https://yuritkachev.livejournal.com/15673.html

В последнее время прямо втянулся в видео для Тиктока, но этот канал остаётся основным моим физическим проектом. Так что вот достаточно объёмный, но, по-моему, достаточно интересный текст о том, что такое термоядерный синтез, с чем его едят и как обстоят дела на этом фронте в настоящий момент (последнее немного схематично, наверное, потом распишу подробнее).

PS. Надеюсь, вы были рады получить это сообщение в 11 вечера)))

Это материал под названием Vantablack - самое чёрное вещество, созданное человеком. Vantablack поглощает до 98 процентов падающего на него света, преобразуя его затем в невидимое глазу тепловое инфракрасное излучение.

Vantablack состоит из множества углеродных нанотрубок (20 миллиардов волокон в каждом квадратном сантиметре), которые эффективно рассеивают, а потом поглощают падающий свет.

Материал можно использовать для предотвращения паразитного освещения (например, в телескопах, сенсорах и других устройствах), для защиты от ультрафиолетового излучения, а также в системах маскировки и тому подобном.

​Тайна "самодвижущихся" камней долины Рейстрек-Плайя долгое время интриговала учёных: камни без всякой видимой причины приходили в движение, оставляя характерный след на поверхности почвы.

Разгадали загадку лишь в XXI веке. Оказалось, что причиной тому - резкие перепады климата в районе долины.

Хотя летом здесь весьма жарко (температура достигает 37 градусов Цельсия) и сухо, зимой долина нередко заполняется тонким (несколько сантиметров) слоем воды. В холодные ночи эта вода замерзает, днём - оттаивает.

Именно чередование циклов замерзания и оттаивания создаёт условия, приводящие камни в движение.

Лёд на поверхности озера тает неравномерно: в утренние часы возникают ситуации, когда часть поверхности озера уже оттаяла и представляет открытую водную поверхность, тогда как другие части озера ещё покрыты льдом. При этом лёд этот очень тонкий, но может занимать значительную площадь. Под действием ветра эти "ледяные паруса" приходят в движение и как бы плывут по озеру.

И если в лёд оказывается вморожен камень, то он двигается вместе с ним, оставляя на земле характерный след.

То есть, возникновение феномена объясняется сочетанием следующих факторов:

0. Поверхность долины почти идеально плоская;
1. Долина покрывается тонким слоем воды, не превышающим глубиной высоту камней;
2. Ночью вода замерзает, а днём оттаивает, причём слой льда достаточно тонок; в отдельных местах камни оказываются вморожены в лёд;
3. Ветер приводит в движение ледяные массивы, плавающие посреди открытой воды, и эти массивы увлекают камни за собой.

Дополнительным фактором является то, что вода играет роль смазки, облегчая движение камней, а лёд, который легче воды, уменьшает их вес, а значит, давление на поверхность долины и силу трения.

При этом различные камни попадают в условия, при которых они начинают двигаться, в разное время, когда ветер дует, а значит, лёд движется в разных направлениях, что объясняет различие траекторий движения камней, отмеченных следами на поверхности озера.

Теория была сформулирована в 2011 году и экспериментально подтверждена посредством видеонаблюдения за камнями в 2014-м.

По-моему довольно годное видео о том, почему на МКС царит невесомость, ну и кое о чём ещё)

Про просьбам читателей выкладываю видео, записанные для Тиктока, также и на мой канал в youtube: https://www.youtube.com/channel/UC02Y2aE9uv8FPnSFG_92Eiw.

Например, уже выложил туда свеженькое видео про аэрогели - самый лёгкий материал на Земле.

Это двойной вихрь на северном полюсе Венеры.

В целом вихревые образования на полюсах - нормальное явление для всех планет, у которых есть атмосфера: они имеются на Земле, на газовых гигантах типа Юпитера и Сатурна и т.п.

Но почему на Венере их два? Да ещё - только на северном полюсе (на южном подобного нет)? Пока это загадка.

Однако Венера в этом смысле, похоже, не уникальна: подобное, хотя и менее выраженное явление наблюдается на северном полюсе Марса.

