​Кое-что о загадке ртутно-алюминиевых башен

Вы, возможно, уже видели это видео: на свежеошкуренную поверхность алюминия капают капельку ртути, и на этом месте начинает расти причудливая башня из странных белесых волокон.

Что же тут происходит?

Дело в том, что вообще алюминий - довольно химически активный металл. Однако в реальной жизни от химических реакций его защищает плёнка оксида, быстро покрывающая его поверхность при контакте с воздухом.

Ртуть изолирует очищенное от оксидной плёнки место от контакта с кислородом и предотвращает новое окисление. Вместо этого ртуть сама вступает с алюминием в "реакцию" - начинает как бы "растворять" его, образуя алюминиевую амальгаму - жидкий сплав ртути с алюминием (с физической точки зрения процесс не особо похож на растворение, скажем, сахара или других веществ в воде, так что применяют термин "амальгамация").

Алюминий существенно легче ртути, так что его частички всплывают на поверхность ртутной капли, где вступают-таки в реакцию с кислородом воздуха, образуя оксид алюминия. С другой стороны, с нижней стороны капли в процесс втягиваются всё новые и новые порции "растворяемого" ртутью алюминия. Процесс зацикливается, причём расходования ртути не происходит: она лишь медленно растекается по поверхности металла, увеличивая площадь участка, подвергаемого амальгамации - т.е. площадь основания "башни" растёт.

Кстати, именно поэтому ртуть нельзя провозить в самолётах: некоторые авиакомпании запрещают брать на борт даже обычные ртутные термометры. Теперь мы знаем, почему: даже маленькая капелька ртути способна превратить в оксидные волокна значительное количество алюминия, и мы точно не хотим, чтобы то же самое случилось с алюминием самолёта в полёте!

Аналогичным образом ртуть способна разрушать многие металлы, но далеко не все. К примеру, железо ртуть растворить не способна: это связано с высокой энергией связи атомов железа в кристаллической решётке - именно поэтому железо существенно прочнее алюминия, у которого эта энергия связи мала, или других легко амальгамирующихся металлов, таких как серебро или золото. Именно поэтому ртуть можно безопасно перевозить в железной таре, а вот в алюминиевой этого, конечно, делать не стоит.

Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.

​Дедушка современной космонавтики, русский учёный Константин Циолковский, писал, что ракеты вряд ли смогут стать средством для массовых путешествий в космос из-за сложности и дороговизны. В качестве альтернативы Циолковский предлагал иной способ выбраться из гравитационного колодца Земли: космический лифт.

Лифт состоит из трёх базовых элементов.

Первый - противовес, некое массивное тело, помещённое на орбиту Земли, причём орбиту выбираем геостационарную, то есть такую, при которой скорость вращения тела вокруг Земли по орбита равна скорости вращения самой Земли вокруг своей оси. Проще говоря, противовес всегда будет находиться напротив одной и той же точки земной поверхности. Такая орбита называется геостационарной, её высота составляет 36 тысяч километров (для сравнения, МКС летает вокруг Земли по орбите в 410 километров)

Второй - трос, один конец которого закрепляется на противовесе, а другой закрепляется на соответствующей точке земной поверхности прямо под ней.

Наконец, третий элемент - это собственно лифт, т.е. капсула, перевозящая людей и грузы. В отличие от классического лифта, капсула классического лифта должна двигаться самостоятельно, используя трос в качестве опоры: сматывать и разматывать трос длиной в 35 тысяч километров не получится.

В теории космический лифт станет простым и экономичным способов выводить грузы на околоземную орбиту: по мере подъёма лифта по тросу, до требуемой первой космической скорости его будет раскручивать вращение Земли.

На практике же реализация проекта сопряжена с определёнными трудностями.

Так, нам предстоит создать трос, который был бы достаточно прочным, чтобы выдерживать как минимум собственный вес - уж не говоря о весе лифта с грузом. При длине троса в 35 тысяч километров (а это без малого длина окружности Земли) это нетривиальная задача. Вероятнее всего, трос будет иметь переменный диаметр: самым тонким он будет у поверхности Земли, а по мере подъёма он должен утолщаться. Так вот: стальной трос длиной в 35 тысяч километров при толщине в 1 миллиметр на поверхности Земли у противовеса будет иметь диаметр в несколько сотен километров. Помимо очевидной непрактичности такой конструкции, создать её попросту невозможно: не факт, что на всей земле найдётся достаточное количество железа.

