VIVOS VOCO: Новости науки в журнале "Природа"

Космологический “бариометр” - гелий-3

Средняя плотность вещества Вселенной - один из важнейших параметров, определяющих ее прошлую и будущую эволюцию (например, будет ли Вселенная расширяться вечно или ее расширение когда-то остановится и сменится сжатием). Разумеется, в динамике нашего мира играет роль не только обычное - барионное - вещество, но и другие, экзотические и пока не исследованные, его формы: темное вещество, проявляющее себя как скрытая масса галактик, а также энергия вакуума, создающая эффект “антигравитации”, которая в нашу эпоху ускоряет расширение Вселенной. До сих пор наиболее изученным остается обычное барионное вещество, состоящее из тяжелых ядерных частиц - протонов и нейтронов (и разумеется, электронов, вклад которых в массу обычного вещества весьма мал). Барионное вещество объединено в звезды с планетами, в галактики и их системы. Эти объекты хорошо известны астрономам и довольно надежно пересчитаны. Но часть барионного вещества может быть “упакована” в труднонаблюдаемые объекты - несветящиеся звезды малой массы, плотные межзвездные облака, - которые недоступны астрономическим приборам. Можно ли определить среднюю плотность барионного вещества Вселенной без детальной инвентаризации всевозможных объектов? В принципе такой метод существует.

В течение первых нескольких минут после рождения Вселенной, когда ее вещество было очень плотным, горячим и однородным, в нем происходили термоядерные реакции, определившие исходный состав вещества. Кроме доминирующего по массе водорода (¹H) образовались также дейтерий (²H), два изотопа гелия (³He и ⁴He) и литий (⁷Li). Их относительное количество зависит от барионной плотности Вселенной, поэтому каждый из указанных элементов мог бы служить своеобразным космологическим бариометром, если бы не одна проблема: за прошедшие миллиарды лет состав Вселенной непрерывно изменялся усилиями звезд, этих “маленьких термоядерных фабрик”. Даже заурядная звезда небольшой массы, подобная Солнцу, обильно производит и быстро сжигает в своих недрах изотопы легких элементов - дейтерий, литий, гелий-3. Поэтому вещество звезд - плохой индикатор химического состава юной Вселенной. Астрономы мечтают найти “кусок” древнего замороженного вещества, например одинокую планету-гигант вроде Юпитера, но родившуюся до эпохи активного формирования звезд. Пока это лишь мечта.

Наиболее точно измерить химический и изотопный состав сейчас удается у облаков межзвездного газа: их разреженное вещество, нагретое лучами окружающих звезд, ярко светится и наблюдается на больших расстояниях. Спектр этого излучения - как в оптическом, так и в радиодиапазоне - позволяет детально анализировать состав вещества. Единственная проблема, до сих пор угнетающая астрономов: в какой степени межзвездное вещество “заражено” выбросами звезд? Уже давно нет сомнения, что взрывы сверхновых обогащают межзвездную среду тяжелыми элементами. Но по поводу легких элементов, способных служить космологическими бариометрами, сомнения до сих пор были. Особый интерес представляют самые чувствительные бариометры - дейтерий и гелий-3, причем более интересен инертный гелий, поскольку дейтерий легко входит в химические соединения и его полное количество труднее оценить.

Зависимость содержания элементов, синтезированных в первые минуты расширения Вселенной, от современной барионной плотности (показана цветными линиями).
Прямоугольниками обозначены наблюдательные оценки первичного содержания ⁴He (наблюдения галактических областей HII), дейтерия (по спектрам поглощения далеких квазаров) и ⁷Li (на поверхности самых старых звезд Галактики).
Для ³He горизонтальной стрелкой указан верхний предел содержания, а вертикальной стрелкой - выведенный из него нижний предел барионной плотности (для постоянной Хаббла 65 км/с/Мпк).
Прямоугольник на линии ³He показывает разброс наблюдательных значений для HII - области S209. Вертикальная широкая полоса - диапазон барионной плотности, удовлетворяющий всем наблюдательным данным.

