2001 г.
|
2001 г. |
Проект Ошеломляюще большого телескопа В Европейской южной обсерватории (ЕЮО) начата подготовка к разработке проекта Ошеломляюще большого телескопа (OverWhelmingly Large telescope - OWL). Это название может показаться слишком напыщенным, но все более скромные эпитеты, по-видимому, уже использованы: работает Очень большой телескоп (Very Large Telescope VLT); есть, правда пока только в проекте, Чрезвычайно большой телескоп (Extremely Large Telescope). Да и как еще, скажите, назвать оптический телескоп со стометровым зеркалом?
Так будет выглядеть Ошеломляюще большой телескоп.
Чтобы осознать всю грандиозность этой величины, немного углубимся в историю. На приведенном графике показано, как менялся со временем диаметр телескопов. Первый линзовый телескоп Галилея (1609) имел диаметр объектива около 5 см; у последних из действующих телескопов-близнецов Кек-1, 2 (1992, 1996) составные сегментированные зеркала имеют эффективный диаметр 10 м. Сопоставив этот график с историей развития астрономической науки, можно прийти к выводу: чтобы произвести революцию в наблюдательной астрономии, нужно увеличить диаметр объектива телескопа примерно на порядок.
Первый такой переворот совершил Галилей: диаметр объектива его телескопа приблизительно на порядок превышает размер зрачка человеческого глаза. Собственно говоря, Галилей не делал переворота в наблюдательной астрономии - он ее основал, впервые доказав, что небеса скрывают в себе нечто такое, чего простым глазом не увидишь.
Другой большой шаг связан с именем Уильяма Гершеля, который положил начало систематическим исследованиям небесных объектов. Свои главные открытия в конце XVIII в. он совершил при помощи самодельного телескопа-рефлектора с диаметром зеркала 18 дюймов (46 см).
Вслед за этим прорывы в астрономии происходили уже при помощи телескопов-рефлекторов с многометровыми зеркалами. В 20-е годы XX в. на 2.54-метровом телескопе обсерватории Маунт-Вилсон (США) астроном Эдвин Хаббл получил снимки, доказывающие, что помимо нашей Галактики во Вселенной существует множество других звездных систем; кроме того, он обнаружил, что эти звездные системы удаляются от нас тем быстрее, чем дальше находятся, открыв тем самым закон расширения Вселенной. На этом же телескопе, а впоследствии и на 5-метровом телескопе обсерватории Маунт-Паломар (США) Вальтер Бааде заложил основы исследований структуры галактик. В наши дни астрономы наблюдают галактики на самом краю Вселенной и обнаруживают планеты у других звезд, используя: 6-метровый БТА (Большой телескоп азимутальный) Специальной астрофизической обсерватории РАН, расположенной на Кавказе; систему из четырех 8.2-метровых телескопов VLT Европейской южной обсерватории (Чили); 10-метровые телескопы им.Кека на Гавайских о-вах.
Крупнейшие телескопы своего времени.
Строго говоря, в наше время столь яркая закономерность может несколько нарушиться. От диаметра объектива телескопа зависят две его важные характеристики: во-первых, чем больше объектив, тем больше он собирает света и тем более слабые объекты можно на нем наблюдать. Во-вторых, чем больше объектив, тем выше его разрешающая сила, т.е. способность различать мельчайшие детали наблюдаемого объекта. Так вот, разрешающую силу астрономы уже давно научились улучшать, не увеличивая диаметр объектива. К тому же главным фактором, который определяет (точнее, ухудшает) разрешающую силу оптических инструментов, является не диаметр объектива, а атмосферная турбулентность. Бороться с ней удается двумя способами. Можно вывести инструмент за пределы атмосферы - вот почему почти все наиболее яркие астрономические открытия последних лет в области оптических наблюдений получены на Космическом телескопе им.Хаббла с диаметром зеркала всего 2.4 м. Можно делать зеркало-объектив достаточно тонким и в ходе наблюдений менять его форму таким образом, чтобы оно компенсировало искажения, внесенные атмосферной турбулентностью.
Когда влияние атмосферы ослаблено, можно для повышения разрешающей силы одновременно наблюдать один и тот же объект на двух инструментах, превращая их в один составной телескоп с эффективным диаметром объектива, равным расстоянию между телескопами. Именно в таком режиме и предполагается использовать «Кеки» и телескопы VLT.
К сожалению, ни один из этих методов не улучшает первую характеристику телескопа: количество собираемого им света. Это соображение привело астрономов из ЕЮО к выводу: чтобы двинуться дальше и совершить очередной переворот в астрономии, нужны не новые методики наблюдений (хотя и без них, конечно, не обойтись), а телескоп с очень большим зеркалом. На самом деле это будет не одно монолитное зеркало, а набор из 1600 двухметровых сегментов, вместе составляющих один большой объектив с эффективным диаметром 100 м.
По оценкам специалистов ЕЮО, современный уровень развития телескопостроения вполне позволяет замахнуться на такую задачу. Стоимость 100-метрового инструмента составит около 1 млрд долл., а время, необходимое для его создания, займет 10-15 лет. Конечно, миллиард долларов - сумма немалая, но в астрономии не новая: создание и эксплуатация Космического телескопа им.Хаббла уже обошлись в три раза дороже. Одной стране строительство Ошеломляюще большого телескопа не потянуть, но в качестве международного проекта он вполне реален. А перспективы его использования действительно ошеломляющи.
Гигантская собирающая поверхность в сочетании с управляемой формой зеркала (точнее, зеркал) позволят фиксировать Сверхновые практически на любых расстояниях, можно будет непосредственно наблюдать внесолнечные планеты, различать коричневые и белые карлики в других галактиках, измерять яркость цефеид на расстояниях до нескольких миллиардов световых лет. Одним словом, авторы проекта утверждают: создание Ошеломляюще большого телескопа станет следующим гигантским скачком в познании.
© Д.З.Вибе,Космические исследования
кандидат физико-математических наук
Москва
Готовится смена “Хабблу”
В начале 2000 г. комиссия из ведущих американских астрономов завершила подготовку планов дальнейших исследований Вселенной с помощью телескопов, запускаемых в космос. Рассчитанная на 10 лет работы обсерватория “NGST” (“Next Generation Space Telescope”) должна прийти на смену продуктивно функционирующему ныне Космическому телескопу им.Хаббла.
Основная научная цель новой космической обсерватории - исследовать процессы, происходившие в период, когда галактики еще только начинали формироваться. “NGST” будет находиться в точке Лагранжа, примерно в 1.5 млн км от Земли. Предполагается, что главное зеркало нового космического телескопа будет иметь диаметр около 8 м, втрое превысив зеркало “Хаббла”, что позволит соперничать с крупнейшими из современных наземных инструментов. Масса и размеры такого зеркала слишком велики, чтобы доставить его на орбиту сразу и целиком. Следовательно, инженерам предстоит разработать методику вывода в космос его сегментов и дальнейшей их сборки.
На конференции Американского астрономического общества (Рочестер, июнь 2000 г.) представители НАСА заявили, что техническая сложность предложенной программы заставляет перенести ее практическое осуществление почти на 10 лет. Признано целесообразным сначала создать и вывести на орбиту обсерваторию “Nexus” (“Связка”), которая послужит действующей моделью “NGST” в масштабе 1:3, а эта работа может завершиться не ранее 2009 г.
На борту “Nexus” будут смонтированы три зеркальных сегмента на круге диаметром 2.8 м. Хотя диаметр зеркала у “Хаббла” меньше, его светосилу новый прибор не превзойдет, так как сегменты покрывают лишь часть круга. Кроме того, у него будет лишь одна простая фотокамера. Так что главная задача “Nexus” - отработать техническую сторону вопроса.
На октябрь 2001 г. назначено первое испытание солнце- и теплозащитной системы “NGST”. Астронавты на борту очередного “шаттла” развернут в космосе модель (в масштабе 1:3) надувного тента “ISIS” (“Inflatable Sunshade in Space”). Ему предстоит защищать телескоп от перегрева, не сбивая, однако, его точнейшей настройки на объект наблюдения.
Разработку технических систем “Nexus” готовы взять на себя конкурирующие компании “Локхид Мартин” и “TRW/Ball Aerospace”. В 2001 г. НАСА примет решение, какую из них предпочесть. Выигравшая конкурс должна будет за три года построить аппарат, на что ассигнуется 200 млн амер. долл. Общий бюджет программы составляет 1.3 млрд долл. Научным руководителем проекта назначен Дж.Матер (J.Mather; Центр космических полетов им.Годдарда в Гринбелте).
Science. 2000. V.288. №5473. P.1944 (США).АстрофизикаЧто происходит “за спиной” у Солнца?
Солнце вращается вокруг собственной оси, поэтому каждая конкретная его точка на довольно длительное время (полный оборот наша звезда совершает за 27 земных суток) оказывается “по другую сторону” светила, и что в это время там происходит, можно лишь догадываться.
Несколько лет назад для диагностики состояния обратной стороны Солнца был предложен метод, основанный на принципах гелиосейсмологии. Любое крупное возмущение в недрах Солнца сопровождается сильным солнцетрясением, порождающим акустические волны. К нам через безвоздушное космическое пространство они дойти не могут, но на поверхности Солнца присутствие этих волн уверенно фиксируется. За ними-то и нужно следить, чтобы не упускать потенциально опасных явлений.