​Почему пламя газовой плиты имеет синий цвет, а пламя свечи – жёлтый?
Для того, чтобы ответить на этот вопрос, нам надо понять, почему вообще пламя светится. Здесь работают два процесса.
Первый – так называемое спонтанное излучение: электромагнитные волны, испускаемые возбуждёнными атомами, молекулами и ионами горящих веществ. Эти частицы поглощают часть выделяющейся в процессе горения энергии, а затем излучают её обратно. Причём излучают на вполне определённой частоте, зависящей от химического состава
Второй –тепловое излучение, которое производят все тела, температура которых превышает абсолютный ноль. Это излучение не зависит от химического состава вещества и определяется только его температурой: чем она выше, тем больше в излучении коротковолновых (высокочастотных) составляющих. Так помещённый в огонь кусочек металла сначала светится тёмно-малиновым, потом красным, потом оранжевым по мере нагрева. Поэтому цвета теплового излучения ещё называют цветами каления.
В плите горит природный газ, состоящий преимущественно из метана. Метан – простейший углеводород с формулой СH4, то есть в нём 1 атом углерода и 4 атома водорода. При соединении с двумя молекулами кислорода метан сгорает полностью, превращаясь в углекислый газ и воду (CH4+2O2=CO2+2H20).
При этом температура горения метана в газовой плите составляет 800-900 градусов, и его тепловое излучение лежит преимущественно в инфракрасной области: для нас оно невидимо. Единственным светом, который мы видим, является спонтанное излучение, производимое атомами углерода и их соединениями. Это излучени находится как раз синей части спектра (длина волны – 400-500 нанометров). Именно поэтому пламя газовой плиты слабо светится голубым.
Но почему же пламя свечи жёлто-белое, ведь там тоже горят углеводородные соединения? Горят – да. Но основной вклад в свечение создают не совсем они.
Характерное углеводородное голубое свечение можно рассмотреть в нижней части пламени свечи – там, где его температура ниже всего, а в зону горения осуществляется активный приток кислорода. В верхних слоях пламени голубой свет полностью вытесняется оранжевым и жёлтым.
Дело в том, что в парафине, из которого сделана свеча, преобладает более сложный углеводород – октадекан ( С18Н38). Подобные вещества не вступают в реакцию с кислородом непосредственно: сначала они должны разложиться на более простые соединения.
Если мы сравним формулы метана и откадекана, то увидим, что содержание углерода в последнем больше: действительно, в метане на 1 молекулу углерода приходится 4 молекулы водорода, а в октадекане – чуть более двух. Лишний углерод выделяется в виде соединений с низким содержанием водорода или даже чистого углерода – сажи. Такие молекулы склонны слипаться с образованием взвешенных в пламени твёрдых частичек.
Благодаря высокой температуре (а в верхних частях пламени свечи она может достигать 1000-1200 градусов) эти частички производят интенсивное тепловое излучение в видимой части спектра. И действительно, цвета каления в данном температурном диапазоне – это оранжевый и жёлтый.
При этом в видимом части спектра за счёт этого механизма излучается больше энергии, чем за счёт атомарно-молекулярного излучения. Поэтому свет свечи ярче, чем свет газовой плиты. А вот греет плита существенно сильнее: кастрюлю с супом на пламени свечи будет разогреть затруднительно.
Подведём итог: пламя плиты синее, так как оно химически чистое и относительно холодное; пламя свечи жёлтое так как более горячее, кроме того, загрязнено сажей другими примесями.

В дополнение к предыдущему посту: а почему иногда пламя газовой плиты НЕ синее?

Вы наверняка сталкивались с таким явлением: иногда вместо ровного синего пламени мы видим красные, оранжевые и жёлтые языки. Есть городская легенда, что это происходит из-за того, что газ «разбавляют» посторонними примесями.

Скорее всего это не так.

Как мы уже видели в предыдущем тексте, цвета каления (красный, оранжевый, жёлтый) чаще всего из-за загрязнения пламени посторонними веществами в виде пылинок сажи и тому подобного.

Здесь, вероятно, происходит то же самое: по каким-то причинам либо в газовую магистраль, либо, что более вероятно, в вашу газовую конфорку попали некие посторонние примеси, которые выдуваются током газа в конфорку и сгорают с образованием высокотемпературных твёрдых частиц, которые и дают пугающие красно-жёлтые языки.

На фото – классический пример такой ситуации: две горелки горят нормально, а вот третья явно запачкалась и нуждается в чистке.

Ещё одна прекрасная иллюстрация к тому, как по-разному выглядит пламя в различных режимах горения.

Двигатели самого Спейс шаттла работают в полную силу, но их пламя почти невидимо. А вот пламя боковых ускорителей, наоборот, очень яркое.

Причина в том, что в двигателях Спейс шаттла горит чистое топливо - кислород и водород, причём на выходе получается обычная вода. А вот боковые ускорители - твердотопливные, их пламя сильно загрязнено сажей, которая раскаляется и светится в струе продуктов сгорания.

А ещё в струях двигателей Шаттла хорошо видны диски Маха, о которых мы уже с вами говорили.

​Этот футуристический объект - не декорации для фантастического фильма, а вполне реальная установка для термоядерного синтеза, которую строят в Сарове.

