Научные открытия для тех, кто любит краткость

13 января
Какая будет погода?

13 января 1872 года в России начала работу официальная служба погоды.

При организации в 1724 году Академии наук в Петербурге Петр I предложил академикам «производить повсюду метеорологические наблюдения». Такие регулярные наблюдения с помощью измерительных приборов начались в России с 1 декабря 1725 года, уже после смерти императора.

Многие приборы для наблюдений за погодой изобрел Ломоносов. Он создал анемометр (прибор для измерения скорости ветра – лопастная вертушка), морской барометр и ряд других инструментов. К середине ХIX века в России работала целая сеть метеостанций. Первыми работниками метеорологической службы были в основном энтузиасты, которые проводили наблюдения на добровольных началах.

Создание официальных служб погоды ускорила катастрофа во время Крымской войны. Англичане и французы, осаждая Севастополь, надеялись захватить город после обстрела. Но 14 ноября 1854 года на Черном море разразилась жестокая буря, уничтожившая англо-французский флот. Пострадавшая сторона запросила директора Парижской обсерватории Леверье: можно ли было заблаговременно предсказать эту бурю. Леверье пришел в выводу, что траектория бури хорошо прослеживалась с помощью синоптических карт и могла быть предсказана заранее. Это событие привело к зарождению службы погоды в Европе. На первых порах основной задачей такой службы являлись штормовые оповещения. Самой первой организовала службу оповещений Франция (1857), затем США (1858). В России регулярный выпуск ежедневных бюллетеней погоды начался с января 1872 года.

Нет плохой погоды, есть недогадливые синоптики

14 января
Загадочный лик Титана

14 января 2005 года космический зонд «Гюйгенс» совершил посадку на крупнейший спутник Сатурна Титан. Аппарат «Кассини» с зондом добирался до Сатурна более семи лет.

Спутник Сатурна Титан – самый крупный из спутников в Солнечной системе. Он больше, чем планеты Меркурий и Плутон. Уникальность Титана в том, что он обладает мощной атмосферой с густыми облаками, сквозь которые невозможно увидеть его поверхность. Благодаря зонду мы впервые смогли разглядеть его «лицо». Когда «Гюйгенс» опустился на Титан, мы увидели русла рек, острова и атмосферный туман. Внешне Титан очень похож на Землю – только роль воды на Титане играет жидкий метан (известный на Земле в газообразном состоянии как природный газ). Метан может выпадать там в виде дождя, и, возможно, на Титане бывает радуга, как на Земле. Радар на борту «Кассини» обнаружил на Титане метановые моря и озера, горы, состоящие изо льда, и вулканы, которые вместо горячей лавы извергают холодную смесь воды, льда и жидкого аммиака.

3,5 миллиарда лет назад атмосфера Земли тоже состояла из метана и аммиака. Изучая Титан, ученые надеются приоткрыть завесу над тайной возникновения жизни во всей Солнечной системе.

Миссия «Кассини-Гюйгенс» длилась почти 20 лет и стала одной из самых долгих и успешных в истории. «Кассини» – это пока что единственный аппарат, работавший на орбите Сатурна. Он открыл 7 его новых спутников, обнаружил океан на спутнике Энцеладе. 15 сентября 2017 года аппарат «Кассини» сгорел в атмосфере Сатурна, передав по дороге последние уникальные данные о планете.

15 января
Открытие искусственной радиоактивности

15 января 1934 года супруги Фредерик Жолио и Ирен Кюри на заседании Парижской Академии наук сообщили об открытии искусственной радиоактивности.

Единственный раз Нобелевской премии были удостоены мать и – спустя 32 года – дочь: Мария и Ирен Кюри. Супруги Мария и Пьер Кюри были пионерами исследования естественной радиоактивности (см. 18 июля). Ирен и ее муж Фредерик Жолио получили премию «за совместно выполненный синтез новых радиоактивных элементов». Их достижение вошло в историю как открытие искусственной радиоактивности.

