Кусочек урана-238 в камере Вильсона.

Камера Вильсона - ёмкость, заполненная насыщенными парами жидкости (чаще всего используется изопропиловый спирт).

Уран-238 претерпевает альфа-распад, т.е. испускает альфа-частицу (ядро атома гелия, 2 протона, 2 нейтрона), а сам превращается в торий-234.

Вылетающие альфа-частицы вдоль пути своего движения вызывают спонтанную конденсацию паров спирта, что приводит к образованию следов-треков из капелек жидкости.

Зачастую камеры Вильсона помещают в магнитное поле: под его действием траектории частиц искривляются. Измерив радиус закругления, можно подсчитать отношение массы частицы к её заряду и идентифицировать её.

Молнии во время вулканических извержений - обычное дело, и механизм их не слишком отличается от механизма молний при обычной грозе.

Гроза возникает тогда, когда относительно холодная воздушная масса оказывается над прогретой частью суши. Возникает мощный конвекционный поток: нагреваясь от земли, воздух поднимается вверх. Из-за трения капелек о поднимающийся воздух те электризуются. Образуется электрический заряд и разность потенциалов между тучей (точнее, её нижней частью) и землёй. Кстати, именно поэтому молнии далеко не всегда бьют в землю - нередко разряд происходит между положительно и отрицательно заряженными областями самой тучи.

В вулкане, собственно, происходит то же самое: там тоже есть источник нагрева, который запускает конвекционные потоки, возникает трение, электризация - и бабах! Только вместо капелек воды в случае с вулканом фигурируют частички сажи, да и сам процесс идёт несколько интенсивнее.

На фото - молнии при извержении вулкана Кальбуко в 2015 году, фото Франсиско Нигрони.

Физические характеристики сплавов различных металлов сильно отличаться от характеристик своих компонентов.

Например, сплав Вуда на основе висмута, свинца, олова и кадмия плавится уже при 65 градусах Цельсия, хотя все его компоненты при этой температуре твёрдые.

А т.н. советский сплав натрия, калия и цезия плавится уже при -78 градусах Цельсия, хотя все его компоненты сохраняют твёрдость даже при комнатной температуре.

И речь не только о температуре плавления. Например, сплав титана с золотом в соотношении 3:1 (т.н. сплав β-ti3au) по прочности (устойчивости к механическому износу) существенно превосходит оба металла.

Секрет в том, что в сплавах молекулы не просто механически смешиваются, а образуют новые, более сложные кристаллические решётки - и, соответственно, приобретают принципиально новые физические свойства.

На картинке - ячейка кристаллической решётки того самого β-ti3au.

Самый массивный известный объект во Вселенной - чёрная дыра в центре квазара TON 618. По подсчётам её масса составляет 66 милллиардов (!) масс Солнца. То есть, эта чёрная дыра весит всего в 15 раз меньше всей нашей галактики или, к примеру, в 8 раз больше, чем галактика Большое Магелланово облако.

Как я уже написал, TON 618 является квазаром, то есть центральная чёрная дыра активно поглощает материю с формированием аккреционного диска из газа и пыли, разогретого силами внутреннего трения. Этот диск ярко светится: настолько ярко, что, располагайся TON 618 в 300 световых годах от Земли, он светил бы на небе с яркостью заходящего Солнца, как изображено на картинке. Но TON 618 находится от нас в 10 миллиардах световых лет.

И это хорошо: помимо видимого света, квазары также излучают мощные потоки рентгеновского и гамма-излучения, которые, скорее всего, сделали бы жизнь на Земле невозможной.

​Читаю в СМИ статьи о том, что, мол, в Чернобыле может возобновиться неконтролируемая цепная реакция в руинах реактора.

Вывод делают на том основании, что из-под реактора усиливается поток нейтронов.

Рост потока нейтронов и правда может свидетельствовать об ускоряющихся процессах распада радиоактивных ядер в радиоактивной "лаве", в которую превратился реактор после расплавления.

А может и не свидетельствовать. Например, рост числа нейтронов может быть обусловлен снижением влажности внутри саркофага после установки новых сооружений объекта "Укрытие": вода поглощает нейтроны, и может оказаться, что выделяется их столько же, просто до датчика долетает больше.