Согласно классической теории эволюции звезд, развитой в 1970-е годы, маломассивные звезды, такие как Солнце, должны производить гелий-3 в немалом количестве. Вопрос в том, насколько интенсивно в конце своей эволюции они выбрасывают его в межзвездное пространство. Несколько лет назад наблюдение одной из умирающих звезд - планетарной туманности Призрак Юпитера (NGC 3242) - показало, что выброшенное ею вещество заметно обогащено изотопом 3He: его содержание в десятки раз больше, чем в окружающей межзвездной среде. Астрономы приуныли: большинство маломассивных звезд проходит через стадию планетарной туманности, а значит, они должны были сильно “загрязнить” межзвездный газ гелием-3 и безнадежно испортить основанный на этом изотопе космологический бариометр.

Американские радиоастрономы Т.М.Бания и др. [1] решили это проверить. Наблюдая линию излучения изотопа ³He (длина волны 3.46 см) в направлении на близкие и далекие межзвездные облака, они определили, как изменяется содержание этого изотопа с удалением от центра Галактики. Поскольку звезды значительно чаще рождаются и умирают в центральных областях Галактики, то и содержание ³He, если он был выброшен звездами, также должно быть повышенно вблизи ее центра по сравнению с периферией. Измерив (за 20 лет напряженной работы) содержание ³He в двух десятках облаков, разбросанных по всему галактическому диску, радиоастрономы с удивлением обнаружили, что везде количество атомов легкого гелия по отношению к водороду составляет ³He/H = (1.1 ± 0.2)·10^-5 и не изменяется с удалением от центра Галактики. Более того, не изменяется это отношение и со временем: в древнем веществе Солнечной системы гелия-3 столько же, сколько и в современном межзвездном газе. А как же планетарные туманности? Разве они не обогащают межзвездную среду легким гелием?

Решение “проблемы гелия-3” некоторые астрономы видят в особенностях перемешивания вещества в недрах звезд [2]. Не исключено, что синтезируемый в звезде гелий-3 в основном в ней же и сгорает. Это возможно в том случае, когда в недрах звезды происходит интенсивное перемешивание вещества, переносящее “легко воспламеняемый” гелий-3 из внешних, прохладных, во внутренние, более горячие слои звезды.

Обнаруженное в атмосферах большинства старых маломассивных звезд (красных гигантов) аномально низкое отношение изотопов углерода ¹²C/¹³C указывает, что 90% таких звезд действительно вращаются настолько быстро, что дифференциальное вращение вместе с конвекцией активно перемешивают ее глубинное вещество. Около 10% звезд вращаются недостаточно быстро для того, чтобы произошло перемешивание, и упомянутая выше планетарная туманность NGC 3242 как раз может быть из их числа. В целях проверки этой гипотезы планируется массовое измерение изотопного состава планетарных туманностей.

Объединив все полученные на сегодня результаты измерения барионной плотности Вселенной (W_B), Бания и др. установили: данные всех экспериментов лежат в диапазоне 0.007 < W_Bh² < 0.022, причем наиболее надежны данные W_Bh² = 0.02. Напомним, что W - это плотность в единицах критического значения: при W < 1 расширение Вселенной не остановится никогда, при W > 1 оно остановится и сменится сжатием. Поскольку критическое значение плотности зависит от скорости расширения Вселенной, в приведенное выше выражение входит относительное значение постоянной Хаббла: h = H₀/(100 км/с/Мпк). Приняв наиболее точное современное значение h = 0.72 ± 0.08, исследователи получили окончательную оценку барионной плотности: W_B = 0.04. Таким образом, все обычное космическое вещество дает лишь 4% плотности, необходимой для остановки расширения Вселенной.

Если бы состав Вселенной ограничивался только обычным веществом, ее судьба представлялась бы совершенно ясной - вечное расширение. Но наблюдения за движением звезд и галактик с полной очевидностью указывают на присутствие в галактиках и в их скоплениях невидимого, темного вещества, средняя плотность которого составляет W_D = 0.3 (индекс D - от англ. dark - темный). Этого вещества на порядок больше, чем обычного, и природа его до сих пор не ясна. Еще сложнее обстоит дело с энергией вакуума, которая по эффективной плотности, возможно, вдвое превосходит темную материю и барионное вещество, вместе взятые [3]. Наличие таких свойств у вакуума может драматическим образом изменить как наши представления о рождении Вселенной, так и прогноз ее будущего.