Экспериментальные наблюдения такого рода проводят Д.Браун и Ч.Линдси (D.Braun, Ch.Lindsey; американская корпорация “Solar Physics Research”). Первые полученные ими акустические голограммы оказались несколько мутными, но в ближайшем будущем ожидается их значительное улучшение. Используемые авторами изображения поступали с борта ИСЗ “SOHO” (“Solar and Heliospheric Observatory”) в апреле-мае 1998 г.; их обработка осуществляется под руководством астронома Б.Флека (B.Fleck; Европейское космическое агентство).
Известно, что под самой поверхностью Солнца возникают конвекционные ячейки площадью около 700 тыс. км2, внутри которых происходит бурное движение газов, возбуждающее низкочастотные акустические колебания. Многие из таких вибраций взаимоуничтожаются или поглощаются, а некоторые резонируют друг с другом, усиливая звуковые волны.
На борту “SOHO” установлен интерферометр, который фиксирует акустические волны по доплеровскому сдвигу излучения Солнца. Так регистрируются все колебания поверхности, которая в течение всего нескольких минут может понижаться или подниматься на десятки километров. “Вдохи” и “выдохи” сопровождаются ускорением акустических волн, когда они вступают в область высокого давления и температуры в недрах Солнца или в область сильного магнитного поля у его поверхности. Солнечные пятна и другие активные центры, именуемые хромосферными флоккулами (или факелами), обычно располагаются в пределах обширного, мощного и зачастую “запутанного” магнитного поля. Подобные магнитные поля “продавливают” солнечную поверхность на сотню-другую километров вниз, сокращая расстояние, которое преодолевают акустические волны, так что отражение их в обратную сторону происходит быстрее. Отразившиеся в таком районе волны несколько выходят из фазы с остальными и ослабляют резонансы.
Свидетельства подобных явлений и обнаружили Линдси и Браун при изучении данных за 8 апреля 1998 г., когда крупная активная область появилась на восточном краю Солнечного диска. Рассматривая ее ретроспективно, авторы вычислили, что соответствующий район лежал на обратной стороне Солнца, как раз напротив точки нахождения “SOHO” 28-29 марта. Действительно, период прохождения акустических волн сократился за это время примерно на 6 с, что незначительно по сравнению с теми 3.5 ч, которые потребовались, чтобы волна прошла между ближней и дальней сторонами светила, но достаточно, чтобы зафиксировать задержку. Последующий тщательный анализ позволил исследователям построить голограмму, показывающую строение невидимого для нас факела в пределах 300 кв. градусов поверхности Солнца. Разумеется, это слишком большое пространство, чтобы судить о деталях. Исследователи работают над улучшением разрешающей способности их методики. Следует также иметь в виду, что именно крупные активные области представляют наибольший интерес для прогноза космической “погоды”. Теперь наблюдению доступны районы, лежащие примерно в 50 угловых градусов от центра противоположной от нас стороны светила.
Прежде максимальная заблаговременность прогноза коронального выброса и вспышки на Солнце составляла одну неделю. Теперь она сократится вдвое.
Science. 2000. V.287. №5459. P.1726, 1799 (США).АстрономияНовые спутники Сатурна Сатурн вновь стал чемпионом по числу спутников: недавние открытия довели их до 22, тогда как у бывшего чемпиона - Урана - известен только 21.
Четыре последних спутника Сатурна (S/2000 S1, S2, S3 и S4) обнаружены в августе-сентябре 2000 г. на различных обсерваториях мира международным коллективом астрономов. Среди них - весьма известные исследователи Солнечной системы: Б.Глэдмен, Ж.-М.Пти и Г.Шоль (Франция), Ж.Кавеларс (Канада), М.Холмен, Б.Марсден, Ф.Николсон и Дж.Барнс (США). Для наблюдения использовались довольно крупные телескопы-рефлекторы диаметром от 1.52 до 3.6 м.
Размеры новых спутников Сатурна невелики: от 10 до 50 км в поперечнике; движутся они довольно далеко от планеты по весьма вытянутым орбитам, указывающим, что скорее всего это захваченные планетой астероиды. Понадобится еще несколько месяцев наблюдений, чтобы точно вычислить их орбиты и окончательно доказать, что это - спутники Сатурна, а не случайно пролетающие мимо него ядра комет или астероиды из группы кентавров - малых планет Солнечной системы, движущихся между орбитами Юпитера и Нептуна. Однако и сейчас уже в этом практически нет сомнений.
Один из новых спутников Сатурна (указан стрелкой).
В противоположном углу снимка - спиральная галактика; остальные объекты - звезды.
Сам Сатурн оказался за пределом кадра.Любопытно, что обнаруженные объекты существенно пополняют группу иррегулярных спутников Сатурна, в которую до сих пор входило лишь одно тело - далекая Феба, открытая У.Пикерингом в 1898 г. Напомним, что регулярные спутники планет движутся почти по круговым орбитам, лежащим недалеко от планеты, вблизи ее экваториальной плоскости. И обращаются все регулярные спутники в одном направлении - в направлении вращения самой планеты. Все это говорит о том, что сформировались они в газо-пылевом облаке, окружавшем планету в период ее собственного образования. Иррегулярные спутники движутся по орбитам, расположенным далеко от планеты и ясно указывающим, что эти тела были захвачены ею сравнительно недавно.
У Юпитера девять иррегулярных спутников, один из которых был открыт в 1999 г.; у Нептуна - два, а Уран имеет пять таких спутников (обнаруженных этой же группой астрономов в 1997 и 1999 гг.). По-видимому, подобные открытия будут происходить и в ближайшие годы: перепись Солнечной системы далека от завершения.
ESO Press Release 26 October 2000.
http://www.eso.org/outreach/press-rel/pr-2000/phot-29-00.html
Тонка ли “талия” у Клеопатры?
Среди множества сравнительно мелких небесных тел, образующих Главный пояс астероидов между Марсом и Юпитером, выделяется объект N 216, носящий собственное имя - Клеопатра. Этот астероид десятилетиями привлекал внимание астрономов как своим размером, явно превосходящим поперечники большинства соседей, так и переменной яркостью: свечение возникало, усиливалось и пропадало через нерегулярные промежутки времени.
В состав Главного пояса входит 42 тела, спектры отражения которых говорят о присутствии в их составе сплавов никеля с железом. Некоторые из подобных металлических астероидов, возможно, - “прародители” падающих на Землю железных метеоритов. В первый миллиард лет существования Солнечной системы их материнские тела успели расплавиться, дифференцироваться по составу, отвердеть, а затем претерпеть столкновения с другими телами, при которых их железное ядро обнажилось. Но эта космическая “биография” все еще остается гипотетической.
Надежды на получение более подробной информации о малых планетах возлагались на космический аппарат “NEAR” (“Near Earth Asteroid Rendezvous” - “Встреча с околоземным астероидом”), который, став искусственным спутником астероида Эрос, присылал на Землю ценные сведения о нем (в феврале 2001 г. он должен был уйти от Эроса). Однако сотрудники ряда американских университетов сумели доказать, что не отжили еще и якобы “устаревшие” методы наземного наблюдения. В этом им помогла гигантская (300-метровая) чаша радиоастрономической обсерватории Аресибо на о.Пуэрто-Рико, недавно модернизированная.
В конце 1999 г. они использовали эту антенну как радар, посылающий в сторону Клеопатры радиосигналы с частотой 2380 МГц (длина волны 12.6 см). В отраженных сигналах удавалось различить неоднородности ее поверхности размером не менее 15 км. Было уточнено время обращения астероида вокруг собственной оси - 5.39 ч и подтверждены крупные размеры Клеопатры: 217x94x81 км3 (возможная ошибка 25%). Довольно необычной оказалась ее форма: больше всего она напоминает гантель или “собачью косточку” с выступами на концах - два неправильных шара соединены узкой перемычкой. Этим и объясняется казавшееся странным изменение светимости астероида, отражающего солнечные лучи то одной, то другой своей “неправильной” стороной.
Астроном-теоретик У.К.Хартман (W.C.Hartmann; Институт планетных наук в Тусоне, штат Аризона) ранее уже указывал, что объекты подобных очертаний могли бы образоваться после развала небесных тел в результате катастрофических столкновений. Обломки, движущиеся в хаотично расширяющемся облаке, могут оказаться в пределах достаточно сильного взаимного притяжения, а значит, и объединиться, причем на относительно малой, неразрушительной скорости.
Узкая перемычка, соединяющая два шаровидных образования “гантели”, имеет длину около 100 км. Общий объем всего этого “сооружения” 670 000 км3. Средняя плотность Клеопатры 3.5-7.5 г/см3. При поверхностной плотности около 3.5 г/см3 и вероятной пористости пород, достигающей 60%, ландшафт этого астероида выглядит как некая “металлическая пустыня” - железо-никелевый песок глубиной по колено!
Исследователи видят в строении Клеопатры указание на то, что в прошлом ее части были самостоятельными телами. Если это окажется действительно так, теория Хартмана получит реальное подтверждение.
Science. 2000. V.288. №5467. P.769, 820, 836 (США).ПланетологияПлутон и Харон: неожиданные новости
Плутон и открытый лишь в 1978 г. его спутник Харон можно рассматривать как “равноправных” членов планетной системы Солнца и как наиболее ярких представителей пояса Койпера (скопления сравнительно мелких небесных тел, обращающихся вокруг Солнца далеко за орбитой Нептуна).
