Исследователи из Университета Дьюка совершили значительный прогресс в понимании физики суперионных материалов, открыв путь к созданию более эффективных твердотельных батарей. Результаты исследования проливают свет на механизмы ионной подвижности в соединении Li6PS5Cl, которое относится к классу литиевых аргиродитов.

Группа учёных под руководством профессора Оливье Делера использовала комбинацию экспериментов по нейтронному рассеянию и методов компьютерного моделирования для изучения поведения ионов лития в кристаллической структуре материала.

«Наше исследование показало, что динамика ионов в соединении демонстрируют высокую подвижность, сравнимую с подвижностью ионов в жидкостях, несмотря на твёрдую структуру материала. Это открытие даёт новое понимание природы быстрого ионного движения в суперионных материалах», – пояснил профессор Делер.

Суперионные материалы уникальны тем, что сочетают свойства твёрдых тел и жидкостей. Их высокая ионная проводимость делает их перспективными для применения в твердотельных батареях, которые могут обладать большей ёмкостью, безопасностью и долговечностью по сравнению с традиционными литий-ионными аккумуляторами.

Исследователи применили методы машинного обучения для анализа данных и моделирования атомной динамики. Использование искусственного интеллекта позволило точнее интерпретировать экспериментальные данные и создать более точные модели поведения ионов в материале.

Результаты этой работы могут найти применение не только в разработке батарей, но и в создании топливных элементов и нейроморфных вычислительных систем. Учёные планируют расширить спектр исследуемых суперионных материалов и уже открыты для новых сотрудничеств с промышленными партнёрами.

В мире квантовой физики произошло важное открытие, которое помогло разрешить кажущееся противоречие между квантовой механикой и термодинамикой. Исследовательская группа из Венского технического университета (TU Wien) смогла показать, что второй закон термодинамики, который гласит, что энтропия в закрытой системе должна увеличиваться, применим и к квантовым системам.

Долгое время считалось, что квантовая физика не подчиняется этому фундаментальному закону природы. Математически энтропия в квантовых системах всегда оставалась неизменной. Однако учёные из TU Wien обнаружили, что всё зависит от того, какой вид энтропии рассматривать.

Исследователи обратили внимание на то, что в квантовой физике невозможно иметь полную информацию о системе. Можно выбрать лишь свойство системы для измерения – так называемую наблюдаемую величину. Квантовая теория даёт вероятности получения различных возможных результатов измерения.

Учёные предложили использовать понятие энтропии Шеннона, которая зависит от вероятностей, с которыми измеряются различные возможные значения. «Можно сказать, что энтропия Шеннона – это мера того, сколько информации вы получаете от измерения», – поясняет соавтор исследования Флориан Майер из TU Wien.

Исследовательская группа математически доказала и подтвердила компьютерными симуляциями, что если начать с состояния с низкой энтропией Шеннона, то этот вид энтропии увеличивается в закрытой квантовой системе, пока не достигнет максимального значения – точно так же, как это происходит в классических системах согласно термодинамике.

Это открытие имеет важное значение для описания квантовых систем, состоящих из многих частиц, что особенно актуально для современных технических приложений квантовой физики. «Для описания таких многочастичных систем крайне важно согласовать квантовую теорию с термодинамикой», – подчёркивает профессор Хубер.

Используя рентгеновский телескоп NASA Chandra и Очень большой телескоп (VLT), учёные обнаружили, что чёрные дыры выполняют космический эквивалент «остужения» горячей материи перед её поглощением.

Исследование показало, что когда джеты, запускаемые сверхмассивными чёрными дырами, сталкиваются с горячим газом между галактиками в скоплениях (межгалактической средой), они создают полости. Это позволяет формироваться сложным нитевидным структурам из горячего ионизированного газа и более холодного газа. Затем этот охлаждённый газ падает обратно к центру галактического скопления, питая сверхмассивную чёрную дыру и вызывая дальнейшие выбросы.

Результаты исследования проливают свет на механизмы питания сверхмассивных чёрных дыр, которые находятся в центрах всех крупных галактик. Некоторые из этих космических титанов, масса которых в миллионы или даже миллиарды раз превышает массу Солнца, могут быть спокойными, как Стрелец A* в центре нашей галактики. Другие же, подобно чёрной дыре в центре галактики Мессье 87 (M87), подвержены мощным выбросам, запуская струи материи, движущиеся почти со скоростью света.

Ключевое различие между «спокойными» и «активными» чёрными дырами заключается в количестве окружающей их материи. Когда чёрная дыра окружена богатым облаком газа и пыли, формируется вращающийся аккреционный диск. Часть этой материи поглощается чёрной дырой, а часть выбрасывается в виде мощных струй, формируя так называемую «обратную связь активного галактического ядра».