Жолио-Кюри обстреливали альфа-частицами легкие элементы – бор, магний и алюминий. Они наблюдали вылет протонов и нейтронов – продуктов ядерных реакций. С помощью камеры Вильсона им удалось зафиксировать ранее не наблюдавшееся явление: вылет позитронов, которые только что были открыты в космических лучах (см. 2 августа). А в январе 1934 года они обнаружили нечто действительно удивительное. После удаления источника альфа-частиц испускание протонов и нейтронов прекращалось, вылет же позитронов продолжался! Ирен и Фредерик сделали вывод, что под действием альфа-частиц образуются новые радиоактивные изотопы элементов, испускающие позитроны. Эти новые изотопы они смогли выделить химическим путем: радиоактивный фосфор, азот и кремний. Впервые люди произвели изотопы, не существующие в природе! К тому же супруги Жолио-Кюри открыли новый вид радиоактивного распада – позитронный. Нобелевская премия была им присуждена в 1935 году, то есть фактически сразу после открытия – весьма редкий случай в истории Нобелевских премий.

16 января
Антарктида – полюс холода

16 января 1820 года экспедиция Беллинсгаузена и Лазарева на парусных деревянных судах «Восток» и «Мирный» открыла шестой континент – Антарктиду.

О Южной земле говорили географы древнего мира, в нее верили ученые средних веков. Ее безуспешно искали многие путешественники, среди которых Магеллан и Кук. А найти удалось русским мореплавателям.

Арктика и Антарктика – два полюса Земли. Но почему-то на южном полюсе гораздо холоднее, чем на северном. В Антарктиде зафиксирована самая низкая температура воздуха на Земле – минус 89,2 °С.

Есть несколько причин, объясняющих это. Во-первых, климат Арктики смягчается мощным течением Гольфстрим. Теплые атлантические воды свободно проникают под арктические льды и отдают им огромное количество теплоты. Впадающие в Северный Ледовитый океан крупные реки Евразии и Северной Америки приносят дополнительное тепло. Всего этого лишена Антарктика.

Но главная причина антарктического холода заключена в том, что Антарктида является самым высоким из всех материков Земли. Ее средняя высота более 2000 метров. Материковые породы покрыты слоем льда, толщина которого достигает 4800 метров. Поверхность же ледяных полей вблизи северного полюса соответствует уровню моря. А ведь температура воздуха в атмосфере убывает на 6,5 градусов с каждым километром высоты. Только за счет разности высот Антарктида должна быть холоднее Арктики в среднем на 13 градусов, а на вершине ледяного купола – на целых 25 градусов.

«Полюс холода» северного полушария располагается не в Арктике, а в Якутии, в Оймяконе. Тут бывают морозы до минус 70 °C.

17 января
Закон Хаббла

17 января 1929 года в Труды Национальной академии наук США поступила статья астронома Эдвина Хаббла (1889–1953), в которой сообщается о разбегании галактик.

«Астрономия подобна пасторскому служению, – говорил Хаббл, – нужен зов». Сам он услышал такой зов и ради астрономии бросил юридическую практику.

Эдвин Хаббл, впервые измерив расстояния до ближайших галактик с помощью новейшего телескопа, одновременно обнаружил, что свет от более далеких галактик «краснee» света от более близких, из чего он сделал вывод, что галактики удаляются от нас. Такой вывод основан на эффекте Доплера – зависимости длины волны света от скорости его источника (см. 29 ноября). Хаббл установил, что скорость убегания галактик тем больше, чем больше их расстояние до Земли. Это значит, что Вселенная расширяется.

Заметьте, разбегаются не звезды и даже не отдельные галактики, а скопления галактик. Ближайшие к нам звезды и галактики связаны друг с другом гравитационными силами и образуют устойчивые структуры. А вот «чужие» скопления галактик, в каком направлении ни посмотри, убегают от нас, и может показаться, что мы являемся центром Вселенной. Однако это не так. Где бы ни находился наблюдатель, он будет везде видеть все ту же картину: скопления галактик разбегаются от него. Вся ткань Вселенной растягивается, подобно резиновой пленке.

На Земле нет памятников Хабблу. Никому не известно, где он похоронен – такова была воля его жены. Его именем назван кратер на Луне и астероид. Именем Хаббла назвали в 1990 году самый мощный телескоп, выведенный на космическую орбиту (см. 24 апреля).

18 января
Пауль Эренфест

18 января 1880 года родился Пауль Эренфест, голландский физик-теоретик, иностранный член АН СССР (ум. 1933).