В теории могут подойти углеродные нанотрубки или другие подобные материалы: их прочности по идее должно хватить. Беда в том, что мы пока не умеем выращивать нанотрубки такой длины (хотя теоретически это и возможно).

Не всё так просто и с капсулой лифта. Как мы уже сказали, она должна быть самодвижущейся; но каким будет источник энергии для её движения? Если мы будем использовать сгораемое топливо, то столкнёмся с той же проблемой, с которой уже столкнулись в обычных ракетах: значительную часть топлива придётся потратить на подъём на высоту топлива, которое будет сожжено там. В результате КПД такого лифта будет ничтожным. Точно то же самое касается и ядерных реакторов: они не требуют сжигания больших масс топлива, но сами весят более чем прилично.

Возможным способом решения проблемы может стать использование электродвигателя на солнечных батареях, также существуют варианты дистанционной передачи энергии с помощью лазеров или радиоволн.

И это лишь малая часть проблем. К примеру, как обеспечить целостность несущего троса лифта, уберечь его от негативного влияния погоды на атмосферном участке и атак микрометеоритов в космосе?

В общем, вопросов пока больше, чем ответов. Но тема, безусловно, интересная!

Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.

Сутки на Сатурне длятся 10 часов 33 минуты и 38 секунд. То есть, несмотря на свои внушительные размеры, планета-гигант вращается вокруг своей оси ощутимо быстрее, чем, к примеру, Земля или Венера: сутки на последней длятся 243 земных дня.

Кстати, установить продолжительность сатурнианских суток долгое время было проблемой, так как планету покрывает плотный облачный покров: астрономы просто не могли найти, за что им "уцепиться", чтобы измерить период оборота вокруг своей оси. Помогли кольца Сатурна: в своём вращении планета создаёт в них периодические возмущения, которые и помогли оценить скорость её вращения.

Кстати, у соседа Сатурна, Юпитера, сутки длятся 9 часов и 56 минут.

Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.

Почему золото жёлтое?

Большинство металлов бесцветны, а точнее, имеют характерный серебристый оттенок. Но некоторые из них окрашены - наиболее известным в этом плане является золото, чей тёплый золотистый (уж простите за тавтологию!) цвет ценится с древних времён.

Но почему золото обретает цвет?

Здесь надо понять, что, когда мы говорим о цвете какого-то предмета, речь идёт об отражённом им цвете. В зависимости от своего химического состава вещества реагируют на свет разной длины волны (цвета) по-разному: фотоны одной длины волны (энергии) отражаются, другие поглощаются. Из-за этого падающий белый свет отражается не полностью, и вещество обретает цвет.

Атом золота имеет шесть электронных оболочек, на внешней из которых (6s) обычно "живёт" один электрон. Особенностью золота является то, что расстояние между шестой и пятой электронной оболочкой невелико, и один из электронов пятой оболочки может сравнительно легко перескакивать на шестую, если атому сообщить должную энергию - а точнее, энергию порядка 1,6 электронвольта или выше. Такой энергией обладает электромагнитное излучение (свет) с длиной волны начиная примерно от 500 нанометров.

Фотоны такой длины волны (энергии) поглощаются золотом, а их энергия "уходит" на перевод электронов на более высокую орбиту. Энергии фотонов с большей длиной волны на это не хватает, и золото просто отражает их.

Электромагнитному излучению длиной волны в 500 нанометров соответствует видимый свет сине-зелёного цвета. Проще говоря, золото поглощает падающий на него фиолетовый, синий и сине-зелёный свет сильнее, чем свет других цветов, которые "равнодушно" отражает обратно. Вот этот отражённый свет, обеднённый синими, фиолетовыми и частично зелёными компонентами, мы и воспринимаем как золотистый.

По той же причине имеет красновато-жёлтый цвет медь. Но у неё щель между электронными оболочками ещё шире, так что медь поглощает больше света в средней области спектра и кажется нам красноватой.