Литература

1. Bania T.M., Rood R.T., Balse D.S. // Nature. 2002. V.415. №6867. P.54-57.

2. Charbonnel C. // Nature. 2002. V.415. №6867. P.27.

3. Чернин А.Д. // Успехи физ. наук. 2001. Т.171. №11. С.1153-1175.

Новости из жизни ускорителей

Международная конференция по ускорителям заряженных частиц высоких энергий (International High Energy Accelerator Conference - НЕАСС) проводится каждые три года, и такой ритм позволяет хорошо отслеживать эволюцию в этой области. Последняя встреча состоялась в марте 2001 г. в Научном центре Цукубы (Япония). Краткий отчет о ней появился на страницах вестника ЦЕРНа (CERN Courier. June 2001. V.4. №5. P.6-7). Из него следует, что коллайдеры (ускорители со сталкивающимися пучками) по-прежнему лидируют в качестве предпочтительного инструмента для получения сверхвысоких энергий. Одновременно происходит смещение акцентов при использовании в экспериментах фиксированных мишеней. Относительно небольшой симпозиум НЕАСС позволяет дать четкий обзор основных событий на ускорительной сцене, тогда как в ходе больших конференций со многими параллельными секциями может возникнуть размытое и фрагментарное их восприятие.

В своем вступительном докладе директор Лаборатории КЕК - хозяйки встречи - Х.Сугавара подчеркнул, что в настоящее время есть реальные физические задачи для протонного коллайдера с энергией 100 TeV и электрон-позитронного коллайдера с энергией 10 TeV, для которых текущие проекты - пока только предвестники. Его призыв сосредоточить внимание на новых подходах к научно-исследовательским разработкам в области ускорительных технологий нашел понимание и прошел красной нитью через все заседания.

С момента последней встречи в рамках НЕАСС в 1998 г. в Дубне произошли некоторые изменения в использовании коллайдеров высоких энергий с электрон-позитронными пучками. Завершили свою работу установки SLAC (Станфорд, США) и LEP (ЦЕРН), и акцент был перенесен на коллайдеры с меньшей энергией PEP-II (США) и KEKB (Япония). На них с применением асимметричных пучков электронов и позитронов (имеющих неравные энергии) начато исследование B-частиц, содержащих пятый (“b”) кварк. Эти коллайдеры быстро превысили прежние рекорды по эффективности взаимодействия встречных пучков, обеспечив значение светимости (число столкновений на единицу площади в единицу времени) выше 10³³см^-2с^-1.

На электрон-позитронном коллайдере CESR (Корнелл, США), вносившем основной вклад в исследование B-частиц на протяжении многих лет, планируется уменьшить энергию сталкивающихся пучков, чтобы перейти к изучению другого типа кварков. Еще одним специальным “фокусом” научных изысканий становится процесс рождения тау-лептона и чарма (четвертого, “c”-кварка). Подобные работы входят в новые планы Института ядерной физики им. Г.И.Будкера в Новосибирске - “оплота” электрон-позитронных коллайдеров с давних пор.

Во время строительства электрон-позитронный коллайдер LEP часто рассматривался как последний из больших кольцевых ускорителей. Однако его размеры (длина кольца Большого адронного коллайдера - LHC - 27 км) уже выглядят почти карликовыми, когда обсуждается возможность создания Очень большого адронного коллайдера (VLHC) с огромным кольцевым туннелем. Этот новый туннель мог бы вместить электрон-позитронный коллайдер с энергией столкновения около 370 ГэВ (для сравнения: у LEP энергия составляет 100 ГэВ).

И все же сейчас для достижения высоких энергий в электрон-позитронных коллайдерах за основу выбраны линейные ускорители, а в ускорительных центрах проводится активная научно-исследовательская работа по решению проблем, возникающих на пути к более высоким энергиям.