Исследователи обнаружили, что выбросы чёрных дыр могут вызывать охлаждение окружающего горячего газа и формирование относительно тонких нитей всё ещё тёплого газа. Этот тёплый газ падает к центрам скоплений, присоединяясь к аккреционным дискам и питая сверхмассивные чёрные дыры. Этот процесс также питает дальнейшие выбросы, привлекая ещё больше тёплого газа и пополняя «кладовую» чёрной дыры.

Открытие команды может иметь значение не только для исследования механизмов питания чёрных дыр, но и относительно роста галактик в целом. Холодные нити газа считаются источником строительных блоков для новых звёзд, что делает обнаруженную взаимосвязь важной для понимания процессов формирования и роста галактик.

2 февраля Япония успешно запустила навигационный спутник Michibiki 6, ознаменовав первый космический старт страны в новом году. Запуск состоялся с космического центра Tanegashima в 17:30 по местному времени (11:30 по московскому времени) при помощи ракеты-носителя H3.

Ракета H3 успешно вывела спутник массой 4900 килограммов на геопереходную орбиту. Отделение космического аппарата произошло через 29 минут после старта, точно по плану. После того как спутник достигнет своей целевой орбиты и пройдёт проверку всех систем, он станет пятым членом японской спутниковой системы QZSS, которая начала свою работу в ноябре 2018 года.

Представители Японского космического агентства (JAXA) отмечают, что система QZSS совместима со спутниками GPS и может использоваться совместно с ними, что значительно улучшает качество спутниковой навигации. «QZSS может использоваться даже в регионах Азии и Океании с долготами, близкими к Японии, поэтому её использование будет расширено и на другие страны в этих регионах», – добавили они.

Воскресный запуск стал пятым для двухступенчатой ракеты H3, разработанной JAXA и компанией Mitsubishi Heavy Industries в качестве замены «рабочей лошадки» японской космонавтики – ракеты H-2A. Дебютный полёт H3 в марте 2023 года закончился неудачей, приведя к потере спутника наблюдения за Землёй. Однако четыре последующих запуска прошли успешно.

В ночь на 29 января жители Среднего Запада США стали свидетелями впечатляющего зрелища – яркого болида, пронёсшегося по ночному небу. Как выяснилось позже, это был интернет-спутник Starlink компании SpaceX, который сгорел в атмосфере Земли.

Очевидцы из Висконсина, Мичигана и Иллинойса не упустили возможность запечатлеть это явление на видео. Один из пользователей социальной сети X поделился записью, на которой виден огненный след от космического мусора, пролетающего над крышами домов и деревьями.

Астроном Джонатан Макдауэлл из Центра астрофизики Гарварда-Смитсоновского института, который отслеживает возвращение спутников в атмосферу, подтвердил, что наблюдаемый объект был спутником Starlink 5693. По его словам, аппарат медленно падал с орбиты с 6 декабря прошлого года.

Американское метеорное общество сообщило о получении не менее 62 сообщений о наблюдении огненного болида. Организация также опубликовала фотографии и видео события, предоставленные свидетелями. На одной из записей, сделанной Джоном Обертом из Кристал-Лейк, Иллинойс, можно увидеть, как сгорающий в атмосфере спутник пролетает над крышей дома и деревьями.

Обычно SpaceX запускает спутники Starlink партиями по 20 или более штук. Они рассчитаны на работу на низкой околоземной орбите в течение примерно пяти лет, после чего их выводят с орбиты, и они сгорают в атмосфере Земли. В конце срока службы спутники Starlink используют электрические двигатели, чтобы опуститься на высоту около 250 километров, где атмосферное сопротивление дополнительно замедляет их, пока они не упадут с орбиты. По словам Макдауэлла, этот процесс занимает около недели. Сопутствующие визуальные эффекты для группировки Starlink, которая в настоящее время насчитывает 6900 действующих спутников – обычное явление.

Японская компания ispace поделилась изображением Земли, сделанным лунным посадочным модулем RESILIENCE во время его путешествия к Луне. Снимок был сделан 25 января 2025 года с расстояния около 10 000 км от нашей планеты.

На фотографии запечатлена уникальная географическая точка — Точка Немо, самое удалённое от суши место на планете, расположенное примерно в 2688 километрах от ближайшей точки на суше.

Миссия RESILIENCE, также известная как Hakuto-R 2, была запущена 15 января 2025 года. Это вторая попытка ispace достичь лунной поверхности после неудачи первой миссии в декабре 2022 года, когда связь с аппаратом была потеряна во время спуска.

Компания ispace разрабатывает робототехнику и другие технологии для коммерческого освоения Луны. Текущая миссия несёт на борту микроровер, также названный RESILIENCE, который планируется высадить на лунную поверхность.

Снимок Земли, сделанный RESILIENCE, продолжает традицию космических миссий, запечатлевающих нашу «голубую точку» во время путешествия к другим небесным телам.