А вот у большинства металлов энергия перехода между оболочками выше, так что для того, чтобы перевести электроны на верхние орбиты энергии видимого цвета недостаточно. Эти переходы осуществляются, но под воздействием высокоэнергетического ультрафиолетового электромагнитного излучения, которое мы не видим. Видимый же свет большинство металлов отражает полностью, не искажая его спектра, и потому такие металлы кажутся нам бесцветными.

Другой вопрос: почему именно у золота и меди (а также ряда других металлов, например, цезия) наблюдаются существенно меньшие промежутки между орбиталями? На этот вопрос отвечает наука, которая называется релятивистской квантовой химией: она же, кстати, разъясняет, почему ртуть, к примеру, обладает существенно более высокой температурой кристаллизации, чем другие металлы, отчего является жидкой при комнатной температуре.

Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.

Упс, друзья, всемирный сбой всего и вся добрался и до телеграма, вот от предыдущего поста, к примеру, отвалилась картинка с природными кристаллами золота.

Ждём пока починят, так что новый пост про самые яркие звёзды Вселенной пока отложим.

Пользуясь случаем, хочу ещё раз поблагодарить всех, кто нам помогает!

​Россия остановила разработку ракеты-носителя сверхтяжёлого класса (РН СТК "Енисей"), запустить которую планировалось в 2029 году.

Как пояснил глава Роскосмоса Дмитрий Рогозин, от проекта решено отказаться в пользу разработки принципиально иного, более прогрессивного решения, которое будет использовать ракетные двигатели на метане (вроде РД-0169, разрабатываемые для новой «Союз-7», она же «Амур-СПГ»). Кроме того, первую ступень ракеты предполагается сделать возвращаемой, т.н. многоразового использования.

По другой версии, озвученной генконструктором РКК "Энергия" Владимиром Соловьевым, причина остановки проекта более банальна: финансовые сложности.

Как бы там ни было, появление у России собственной ракеты сверхтяжёлого класса откладывается на неопределённый срок: даже разработка начнётся, вероятно, не ранее 2026 года, когда будет испытана вышеупомянутая "Амур-СПГ".

В настоящий момент ракеты такого класса имеются лишь у США: это SpaceX Falcon Heavy Илона Маска. На пороге испытательных полётов находятся ещё два американских супертяжа: это SLS НАСА и Starship той же SpaceX. Обе эти американские ракеты разрабатываются с прицелом на покорение Луны, а позже и Марса.

В 2028 году планирует запустить свой супертяж Китай: ракета Чанчжэн-9 также сделана с прицелом на лунную программу; она у России и Китая, напомним, совместная.

Правда, в "Роскосмосе" говорят, что основную работу в рамках лунной программы можно проделать и с помощью более лёгких ракет-носителей, например "полусупертяжа" Ангара-А5В, который планируют запустить в 2026-2027 годах. В теории предполагается, что Ангара-А5В сможет даже осуществить вывод (в два приёма) на орбиту всего необходимого для пилотируемого полёта на Луну.

Впрочем, стоит помнить, что российско-китайский проект лунной базы вообще не предполагает постоянного присутствия человека: основную работу там будут выполнять роботы, а существа из плоти и крови если и будут там появляться, то скорее в качестве гостей. С учётом этого отказ от разработки российского супертяжа может выглядеть разумным.

Хотя для романтиков покорения космоса закрытие проекта "Енисей" без внятно озвученных перспектив реализации альтернативных проектов, безусловно, печальная новость.

Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.

​Чем массивнее звезда - тем она горячее, а чем она горячее, тем большая часть её излучения приходится на коротковолновую (синюю) часть спектра. А потому голубые гиганты и сверхгиганты - самые массивные звёзды из всех. А самыми массивными голубыми звёздами являются так называемые яркие голубые переменные (ЯГП, по-английски Luminous blue variables, LBV).

Классическим примером такой звезды является S Золотой Рыбы, имеющая массу в 45 масс Солнца, но это далеко не предел: один из компонентов двойной звёздной системы Эта Киля, известный как Эта Киля А, имеет массу в 150-200 масс Солнца, а его светимость превосходит солнечную в миллионы раз.