Харон и Плутон обращаются вокруг общего центра масс, находясь весьма близко друг к другу - на расстоянии всего в 19.6 тыс. км. Радиус планеты 2370 км, спутника - 1252 км. Близость и сравнимые размеры тел вызывают значительные трудности при попытках наблюдать их порознь и отличать спектры каждого из них в отдельности.
Многое говорит о том, что эта пара, образующая свою собственную небольшую систему, сохранила первичные материалы (в том числе - с немалой летучестью), которые остались со времен возникновения Солнца и его главных планет.
В течение первого десятилетия со дня открытия Харона его спектр был зафиксирован лишь однажды - при наблюдении затмений компаньонов друг другом в 1987 и 1988 гг.
В 1999 г. на семинаре в Ловелловской обсерватории (Флагстафф, штат Аризона) были представлены результаты спектроскопических измерений этой системы, проведенных дважды с помощью Космического телескопа им.Хаббла и один раз - наземного Оптического телескопа им.Кека. При изучении спектров обоих объектов в ИК-диапазоне длин волн от 1.0 до 2.5 мкм выяснилось, что спектр Харона сильно отличается от спектра Плутона: водный лед в кристаллической форме почти полностью покрывает поверхность спутника, тогда как на поверхности соседнего Плутона преобладает изморозь СН4, СО и N2. Кроме того, анализ спектра показал присутствие на поверхности Харона аммиачного льда, на что ранее ничто не указывало.
Планетология“Бродячий” вулкан на Ио
Самое “неспокойное” небесное тело в Солнечной системе - Ио, спутник Юпитера. Даже на фоне множества других его вулканов особенным выглядит вулкан Прометей. Эту крупную “горячую точку” на Ио открыл еще “Вояджер” в 1979 г., во время своего первого пролета. С тех пор плюм вулкана (фонтан раскаленных материалов над поверхностью) отмечался на всех космоснимках этого района. Однако теперь, при систематических и близких облетах Ио аппаратом “Галилео”, выяснилась его уникальная характеристика, не свойственная ни одному из вулканов Земли.
Как оказалось, за последние 20 лет плюм “переехал” в западном направлении на 75-95 км. Однако, несмотря на перемещение, очертания вулканического источника и оптические свойства извергающихся материалов остались прежними. Этот феномен изучила на базе всего массива имеющихся данных группа американских и канадских исследователей, включающая сотрудников Лаборатории реактивного движения в Пасадене и Аризонского университета в Тусоне.
Установлено, что источники изверженных пород, открытые еще “Вояджером”, ныне соединены темноокрашенным лавовым потоком . По-видимому, в последние четыре года слои лавы просто нагромождались один на другой, смещаясь к западу, чему, вероятно, способствовала топография местности.
Вокруг плюма и, вероятно, под ним лежит “снежное поле”, образованное серой или ее диоксидом (возможно, и тем и другим). Мощность и протяженность такого покрытия, возникшего, несомненно, за длительное время непрерывного извержения, аналогов на Земле не имеют. Отсюда делается вывод: вещества, приводящие в движение плюм и откладывающиеся на поверхности, проходят через стационарный выводной канал и представляют собой магму, насыщенную серой, ее диоксидом или их смесью.
Вулканы, нередко получающие название по именам мифических и легендарных персонажей, далеко не всегда соответствуют поведению своих древних “тезок”. Так, античный Прометей был прикован к скале и осужден на неподвижность, а одноименный вулкан на Ио преградами не ограничен. Мы не знаем, сколько времени продлится его извержение. Если оно закончится, Прометей-“странник” станет воистину прикованным Прометеем.
Science. 2000. V.288. №5469. P.1207 (США).Физика атмосферыПроект исследования облаков “CloudSat”
Влияние облачности на климат не менее существенно, чем парниковых газов, антропогенных аэрозолей и других глобальных факторов. Недаром в резолюциях Всемирной метеорологической организации (ВМО) 1995 г. признается, что основные неопределенности при моделировании климата возникают из-за неадекватного учета облачности.
Помимо ключевого участия во влагообмене атмосферы, облака регулируют энергетический баланс Земли, охлаждая, с одной стороны, ее поверхность путем отражения солнечной радиации в космос, а с другой - способствуя разогреву планеты путем удержания теплового излучения, исходящего от подстилающей поверхности и нижних слоев атмосферы; наконец, облачный покров сглаживает различия в солнечной инсоляции полярных и экваториальных регионов. Отсутствие количественных параметров, характеризующих прямые и обратные связи в системе атмосфера-океан-Земля, - нетерпимое положение в климатологии, метеорологии и океанологии.
Этим и объясняется энтузиазм специалистов, вызванный новым начинанием ВМО - проектом “CloudSat”, в котором принимают участие американские ученые из Лаборатории реактивного движения (Пасадена), Университета штата Колорадо (Форт-Коллинз), научных отделов ВВС и Министерства энергетики, а также специалисты Космического агентства Канады (Торонто) и ряд ученых Японии и Германии.
Проект предусматривает запуск в марте 2003 г. на общую орбиту высотой 705 км трех искусственных спутников Земли: “CloudSat”, “Picasso-Cena” и “EOS-PM”. Первые два образуют тесную пару аппаратов, а третий будет удален от них на расстояние ”460 км. Время совместной работы всей системы - минимум два года, что позволит изучать облачный покров в течение двух сезонных циклов. (Полезная нагрузка спутника “EOS-PM” около 700 кг.)
В научные цели эксперимента входит определение вертикальной структуры облаков и содержания в них влаги (как в жидком, так и в замерзшем состоянии) с помощью радаров, работающих на частоте 94 ГГц, оптических приемников изображений и спектрометров, позволяющих вести наблюдения весьма тонкого слоя облаков, а в соединении с радиолокатором - строить профили, отображающие их физические и оптические свойства. В эксперименте будет использовано и другое современное оборудование.
Собранные данные составят базу для разработки надежных моделей всей толщи атмосферы, что поможет уточнить характер глобальных изменений климата.
Обработку основного массива информации и ее хранение взял на себя Объединенный институт исследования атмосферы при Университете штата Колорадо.
Workshop on Cloud Processes and Cloud Feedbacks in Large-Scale Models.Химия атмосферы
World Meteorological Organization/JD. №993. Geneva. 2000 (Швейцария).Еще один опасный парниковый газ
Киотский протокол 1997 г., подписанный большинством государств мира, предусматривает решительные меры против загрязнения атмосферы Земли парниковыми газами. К основным из них были отнесены СО2, СН4 и N2O. Однако уже и тогда было известно, что целый ряд менее распространенных газов столь же активно поглощают инфракрасное излучение. Таков, например, элегаз (SF6), используемый в кабелях, конденсаторах и другой высоковольтной аппаратуре как превосходный изолятор. Хотя содержание этого исключительно антропогенного газа в атмосфере крайне невелико (4 части на 1 трлн), однако по способности задерживать ИК-излучение он превосходит СО2 в 22 тыс. раз.
Еще большую угрозу парникового воздействия обнаружила группа химиков-метеорологов у родственного ему, также антропогенного, газа трифторметил-пентафторида серы (SF5CF3). Поглощение теплового излучения в атмосфере при содержании этого газа 1 ч/млрд очень велико - около 0.57 Вт на 1 м2. В расчете на одну молекулу ни один иной известный ныне газ такой способностью не обладает!
Группа английских полярников во главе с Р.Малвени (R.Mulveney; Британское управление антарктических исследований) провела бурение фирна на ледниковом куполе Конкордия в Восточной Антарктиде (75°ю.ш., 123°в.д.) на высоте 3233 м над ур.м. и взяла из скважины, на глубинах от поверхности до 100 м, образцы заключенного во льду воздуха. Установлено, что содержание в фирне упомянутого “рекордсмена” в конце 60-х годов было нулевым, а в 1999 г. достигло 0.12 частей на 1 трлн, т.е. ныне рост составляет около 6% ежегодно. Измерения в стратосфере указывают на довольно длительный срок существования этого вещества - порядка 1 тыс. лет. Такие показатели получены при подъеме метеозондов не только в Антарктиде, но также в средних и высоких широтах Северного полушария. Повсюду концентрация этого газа с высотой медленно убывала.
Приходится признать, что отныне человечеству предстоит бороться еще с одним классом загрязнителей атмосферы, способных существенно искажать естественные климатические процессы. Для начала же необходимо определить конкретные антропогенные источники “новых” парниковых газов.
Science. 2000. V.289. №5479. P.611 (США).Химия. ТехнологииКак избавиться от “ненужных” денег?
В то время как рядовой труженик озабочен проблемой добывания денег, государство просто не знает, куда их девать. До сих пор выходящие из оборота бумажные деньги шинкуют на специальных машинах; брикеты из такой бумажной лапши сжигают или заполняют ими шахты и склады, как обычным мусором. Вместе с дымовыми газами в атмосферу из сгорающей денежной массы поступают ртуть, мышьяк, кадмий, цинк, свинец. Это вредно и к тому же недешево: на сжигание 1 кг денег требуется 1 л керосина.
Б.А.Пономарев (кафедра химии и технологии органического вещества Российского химико-технологического университета им.Д.И.Менделеева) и сотрудники Бийского технологического института В.А.Харитонов, С.В.Харитонов и В.А.Куничан предложили получать из бумажных денег карбоксиметилцеллюлозу - ценное сырье для современного химического производства.
