Микро- и мега- космос
На первый взгляд может показаться, что, несмотря на довольно тесное сотрудничество, астрономию и физику должны интересовать прямо противоположные задачи. Для исследователей Вселенной — это выяснение поведения объектов и процессов большого масштаба, раскрытие закономерностей мегакосмоса, который характеризуется колоссальными расстояниями и огромными промежутками времени. Наоборот, исследователи строения материи занимаются изучением элементарных частиц и явлений, познанием закономерностей микромира, проникая в ультрамалые субатомные интервалы до 10
Однако было бы неверно думать, что задачи, о которых идет речь, исключают друг друга, что между ними нет ничего общего. Микромир и мегакосмос — две стороны одного и того же процесса, который мы с вами наблюдаем во Вселенной. Какими бы гигантскими размерами ни обладала та пли иная космическая система, она в конечном итоге состоит из элементарных частиц. С другой стороны, многие ядерные процессы являются отражением космических явлений, охватывающих колоссальные области пространства.
Необходимость совместного изучения микромира и мегакосмоса, исследования тех глубоких связен, которые существуют между микроявлениями и мегапроцессами, диктуется еще и тем обстоятельством, что в том мире, в котором мы живем, в макромире, свойства «большого» и «малого» скрещиваются словно лучи прожектора. Ведь и мы сами, и все окружающие пае предметы состоят из элементарных частиц, и в то же время мы являемся частью мегакосмоса. Поэтому для того, чтобы попять и заставить работать па себя природные процессы (а в этом состоит главная задача любой пауки), необходимо стремиться к тому, чтобы познать наиболее глубокие закономерности, связывающие микромир и мегакосмос. К тому же астрономия, по крайней мере на данном этапе, может дать больше фактов, необходимых для развития физических представлений, чем даже ядерная физика. Хотя свойства микромира также неисчерпаемы, как и свойства мегакоемоса, опыт показывает, что при достигнутом уровне знаний получение принципиально новых фактом в области строения вещества требует значительно больших усилии, чем в области изучения Вселенной.
До сравнительно недавнего времени наиболее общими и глубокими заколами природы считались законы сохранении. Эти законы действуют как па уровне элементарных частиц (например, закон сохранения электрического заряда), так и па уровне макромира (закон сохранения количества движения), так, наконец, и на уровне мегакоемоса (закон сохранения матер пи).
Однако открытия последнего времени приводят к выводу, что, видимо, в природе действуют закономерности еще более общие, закономерности, из которых законы сохранения вытекают как одно из следствий. Это так называемые законы симметрии.
Хорошо известно, что в математике понятие симметрии связано с чисто геометрическими свойствами рассматриваемых объектов. Но в данном случае речь идет о симметрии в широком значении этого слова. Симметрия— это равновесие, пропорциональность, обратимость п т. п.
Принципы симметрии — это не что иное, как принципы инвариантности, о которых у нас уже шла речь. Если па первой ступени познания человек добывает у природы отдельные факты, на следующей выясняет связи между этими явлениями, т. е. открывает законы природы, то принципы инвариантности — это третья ступень познания: они устанавливают связи между законами природы.
Поэтому не удивительно, что именно свойство инвариантности, симметрии из всех известных современной науке закономерностей связывает микро- н мегаявления в наибольшей степени.
Одна из наиболее фундаментальных проблем современной пауки, непосредственно связанная с принципом симметрии — проблема вещества и антивещества. Как известно, наряду с элементарными частицами, из которых состоят все предметы, окружающие пас, существуют и так называемые античастицы. При этом в природе действует фундаментальный закон — частицы и античастицы могут возникать или исчезать (превращаться в иные формы материи) только парами. Другими словами, рождение частицы всегда сопровождается появлением соответствующей античастицы и наоборот. Более того, любое изменение количества вещества в природе обязательно должно сопровождаться соответствующим изменением количества антивещества. Если этот закон действительно является всеобщим, то во Вселенной существует симметрия относительно вещества и антивещества и общее число частиц должно быть равно числу античастиц. Изучение этой проблемы имеет важное значение для понимания многих явлений, происходящих в природе.