В материале про термоядерный синтез мы писали, что для его запуска плазму нужно сильно сжать и нагреть до миллионов градусов. Обычно это делают путём помещения топлива в электромагнитную ловушку в форме тора (бублика), но плазма в ней ведёт себя нестабильно, и поддерживать реакцию долгое время не получается.

Реакторы того типа, что строится в Сарове, этого и не требуют. Идея заключается в том, что запустить реакцию в небольшом объёме термоядерного топлива, обжав и разогрев его с помощью "выстрелов" из лазеров. В результате капелька термоядерного топлива почти мгновенно испаряется, но перед этим часть топлива успевает вступить в термоядерную реакцию. Идея в том, чтобы увеличить эту часть до таких размеров, чтобы выход энергии в результате стал больше затрат на запуск реакции.

В активную зону реактора (сферу массой 120 тонн) помещают льдинку из дейтерия и трития в тонкой пластиковой оболочке весом примерно в два грамма. Потом бьют по цели мощными лазерами (500 килоджоулей, этого достаточно чтобы мгновенно вскипятить с нулевой температуры литр воды), оболочка испаряется образовавшийся пар сплющивает и нагревает дейтериево-тритиевую смесь. Идёт реакция, после чего разогретое топливо рассеивается по камере, и всё можно начинать сначала.

Конструкторы реактора в Сарове надеются, что им удастся создать рабочий реактор (в котором выход энергии будет больше затрат) раньше, чем у коллег-конкурентов, работающих с классическими тороидальными реакторами-стеллараторами.

Если вдруг вы ещё не спите, то у меня для вас небольшое свеженькое видео про самый удалённый объект во Вселенной.

Кое-что о методах определения расстояний до космических объектов. Часть 1, параллаксы

Как мы уже говорили в прошлом посте, исторически расстояние до ближайших звёзд определяли, измеряя изменение угла, под которыми они видны в различные периоды года. Это изменение называют параллаксом.

Соответственно, единицу измерения расстояний в космосе назвали парсеком. 1 парсек - это расстояние до космического объекта, годовой параллакс которого составляет 1 секунду дуги (1:3600 гралуса).

1 парсек равен 3,26 световых года, 3 на 10 в 14 степени километра или 206 тысяч астрономических единиц (расстояний от Земли до Солнца).

Ближайшая к нам звезда, Проксима Центавра, ударена от Солнца на 1,3 парсека.

На картинке туманность Кошачий глаз в рентгеновских лучах, просто для привлечения внимания.

Продолжение нашего рассказа о методах определения до звёзд.

Вообще здесь вопрос подан несколько упрощённо: по сравнению спектров и яркостей обычно определяют расстояние не до отдельных звёзд, а до их скоплений, сравнивая их с эталонными скоплениями вроде Плеяд или Гиад. Для отдельных звёзд метод тоже работает, но с неприятной погрешностью. Впрочем, это действительно самый простой и самый общеупотребимый метод для тех звёзд, спектр которых мы можем измерить и проанализировать.

Также мы упустили "промежуточный" этап в измерениях расстояний звёзд - метод так называемых групповых параллаксов. Сделал я это сознательно: там довольно сложная геометрия, да к тому же сейчас он практически не используется, так что рассказ имел бы чисто историческое значение. Возможно, как-нибудь расскажу.

​Эйнштейн не виноват

Думаю, ты встречал в интернетах разных фриков, которых хлебом не корму – дай поопровергать теорию относительности. И одним из главных постулатов, который они пытаются опровергнуть, является утверждение о том, что скорость света не зависит от выбора системы отсчёта. И действительно, это утверждение для многих звучит странно.

Действительно, если вы выстрелите из пистолета, стоя на крыше едущего поезда, то скорость вылета пули будет выше, чем если бы вы стреляли, стоя на поверхности Земли: к ней прибавится скорость движения поезда и стрелка вместе с ним. Но если вы включите фонарик, стоя на носу движущегося космического корабля, то скорость испускаемого им света будет в точности такой же, как если бы корабль покоился.

Это может показаться странным, и это действительно непривычно. Собственно, все парадоксальные следствия теории относительности, вроде замедления времени или изменения линейных размеров быстро движущихся тел относительно неподвижного наблюдателя следуют как раз отсюда.
Именно поэтому фрики так любят «давить» на это «стрёмное» место теории, обвиняя Эйнштейна в нелогичности и стремлении запутать честную публику.

От себя добавлю, что независимость скорости света от системы отсчёта подтверждена многочисленными наблюдениями и точными опытами. Об этом мы ещё как-нибудь поговорим.