Эренфест был учеником Людвига Больцмана в Венском университете. Это знакомство определило всю его жизнь. По окончании университета Эренфест познакомился с Татьяной Афанасьевой, молодым математиком из России. В то время людям разных вероисповеданий (а Эренфест был иудей) было сложно вступить в брак. Чтобы пожениться, Пауль, как и Татьяна, записал в паспорте в графе «вероисповедание»: неверующий.

В 1907-м молодожены приехали в Россию в надежде найти здесь хорошую работу. Петербургского полицейского чиновника «неверие» приезжего ученого привело в ужас, он спрашивал: «На каком же кладбище мы Вас будем хоронить, если Вы здесь умрете!?» На что 27-летний Эренфест отвечал, смеясь, что смерть не входит в его планы. Пять лет Эренфест прожил в России и оказал громадное влияние на развитие отечественной физики. По существу, он был здесь первым физиком-теоретиком. У себя на дому он вел теоретический семинар для молодых физиков, где они знакомились с революционными научными идеями. Но Петербургский университет постоянной работы ему предоставить не захотел, и в 1912 году Эренфест с семьей уехал в Голландию, где стал профессором Лейденского университета. И Лейден, а не Петербург, сделался мировым центром теоретической физики.

Как и его любимый учитель, Людвиг Больцман (см. 5 сентября), Эренфест ушел из жизни по собственной воле. Он оставил труды по статистической физике, теории относительности, квантовой теории и добрую память в сердцах всех тех, кто его знал.

19 января
«Новые горизонты»

19 января 2006 года стартовал космический аппарат НАСА «Новые горизонты», главная цель которого – изучение Плутона и Харона.

Практически всеми нашими знаниями о Плутоне мы обязаны межпланетной станции «Новые горизонты», которая стала первой и пока единственной миссией к этой карликовой планете. Аппарат покинул окрестности Земли с рекордно большой скоростью 16,26 км/с и достиг окрестностей Плутона всего за 9 с половиной лет! Приблизившись к планете на расстояние 12,5 тыс. км, он пролетел между Плутоном и Хароном, в течение нескольких дней исследуя эти тела. Самые четкие фотоснимки позволяют разглядеть детали поверхности размером около 30 м.

Удивительно, но у крохотного Плутона обнаружилась атмосфера, состоящая в основном из азота! Когда Плутон удаляется от Солнца (орбита его сильно вытянута), атмосфера замерзает и оседает на поверхности. А при приближении Плутона к Солнцу его поверхность разогревается, и азотный лед снова превращается в газ, так что атмосфера простирается более чем на 3000 км (диаметр самой планеты 2370 км)!

Хотя атмосфера на Плутоне очень разрежена (атмосферное давление в сто тысяч раз меньше земного), ее хватает для того, чтобы окрашивать летнее небо на Плутоне в голубой цвет: проходящий сквозь атмосферу солнечный свет рассеивается точно так же, как это происходит на Земле.

После выполнения основной задачи по изучению Плутона и Харона аппарат направился дальше, в сторону еще более дальних тел Солнечной системы. Ресурсы его ядерного источника энергии будут исчерпаны к 2026 году, так что можно надеяться на новые интересные открытия.

20 января
Сосуды Дьюара

20 января 1893 года на лекции в Королевском институте в Лондоне профессор Дьюар продемонстрировал свой знаменитый вакуумный сосуд, конструкция которого осталась почти неизменной до сих пор и известна всем как широко используемый в быту термос.

Показанный на лекции сосуд представлял собой стеклянный баллон цилиндрической формы с двойными стенками, воздух между которыми был откачан. Это позволило существенно уменьшить теплообмен между содержимым сосуда и окружающей средой, что давало возможность длительного хранения в нем жидких газов. На лекции сначала был показан вакуумный сосуд с жидким кислородом, находившимся в спокойном состоянии, как обычная вода. Затем Дьюар артистично отломил кончик на стеклянном баллоне, и воздух вошел в пространство между стенками. После этого жидкий кислород начал интенсивно кипеть и быстро испарился.