В частности, в связи с симметрией Вселенной относительно вещества и антивещества возникает весьма интересный вопрос. Если наша Земля, наша солнечная система, а возможно, также наша Галактика и Метагалактика целиком состоят из вещества, то где находится «уравновешивающее» количество антивещества? Была сделана попытка решить эту проблему с помощью гипотезы об антимирах, т. е. космических объектах, целиком состоящих из антиматерии. Дальнейшее развитие методов наблюдений позволит проверить обоснованность утих предположений. Но независимо от результатов подобной проверки возникает еще один вопрос: каким образом и на каких стадиях образования космических объектов могло произойти разделение вещества и антивещества, которое привело к образованию однородных космических тел типа Солнца или Земли? Ведь не отличаясь друг от друга по своим физическим и химическим свойствам, вещество и антивещество не могут сосуществовать. При соприкосновении друг с другом частицы и античастицы немедленно аннигилируют с выделением большого количества энергии, превращаясь в частицы излучения.
Но пока механизм разделения вещества и антивещества нам неизвестен. Проблема весьма трудная, и поскольку ее удовлетворительного решения до сих пор нет, многие исследователи выражают сомнение в самой возможности существования обособленных антимиров и антиобъектов.
С другой стороны, не исключено также, что представления о мирах и антимирах, существующих в различных частях Вселенной и удаленных друг от друга па определенное расстояние, являются чересчур наивными. Может быть и так, что мир и антимир сосуществуют в одной и той же области Вселенной во взаимно «вывернутых» пространствах и при противоположных направлениях течения времени.
В микромире действуют и другие законы симметрии, имеющие чрезвычайно важное значение для судеб Вселенной. Несомненно, что современная паука вплотную подшила к таким явлениям, объяснение которых может иметь чрезвычайно важное; значение для понимания основных свойств пространства и времени.
Источник
Расстояние от Земли до космоса
Освоение космического пространства происходит исходя из принципов международного права. Основы его заложены договором 1967 года, ратифицированным более чем 100 государствами. Парадоксально, но до сих пор ученые и правительства стран не пришли к единому мнению, сколько километров до космоса.
Что такое космос и где он начинается
Слово «космос» возникло в Древней Греции. В переводе оно означало порядок, строй, мир. Вселенная рассматривалась как противоположность хаосу и нагромождению материи. Впоследствии понятие трансформировалось. Современная наука относит к космосу пространство вне газовых оболочек небесных тел. Земной атмосферой считается область вокруг планеты, в которой воздушная среда вращается вместе с Землей как единое целое.
Чтобы определить с научной точки зрения начало космоса, нужно понять, где заканчивается атмосфера.
Для газовой оболочки Земли характерна выраженная слоистость из 5 сфер.
Первой от земной поверхности расположена тропосфера. Здесь сосредоточено около 80% массы атмосферы. Высота ее колеблется от 8-10 на полюсе до 16-18 км в тропиках.
Вторая оболочка носит название стратосфера. Она начинается от 8-16 и заканчивается до 50-55 км от поверхности Земли. В интервале 20-30 проходит озоновый слой, защищающий все живое на планете от агрессивного воздействия ультрафиолетовых лучей. За счет их поглощения озоном происходит нагревание воздуха.
Далее до высоты 80 км простирается мезосфера. С увеличением дистанции температура падает до -90° С.
От нее до уровня 500 км расположена термосфера. Газовый состав термосферы подобен приземному, но кислород переходит в атомарное состояние.
Самый верхний, наиболее разреженный атмосферный слой, — экзосфера. Она состоит из ионизированного газа (плазмы). Частицы здесь могут свободно удаляться в межпланетное пространство. Масса экзосферы меньше атмосферной в 10 млн раз. Нижняя граница начинается от 450 км над Землей, верхняя достигает нескольких тысяч километров.
Таким образом, исходя из своего научного определения космос начнется в экзосфере, где газовая среда не вращается как единое целое вместе с Землей.
Примерное определение дистанции
Единого научного мнения, на каком расстоянии от Земли начинается космос, не существует. Ученые формируют свои доказательства исходя из различных видов физических параметров.
Есть идея, что космос начинается после исчезновения гравитационного воздействия Земли — на расстоянии 21 млн км.
На высоте 18,9-19,35 км при температуре человеческого тела начинает закипать вода. То есть для организма космос начнется на линии Армстронга. После того как в 1957 году первый искусственный спутник исследовал пространство над Землей, возникло понятие «ближний космос» (от 20 до 100 км).
В 50-х годах XX века исследователь Теодор фон Карман установил, что в 100 км от Земли полет для создания подъемной силы достигает момента первой космической скорости (7,9 м/с). Летательному аппарату не нужны крылья, и он превращается в спутник Земли.