“Спецмакулатура” состоит на 90% из целлюлозы, а 10% составляют меламиноформальдегидная смола, поливиниловый спирт и диоксид титана. Красочный слой на денежном билете толщиной 2-6 мкм представляет собой смесь продуктов отверждения алкидных смол и мела. Превратить нерастворимую целлюлозу в растворимую карбоксиметилцеллюлозу ученые предложили методом обработки денежных знаков щелочью и натриевой солью монохлоруксусной кислоты.
Этот новый безвредный способ позволит избавиться от старых купюр, которые в свою очередь могут стать дешевым вторичным сырьем для получения важного химического продукта. Экономический расчет показал целесообразность такого производства. Карбоксиметилцеллюлоза и ее соли используются в качестве загустителя и стабилизатора суспензий при бурении нефтяных и газовых скважин, ресорбента загрязнений в моющих средствах, флотоагента при обогащении медно-никелевых руд; они пригодны в текстильном производстве и в получении ионообменных материалов. Однако пока стоит воздержаться от применения этих продуктов в качестве загустителей зубных паст, косметических средств и пищевых продуктов: все-таки в каких только руках не побывал исходный материал.
Химия в России. 2000. № 5-6. С.6 (Россия).БиологияЭль-Ниньо и судьба коралловых рифов
В большинстве тропических районов Мирового океана 1997-1998 гг. оказались трагичными для мелководных участков коралловых рифов (Done T., Allison W., Richmond R., Ransom R. // Science. 2000. V.288. №5468. P.941). Наступившее тогда сильное повышение температуры воды в центральной и западной областях Пацифики, вызванное исключительно сильным явлением Эль-Ниньо - Южная осцилляция, привело к массовому побелению кораллов.
Как и все кишечнополостные, кораллы питаются зоопланктоном. Однако хорошо прогретые тропические мелководья - основные районы распространения коралловых рифов - крайне бедны пищей, зоопланктона здесь кораллам не хватает. Очень многие виды рифостроящих организмов, а также мягкие кораллы, актинии и медузы содержат в своих прозрачных тканях зооксантеллы. Это фотосинтезирующие на свету симбиотические одноклеточные желто-зеленые водоросли (простейшие из типа динофлагеллят), преимущественно из рода Symbiodinium. Кораллы поставляют необходимые для их развития органические вещества в микроколичествах, а сами зооксантеллы выделяют излишнюю органику (уже в макроколичествах!), которой и питается полип. Классический пример симбиоза!
Слабое место этого симбиоза - очень высокая чувствительность ассоциации коралл-зооксантеллы к повышенной температуре: стоит ей подняться с обычных для тропиков 28-29°С до 30-31°, как коралловые полипы начинают изгонять из своих тканей зооксантелл и терять желтовато-зеленый цвет - белеть. Это явление так и называется - побеление или выцветание кораллов. Согласно одной из гипотез, побеление обусловлено тем, что при высокой температуре зооксантеллы выделяют токсичные для полипов вещества; стремясь защититься, полипы изгоняют зооксантелл, однако, лишившись их, погибают от голода. Отмершие скелеты быстро зарастают многоклеточными зелеными водорослями.
Теплоемкость океана очень велика, так что сильный его прогрев наблюдается только на самых мелководных участках рифов - в лагунах атоллов, на осушке в прилив и т.п. В местах, где глубже, прогрев кораллам не угрожает, зато там меньше света, а значит, слабее фотосинтез зооксантелл! Вот в этом узком пространстве между Сциллой (жарой) и Харибдой (темнотой) и живут коралловые рифы!
Размножаются кораллы личинками - планулами. Они очень требовательны к свойствам той поверхности, на которую оседают. На мертвых, обросших зелеными водорослями, кораллах планулы закрепиться не могут.
Австралийский ученый Т.Дан исследовал коралловые рифы Лаккадивских о-вов в Индийском океане. В 1998 г. они побелели и превратились в подводное кладбище. Посетив острова в марте 2000 г., Дан с удивлением обнаружил большое количество новых коралловых побегов, размеры которых говорили, что они начали расти приблизительно тогда же, когда шло побеление основной постройки. Дан предположил, что токсины, выделяемые зооксантеллами во время потепления, не слишком опасны для молодых кораллов просто потому, что в них еще очень мало зооксантелл. Поэтому планулы, отрожденные кораллами на глубине или на мелководье, но в затененных участках (например, в щелях и трещинах рифа), могут успешно осесть еще до того, как риф зарастет водорослями, и успеют превратиться в молодых полипов, которые не лишатся своих зооксантелл, пока не окончится, наконец, губительное повышение температуры воды.
Тогда же подобное явление наблюдали У.Эллисон на Мальдивских о-вах в Индийском океане и Р.Ричмонд у о-вов Белау в Тихом океане. По мнению Ричмонда, личинки кораллов осели уже после побеления.
С другой стороны, биолог из США Р.Ренсом, обследовавший в феврале 2000 г. рифы у берегов Белиза (Карибское море), не обнаружил никаких признаков выздоровления кораллов, очень сильно пострадавших от Эль-Ниньо 1997-1998 гг. По его мнению, случаи возрождения коралловых рифов, которые наблюдали другие специалисты, - разрозненные явления, происходившие там, где не было факторов, подавляющих восстановление кораллов.
Кораллы и коралловые рифы существуют на нашей планете миллионы лет, и за это время они успешно справлялись и с понижением уровня океана на сотню с лишним метров в периоды оледенений, и с исключительно быстрым его повышением, когда льды таяли, и со значительно более высокой, чем сейчас, температурой воды в межледниковые периоды. Наверное, справятся и теперь. Но вот вопрос: сколь быстро справятся и сколь полно восстановятся, если потепление будет длительным и глобальным?
© К.Н.Несис,Охрана природы
доктор биологических наук
МоскваПротивобраконьерные “ежи” вполне надежны
Проблема защиты морских биоресурсов от незаконного вылова стоит не только перед Россией. В разных странах изобретаются различные способы защиты, в том числе и пассивные, не требующие оперативных действий береговой охраны или подобных ей структур. В последнее десятилетие все большее признание получает создание защитных искусственных рифов.
Изначально искусственные рифы были придуманы для привлечения донных животных и рыб и повышения местной биопродуктивности, но позже возникла мысль, что они годятся и для других целей. В частности, систему рифов, препятствующих тралениям, стала развивать Испания. Недавно группа испанских исследователей оценила эффективность такой системы в Кадисском заливе, недалеко от мыса Трафальгар, на участке площадью 270 км2, при глубине около 35 м. Защитная система в этом районе состоит из 611 легко сооружаемых конструкций, сделанных из залитых бетоном обрезков бетонных труб метрового диаметра и металлических штырей, отдаленно напоминающих противотанковые ежи. Эти сооружения были установлены на дне в местах, где обнаружены следы нелегальных тралений, и сгруппированы в 11 барьерных рядов таким образом, чтобы идущий трал наверняка зацепился бы за один из бетонных обрезков. Расстояние между рядами около 1.5 км - как раз необходимое траулеру, чтобы только опустить и поднять сети. При весе конструкций в 6 т их не могут своротить даже самые крупные браконьерские траулеры.
Защитный “еж”
Через полтора года район обследовали вновь. Из 611 конструкций 66 оказались слегка сдвинутыми с места (обрывки рыболовецких сетей были обнаружены на осмотренных “ежах”). Однако эти подвижки не смогли нарушить “линию Трафальгарской обороны”, и, по наблюдениям, попытки нелегального рыболовства в этом районе практически прекратились. Однако восстановления ранее нарушенного уровня биопродуктивности еще не произошло - оно требует, очевидно, большего времени.
Авторы специально отмечают, что сами по себе конструкции, сделанные преимущественно из бетона, не вредят морским экосистемам и даже, наоборот, подобно другим искусственным рифам, могут привлекать животных-обрастателей и рыб.
Bulletin of Marine Science. 2000. V.67. №2. P.761-772 (США)ГеологияВозраст индийских базальтов
Одна из величайших вулканических провинций на нашей планете - деканские траппы, расположенные на северо-западе п-ова Индостан. Появление траппов (от швед. trappa - лестница) - результат мощных вулканических извержений и внедрений базальтовой магмы в платформенную область земной коры. Такие внедрения и образовали ступенчатое каменистое плато Декан. Когда именно произошли извержения, с точностью судить трудно, потому что за прошедшие миллионы лет магматические породы подверглись существенным изменениям. Отсюда - и разнобой в вопросе о возрасте деканских траппов. Американский геохимик Хофман (Hoffman) и его коллеги вносят некоторую ясность в эту проблему.
Из застывших лавовых потоков, пришедших с глубин до 2500 м, они взяли образцы плагиоклазов - минералов из группы полевых шпатов (алюмосиликатов натрия, калия и кальция), а затем измерили в них соотношение изотопов аргона 40Ar и 39Ar для определения возраста этих минералов.
Оказалось, что в большинстве случаев извержения, вынесшие минералы на поверхность, произошли примерно 65.5 млн лет назад, на границе мелового и палеогенового периодов. Причем сам процесс их подъема занял очень короткий по геологическим меркам отрезок времени: менее 1 млн лет.
Earth and Planetary Science Letters. 2000. V.180. P.13 (США);Геофизика
Science. 2000. V.289. №5480. P.697 (США).Пути следования ураганов
Климатологи давно знают, что развитие штормовой активности в Атлантике идет в противофазе с тихоокеанским явлением Эль-Ниньо - Южная осцилляция. Во время мощного Эль-Ниньо, когда значительно повышаются температуры в Центральной Пацифике, штормы в Атлантике ослабевают и, напротив, при слабых Эль-Ниньо - усиливаются. Такая корреляция помогает устанавливать примерное число предстоящих ураганов, но не указывает, где именно они пройдут.