В целом же цепная реакция - штука капризная, и для её возбуждения, собственно, строят реакторы - весьма хитрые технологические устройства с массой частей (замедлители нейтронов, нейтронные экраны и тому подобное). Просто в куске стекловидной массы, в которой уран к тому же "разбавлен" всяким мусором, она не возникнет.

На фото - одна из "капель" застывшего реакторного вещества (его ещё называют умным словом "кориум"), знаменитая "слоновья нога" в подреакторном помещении № 217/2

Глядя на карту распределения галактик во Вселенной, можно заметить, что галактики распределены по космосу не случайно, а формируют некую ячеистую структуру: галактики собраны в протяжённые структуры, так называемые нити (оригинальный термин - filament, более точно его следует переводить как волокно, но в русской научной литературе устоялся термин нити), как бы оплетающие обширные пустоты, именуемые воидами.

Почему образовались галактические нити, и почему они имеют именно такую форму, до конца пока неясно. Самая распространённая гипотеза - ячеистая структура распределения тёмной материи в результате флуктуаций на начальных этапах Большого Взрыва.

​Говоря о крупномасштабной структуре Вселенной, имеет смысл упомянуть о положении в этой систематике нашей галактики, Млечного Пути.

Млечный Путь входит в так называемую Местную группу галактик (состоящей из, собственно, Млечного Пути, галактики Андромеды, галактики Треугольника и примерно 50 карликовых галактик типа Магеллановых Облаков). Размеры Местной группы Галактик - примерно 10 миллионов световых лет (для сравнения, диаметр Млечного Пути составляет чуть менее 106 тысяч световых лет), общая масса - около 2 триллионов масс Солнца.

В свою очередь, Местная группа галактик входит в т.н. Сверхскопление Девы, в которую, помимо Местной группы, входят Скопление Девы, Скопление Печи, Скопление Эридана и ещё ряд групп галактик. Размер Сверхскопления Девы - около 200 миллионов световых лет, масса порядка 10 в 15 (тысяча триллионов) масс Солнца.

Сверхскопление Девы, в свою очередь, входит в крупномасштабную структуру под названием Ланиакея - гравитационно связанного скопления примерно 100 тысяч галактик, диаметром около 520 миллионов световых лет и массой около 10 в 17 масс Солнца (в 100 раз тяжелее Сверхскопления Девы).

Спецификой Ланиакеи является наличие у неё единого гравитационного центра, к которому медленно притягиваются все галактики данной структуры, включая и наш Млечный Путь. Данный объект называют Великим аттрактором. Однако это, скорее всего, не какой-то конкретный объект в физическом понимании (скажем, особо огромная чёрная дыра или очень массивная галактика), а понятие скорее геометрическое - общий центр масс Ланиакеи, образовавшийся на пересечении нескольких сверхскоплений - собственно, Сверхскопления Девы, Сверхскопления Кентавра и Сверхскопления Павлина-Индейца.

Наконец, Ланиакея является частью ещё более крупной структуры - Комплекса сверхскоплений Рыб-Кита, включающей около 60 сверхскоплений общей массой около 10 в 18 (миллиарда миллиардов ) масс Солнца и диаметром около 1 миллиарда световых лет.

На картинке - примерные тракетории движения галактик Ланиакеи к Великому аттрактору. Красный кружок указывает положение нашей галактики, Млечного пути.

Тройная точка - сочетание давления и температуры, при которых в жидкости сосуществуют, переходя друг в друга, три фазы одновременно: твёрдая, жидкая и газообразная. При температуре в 0,01 градус Цельсия и давлении в 611,657 паскаля (0,006 атмосферы) вода кипит, замерзает и тает одновременно.

​Экраноплан – необычное транспортное средство, нечто среднее между самолётом и обычным кораблём. Впрочем, ближе экраноплан всё-таки к самолётам: как и они, он движется без прямого контакта с поверхностью, т.е. по сути летит, но только очень низко.

Экраноплан использует т.н. эффект аэродинамического экрана, «работающий» и для обычных самолётов: ещё очень давно авиаторы заметили, что на низких (несколько метров) высотах подъёмная сила крыла значительно возрастает. Это связано с тем, что создаваемые крылом потоки воздуха отражаются от поверхности и достигают крыла, как бы «подпирая» его. То есть, если обычное крыло обладает подъёмной силой за счёт того, что давление воздуха над крылом уменьшается, то на крыло экраноплана действует дополнительная подъёмная сила из-за того, что давление под крылом увеличивается. А значит, для полёта на малых (от десятков сантиметров до метров) высотах размеры крыла могут быть меньше, а для создания достаточной подъёмной силы требуется менее мощные двигатели.