Американские и канадские ученые, измерив границу влияния ветров атмосферы и начало воздействия космических частиц на высоте 118 км, предложили определять космическое пространство с данного значения.
Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства Правительства США отмечало расстояние 122 км, на котором шаттлы переключались с маневрирования двигателями на аэродинамику. А военно-воздушные силы своим пределом узаконили отметку 80,45 км.
В 1979 году СССР предложил считать границей космоса величину выше 100-110 км.
Официальное расстояние от поверхности земли до космоса
Страны не пришли к единому мнению, где заканчивается воздушное пространство. Это связано с проблемой установления высотного предела государственного суверенитета.
ФАИ (Международная авиационная федерация) регистрирует полет как космический, начиная от линии Кармана (100 км). В таком интервале от планеты аппарат может совершить полный орбитальный виток вокруг Земли, после чего начинаются его вход в плотные слои атмосферы, торможение и падение.
Международное космическое право базируется на следующих принципах:
- В космосе не существует границ государств.
- Исследования космического пространства проводятся в целях всего человечества согласно международному праву, включая устав ООН.
- В космосе запрещено размещать оружие массового уничтожения.
- Искусственные космические объекты находятся под юрисдикцией государства, запустившего их.
- Страны учитывают интересы друг друга, организуют консультации.
- Космонавты — посланцы человечества.
Данные нормы иногда вступают в противоречие с интересами мировых держав, так как вопрос о государственном суверенитете воздушного пространства тесно связан с лимитированием безвоздушных пространств.
На какой высоте летает МКС
Расстояние до Международной космической станции от Земли меняется от 330 до 417 км. В этом интервале сочетаются оптимальные показатели для проведения экспериментов в условиях невесомости и экономически обоснованная дальность доставки космонавтов и грузов.
Причины изменения расстояний
Причина периодической смены расстояний до МКС кроется в силе трения. Частицы атмосферы воздействуют на корпус станции, происходят медленное торможение и потеря высоты. За счет двигателей приходящих кораблей орбиту увеличивают.
Ранее расстояние от Земли до орбиты МКС варьировалось от 330 до 350 км. Выше ее не могли поднять по причине неспособности американских шаттлов улететь дальше этого расстояния от Земли.
После отмены программы «челноков» станцию удалось отдалить от Земли на 417 км в 2014 году. Сегодня МКС находится на уровне 406 км.
Локальная смена дистанции связана с космическим мусором. Чтобы избежать столкновений, ведется наблюдение в режиме онлайн за передвижением отработанных элементов летательных аппаратов. Если появляется угроза удара, экипаж станции выполняет маневр уклонения. Двигатели дают импульс, который выводит МКС на более высокую орбиту.
Источник
Новое сельское хозяйство
От микро до космоса
Фото: А. Габашвили
Редакция журнала «Новое сельское хозяйство»
Кетеван Мгебришвили, журналист, Грузия
Сюжет
Поделитьтся
Городское сельское хозяйство сегодня в тренде: вертикальные теплицы, сады на крышах. Интерес к здоровому питанию и рациональному использованию ресурсов стимулирует творческое мышление. В столице Грузии владельцы отеля решили совместить приятное с полезным: использовать площади и поставлять на стол ресторана свежую зелень.
Городское сельское хозяйство
П осещая одно из мероприятий в тбилисской гостинице Stamba, я обратила внимание на длинный застекленный зал с мягким розовым освещением. Внутри стояли высокие стеллажи с микрозеленью. Интерьер напомнил научно-фантастические фильмы, в которых люди в скафандрах передвигаются по улицам марсианского города. Позднее выяснилось, что мои инопланетные ассоциации не так далеки от реальности: загадочным помещением оказалась вертикальная ферма с космическим названием SpaceFarms. Здесь выращивают зелень и овощи для гостиничных ресторанов.
Основателем и руководителем проекта SpaceFarms является молодой предприниматель, психолог и специалист по связям с общественностью Наталья Гарибашвили. Это не первая ее работа в данной сфере: до запуска SpaceFarms она занималась выращиванием микрозелени в теплице, расположенной в пригороде Тбилиси – Цхнети. Созданная там компания Urban Greens поставляла зелень шеф-поварам ведущих столичных ресторанов. Без специального образования ей пришлось преодолеть множество преград, прежде чем бизнес встал на ноги. Постепенно дело наладилось, и теперь Urban Greens снабжает микрозеленью четыре крупных города Грузии.