На конференции Американской ассоциации развития науки (Вашингтон, март 2000) Дж.Элснер (J.Elsner) изложил результаты изучения данной проблемы на новом материале. Он проанализировал пути продвижения ураганов и сопоставил их с развитием Северо-Атлантической осцилляции (интенсивностью колебаний в этой области атмосферного давления). Известно, что когда осцилляция усиливается, над северной частью Центральной Атлантики устанавливается гребень высокого давления со спокойной погодой; если же осцилляция ослабевает, бермудская область высокого атмосферного давления смещается к юго-западу, в сторону п-ова Флорида.
Статистическое сопоставление параметров Северо-Атлантической осцилляции с путями следования ураганов и местами их выхода на сушу, охватывающее последние 150 лет, позволило сделать важный вывод. Оказалось, что в годы с интенсивной осцилляцией большинство мощных ураганов огибают Бермудский антициклон с юга, а затем поворачивают на север, обрушиваясь на восточное побережье США. Когда же Бермудская область высокого давления продвигается далеко к югу, она оттесняет интенсивные штормы через Карибское море в Мексиканский залив.
Подобные явления более или менее периодически сменяются каждые 10 лет. В течение примерно этого времени наиболее сильные штормы разыгрываются в каком-либо одном регионе - либо в акватории Мексиканского залива, либо вдоль Атлантического побережья Северной Америки; в следующее десятилетие ураганы сосредоточиваются в другом регионе. Некоторые климатологи указывают, что в отдельных случаях Северо-Атлантическая осцилляция может “направлять” ураганы в определенный регион в течение значительно более длительного времени. Об этом говорят древние слои песка, перемещенного в глубь суши мощными ураганами. На берегах Мексиканского залива, например, следы таких постоянных штормов отмечены на протяжении 2500 лет, затем последовало тысячелетие относительного покоя. Отложения вынесенных морем осадочных продуктов на Атлантическом побережье штата Виргиния и на мысе Кейп-Код (штат Массачусетс) свидетельствуют о том, что спокойное состояние атмосферы и моря в акватории Мексиканского залива соответствовало бурному состоянию стихий у восточного побережья США и - наоборот.
В случае подтверждения такой статистики другими специалистами можно будет усовершенствовать метеопрогноз, указывая, какой из регионов побережья Северной Америки в предстоящий сезон будет подвержен особенно сильным ураганам.
Science. 2000. V.287. №5458. P.1581 (США).КлиматологияОбласть уникального микроклимата на Памире
Район сравнительно теплого микроклимата был обнаружен нами на Памире, в горах Сарыкольского хребта (Каабак Л.В., Сочивко А.В. Бабочки о климате // Природа. 1997. №3. С.120-121; Индийский муссон на Памире // Там же. 1998. №5. С.55-60), еще в 1995 г. Сделать это помогла бабочка Parnassius charltonius mistericus, найденная здесь годом ранее (Kaabak L.V., Sotshivko A.V., Titov V.V. // Atalanta. 1996. V.27. P.195-198, 452-453).
Ежегодный лёт прекрасной бабочки с двухлетним циклом развития навел на мысль, что в окрестностях Дункельдыка, в отличие от других мест на Памиро-Алае, лежащих на высоте более 4000 м над ур.м., никогда не было сильных летних заморозков, способных уничтожить популяцию P.ch.mistericus в стадии имаго (бабочки). Во время пяти летних экспедиций (1994-1997, 1999 гг.), в период с 15 июля по 10 августа, на высоте 4300-4650 м мы ни разу не видели, чтобы здесь шел снег или сыпала крупа - осадки всегда выпадали в виде дождя.
В 1997 г. мы обнаружили бабочку и на небольшом хребте правобережья р.Сулуистык, примерно в 8-10 км от р.Аксу. Таким образом, местообитание P.ch.mistericus оказалось шире описанного ранее, поскольку этот участок находится западнее на 10-15 км. Чтобы определить, летает ли мистерикус в низовье Сулуистыка и в четные годы, сюда в 2000 г. снова отправилась экспедиция: В.В.Лесин и авторы этой заметки. И мы вновь встретили эту бабочку. Ее лёт и в четный и в нечетный (1997) годы свидетельствует о том, что в низовье Сулуистыка - левобережного притока Аксу - губительных для бабочки заморозков ни разу не было. Температура воздуха даже ночью не опускалась ниже 5°С. Причем P.ch.mistericus обитает на бОльших высотах (до 4500-4650 м), чем все другие известные на Памиро-Алае и Гиссарском хребте подвиды P.charltonius.
Все это позволяет полагать, что область с необычно теплым микроклиматом в окрестностях оз.Дункельдык на самом деле может быть расширена за счет смежного участка низовья Сулуистыка площадью 80-100 км2.
Можно надеяться, что эти уникальные климатические условия когда-нибудь будут использованы для акклиматизации и интродукции культурных растений на Юго-Восточном Памире.
© Л.В.Каабак,Археология
доктор химических наук© А.В.Сочивко
МоскваПочему островитяне Тихого океана утратили гончарное искусство?
При изучении истории освоения тропических островов Тихого океана народами Юго-Восточной Азии ученые задавались вопросом: почему переселенцы со временем переставали заниматься гончарным делом?
Ранее причиной считалось отсутствие глины, однако недавно английский ученый П.Рэйнбёрд (P.Rainbird) высказал иное мнение: на самом деле этого материала на островах достаточно, а постепенное угасание гончарного искусства было связано с изменением у этих людей верований и их отражением в символике. В странах Юго-Восточной Азии, прародине островитян, керамические сосуды предназначались для хранения выращиваемых ими зерновых; на островах же они отсутствовали, поэтому глиняные изделия утратили свое утилитарное назначение. Вместе с тем на многих из островов встречаются сосуды антропоморфного вида с глиняными осколками внутри. Ученый считает, что таким образом островитяне хранили память о предках.
Эти выводы подтверждают раскопки на о.Понпеи (Каролинские о-ва). Его заселение началось 2000 лет назад, а через 750-950 лет традиции гончарного искусства были утрачены; в тот же период островитяне приступили к сооружению мегалитических надгробий.
La Recherche. 2000. №327. P.9 (Франция).
Кто любит пиво, а осьминог - бутылку от пива
В жизни донных осьминогов главное место, пожалуй, занимает нора. Без норы любая хищная рыба может съесть осьминога. Хорошая нора - та, что с узким входом, широким обзором перед ним, а внутри темная и просторная. Узкий вход очень важен: ведь осьминог без костей, и даже крупный, в несколько килограммов весом, может пролезть в дырочку диаметром с пятирублевик. А защитить узкий вход от вторжения нетрудно. В скалах, в развалах камней найти хорошую нору не проблема. Но как быть на песчаном либо илистом дне, где водится немало вкусной добычи? Тут можно поселиться разве что в пустой раковине моллюска, да только ее скорее отыщет и оккупирует рак-отшельник! В таких местах убежище - самый острый дефицит и главный лимитирующий фактор в жизни осьминогов. Особенно если осьминог маленький.
Но в последние десятилетия у маленьких осьминогов (и по вполне понятной причине) именно вблизи песчаных пляжей появился новый «сорт» отличных убежищ - бутылки и жестянки из-под пива! Жестянки очень хороши: просторные и темные внутри. Но у них есть недостаток - острые края отверстия, и крышка мешает, если не оторвана. А вот стеклянные пивные бутылки лучше всего: стекло, как правило, темное, горлышко гладкое и сами кубастенькие - отношение высоты к диаметру оптимально для осьминога. Теперь во всех морях, кроме разве что в районе Антарктики, осьминоги стали селиться в пустых бутылках. Мне однажды повезло вытралить три пивные бутылочки в Индийском океане у Мозамбика - и в каждой сидел самец осьминога нового, еще не описанного вида!
Красный осьминог Octopus rubescens.
Фото П.Алмеда, Сиэтл (http://is.dal.ca/~ceph/TCP/redocto.html)Естественно, что зоологи, исследующие осьминогов, обратили внимание на такое новшество в осьминожьей жизни. Несколько лет назад Дж.Войт, работавшая в Аризонском университете, использовала «метод пивных бутылок» для сбора живых и здоровых осьминогов [Voight J.R.//Amer. Malacol. Bull. 1988. V.6. №1. P.45-48]. На песчаном пляже в северном углу Калифорнийского залива, где высота приливов достигает 7 м и где в изобилии водятся эндемичные мелкие осьминожки Octopus digueti, она раскладывала в отлив цепочки из нанизанных на электрический шнур бутылочек из-под местного мексиканского пива «Корона» емкостью 335 мл и проверяла их раз в сутки. Обычно осьминоги этого вида обитают в пустых раковинах моллюсков, но предложенные убежища им так понравились, что в расчете на каждую сотню бутылок поселялось 14 осьминогов, а в излюбленных ими местах даже 18! Селились в бутылках особи обоего пола и разного возраста. Средняя ширина головы осьминогов (17.8 мм) была чуть больше диаметра горлышка (17 мм), а у самого крупного - в полтора раза больше (25 мм). Бутылочный метод оказался пригодным не только для сбора материала в целях проведения экспериментальных работ, но и для мониторинга популяции осьминогов, изучения их распределения.
Красный осьминог Octopus rubescens.