Современные сосуды Дьюара, предназначенные для научных исследований при низких температурах, называют криостатами (от греческого слова криос – «холод»). Они бывают как стеклянными, так и металлическими. Для уменьшения тепловых потерь на излучение поверхности стенок, образующих вакуумное пространство, делают зеркальными. Когда требуются особо низкие температуры, используют двойные сосуды: внутренний сосуд содержит жидкий гелий, а внешний – жидкий азот, с вакуумной секцией между ними. Потери дорогого гелия в этом случае уменьшаются.

На своей лекции Дьюар коснулся финансовых трудностей, связанных с проведением исследований. Три дня спустя газета «Таймс» сообщила о новом законе, открытом учеными – «законе возрастания расходов».

21 января
Болезнь сумасшедшего шляпника

Помните Сумасшедшего Шляпника – одного из персонажей книги Льюиса Кэрролла «Алиса в стране чудес»? В XIX веке такое прозвище никого не удивляло. При изготовлении войлочных шляп приходилось иметь дело с нитратом ртути, и мастера получали ртутные отравления, приводящие к слабоумию. А само отравление ртутью стали называть «болезнью сумасшедшего шляпника». Удивительно легкомысленно люди раньше обходились с ртутью! При золочении купола Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге погибло от ртутных паров 60 рабочих. В останках царя Ивана Грозного содержание ртути в 2600 раз превышает норму (то ли его пытались отравить, то ли лечили ртутными препаратами). Ясно, что такой человек не мог обладать нормальным рассудком.

Одно из самых массовых отравлений ртутью произошло в Японском городе Минамата в 1956 году. Тысячи людей сходили с ума, слепли, глохли, немели и умирали в мучениях; дети рождались с признаками уродства. В этом городе работал химкомбинат, сливавший содержащие ртуть отходы в морской залив, а жители питались выловленными там моллюсками и рыбой. Теперь ртутное отравление называют «болезнью Минамата». Самое страшное, что она поражает генный аппарат и передается по наследству.

Основная опасность ртути в том, что она легко попадает в воздух, так как очень хорошо испаряется. Содержащие ртуть руды залегают в земле на небольших глубинах, поэтому она попадает в атмосферу. В небольших количествах ртуть присутствует в организмах всех людей. Просто относитесь внимательнее к веществам и приборам, содержащим ртуть, чтобы не стать жертвой отравления.

22 января
Так говорил Ландау…

22 января 1908 года родился Лев Давидович Ландау, советский физик, академик АН СССР, нобелевский лауреат 1962 года «за основополагающие теории конденсированной материи, в особенности жидкого гелия» (ум. 1968).

Помимо научных достижений (см. 18 декабря), Ландау известен как шутник и герой различных юмористических историй. К 50-летию Ландау была отлита медаль с прекрасным чеканным профилем юбиляра и латинской надписью его любимого выражения «От дурака слышу».

В научной среде возник особый жанр высказываний «так говорил Ландау».

«Учеными бывают собаки, и то после того, как их научат. Мы – научные работники!»

«Английский надо знать! Даже очень тупые англичане знают его неплохо».

«Женщины достойны преклонения. За многое, но в особенности за их долготерпение. Я убежден, что если бы мужчинам пришлось рожать, человечество быстро бы вымерло».

«Если бы у меня было столько забот, сколько у женщины, я бы не мог стать физиком».

«Если бы теоретики не ставили на бумаге закорючки, то можно было бы подумать, что они ничем не занимаются».

«Главное в физике – это умение пренебрегать!»

«Главное – делайте все с увлечением, это страшно украшает жизнь».

В автобусе, на конечной все выходят, а студент-физик заснул, и книжка на полу валяется. Сосед поднял книжку, читает на обложке: «Ландау. Теория поля», и говорит:

– Эй! Агроном! Вставай, конечная!

23 января
Погружение в бездну

23 января 1960 года Жак Пикар и Дон Уолш на батискафе «Триест» опустились на дно самой глубокой в Мировом океане Марианской впадины, достигнув рекордной глубины 10 916 м.

Батискаф изобрел швейцарский физик Огюст Пикар. Предшественника батискафа – батисферу – спускали под воду с корабля на тросе. Перемещаться батисфера могла только за кораблем. А если бы трос оборвался, она неизбежно затонула бы. С ростом глубины опасность обрыва троса возрастала. Батисфера – это чужеродное тело в океане, она лучше приспособлена лежать на палубе, чем висеть под водой.

