венозный катетер, поэтому отпадает необходимость проведения сложных операций на черепной коробке. А узнать о Нейрокомпьютерные интерфейсы подробнее вы можете в нашей разборе «Как подсоединить себя в комп» ютера и зачем сверлить череп? «.

 

Робот различил на ощупь 10 различных поверхностей пальцами

Американские инженеры помогли работу почувствовать на ощупь десять различных поверхностей с помощью тактильных сенсоров из жидкого металла.

Своими четырьмя пальцами манипулятор проводил по поверхности, «скользил» ею, и так мог определить с 99% точностью различные текстуры. Причем он одновременно может идентифицировать разными пальцами. Свою разработку ученые планируют использовать для улучшения взаимодействия роботов со средой. А также для протезирования рук. Статья опубликована в журнале Sensors.

Избранные нами (или работами) стратегии взаимодействия с окружающей средой во многом зависят от ощущения прикосновения. Работам было бы полезно научиться разбираться со средой «с первого прикосновения», где они могли бы найти общий язык и с предметами, с которыми должны работать, и с людьми рядом. Но для инженеров передать ощущение прикосновения работу является совсем нетривиальной задачей. С одной стороны, можно просто дать работу больше возможностей в управлении своими руками, чтобы он не смог случайно повредить что-то. Но с другой, это ограничивает сферы, где такого робота можно применить. Поэтому ученые склоняются к тому, чтобы научить роботов. Так появились тактильные сенсоры.

Для распознавания текстуры поверхности очень важно выбрать соответствующий тактильный датчик, который будет сочетаться с алгоритмами машинного обучения для классификации элементов поверхности. Среди различного сырья, используемого исследователями для изготовления сенсоров, со временем концепция использования жестких компонентов перешла к полностью гибким эластомерам. Они совместимы с традиционными микроэлектромеханическими системами, но при этом имеют больше преимуществ по сравнению с традиционными — высшее проводимость, эластичность, гибкость, упругость и растяжимость. Манипулятор со способностью распознавать особенности поверхности объекта может стать гораздо более автономным, а подобные разработки могут помочь восстановить нарушенное ощущение людям, использующим протезы.

Инженеры разработали для манипулятора четыре пальца, подушечки которых сделали из силикона и жидкого металла — сплава галлия и индия. Затем на них нанесли рисунок из металлических проводов длиной в 0,75 сантиметра, закрученных подобно отпечаткам пальцев. Рука была запрограммирована прижимать пальцы к поверхностям и скользить ими. Замысел разработчиков состоял в том, чтобы робот распознавал текстуры по спектральным компонентам сигналов, поступающих через подушечки. Специально для своего замысла ученые разработали десять различных поверхностей, в которых был один переменный параметр: расстояние между гребнями от одного до четырех миллиметров. Для каждой из десяти поверхностей было собрано 20 испытаний, чтобы проверить способность алгоритмов машинного обучения различать и сгенерировать.

Таким образом работу удалось справиться с 99% созданных для него поверхностей, учитывая, что тренировался он всего на четырех примерах. Причем ему не обязательно было касаться всей «ладонью» — он мог различать поверхности и каждым отдельным пальцем, причем разные различными и одновременно. По мнению ученых, это яркий пример простой конструкции, которая не требовала долгого предварительного обучения и сложных составляющих — работу просто одели тактильные подушечки и показали, как ими пользоваться. Исследователи отмечают, если найти способ помочь людям заменить привычные тактильные чувства на восприятие поверхностей по сигналам от такого датчика, то их можно будет использовать и для удешевления протезов. Хотя возможно, что пользователь сможет научиться непосредственно интерпретировать искусственные ощущение прикосновения.

Это не первая новость, где мы рассказываем, как ученых волнуют тактильные ощущения. Например, недавно мы писали о том, как имплантированы сенсоры восстановили тактильную чувствительность крысам, а сенсоры электронной кожи заменили солнечными элементами, которые еще и могли накапливать для себя энергию. Больше о тактильной чувствительности в роботов можно почитать также в нашем обзоре роботизированных ощущений «Как работы смотрят на мир, какое вино им подходит и почему Маск снова против всех».

 

Когда Земля была снежной планетой. Какую роль сыграл снег в геологической истории планеты?

Первый снег — это, как известно, хороший повод сделать пост на Фейсбуке, чтобы все были в курсе, какая на улице погода. А когда наша планета увидела свой первый снегопад вообще?