Но на самом деле Эйнштейн тут, собственно, не причём. Идею о независимости скорости света от системы отсчёта придумал не он, она появилась ещё в XIX веке в процессе работы по развитию классической электродинамики, в формулы которой скорость света в вакууме входит в качестве элементарной константы. А Эйнштейн просто объяснил, как эту идею можно совместить в одной теории с постулатами классической механики. И вот получившееся и называют специальной теорией относительности.
То есть, споря о постоянстве скорости света, ниспровергатели спорят не столько с Эйнштейном, сколько с Максвеллом, Фарадеем, Гауссом и другими товарищами.

Кстати, на самом деле постулат о постоянстве скорости света не такой уж и странный, если не говорить, что это скорость света. Скажем вместо этого, что существует некая фундаментальная константа – максимальная скорость движения объекта в нашей Вселенной. И что свет, как и любые другие частицы, не имеющие собственной массы, просто движется именно с этой максимально возможной скоростью. Соответственно, никакое сложение скоростей не может эту скорость увеличить (она и так максимальна), но и уменьшить её не получается, потому что свет летит наиболее быстрым способом из возможных.

Что будет если открыть бутылку пива на Луне?

​Это рисунок одного из, пожалуй, самых странных объектов во Вселенной - "звезды матрёшки", или объекта Ландау-Торна-Житков: красного гиганта, ядром которого является нейтронная звезда.

Теоретически возможность проникновения нейтронной звезды внутрь красного гиганта была предсказана уже давно. Дело в том, что плотность красных гигантов очень мала (меньше плотности воздуха), тогда как нейтронные звёзды, напротив, обладают колоссальной плотностью. В итоге и нейтронная звезда, и красный гигант в ходе слияния сохраняют свои свойства, образуя своеобразную двухкомпонентную звезду.

Предполагается, что объекты Ландау-Торна-Жидков появляются в двойных системах, где более крупная звезда проходит через все стадии звёздной эволюции и заканчивает жизнь в виде нейтронной звезды к тому моменту, как вторая ещё находится на стадии красного гиганта (стандартная "зрелость" всех звёзд, кроме красных карликов). В итоге под действием взаимной гравитации компоненты системы сближаются и сливаются.

Считается, что объекты Ландау-Торна-Жидков могут существовать лишь около 1000 лет, в процессе которых нейтронная звезда притягивает к себе (аккрецирует) материал красного гиганта. Заканчивается всё рождением чёрной дыры в мощном взрыве гиперновой.

Из-за своего короткого времени жизни, объекты Ландау-Торна-Житков - весьма редкая штука, так как считается, что в нашей галактике такой объект образуется в среднем раз в 500-1000 лет. Иными словам, в среднем одновременно в галактике может существовать не более 1-2 таких объектов, а в определённый момент их может не существовать и вовсе.

В настоящее время у нас есть лишь один "подозреваемый" на роль объекта Ландау-Торна-Житков - звезда HV 11417 примерно в 200 тысячах световых лет от нас.

Вот такие необычные облака наблюдали сегодня над Берлином.

Это так называемые сосцевидные облака: они возникают тогда, когда нижний слой облака (обычно плоский) начинает отдельными участками "проваливаться" в прозрачные слои атмосферы.

Единой теории образования сосцевидных облаков пока нет. Очевидно, что внутри облака происходят локальные процессы охлаждения и нагрева воздушных масс, ведущие к увеличению веса в отдельных участках облака; но что это за процессы? Лично мне больше всего импонирует версия о том, что это происходит в результате чередования процессов испарения и таяния и, наоборот, замерзания и конденсации воды в облаке.

Ледяные цветы - редкое природное явление, в рамках которого поверхность водоёма покрывается небольшими ажурными льдинками, по форме напоминающими, собственно, цветы.

Это явление возникает, когда относительно тёплая (около 0) вода контактирует с холодным (ниже 20 градусов Цельсия) воздухом при отсутствии ветра.

Испаряясь с поверхности водоёма, вода приходит в контакт с холодным воздухом и быстро замерзает. Причём центрами кристаллизации становятся ранее образовавшиеся подобным образом льдинки, на которых "нарастают" новые ледяные лепестки.

Явление недолговечно: обычно ледяные цветы либо тают при повышении температуры воздуха, либо смерзаются в единый ледяной массив.

Это красивое природное явление имеет скучное название "перфорированное облако", а его физика - достаточно интересна.

Дело в том, что на высоте 5-10 километров над поверхностью Земли вода в облаках может сохранять жидкую форму даже при существенных отрицательных температурах - это так называемая переохлаждённая вода, которая не может замёрзнуть из-за отсутствия центров кристаллизации.

Но внешнее возмущение, например, пролёт через облако переохлаждённой воды самолёта, вызывает взрывную спонтанную кристаллизацию такой воды. В результате образовавшиеся кристаллы падают на землю, а в облачном покрове образуется эффектная дыра правильной формы.