Пикар догадался соединить сферическую гондолу с поплавком, наполненным легкой жидкостью (например, бензином). Регулирование плавучести осуществлялось путем сброса балласта или выпуска части бензина. Батискаф мог путешествовать самостоятельно, как рыба!

В 1960 году состоялось рекордное погружение батискафа «Триест» на дно Марианской впадины. За прошедшие десятилетия никому еще не удалось побить этот рекорд глубины. Представьте, как было страшно там, куда не проникает ни один луч света, и где, возможно, обитают неизвестные морские чудовища (см. 23 июля). Во время этого погружения сын Огюста Пикара Жак и его партнер Дон Уолш на предельной глубине наблюдали двух рыб. Это говорит о существовании подводных течений в вертикальном направлении: ведь для живых существ необходим кислород, приносимый течением с поверхности. Этот вывод предостерег ученых от идеи использования глубин океана для захоронения отходов атомной промышленности.

24 января
Самое дальнее путешествие

24 января 1986 года космический аппарат «Вояджер-2» достиг Урана.

«Вояджеры» («Путешественники») – два космических аппарата НАСА, запущенные в 1977 году для исследования дальних планет Солнечной системы (см. также 5 марта, 20 августа). Благодаря «параду планет» (все внешние планеты расположились в узком секторе Солнечной системы) стало возможным облететь «одним махом» все планеты-гиганты. Столь удачное расположение планет повторяется раз в 180 лет. «Вояджер-2» посетил всех четырех гигантов (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун). Он стал единственным посланцем Земли, изучившим с близкого расстояния Уран и Нептун.

Уран несколько «разочаровал»: голубой диск без облачных полос или атмосферных штормов, характерных для других планет-гигантов. Уран оказался самой холодной планетой Солнечной системы, холоднее даже Нептуна и Плутона.

Нептун порадовал интенсивно синим красивым цветом, яркими и изменчивыми перистыми облаками. На Нептуне дуют самые сильные ветры в Солнечной системе со скоростями до 2400 км/час (на Земле даже в торнадо скорость ветра не превышает 500 км/ч). Обнаружились на Нептуне и полярные сияния, хотя и гораздо более слабые, чем на Земле. А на его крупнейшем спутнике Титане были открыты азотные гейзеры – газовые фонтаны, бьющие из недр на несколько км вверх.

В ноябре 2018 года, через 41 год после запуска, «Вояджер-2» покинул Солнечную систему и вышел в межзвездное пространство. Но мы узнали об этом лишь год спустя: столько времени потребовалось радиосигналу, чтобы преодолеть расстояние в 18 миллиардов км, отделяющих аппарат от Земли.

25 января
Праздник студентов

25 января 1755 года императрица Елизавета Петровна подписала указ об учреждении в Москве первого российского университета по проекту Михаила Ломоносова и графа Шувалова.

Сначала дата основания Московского университета не отмечалась пышно, однако в 60-е годы XIX века Татьянин день (25 января) стал неофициальным студенческим праздником. А. П. Чехов, выпускник Университета, рассказывал: «Выпили все, кроме Москвы-реки, и то благодаря тому, что замерзла… Пианино и рояли трещали, оркестры не умолкали. Было так весело, что один студент от избытка чувств выкупался в резервуаре, где плавают стерляди». В 1923 году Татьянин день праздновать запретили. Только в 1992 году ректор МГУ В. А. Садовничий вернул в Университет традицию отмечать 25 января как День рождения МГУ. Сегодня Татьянин день все студенты России считают своим праздником.

Старшина обходит строй новобранцев.

– Так, у тебя какое образование?

– Семь классов!

– Хорошо! А у тебя?

– МГУ!

– Чего мычишь, читать-то хоть умеешь?

– Можно ли жениться студенту?

– Нельзя! Если будет заниматься женой – появятся хвосты, если учебой – вырастут рога, а если и женой, и учебой – откинет копыта.

Студенты спрашивают преподавателя:

– Можно мы на вашу следующую пару не придем?

– Можно.

– А вы отмечать не будете?

– Нет, я вообще на работе не пью!