Вверху - рисунок А.Герра по фотографии М.Снайдермана;
внизу слева - осьминог в покое: бугорки и папиллы на теле незаметны (фото Ф.Хохберга),
справа - испуганный: все бугорки и папиллы подняты (фото С.Миллера).Недавно этот метод использовали Р.Андерсон из Сиэтлского аквариума на западном побережье США и его коллеги из Летбриджского (Канада), Вашингтонского и Пенсильванского (США) университетов, изучавшие питание красного осьминога Octopus rubescens [Anderson R.C., Hughes P.D., Mather J.A., Steele C.W. // Malacologia. 2000. V.41. №2. P.456-460]. Этот хотя и маленький по размеру (длина туловища максимум 8-10 см, длина с руками до 25 см, масса до 400 г, но обычно не более 200 г), но самый многочисленный и потому промысловый вид распространен от Алеутских о-вов до Калифорнийского залива, от уреза воды до глубины 300 м. В прибрежной полосе Калифорнии находили этих осьминогов в раковинах, пустых домиках крупных балянусов, бутылках, старых выброшенных сапогах и др. Питание красного осьминога хорошо изучено в неволе, где он охотно поедает разнообразных крабов, брюхоногих и двустворчатых моллюсков и мелкую рыбу, но как оно происходит в природных условиях, мало известно. Дело в том, что донные осьминоги большинства видов утаскивают схваченную во время охотничьих вылазок добычу в нору, там ее спокойно поедают, а остатки - раковины моллюсков, панцири крабов, кости рыб и т.п. - аккуратно складывают в кучку рядом со входом. По этим «мусорным кучам» легко найти осьминожью нору и определить, чем осьминог питается. Но красный осьминог мусорных куч почему-то не делает!
Исследователи подобрали на дне 32 старые пивные бутылки, обросшие актиниями и усоногими раками, и разложили там еще 30 новых. Использовали бутылочки из-под американского «Будвайзера» (355 мл, диаметр горлышка 18 мм). С них смывали этикетки и окрашивали в черный цвет, кроме донышка - чтобы было видно, есть ли там кто-нибудь. Собранные со дна бутылки промывали струей воды над ситечком, после чего осьминогов запускали обратно и относили на место, в море, а все, что оставалось на сите, разбирали. Как оказалось, осьминоги (исключительно молодь, хотя иногда в бутылках селятся и взрослые) сидели в половине старых бутылок, но только в тех, что из темного стекла (таких было занято 70%), светлые же не были заселены. Из 30 новых бутылок за 66 дней было занято лишь две, возможно потому, что опыт ставили зимой, когда молодые особи на дно не оседают, а взрослые (в окрестностях почти миллионного города!) уже «жильем» обеспечены. А вот причина отсутствия у красного осьминога мусорных куч выяснилась сразу: эти неряхи не выбрасывали остатки пищи наружу, но оставляли все в доме!
Оказалось, что состав пищи красных осьминогов в море существенно отличался от того, что они предпочитали в аквариуме. Основной их пищей были мелкие брюхоногие моллюски из родов Olivella, Alia, Kurtziella и Nassarius. Гораздо реже попадались раковины двустворок и лишь один раз - остатки краба. Часто встречались обломки домиков усоногих раков балянусов (Balanus crenatus), но похоже, что балянусов осьминоги не ели, только использовали остатки от пиршеств морских звезд, главных врагов балянусов. А использовали они их, чтобы лучше забаррикадироваться в норе, прикрыть «дверцей» горлышко бутылки!
Но вот правильно ли я сделал, назвав их неряхами? Быть может, они считают: лучше терпеть беспорядок в доме, чем демаскировать нору мусорной кучей.
В общем ясно: чтО для нас отбросы и мусор, для кого-то - жизненно важный и ценный ресурс. Благодаря бутылкам и жестянкам из-под напитков осьминоги, в первую очередь мелкие, получили возможность использовать богатую кормовую базу песчаных и илистых грунтов, почти лишенных естественных убежищ, а это обогащает прибрежную экосистему.
© К.Н.Несис,
доктор биологических наук
Москва
КАЛЕЙДОСКОП
Солнечная электростанция станет туристическим объектом
Как сохранить луизианские болота?
Спасти историю от затопленияПервая в мире солнечная электростанция “Теми” была построена в Восточных Пиренеях (Таргассон, Франция) и введена в эксплуатацию в 1983 г. Сейчас она оказалась нерентабельной. Стоимость вырабатываемой ею электроэнергии в 50 раз выше, чем у современной АЭС, поэтому вскоре эксплуатацию “Теми” прекратят.
100-метровую башню, предназначенную для улавливания солнечных лучей, предоставят астрофизикам: чистый воздух делает эти места идеальными для наблюдений за космосом. Чтобы найти средства на исследования, решили организовать на “Теми” экскурсии для туристов (подобные проводятся на расположенной поблизости солнечной печи “Одейло”).
Предполагается превратить “Теми” в крупный центр научно-промышленного туризма (Science et Vie. 2000. №994. P.32. Франция). Компания “Электрисите де Франс” уже инвестировала на обустройство района станции 3 млн франков, два из которых предназначено для туристического проекта.
Штат Луизиана занимает самое нижнее течение р.Миссисипи и центральную часть северного побережья Мексиканского залива. Из 120 тыс. км2 территории более 10 тыс. – это болота, марши (солоноватые приморские топи), а также барьерные острова. Наступление моря приводит к массовому сокращению суши: за полвека ушло под воду более 3100 км2, а в последние десятилетия – по 65–90 км2 в год. Уникальному ландшафту реально грозит полное исчезновение.
В 1990 г. сенат США принял закон о защите и восстановлении прибрежных переувлажненных земель; ежегодно на эти нужды ассигнуется от 40 до 50 млн долл. Но это капля в море. В середине 90-х годов по инициативе весьма влиятельной общественной организации, сосредоточившей усилия политиков, экологов, университетских специалистов, студентов, юристов и представителей некоторых промышленных и финансовых кругов, был составлен список проектов и методов предотвращения утраты земель (Science. 2000. V.289. №5486. Р.1860. США). После доработки и одобрения общественностью документ под названием “Coast-2050” (“Побережье-2050”) был представлен в Конгресс США. Он включает более 500 отдельных, но связанных между собой проектов, на выполнение которых требуется 14 млрд долл. Решение по ним еще не вынесено, но для экспериментальной их оценки отведена местность вдоль залива Баратария (к востоку от русла Миссисипи) и выделено по 6 млн долл./год на ближайшее время.
При осуществлении проекта встают три главные трудности. Первая – геологическая. Давно известно, что район дельты Миссисипи испещрен подземными трещинами, рассекающими его на тысячи отдельных блоков. Один из приморских блоков площадью около 4100 км2 с начала века сползает в воды Мексиканского залива. По оценкам, только этот оползень ответствен примерно за 60% утраты суши в здешнем районе с 1890-х годов. Темпы сползания блока возросли в 60-х годах, что в основном связано со второй трудностью, возникшей вследствие искусственного обвалования Миссисипи. Когда-то река ежегодно выносила в дельту примерно по 400 млн т осадочных пород. За последние 7 тыс. лет она создала шесть далеко выходящих в Мексиканский залив выступов суши. Примерно раз в тысячелетие Миссисипи прокладывала новое устье. На месте пересыхавшего старого русла возникали барьерные островки, по весне заливаемые пресной водой и покрывавшиеся растительностью. Но после катастрофического наводнения 1927 г., затопившего более 70 тыс. км2, берега Миссисипи обложили бетонными блоками. Этот высокий вал успешно предотвращает наводнения, но он же препятствует сносу в реку осадочных пород; кроме того, более половины осадков удерживают четыре крупные плотины, возведенные выше по течению. Стекающие с рекой 150 млн т тяжелой глины и песка выталкиваются водой в глубокий донный желоб, врезанный в континентальный шельф, откуда попадают в открытое море. Все это нарушает естественную систему сохранения береговой линии.
Третья проблема связана с активным судоходством, требующим поддерживать в миссисипских протоках и каналах общей протяженностью 13 тыс. км соответствующие условия. Волны, поднимаемые тяжелыми и быстроходными судами, размывают берега на протяжении 60 км с большой скоростью. Эти каналы отвечают за 30% утраты земель; они же изменяют гидрологическую обстановку маршей: приливы и ветры сравнительно легко доставляют соленые воды в глубь территории, в результате там гибнет растительный и животный мир, приспособившийся к относительно пресной воде. Предлагается закрыть ряд каналов, но в ближайшее время главное – направить потоки в них так, чтобы вода хотя бы частично возвращалась в пересохшие марши, восстанавливая экологическую обстановку.
Выяснилось далее, что некоторые барьерные острова подвергаются эрозии со скоростью до 20 м/год; одни за ХХ в. потеряли половину своей площади, другие обречены на исчезновение в ближайшие 20-50 лет. И тогда обширные просторы увлажненных земель окажутся беззащитными перед эрозионными силами моря: приливные волны вырастут более чем на 1 м. Планы предусматривают укрепление островов путем доставки грунта и массового высева трав и кустарников на насыпной стороне.
Гидролог и эколог Дж.Мендельсон (J.Mendelsson), изучающий проблему на протяжении 20 лет, считает, что сама природа предоставила наглядные примеры решений: так, р.Атчафалайа, отнимающая у Миссисипи примерно 30% стока около Симмерспорта, порождает отличные марши и создает свою небольшую, но растущую дельту, возникшую лишь после наводнения 1973 г. Это одно из немногих в Луизиане мест, где марши не сокращаются, а расширяются. Оптимистической точки зрения придерживается и глава Национального центра исследования увлажненных территорий при Геологической службе США в Лафейетте Дж.Джонстон (J.Johnston), который также входит в руководство “Coast-2050”.