Считается, что Эта Киля А — самая массивная и яркая звезда во всё Млечном Пути.

Эта Киля А имеет температуру поверхности в 37 тысяч градусов (для сравнения, у Солнца - 6000), из-за чего значительную часть энергии излучает в виде ультрафиолетового излучения.

Излучение таких звёзд настолько сильно, что эффективно противостоит гравитации и оказывается способно извергать в пространство колоссальные массы звёздного вещества. Считается, что за время своей жизни Эта Киля А выбросила в космос массу, эквивалентную примерно 30 массам Солнца.

Звёздное вещество, рассеявшееся по окружающему космосу и остывшее, образует окутывающие такие звёзды туманности - в случае Эты Киля это туманность Гомункул. Из-за этих туманностей изучать яркие голубые переменные достаточно сложно, ведь они плохо доступны непосредственному наблюдению.

Самой большой загадкой являются неправильные и непредсказуемые изменения блеска таких звёзд (отчего они, собственно, называются переменными). Так, в середине XIX века Эта Киля А пережила т.н. "Великую вспышку", на несколько десятилетий увеличив свою яркость примерно в 50 раз и став второй по яркости звездой на земном небе. Вспышки ярких голубых переменных настолько впечатляющи, что их иногда путают со сверхновыми. И да, мы пока не знаем точно, почему с ними это происходит.

Ярким голубым переменным, как и другим сверхмассивным звёздам, отведено лишь несколько миллионов лет жизни. Вероятно, сейчас Эта Киля А доживает последние века из отведённого ей срока, после чего взорвётся сверхновой, оставив на месте себя чёрную дыру. В максимуме вспышки Эта Киля А, вероятно, превзойдёт в видимом блеске Венеру, став самым ярким объектом на земном небе после Солнца и Луны.

Стоит добавить, что окружающая Эту Киля газовая туманность, вероятно, существенно увеличит яркость этой сверхновой: разлетающееся после взрыва вещество звезды будет тормозиться о вещество туманности, нагревая его и заставляя светиться. Предположительно, из-за этого наблюдаемая с Земли яркость вспышки вырастет ещё на порядок.

Опасности для Земли, кстати, взрыв Эты Киля А представлять, вероятно, не будет: звездная система удалена от нас на 7500 световых лет, так что в данном случае мы в безопасности.

На картинке - Эта Киля в центре туманности Гомункул.

Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.

Это так называемые видманштеттеновы фигуры, которые можно наблюдать на срезе металлических метеоритов, состоящих преимущественно из железа и никеля.

Видманштеттеновы фигуры - это чередования двух сплавов железа с никелем - камасита (90 % железа, 10 % никеля) и тэнита (25-45 % никеля).

Если железно-никелевый метеорит нагреть до температуры свыше 850 градусов Цельсия, то всё вещество в нём будет тэнитом. Если же затем начать его охлаждать, то часть вещества будет перекристаллизовываться в камасит. При этом растущие кристаллы камасита будут как бы зажаты между слоями тэнита, что и обусловливает их специфическую игольчатую форму.

Это происходит лишь при очень медленном охлаждении вещества - примерно по градусу за 10 тысяч лет. Если охлаждать быстрее, то видманштеттеновы фигуры не образуются. Так что подделать такой узор нельзя - это займёт слишком много времени.

Поэтому видманштеттеновы фигуры являются лучшим доказательством метеоритной природы материала.

Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.

К данной картинке, изображающей относительные размеры Солнечной системы и сверхмассивной чёрной дыры, имею добавить следующее.

Под радиусом чёрной дыры обычно имеется в виду радиус области, попав внутрь которой ничто и никогда не выберется назад, т.е. радиус т.н. горизонта событий.

При этом технически для падающего в чёрную дыру наблюдателя в момент пересечения горизонта событий ничего существенно важного не произойдёт. Проще говоря, он может вообще не знать, пересёк ли он уже этот горизонт или нет. Так что такие "размеры" чёрной дыры - штука достаточно условная и умозрительная.

Но других у нас нет.

Помочь проекту "Физика в картинках" можно тут.