Но Туся, как называют Наталью знакомые, не остановилась на достигнутом и решила построить в Тбилиси теплицу будущего – вертикальную ферму. В 2018 году она представила свою идею на рассмотрение одной из ведущих грузинских компаний, владеющих сетью фешенебельных гостиниц – Adjara Group, и инициативу одобрили.
Сегодня теплица SpaceFarms уже функционирует в D-блоке отеля Stamba: на площади 150 кв. м расположены семиуровневые стеллажи, климатические условия здесь задаются человеком, производственные процессы полностью автоматизированы. Выращивание растений происходит при светодиодном освещении и минимуме затрат воды: установки работают по замкнутому циклу.
«Такие теплицы для выращивания различных продуктов NASA использует с 2001 года, вертикальные фермы также пользуются популярностью в Нидерландах, США, Великобритании. Я подумала, почему бы и нам не перенять их опыт», – с улыбкой отмечает Гарибашвили.
Продукция производится на гидропонике – без грунта: растение получает все необходимые питательные вещества из раствора, содержащего комплекс макро- и микроэлементов. Особенностью теплицы является то, что продукция выращивается не из рассады, а из семени.
Новые технологии позволяют выращивать зелень быстрее, чем это возможно в естественной среде, например, период от посева до сбора урожая базилика занимает от 30 до 45 дней. Ферма энергоэффективна, она потребляет на 75 % меньше воды, чем обычное хозяйство. «Мы собираем даже влагу, выделяемую осушителем воздуха, и направляем ее в систему. В итоге для получения урожая от 500 до 700 кг требуется всего одна тонна воды в месяц», – отмечает Гарибашвили.
На первых порах теплица работала в экспериментальном режиме, спустя несколько месяцев испытания завершились успешно, и вертикальная ферма SpaceFarms начала работать на полную мощность. Сейчас здесь можно выращивать примерно 500 – 700 кг овощей в месяц вне зависимости от сезона.
Свежие овощи и зелень с фермы являются составной частью меню кафе и ресторанов Adjara Group, благодаря подаче сразу к столу максимально сохраняется их питательная и витаминная ценность.
Тархун и японская капуста
Ферма находится на первом этаже отеля, у всех на виду, поэтому посетители местных ресторанов и кафе могут свободно наблюдать за условиями производства продуктов, оказавшихся на их тарелке. Ассортимент продукции компании весьма разнообразен: микрозелень, листовая зелень, клубника и миниатюрные овощи. Наряду с традиционным для местной кухни тархуном, листьями салата, итальянским и грузинским базиликом, здесь можно приобрести редкие, пока еще экзотические для грузинских хозяек растения: японскую капусту мизуна, кудрявую капусту кале, такие виды съедобных цветов, как виола и огуречная трава. По словам Туси, SpaceFarms также ориентирована на производство овощей, которые зимой являются дефицитом и ввозятся в Грузию из других стран. С февраля 2020 года компания вывела свою продукцию в розничную продажу: теперь любой человек, желающий украсить свои блюда свежесобранными овощами, приезжает в гостиницу, где его уже дожидается заказ в красивой упаковке.
Начиная с мая SpaceFarms предлагает клиентам рассаду, так что покупатели могут сами выращивать зелень у себя на балконе или в саду. Тонкостями этого дела Туся делится на мастер-классах в онлайн-режиме.
По признанию Гарибашвили, продукция фермы вызвала большой интерес со стороны туристического сектора, так что для удовлетворения возросшего спроса в будущем планируется расширить производство.
«Сегодня сельское хозяйство перешло на новый уровень развития, предоставив фермерам множество таких возможостей, о которых в недалеком прошлом нельзя было даже мечтать!» – уверен известный предприниматель, руководитель компании по производству грузинского чая «Гуриели» Михаил Чкуасели. «Вертикальное тепличное хозяйство Туси позволяет выращенный в гостинице базилик буквально за час доставить в ресторан, находящийся в другом конце Тбилиси, таким образом, отпадают традиционные проблемы, связанные с транспортировкой и хранением продукции», – отмечает Михаил.
По словам Туси, внедрение инновационных технологий в сельском хозяйстве привлекает внимание учащихся: сейчас на ферме работают студенты нескольких тбилисских вузов, которые на практике могут применить свои знания в химии, физике и инжиниринге. Профессиональное образование стало важной вехой развития этого проекта: молодые стартаперы, планирующие работать в городских хозяйствах, могут получить в SpaceFarms много полезных советов.