Более 100 лет назад ученые обнаружили в центре Южной Турции, в верхнем течении Евфрата, руины древнеримского г.Зьюгма. Однако, если не считать узких специалистов, в мире мало кто знал об этом “историческом музее”, и заботы о нем практически не было.
В декабре 1999 г. турецкие гидростроители перекрыли Евфрат для создания водохранилища, предназначенного снабжать окрестные иссушенные поля водой, а города и поселки – электроэнергией. Зьюгме предстоит уйти под воду, а историческим ценностям – исчезнуть навсегда (Science. 2000. V.288. №5473. P.1961. США). Это стало сигналом тревоги для мировой общественности. Особую роль сыграла передовица “Нью-Йорк Таймс”, рассказавшая о Зьюгме и ее предстоящей судьбе.
Демонстрируя свое внимание к международному мнению, турецкое правительство решило повременить с затоплением, отложив его на... 10 сут. Но даже это кое-что дало: Гуманитарный институт в Лос-Альтосе (штат Калифорния, США), содержащийся на средства американской компании “Паккард”, немедленно выделил 5 млн долл. на срочные работы по спасению того, что еще можно уберечь. На дне будущего водохранилища развернулись лихорадочные раскопки и эвакуация находок. Из 200 га, что должны были подвергнуться затоплению, археологи полностью обследовали 20, обнаружив при этом несколько интересных мозаичных панно и фресок.
Конечно, Зьюгма – отнюдь не “вторые Помпеи”, а всего лишь провинциальный городок Римской империи. Но и здесь должно было существовать немало свидетельств культуры и быта той далекой эпохи.
Национальный центр США по изучению ураганов (Майами, штат Флорида) назвал пять штатов, над территориями которых в течение 1899-1999 гг. пронеслось наибольшее число ураганов. Это Флорида (60), Техас (37), Северная Каролина (29), Луизиана (26) и Южная Каролина (15). Сообщены также имена пяти самых мощных и разрушительных ураганов разных лет (с указанием года и размера нанесенного ущерба, в млрд амер. долл.): Эндрю (1992; 30.5), Хьюго (1989; 8.5), Агнес (1972; 7.5), Бетси (1965; 7.4) и Камилла (1969; 6.1). (Ущерб определен в ценах 1996 г.)
National Geographic. 2000. V.198. №3. P.12 (США).Ухудшение качества окружающей среды отрицательно влияет не только на физическое, но и на психоэмоциональное состояние человека – к такому выводу пришел английский социолог К.Уильямс (C.Williams). Он полагает, что виной тому две причины: с одной стороны – все возрастающее воздействие свинца, который выбрасывается в атмосферу автомобилями и промышленными предприятиями, с другой – нехватка в овощах необходимых микроэлементов (железа, йода и др.) из-за эрозии почв, неуклонно усиливающейся в результате интенсификации сельского хозяйства.
Science et Vie. 2000. №994. P.28 (Франция).
РЕЦЕНЗИЯ
А.В.Манжиров, А.Д.Полянин.
Справочник по интегральным
уравнениям: Методы решения.
М.: Факториал Пресс, 2000. 384 c.Справочная литература по интегральным уравнениям
В.М.Александров,
доктор физико-математических наук
Институт проблем механики РАН, МоскваВ свет вышла книга, которая представляет собой справочник по методам решения интегральных уравнений. Последние встречаются в различных областях науки и многочисленных приложениях (теории упругости, теории пластичности, гидродинамике, теории массо- и теплопереноса, теории управления, химической технологии, биомеханике, теории массового обслуживания, экономике, медицине и инженерных науках).
Систематические исследования в теории интегральных уравнений начались в конце XIX в. Становление этой ветви математики связано в первую очередь с именами В.Вольтерры (V.Volterra) и И.Фредгольма (I.Fredholm), изучавших уравнения с переменными и постоянными пределами интегрирования. Начало XX в. отмечено выходом в свет ряда монографий, среди которых следует отметить книгу Т.Лалеско (T.Lalesco) и особенно богатую по содержанию работу Э.Гурса (E.Goursat), вышедшую в многотомном издании курса математического анализа. В России первые книги по интегральным уравнениям как отечественных, так и зарубежных авторов были изданы в 30-е годы ХХ в.
Прошедшее столетие ознаменовано бурным развитием теории интегральных уравнений и многочисленных ее приложений. Помимо изданий, посвященных исключительно интегральным уравнениям, различные аспекты их теории можно найти в книгах по функциональному анализу, теории операторов, уравнениям математической физики, механике сплошной среды, теории волноводов, теории дифракции и др. Даже краткий обзор вышедших за это время монографий и учебников, написанных выдающимися или известными учеными, может быть предметом отдельной статьи. Поэтому ограничимся ссылками только на опубликованную справочную литературу, наиболее близкую по своим задачам к рецензируемой книге.
В первую очередь отметим коллективную монографию П.П.Забрейко, А.И.Кошелева и др. “Интегральные уравнения” (М., 1968), вышедшую в серии “Справочная математическая библиотека”. Эта несомненно замечательная книга содержит большой объем теоретического материала и предназначена для специалистов, знакомых с функциональным анализом и теорией операторов. Справочное пособие А.Ф.Верланя и В.С.Сизикова “Интегральные уравнения: Методы, алгоритмы, программы” (Киев, 1986) содержит большой теоретический и вычислительный материал по интегральным уравнениям Фредгольма, Вольтерры и ряду нелинейных интегральных уравнений. В нем имеются также пакеты программ на различных алгоритмических языках. Книга Л.Я.Цлафа “Вариационное исчисление и интегральные уравнения” (М., 1970) дает краткую сводку результатов по теории интегральных уравнений и доступна студентам и специалистам математических специальностей. В этом ряду следует отметить также и небольшую по объему, но хорошо написанную книгу М.Л.Краснова, А.И.Киселева, Г.И.Макаренко “Интегральные уравнения” (М., 1976), доступную и для технических специалистов.
Авторам рецензируемого справочника удалось объединить лучшие черты предыдущих изданий, основные из которых следующие.
Во-первых, широта охвата материала. Помимо уравнений Фредгольма и Вольтерры рассмотрены уравнения Винера-Хопфа (N.Wiener, E.Hopf), парные интегральные уравнения, сингулярные интегральные уравнения, уравнения Урысона (П.С.Урысон), Гаммерштейна (A.Hammerstein) и ряд других. Излагаются точные, приближенные аналитические, асимптотические и численные методы решения линейных и нелинейных интегральных уравнений. Наряду с традиционными методами представлены современные подходы, например методы дробного интегрирования и дифференцирования, метод модельных решений.
Во-вторых, акцент на практической стороне вопроса, т.е. авторы при отборе материала отдают предпочтение конструктивным методам, позволяющим эффективно строить решения. Данное обстоятельство несомненно привлечет специалистов прикладных областей.
В-третьих, доступность материала для широкой аудитории, не обладающей высокой математической подготовкой. Это достигается расположением материала всех разделов по принципу “от простого к сложному”, минимальным использованием или отсутствием в большинстве разделов понятий и терминологии теории операторов, функционального анализа и других специальных разделов математики, а также достаточно большим числом представленных примеров решения конкретных уравнений.
В-четвертых, простота поиска информации, обеспеченная продуманной структурой книги, подробным оглавлением и обширным предметным указателем.
И наконец, в-пятых, самодостаточность справочника, т.е. наличие в нем практически всего необходимого для работы материала, что обеспечивается десятью разделами приложений. Последнее обстоятельство весьма привлекательно для пользователя, поскольку обычно избавляет его от необходимости поиска дополнительной литературы.
Заинтересованному читателю будет полезно знать, что в 1999 г. издательство “Факториал” выпустило в свет сокращенный вариант рецензируемого справочника с заглавием “Методы решения интегральных уравнений: Справочник”.
Говоря о “Справочнике по интегральным уравнениям: Методы решения”, нельзя не сказать несколько слов о другой книге А.Д.Полянина и А.В.Манжирова, которая называется “Справочник по интегральным уравнениям: Точные решения” (М., 1998. 432 с.). Издание содержит более 2100 интегральных уравнений с решениями. Особое внимание в нем уделено уравнениям общего вида, которые зависят от произвольных функций или содержат много свободных параметров. Авторами приведено много новых точных решений линейных и нелинейных уравнений. В целом в справочнике по точным решениям описано на порядок больше конкретных интегральных уравнений, чем в существующих книгах других авторов. Следует особо отметить характерные для справочника четкую классификацию уравнений, подробное оглавление и, как следствие, простоту поиска информации. Весьма интересным является приложение, где впервые приведены точные решения целого ряда функциональных уравнений.
Две упомянутые книги образуют по существу один полновесный справочник по интегральным уравнениям, который можно сравнить по структуре и функциональным возможностям (в своей области) с известными справочниками И.С.Градштейна и И.М.Рыжика “Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений” (М., 1975) и Э.Камке (E.Kamke) “Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям” (М., 1976). Авторам удалось в значительной степени вывести интегральные уравнения из ряда элитарных и малодоступных разделов математики в ряд разделов, идеи и результаты которых могут успешно использоваться специалистами в различных приложениях (как используются, например, дифференциальные уравнения).