По сути экраноплан является частным случаем судна на воздушной подушке. Только подушка эта не создаётся искусственно нагнетанием воздуха, а формируется в процессе самого движения транспортного средства.

Преимуществами экраноплана является высокая (практически самолётная) скорость при меньшем по сравнению с самолётами расходе топлива и отсутствии необходимости во взлётно-посадочной полосе, а также большая безопасность: при отказе двигателя экраноплан просто спланирует на воду. При этом отличие от обычных кораблей или судов на подводных крыльях, для экраноплана не принципиальна поверхность, над которой он движется: это может быть вода, лёд или даже поверхность земли, лишь бы она была достаточно ровной.

Увы, недостатки экранопланов также существенны. Важным является их низкая маневренность: как и самолёту, для поворота экраноплану нужно совершать крены в ту или иную сторону, что с учётом малой высоты полёта проблематично. Из-за этого радиусы разворота экраноплана существенно выше чем у самолётов или классических водных или наземных аппаратов.

Кроме того, хотя полёт «на экране» из-за большей подъёмной силы требует меньших мощностей двигателя, старт такого устройства требует тех же затрат мощности, что и взлёт самолёта той же массы. А в процессе полёта экраноплан движется в более плотных слоях воздуха, чем летящий на высоте нескольких километров самолёт, и аэродинамическое сопротивление во многом нивелирует эффекты экономии.

Так что в настоящее время экранопланы практически не используются. Там, где важна скорость, предпочтительны всё-таки самолёты, там, где ключевой является грузоподъёмность – классический водный транспорт, а там, где ключевую роль играет проходимость – суда на классической «искусственной» воздушной подушке.

Более перспективным вариантом является экранолёт – аппарат, способный, в зависимости от режима работы двигателей, быть либо экранопланом, либо обычным самолётом, либо судном на воздушной подушке. Экранолёты могут найти своё применение в военной сфере или, скажем, работе чрезвычайных служб (врачи, спасатели, пожарные) в слабо заселённых районах.

​Как найти на звёздном небе центр нашей галактики?

Центр галактики Млечный Путь, гигантская чёрная дыра Стрелец А*, находится, как следует из названия, поблизости от созвездия Стрельца. Если точнее, он располагается левее звезды Гамма-2 Стрельца (см. первую картинку).

Но как найти само созвездие Стрельца (см. вторую картинку)? Сделать это не так-то и просто, в особенности с учётом того, что в наших широтах оно вообще редко поднимается над горизонтом: более ли менее регулярно (с мая по октябрь) его можно наблюдать разве что на Кавказе и в Крыму, а на севере России оно вообще не появляется на небе.

Оптимально делать так. Для начала в южго-западной части неба находим так называемый Летний треугольник: это три яркие звезды, Денеб, Альтаир и Вега (см. третью картинку). Если провести прямую линию между левой верхней и нижней звездой треугольника (Денебом и Альтаиром) и продлить её примерно на то же расстояние, то чуть правее как раз-таки будет созведие Стрельца, а сместив взгляд примерно на то же расстояние за него, мы будем смотреть как раз примерно в направлении на центр нашей галактики.

Но не ждите ничего феноменального: галактический центр скрыт от нас плотными массами космической пыли. Разглядеть галактический центр можно в радио- рентгеновском и инфракрасном диапазоне.

Картинки прикрепляю отдельной публикацией по техническим причинам, а сюда иллюстрацией ставлю "фото" Стрельца А* в радиодиапазоне от колаборации EHT.

​В Курчатовском институте запустили новый научный термоядерный реактор - Т-15МД.

"Фишкой" данного реактора является то, что на нём попробуют отработать новую технологию т.н. гибридных реакторов - во-первых, вырабатывающих энергию, а во-вторых, являющихся установками по производству ядерного топлива.

Ключевой проблемой термоядерной энергетики в настоящий момент является то, что единственной термоядерной реакцией, которую мы умеем поддерживать, является реакция дейтерия (тяжёлый водород, в ядре которого один протон и один нейтрон, тогда как обычный водород состоит только из протона) с тритием (один протон, два нейтрона). В результате получается ядро гелия (2 протона и 2 нейтрона), а "лишний" нейтрон улетает прочь.