Какую роль сыграл снег в геологической истории Земли? И не станут ли заснеженные пейзажи воспоминанием из прошлого через глобальное потепление?

Наша планета значительно меняла свой внешний вид на протяжении геологических эпох: двигались литосферные плиты, взрывались вулканы, появлялись новые горы, континенты формировались и снова распадались. Так же менялся и климат. Вообще, климатическая система Земли, и в частности, ее глобальная температура, значительно зависят от концентраций кислорода и углерода в атмосфере. Когда углерода становится много, температура повышается, когда больше кислорода — становится холоднее. Эти элементы могут высвобождаться или поглощаться вследствие биологических, геологических и других процессов. Таким образом, большинство систем Земли так или иначе связаны друг с другом, и изменение в одной из них приводит к изменениям в другой.

Вся геологическая история нашей планеты делится на четыре больших периода, называемые эонами: (4,6 — 4 миллиардов лет назад), архей (4 — 2,5 миллиарда лет назад), протерозой (2,5 — 0,54 миллиарда лет назад) и фанерозой, продолжается до сих пор.

О самый первый из эонов нам известно мало, ведь с тех пор не сохранилось слоев горных пород. Архей характеризуется наличием первых живых организмов — прокариот, или безъядерных. А в начале протерозоя происходило событие, значительно изменившее состав атмосферы. Оно получило название Кислородная катастрофа. За относительно короткое время количество основных парниковых газов, метана и диоксида углерода, резко уменьшилась, а молекулярный кислород начал накапливаться в атмосфере. Считается, что это произошло благодаря биологическим процессам: цианобактерии начали производить кислород, и вся биосфера Земли вследствие этого перестроилась. Организмы или подстроились под эти изменения, или вымерли, а газовая оболочка Земли уже никогда не возвращалась в прежнее состояние. В конце концов, такие условия привели к появлению сложных аэробных организмов: животных и растений, требующих кислород для поддержания жизнедеятельности. Кроме того, Кислородная катастрофа сделала возможными глобальные оледенения, но об этом чуть позже.

Так когда же на Земле впервые выпал снег? Повышение концентрации кислорода в атмосфере случались и до Кислородной катастрофы. Геологические записи свидетельствуют о значительных геофизические и геохимические изменения на границе архея и протерозоя. Свой вклад в перестройку атмосферы внесло и увеличение поверхности суши на планете. Так, исследователи проанализировали изотопный состав сланцев со всех континентов в возрасте от 3,7миллиардов лет. Это позволило установить, что 2,5 миллиарда лет назад общее количество поверхности Земли, поднятой над океаном, уже составила около двух третей от современной. Альбедо, то есть отражательная способность Земли увеличилось, а к океанам попало большое количество питательных веществ для организмов. Материки испытали большого выветривания, концентрация углекислого газа в воздухе снизилась. Все вместе эти изменения способствовали охлаждению планеты. Именно тогда, примерно 2,5 миллиарда лет, над Землей пошел первый снегопад, считают исследователи.

Кроме того, ученые делают еще один вывод, который не совпадает с общепринятым определением. Насыщенная кислородом атмосфера возникла в основном из литосферных процессов, то есть живые организмы не вызывали такие изменения, а скорее приспособились к ним. Так или иначе, но кислород привел к более глобальным и необычным условиям — Земля полностью покрылась льдом на миллионы лет.

Вокруг гипотезы «Земля-снежок» не утихают дискуссии ученых. Название говорит само за себя: предполагается, что наша планета от полюсов к экватору была затянута льдом. То есть, тогда Земля буквально превратилась в «снежок»: и море, и континенты были покрыты толстым слоем льда, в низких широтах над этими заснеженными ландшафтами проносились штормовые ветры. Даже на экваторе средняя температура составляла около минус 20 градусов Цельсия. Причем в таком состоянии планета оказывалась по меньшей мере дважды во время периодов чрезвычайного охлаждения. Они произошли на временном промежутке между 2,4 миллиардами и 580 миллионами лет назад, и первый из этих периодов называется гуронское оледенение.

Эта древнейшая серия оледенений длилась около 20.мил.лет и была связана в первую очередь с повышением уровня атмосферного кислорода. Следует учитывать еще и астрофизический факт: тогда светимость Солнца была значительно ниже современного уровня, и чтобы компенсировать этот эффект, был необходим эффективный парниковый газ. В течение архея эту роль выполнял метан, но около 240.мил.лет назад его концентрации значительно снизились, и основным парниковым газом стал углекислый газ, что и привело к таким глобальным масштабным изменениям.