Марсианская лоза
Новатор по природе, Гарибашвили не ограничивает себя жесткими рамками и намерена претворять в жизнь даже такие, на первый взгляд, невообразимые идеи, как выращивание винограда на грунте Марса. По ее словам, Американское космическое агентство NASA активно работает над проектом колонизации Красной планеты, астронавты уже провели несколько удачных экспериментов выращивания растений на космической станции.
«Грузия имеет уникальный потенциал для работы в этом направлении: традиция выращивания виноградной лозы в стране насчитывает восемь тысяч лет. Почему бы не продолжить и в девятом тысячелетии?», – задает риторический вопрос Гарибашвили. Для подключения Грузии к программе освоения космоса в 2018 году был разработан специальный проект под названием «IX миллениум», предполагающий выращивание грузинской лозы на Марсе. В состав рабочей группы по его реализации входят специалист по современным технологиям образования Николоз Доборджгинидзе, профессор архитектуры Гога Чхетия, представители Университета бизнеса и технологий, Национального музея Грузии, компании SpaceFarms и грузинские ученые-астробиологи. Одна из участниц проекта, астробиолог, доктор биологических наук Мариам Тарасашвили, утверждает, что с 2024 года NASA планирует начать космические полеты для создания постоянной населенной базы на Луне, которая станет первым шагом по подготовке к освоению и преобразованию Марса. В этой связи важнейшей задачей является разработка систем жизнеобеспечения людей, для чего необходимо создание здоровой замкнутой экосистемы и обеспечение питания. Такая задача нерешаема без растительных культур. Примером подобной искусственной экосистемы и служит такая вертикальная ферма, как SpaceFarms: созданные в ней условия гарантируют высокую урожайность, выращивание продуктов без пестицидов, гербицидов и других химикатов, что необходимо для жизни человека в закрытом пространстве. Аналогичным, хотя и гораздо более жестким требованиям должны будут соответствовать искусственные биосистемы, которые планируется разработать для «колонизаторов» Луны и Марса. Поэтому проект в тбилисской гостинице – это больше чем просто способ обеспечить поставку зелени к столу требовательных посетителей.
Почему именно лоза?
Земля отличается большим разнообразием растений и других организмов, осуществляющих фотосинтез, но в экстремальной среде космоса лишь немногим из них удастся выжить. «Сегодня SpaceFarms совместно с Агентством космических исследований Грузии проводит начальные этапы космических экспериментов. В полузакрытой теплице SpaceFarms, в более жестких условиях изоляции, мы наблюдаем за развитием четырех сортов грузинской лозы: оджалеши, ркацители, саперави и сакмиела», – делится деталями Мариам Тарасашвили. Виноград в качестве культуры для исследований выбран неслучайно: это вьющееся растение с воздушной корневой системой успешно снижает влажность в окружающей среде и в то же время в условиях нехватки воды усваивает ее непосредственно из атмосферы. Благодаря корням в грунте растение добывает минеральные вещества. Кроме того, крупные листья виноградной лозы обеспечивают интенсивный фотосинтез и эффективно нейтрализуют высокие концентрации углекислого газа, хорошо очищают воздух. И, конечно, ценны плоды лозы: виноград характеризуется высокой концентрацией глюкозы, из него производится разнообразная продукция. Прибавьте к этому сортовое многообразие: только грузинская лоза насчитывает более 500 сортов. Для здорового питания (и будущих космонавтов тоже!) важны антиоксидантные свойства винограда. Отдельно стоит упомянуть антиоксидант ресвератол, который называют «убийцей радиации»: он уже сейчас включен в состав пищевых добавок для астронавтов. А ведь, кроме плодов, в пищу употребляют и побеги, и даже листья растения. «Мы уже с большим успехом обеспечили рост на биоремедиационном грунте Марса таких однолетних сельскохозяйственных культур, как зелень, фасоль, кукуруза и пшеница. Теперь настал черед виноградной лозы», – уверена Мариам Тарасашвили.
Символично, что исследования проводятся именно с лозой: для Грузии это неотъемлемая часть культурного и духовного наследия. Теперь, благодаря стараниям грузинских ученых, это растение станет космическим «пропуском» страны в новую эпоху.
Источник