У этой реакции два больших минуса.

Во-первых, тритий очень дорог, а значит, и получаемая таким образом энергия тоже влетит в копеечку. Во-вторых, значительную энергию, выделяющуюся в ходе такой реакции, уносят именно нейтроны, которые трудно "ловить" (и "утилизировать" содержащуюся в них энергию!) что сильно уменьшает КПД реактора. Кроме того, мощный нейтронный поток вреден - не только для живых существ, но и для конструктивных элементов реактора (он постепенно разрушает их).

Так вот, идея заключается в том, чтобы попробовать превратить минус в плюс: найти образующемуся нейтронному потоку полезное применение. Самой популярной на сегодняшний день идеей является помещение во внешнюю стенку реактора, т.н. бланкет, слоя какого-то вещества, в результате облучения которого нейтронами можно получить что-то полезное.

В самом большом строящемся реакторе ITER во Франции (в проекте также участвует Россия) в бланкет помещают металлический бериллий. При облучении нейтронами тот распадается на гелий и тот самый дорогой тритий. Таким образом в теории можно создать замкнутый топливный цикл, когда реактор в ходе своей работы будет производить из бериллия топливо для следующих циклов.

В чисто российском Т-15МД пошли другим путём: там бланкет заполняют торием-232, который при облучении нейтронами превращается (через серию бета-распадов, подробнее тут) в уран-232. А этот уран может поддерживать цепную реакцию, т.е. являться топливом для обычных ядерных реакторов деления.

Проще говоря, Т-15МД имеет двойное назначение: во-первых, производить энергию, во-вторых, являться установкой по производству ядерного топлива.

Причём эта технология обладает рядом плюсов по сравнению с традиционной схемой по производству ядерного топлива из природного урана путём выделения из него поддерживающего цепную реакцию урана-235. Во-первых, торий несколько дешевле урана, во-вторых, и в-главных, отделить уран-233 от тория проще, чем выделить уран-235 из природного урана (ведь это разные химические элементы, а не одна версия одного и того же элемента с теми же химическими свойствами).

Хотя наиболее перспективной схемой является всё-таки разработка реакторов, которые смогут поддерживать более интересные реакции - без нейтронного "выхлопа" и дорогого трития, скажем, реакцию дейтерия и "лёгкого" гелия (гелий-3, 2 протона, 1 нейтрон вместо 2 у обычного гелия), который также очень дорог на Земле, но по идее может быть относительно дёшево добыт на Луне.

​Помимо тройной точки, т.е. сочетания температуры и давления, в котором жидкость, газ и твёрдое тело переходят одно в другое (то есть, вещество кипит, тает и замерзает одновременно), есть ещё одно занятное сочетание температуры и давления, называемое критической точкой.

Если мы поместим жидкость в закрытый сосуд и станем нагревать, то она начнёт, во-первых, испаряться, уменьшая массу, а во-вторых увеличивать объём из-за теплового расширения. Как бы там ни было, плотность жидкости будет уменьшаться.

А вот с её парами над поверхностью будет наоборот: всё большей массе пара придётся уменьшаться в том же объёме, то есть, плотность его будет расти.

Иными словами, плотности жидкости и газа будут постепенно сближаться, пока не сравняются.

По мере роста температуры изменяется также её поверхностное натяжение, и при определённом значении температуры оно станет равным нулю.
Стоит отметить, что температуры, при которых это происходит, существенно выше температур кипения жидкости при атмосферном давлении. Но так как мы говорим о давлениях в десятки и сотни раз больших, собственно кипения не начинается.

Как бы там ни было, при определённых значениях температуры и давления мы сталкиваемся с ситуацией, когда оказывается невозможно отличить, где начинается жидкость, а где заканчивается газ. Вот этот-то момент и называют критической точкой.

Если нагрев продолжить, то сами понятия «жидкость» и «газ» потеряют свой смысл: сосуд заполнится равномерной массой вещества, находящемся в особом фазовом состоянии – т.н. сверхкритического флюида. Все параметры такого флюида (плотность, теплопроводность, вязкость, коэффициент диффузии) будут промежуточными между параметрами жидкости и газа, и будут весьма существенно меняться с изменением давления и температуры. Если сверхкритический флюид остудить, он конденсируется и станет жидкостью. Если же уменьшить давление, то он испарится и превратится в газ.