Издание справочников по точным решениям и методам решения интегральных уравнений - несомненная удача авторов. Эти книги не имеют аналогов в мировой литературе. Их своевременность и востребованность подтверждается, например, выходом в свет различных версий справочников на английском (Polyanin A.D., Manzhirov A.V. Handbook of Integral Equations. N.Y., 1998) и немецком (Polyanin A.D., Manzhirov A.V. Handbuch der Integralgleichungen: Exakte Losungen. Heidelberg; Berlin, 1999) языках.
Опубликованные в 1998-2000 гг. справочники по интегральным уравнениям будут несомненно полезны широкому кругу научных работников, преподавателей вузов, инженеров и студентов, специализирующихся в различных областях математики, механики, физики, теории управления, экономике, химии и биологии.
НОВЫЕ КНИГИМатематика
О.В.Кузьмин. Обобщенные пирамиды Паскаля и их приложения /Отв. ред. С.Н.Васильев. Новосибирск: Наука СО РАН, 2000. 294 с.
Пожалуй, одной из наиболее известных и изящных численных схем в математике стал треугольник Блеза Паскаля, французского математика и философа XVII в. Он написал специальный труд “Трактат об арифметическом треугольнике” (опубликован в 1665 г.). Однако задолго до него треугольная таблица уже была известна астроному из Ингольштадского университета Петру Апиану (1529), китайскому математику Чжу Шицзе (1303) и поэту и философу Омару Хайяму (1100).
Вышла книга, в которой изложены как классические, так и новые свойства треугольников и пирамид (арифметические, геометрические, комбинаторные), обобщающие треугольник Паскаля. Обсуждается построение и дается анализ дискретных математических моделей, описывающих некоторые структуры и процессы в технике и естествознании. Приведены разработанные комбинаторные алгоритмы применения арифметических пирамид для построения и преобразования симметричных функций и полиномов разбиений. Использованы материалы, которые ранее можно было найти только в специальных журналах, частью они публикуются впервые.
Автор на протяжении ряда лет читал спецкурсы на математическом факультете Иркутского государственного университета.
Ботаника
Иллюстрированный определитель растений Карельского перешейка / Под ред. А.Л.Буданцева и Г.П.Яковлева. СПб.: Спец-Лит; СПХФА, 2000. 478 с.
Флора Карельского перешейка достаточно богата. По данным специалистов, там произрастает около 1000 видов сосудистых растений: хвоще-, плауно- и папоротниковидные, голо- и покрытосеменные (одно- и двудольные).
Вышло новое руководство для определения местных дикорастущих и наиболее широко культивируемых сосудистых растений. Уникальность этому изданию, в отличие от других “Определителей” и “Флор”, придают около 18 000 оригинальных иллюстраций, а также ключи к обозначению семейств, родов и видов. Широкая трактовка видов делает справочник доступным не только профессиональным ботаникам, но и всем любителям природы. Для каждого вида указаны латинское и русское названия, распространение на Карельском перешейке (главным образом по административным районам Ленинградской обл.) и характерные места обитания. Для некоторых кратко даны сведения по хозяйственному применению.
В книгу вошел очерк, рассказывающий о природе Карельского перешейка. Даны основные правила определения растений, а также иллюстрированный словарь научных терминов и понятий, используемых в тексте.
Издание подготовлено коллективом специалистов, работающих в Ботаническом институте им.В.Л.Комарова РАН. Все рисунки выполнены художником-иллюстратором О.В.Зайцевой.
Петрография
В.Б.Артемьев, И.В.Еремин, С.Г.Гагарин. Петрография углей и их эффективное использование. М.: Недра ЛТД, 2000. 334 с.
Петрология углей как научная дисциплина сформировалась на базе петрографии, которая стала самостоятельной ветвью геологической науки в 3-м десятилетии XX в.
В нашей стране петрология углей развивается в трех направлениях: геолого-генетическом, горно-геологическом и прикладном - технологическом. На сегодняшний день преобладает последнее. Начало этому направлению в 40-х годах положил академик И.И.Амосов, разрабатывавший учение об основных геолого-генетических факторах углеобразования.
В книге представлены результаты исследований основных ископаемых углей: петрографический состав, стадии метаморфизма, генетические типы. Собраны и обработаны данные по основным угольным бассейнам России федерального значения - Кузнецкому, Печорскому, Донецкому и Канско-Ачинскому. Показана зависимость физико-механических и химико-технологических свойств углей от их петрографических особенностей. Есть разделы, где рассмотрены вопросы классификации углей по бассейнам, а также по единой и международной системам кодификации. Даны примеры составления кодов с использованием петрографического и технического анализа углей. Для основных угольных бассейнов России указан марочный состав углей.
Геофизика
М.В.Гзовский и развитие тектонофизики / Под ред. Ю.Г.Леонова и В.Н.Страхова. М.: Наука, 2000. 250 с.
Вышел сборник, посвященный 80-летию со дня рождения Михаила Владимировича Гзовского, доктора геолого-минералогических наук, профессора МГУ, одного из создателей тектонофизики. Так называется новая область наук о Земле, граничащая с геологией и геофизикой.
В книге отражено становление этой науки и современное состояние исследований в области тектонофизики. Кроме научного раздела, включающего статьи российских и зарубежных специалистов, показан творческий путь Гзовского. В сборник вошла ранее не публиковавшаяся его работа о полях напряжений и разрывах в слоистых толщах, материалы по истории создания тектонофизики, а также воспоминания об ученом.
Естествознание
Новый энциклопедический словарь / Под ред. А.М.Прохорова. М.: Большая российская энциклопедия, 2000. 1456 с.
Вышел Новый энциклопедический словарь (НЭС) - универсальный справочник, отражающий все сферы современного знания. В нем собрано более 60 000 статей и около 2000 иллюстраций и карт.
В НЭС вошли статьи о всех странах мира и их столицах, городах с населением свыше 200 тыс. человек; о субъектах Российской Федерации, крупных административных единицах зарубежных государств, городах и населенных пунктах, с которыми связаны значительные исторические события; об океанах, морях, реках длиной более 500 км и о других крупных географических объектах; о народах и их языковых группах и о многом другом. В нем собраны сведения по различным отраслям научного знания (биологии, геологии, математике, технике, физике, химии, физической и социально-экономической географии).
Значительный массив издания составляют биографические статьи о людях прошлого и настоящего, оставивших заметный след в истории Отечества и мировой цивилизации.
Все даты в словаре приводятся по новому стилю. К терминам, заимствованным из других языков, дается этимологическая справка. Наименования величин и их обозначения соответствуют Международной системе единиц.
История науки. Геология. Картография
Три века геологической картографии России / Сост. А.И.Бурдэ, С.И.Стрельников, Н.В.Межеловский. М.;СПб.: ВСЕГЕИ, Геокарт. 2000. 439 с.
Возникновение первых геологических карт России обычно относят к середине XIX в. и связывают с именами русского геолога Г.П.Гельмерсена и английского - Р.И.Мурчисона. Однако это далеко не так.
Первые карты-чертежи геологического содержания появились в России еще в XVIII в., когда начала развиваться горнодобывающая промышленность и в Петербурге было учреждено Горное училище (позднее институт).
В начале XIX в. составление средне- и крупномасштабных петрографических и геологических карт становится обязанностью горных инженеров. В 1834 г. профессор (впоследствии академик) Д.И.Соколов ставит вопрос о необходимости обобщения карт горных округов и составления единой геологической карты Европейской России. За прошедшие три века неоднократно менялись теория картографирования, его организация и методика.
Вышло первое иллюстрированное систематическое описание истории геологической картографии России с XVII до конца XX в., отразившее основные периоды содержания и оформления как геологических, так и других специальных карт (тектонических, минерагенических и др.). В отдельных главах представлены теоретические основы, тенденции и проблемы геологической картографии. В других - геолого-картографические школы, дано международное значение отечественной геологической картографии, а также прогноз ее развития в XXI в.
В процессе работы над книгой авторы столкнулись с проблемой отбора материалов и последовали совету Жорж Санд: “Нельзя знать всего, надо довольствоваться тем, что хотя бы понимаешь”.
История науки
Исследования по истории физики и механики / Отв. ред. Г.М.Идлис. М.: Наука, 2000, 301 с.
Институт истории естествознания и техники им. С.И.Вавилова РАН (ИИЕиТ) подготовил и издал очередной сборник по истории физики и механики за 1998-1999 гг.
В нем четыре раздела. Первый начинается с докладов, прочитанных на конференции, проходившей в институте и посвященной 100-летию со дня рождения академика В.А.Фока (1898-1974). В завершение раздела - подборка статей по истории исследования магнитных свойств атомных ядер, включающая письма И.Е.Тамма к С.А.Альтшулеру.
Второй раздел содержит статьи о Н.А.Умове и П.Н.Лебедеве как полярных типах русского ученого-физика, материалы о физиках Саратовского университета, а также архивные документы к биографии репрессированного ученого П.А.Вальтера.
В третьем разделе представлен широкий спектр статей: от вклада П.Вариньона в науку о движении и роли физики в изменении смысла понятия “вероятность” до проблемы полноты квантово-механического описания физической реальности вообще и особенностей интерпретации квантовой механики в лекциях Л.И.Мандельштама, а также новые материалы по истории открытия радиационных поясов Земли.
В четвертом разделе дан очерк об академике А.Д.Александрове (1912-1999), выдающемся математике, который был одновременно и физиком и лириком. Сюда вошли стихи о нем и его собственные.