Доказательства этой гипотезы следует искать в старых горных породах. Даже те из них, которые тогда, в прошлом, находились у экватора, содержат следы ледников. Послепротерозойские ледниковые отложения находили в Северной Америке, Западной Австралии, Южной Африке, Финляндии и тому подобное. Залежи, которые оставляют ледники, очень характерны, их трудно с чем-то спутать. Среди них, в частности, выделяют дроп стоуны — несколько скругленные обломки породы, часто больших размеров. Эти камни перемещались с ледниковым шельфом с суши в океан, а затем вертикально выпадали и оказывались в отложениях на дне морей. Они выглядят так, будто оказались не на своем месте, погруженные в расслоенных породах.

После того как тронулся лед гуронское оледенение, начался период, который назывался «скучным миллиардом» (Boring Billion). Долгое время на Земле не происходило никаких глобальных и экстремальных событий: тектоника плит оставалась стабильной, климат уравновешенным, а биологическая эволюция спокойно продолжалась. И вот примерно 720.мил. лет назад наступил последующий ряд оледенений, в том числе и глобальных. Этому способствовал, в частности, распад супер континента Родиния. Последний процесс привел к большому количеству континентальных осадков и выветривания горных пород, которые впитывали углекислый газ. А его уменьшение в атмосфере неизбежно приводит к похолоданию климата.

Гипотеза «Земля-снежок» ставит перед нами два важных вопроса: как, собственно, нашей планете удалось раз морозиться и как жизнь могла пережить такие экстремальные периоды? К таянию льда могли привести вулканы которые выделили огромное количество углекислого газа усиливающий парниковый эффект. А спасением для живых организмов во время периодов оледенения могли стать теплые геотермальные источники, или же активные вулканы, растапливающие лед.

Правда, не все согласны с этой теорией. Существует версия — так называемая теория «размокшего снежного шарика» (Slushball Earth). Согласно ей, кроме массивных ледяных покровов на континентах, другие части планеты (особенно океанические районы вблизи экватора) могли быть покрытыми лишь тонким жидким слоем лед.

В этом сценарии углекислый газ начинал накапливаться очень быстро, обледенение было недолгим, а лед сходил постепенно. Современная Земля уже точно не напоминает снежок и ее климат переживает скорее противоположные тенденции. Подробно об антропогенных изменения климата мы писали в материале «Глобальное потепление — не миф?» Сейчас стоит вспомнить основные выводы: климатическая система Земли нагревается, это происходит из-за повышенного уровня углекислого газа в атмосфере, увеличивается по сравнению с доиндустриальным периодом из-за деятельности человека. В основном — из-за использования ископаемого топлива. Станут ли снегопады воспоминанием из прошлого через глобальное потепление? На самом деле, не все так просто.

Современное глобальное потепление, вызванное человеком, не означает, что на всей планете будут тропики. Каждый из регионов будет реагировать на изменения климата по-разному: где-то ожидаются засухи, где-то, наоборот, наводнения. Погода в целом станет экстремальной: например, ураганы будут длиться дольше и приносить больше опустошения. То же касается и осадков, в том числе и снега.

Моделирование показывает, что в большинстве регионов среднегодовое количество снега уменьшится с потеплением, но в регионах с очень низкими температурами поверхности, напротив, увеличится. Так будет происходить, потому что теплый воздух содержит больше влаги, и эта дополнительная влага может выпадать в виде снега, когда температуры падает ниже нуля. Для регионов, в которых зимой температуры опускаются чуть ниже точки замерзания воды, а высота поверхности составляет ниже 1000 метров, шансы на экстремальный снегопад к концу 21 века упадут лишь на 8%, тогда как в среднем снегопады в этом же регионе уменьшатся на 65%.

Потепление климата также может привести к более раннему таянию снега. Например, теплый воздух на Аляске способствует тому, что с каждой новой весной снег тает здесь раньше, а бесснежный летний сезон увеличивается. Теплые периоды зимой также могут вызвать дожди вместо снегопада или привести к таянию даже в холодное время года. Но, опять же, все зависит от региона.

На Украине в этом контексте также будут перемены. Согласно данным Центральной геофизической обсерватории имени Бориса Срезневского, в прошлом году метеорологическая зима в Киев так и не пришла. Так или иначе, а ждать снега на зимние праздники мы вряд ли перестанем.

  • Макс Яначек

Картина дня

наверх