Для воды критическая точка достигается при 374 градусах Цельсия и давлении в 218 атмосфер. Углекислый газ (в видео используется именно он) проходит критическую точку при 31 градусе Цельсия и давлении в 73 атмосферы.
Кстати, давление в нижних слоях атмосферы Венеры составляет порядка 90 атмосфер, а температура может достигать 467 градусов Цельсия. А так как атмосфера Венеры состоит преимущественно из углекислого газа, мы можем с уверенностью сказать, что она пребывает в состояние сверхкритического флюида.

Самым далёким от нас космическим объектом, известным на сегодняшний день, считается открытая в 2011 году галактика UDFj-39546284, удалённая от нас на 13,42 миллиарда световых лет.

Проще говоря, мы видим UDFj-39546284 такой, какой она была всего через 300 миллионов лет после Большого Взрыва.

Сам факт того, что в это время уже существовали галактики, является весьма интересным.

​Из чего состоит всё?

Все тела состоят из молекул. Молекулы, в свою очередь, состоят из атомов (некоторые молекулы состоят из одного-единственного атома!). Атомы состоят из ядра, вокруг которого распределены электроны (часто говорят, что они вращаются; это слишком большое приближение, коль скоро речь идёт о квантовых объектах - мы вместо этого скажем, что они там просто есть).

Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов. Ядро самого простого атома, атома водорода, состоит из одного-единственного протона. Остальные атомы сложнее.

Именно число протонов определяет химические свойства вещества, т.е. характеризует, с каким химическим элементом мы имеем дело. Число нейтронов влияет на некоторые физические характеристика, как то масса или ядерные реакции, в которых может участвовать это атомное ядро.

Нейтроны и протоны долгое время считались элементарными частицами, не имеющими внутренней структуры. Но в середине 20 века стало ясно, что это, наверное, не так, а в середине 60-х была предложена считающаяся общепринятой теория, согласно которому они состоят из т.н. кварков.

В каждом протоне и нейтроне по три кварка двух видов. Хотя вообще есть шесть видов кварков, но четыре из них живут слишком мало для того, чтобы мы могли с ними столкнуться в жизни. Их и в лаборатории-то получить - целое дело.

А вот из чего состоят кварки? Это отличный вопрос! Сейчас они считаются бесструктурными (т.е. не из чего не состоящими, базовыми кирпичиками материи). Но может быть, что структура у них всё-таки есть. Придумали даже название такой частицы - преон. Но пока что похоже на то, что никаких преонов не существует.

При этом мы можем "поломать" кварк, приведя вещество в состояние так называемой глазмы. Но мы пока почти ничего о нём не знаем.

Впрочем, если учесть, что вещество находилось в таком состоянии лишь в первую миллиардную от миллиардной миллиардной доли секунды после Большого Взрыва, мы довольно неплохо продвинулись, не так ли?

На картинке - все шесть известных в настоящее время кварков, протоны и нейтроны состоят из комбинаций по три кварка u- и d- типов.

​"Огни святого Эльма", или, говоря по-научному, коронный разряд раньше наблюдали на остриях мачт и других выступающих поверхностей лишь перед грозой. В век электричества их можно наблюдать куда чаще - например, часто они возникают на линиях электропередач.

Физика этого процесса проста: острые выступы объектов под напряжением создают вокруг вокруг себя электрическое поле большой напряжённости. Иногда эта напряжённость оказывается достаточно велика, чтобы началась ударная ионизация молекул воздуха: всегда имеющиеся в воздухе в небольшом количестве электроны разгоняются полем до скоростей, когда они оказываются способны при соударениях выбивать другие электроны из нейтральных молекул.

Параллельно происходит рекомбинация, когда выбитые электроны "воссоединяются" с имеющими "некомплект" электронов молекулами. В результате выделяется энергия - в виде тепла и электромагнитного излучения. Последнее мы и воспринимаем как "огни святого Эльма".

Вдали от острия напряжённость электрического поля быстро падает, и свечение угасает уже на небольших расстояниях от него.

Кстати коронный разряд в линиях электропередач - явление вредное, сопровождающееся потерями электричества, и с ним борются с помощью специальных технических ухищрений. Но в которых условиях, в особенности в пасмурную погоду при большой влажности он всё-таки наблюдается.