Компания OpenAI, известная своими разработками в области ИИ, объявила о партнёрстве с Национальными лабораториями США в сфере ядерной безопасности. Согласно заявлению генерального директора OpenAI Сэма Альтмана, сделанному на мероприятии в Вашингтоне, до 15 000 учёных, работающих в этих учреждениях, получат доступ к моделям ИИ серии o1 от OpenAI.

Цель этого сотрудничества, по словам Альтмана, заключается в «снижении риска ядерной войны и обеспечении безопасности ядерных материалов и оружия во всём мире». Однако это заявление вызывает серьёзные вопросы у экспертов в области технологий и безопасности.

Модели ИИ от OpenAI неоднократно демонстрировали серьёзные недостатки. Несмотря на эти проблемы, компания активно продвигается в правительственный сектор. Недавно OpenAI представила платформу ChatGPT Gov, специально разработанную для использования правительством США с акцентом на безопасность. Однако остаётся открытым вопрос, сможет ли компания оправдать высокие ожидания и обеспечить, чтобы её ИИ-чатботы не стали причиной утечки ядерных кодов или не спровоцировали ядерную войну.

На фоне этих событий Wall Street Journal сообщил, что OpenAI ведёт предварительные переговоры о новом раунде финансирования, который может оценить компанию в $340 миллиардов, что вдвое превышает её предыдущую оценку в прошлом году.

В результате недавнего исследования, проведённого учёными из Университета Кюсю в Японии, были получены новые данные о влиянии особого типа силы внутри атомного ядра на ядерную стабильность. Эта сила, известная как «трёхнуклонное взаимодействие», оказывает значительное воздействие на устойчивость ядер и может помочь объяснить астрофизические процессы, такие как образование тяжёлых элементов внутри звёзд.

Исследование раскрывает механизм, благодаря которому трёхнуклонное взаимодействие усиливает ядерную стабильность. Учёные использовали теорию и суперкомпьютерное моделирование для изучения обмена пионами между тремя нуклонами.

Токуро Фукуи, ведущий автор исследования и доцент факультета искусств и наук Университета Кюсю, объясняет ядерные силы, сравнивая их с игрой в мяч. В случае двухнуклонного взаимодействия два «игрока» (нуклона) обмениваются «мячом» (мезоном). При трёхнуклонном взаимодействии в игре участвуют уже три «игрока», которые одновременно бросают и ловят «мячи», а также вращаются и движутся по орбите внутри ядра.

Результаты исследования показали, что при обмене двумя пионами между тремя нуклонами возможны только четыре комбинации их движения и вращения. Одна из этих комбинаций, названная «компонентом ранга 1», играет ключевую роль в повышении ядерной стабильности.

Учёные обнаружили, что трёхнуклонное взаимодействие усиливает процесс, известный как спин-орбитальное расщепление. Когда нуклоны вращаются и движутся по орбите в одном направлении, их выравнивание приводит к снижению энергии. Когда же нуклоны вращаются и движутся в противоположных направлениях, они существуют в состоянии с более высокой энергией. Это приводит к «расщеплению» нуклонов на различные энергетические оболочки, что обеспечивает ядру стабильную структуру.

Суперкомпьютерное моделирование показало, что трёхнуклонное взаимодействие увеличивает энергетическое состояние нуклонов с выровненным спином и орбитой, но ещё больше повышает энергию нуклонов с противоположными спинами и орбитами. Это приводит к увеличению энергетического разрыва между оболочками, делая ядра ещё более стабильными.

Этот эффект становится более выраженным в более тяжёлых ядрах, содержащих больше нуклонов. В самом тяжёлом исследованном элементе – углероде-12, содержащем 12 нуклонов, – трёхнуклонное взаимодействие привело к увеличению энергетического разрыва в 2,5 раза.

Исследователи также обнаружили, что трёхнуклонное взаимодействие создаёт квантовую запутанность, где два из трёх нуклонов имеют спины, существующие одновременно в обоих состояниях до момента измерения. Это открытие может иметь важные последствия для будущих исследований, включая развивающиеся технологии, такие как квантовые вычисления.

Понимание трёхнуклонного взаимодействия может сыграть ключевую роль в объяснении того, как тяжёлые элементы образуются в результате слияния более лёгких элементов в звёздах. По мере того как это взаимодействие усиливается в более тяжёлых ядрах, оно увеличивает их стабильность, создавая большие энергетические разрывы между ядерными оболочками. Эта стабильность затрудняет захват ядром дополнительных нейтронов, необходимых для образования более тяжёлых элементов.

Токуро Фукуи подчёркивает, что знание энергетического разрыва между различными ядерными оболочками является важной информацией для учёных, пытающихся предсказать образование тяжёлых элементов. Для ядер с «магическим числом» протонов или нейтронов, полностью заполняющих свои оболочки, могут потребоваться условия, обеспечивающие колоссальные количества энергии для продолжения процесса слияния. Открытие квантовой запутанности нуклонов, вызванной трёхнуклонным взаимодействием, также открывает новые возможности для исследований в области квантовых технологий. Хотя большая масса нуклонов по сравнению с электронами создаёт дополнительные сложности, эти различия могут привести к новым применениям в квантовых вычислениях и других передовых технологиях.

Учёные планируют продолжить исследования, изучая влияние трёхнуклонного взаимодействия на элементы тяжелее углерода-12, где ожидается ещё более сильный эффект. Эти будущие исследования могут привести к более глубокому пониманию процессов, происходящих в звёздах, и помочь объяснить распространённость различных элементов во Вселенной.

Российские космонавты заменят радиотехническую систему управления и связи «Регул-ОС» на Международной космической станции (МКС), рассказал космонавт Иван Вагнер. По его словам, старая система морально и технически устарела, и теперь её сменит новая единая командно-телеметрическая система — ЕКТС. 

Система «Регул-ОС» прибыла на орбиту вместе с модулем «Заря» в 1998 году и устанавливалась ещё на Земле. Она работала с наземными приёмными пунктами, а ЕКТС работает со спутниками-ретрансляторами и обладает намного большей пропускной способностью. Благодаря этому она позволит увеличить количество и длительность сеансов связи.

По словам Ивана Вагнера, всю прошлую неделю и частично на этой неделе он занимался отключением и демонтажем из-за запанельного пространства блоков системы «Регул-ОС» и антенно-фидерных устройств. В дальнейшем будет произведена установка ЕКТС, добавил космонавт.

В середине января произошло незапланированное разрушение верхней ступени ракеты Starship компании SpaceX, что привело к выбросу значительного количества вредных веществ в верхние слои атмосферы Земли. Инцидент произошёл на высоте около 146 километров, когда 85-тонная конструкция взорвалась и начала падать обратно на Землю.

По предварительным оценкам Коннора Баркера, исследователя атмосферной химии из Университетского колледжа Лондона, при падении ступени могло образоваться около 45,5 метрических тонн оксидов металлов и 40 метрических тонн оксидов азота. Особую озабоченность вызывают оксиды азота, известные своим потенциалом повреждения озонового слоя Земли.

Баркер, недавно опубликовавший в журнале Nature исследование о выбросах ракет и загрязнениях от повторного входа спутников в атмосферу, подчеркнул, что эти цифры являются приблизительными и требуют дальнейшего уточнения. Тем не менее, он отметил, что количество металлического загрязнения воздуха, потенциально произведённого в результате аварии, равно одной трети материала метеоритов, сгорающих в атмосфере Земли за год.

Точное количество загрязнения, произведённого в результате инцидента со Starship, определить сложно. Учёные не уверены, какая часть массы ракеты сгорела, а какая упала на Землю. Джонатан Макдауэлл, астроном и эксперт по космическому мусору, предполагает, что «многие тонны» обломков, вероятно, упали в океан.

Верхняя ступень Starship изготовлена из нержавеющей стали, а не из алюминия, как многие другие спутники и ракеты, включая Falcon 9 SpaceX. Именно сгорание алюминия вызывает наибольшее беспокойство учёных. При высокотемпературном сгорании образуются оксиды алюминия, или глинозём, — белое порошкообразное вещество, известное своим потенциалом повреждения озона и изменения отражательной способности атмосферы Земли.

В последние годы количество спутников на орбите Земли и последующих атмосферных повторных входов. Вместе с этим стремительно увеличивается количество глинозёма, выбрасываемого в мезосферу и верхнюю стратосферу — в остальном нетронутые средние слои атмосферы. Загрязнение воздуха на этих высотах вызывает особое беспокойство учёных, так как загрязняющие вещества остаются в воздухе очень долгое время.

Учёные полагают, что количество глинозёма от сгоревших спутников уже приближается к уровням, возникающим в результате естественного разрушения космических объектов, таких как астероиды или метеороиды, которые содержат лишь следовые количества алюминия. Количество оксидов азота, образующихся при повторном входе, также приближается к количеству, образующемуся при сгорании естественных космических тел.

С ожидаемым увеличением количества запусков ракет и ростом спутниковых группировок, а также последующей частотой повторных входов, концентрация этих вредных газов и частиц может быстро возрасти. Загрязняющие вещества могут помешать восстановлению озонового слоя планеты, усугубляя ущерб, нанесённый озоноразрушающими веществами, использовавшимися в прошлом в аэрозольных баллончиках и холодильниках. Загрязнение воздуха от сгоревших спутников также может изменить количество тепла, удерживаемого атмосферой Земли, что может привести к серьёзным последствиям для климата планеты.