На стенде испытаний оборудования ускорителей ATF в центре КЕК достигнут эмиттанс (размерыґрасходимость) пучка 10^-11 рад м, что уже можно считать обнадеживающими результатами для линейных коллайдеров. Но так же оценивать достижения в создании нужного градиента напряжений с уверенностью пока нельзя. Разработчики несверхпроводящих резонаторов при испытаниях в ATF столкнулись с пробоями на уровне 60 МВ·м^-1. Подобные сложности возникли и в других лабораториях, в том числе и на аналогичном стенде в SLAC (проект Следующего линейного коллайдера).

Однако не все делегаты конференции были столь пессимистичны: Г.Лоэ из SLAC посчитал, что в ходе работ это препятствие можно преодолеть, в то время как его коллега Р.Рут предложил новые конфигурации резонатора с использованием стоячих волн.

По обеим сторонам Тихого океана ведутся научно-исследовательские работы по продвижению в область частот X-диапазона (11.4 ГГц) на основе схемы, использующей очень мощные клистроны. Периодическая магнитная фокусировка в последних позволяет получить микросекундные импульсы мощностью 70 МВт.

В ЦЕРНе существует собственный план создания линейного электрон-позитронного коллайдера. Он известен как схема CLIC, в которой для ВЧ-питания применен драйверный ускоритель вместо обычных клистронов. На стенде CTF-2 использованы преобразующие структуры, генерирующие мощность 100 МВт при частоте 30 ГГц. Это позволит изучить, в какой мере главный линейный ускоритель может выдерживать ускоряющие поля больше 60 МВ·м-1. Ожидается, что проект конструкции будет в основном подготовлен к 2005 г.

В подводящем итоги докладе А.Скринский из новосибирского ИЯФ высказал мнение, что для “передовой” (“frontier”) установки могут быть выбраны несверхпроводящие резонаторы, работающие при частоте S-диапазона (3 ГГц), несмотря на опасность угрозы пробоев при 60 МВ·м^-1.

Директор Немецкого электрон-синхротронного центра DESY (Гамбург) А.Вагнер сообщил, что можно добиться энергии столкновения электронов и позитронов в 500 ГэВ, используя достигнутый уровень ускоряющих полей 23.4 МВ·м^-1. Энергия в 800 ГэВ будет получена, если удастся гарантировать градиент напряжения в сверхпроводящих резонаторах на уровне 35 МВ·м^-1 и более, что возможно при тщательной электрополировке поверхности резонаторов.

Руководитель проекта Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе Л.Еванс рассказал об основательных работах, уже проделанных на PS (протонном синхротроне), который будет служить форинжектором в LHC. Эстафета подготовки пучка теперь переходит к следующему звену инжекционной цепочки в LHC, а именно к SPS (суперпротонному синхротрону). По графику создания LHC в 2004 г. планируется провести испытания по секторам, в 2005-м - охладить основное кольцо до температуры 2 К и в 2006 г. запустить установку LHC.

Новый ускоритель в группе коллайдеров RHIC (релятивистский ускоритель тяжелых ионов) заработал в прошлом году в Брукхейвене (США) и уже выдал первые научные результаты. Д.Ловенстейн сообщил, что энергия столкновения ионов в ближайшее время достигнет проектной величины 200 ГэВ на нуклон. Для получения ускоренных поляризованных протонов будет использована магнитная структура, известная как “сибирская змейка”. Другой планируемой работой на установке RHIC станет применение линейного ускорителя электронов с энергией 52 МэВ в целях охлаждения пучка тяжелых ионов, чтобы увеличить светимость (52 МэВ - значение энергии электронов, соответствующее пучкам ионов в RHIC с энергией 100 ГэВ на нуклон).

Начался новый сеанс работы протон-антипротонного коллайдера “Tevatron” в Национальной лаборатории им.Ферми (Батавия, США), где в конечном счете светимость должна достигнуть уровня 5·10³²см^-2с^-1. Для собирающего кольца антипротонов в ближайшее время планируется использовать электронное охлаждение.

Ведутся разговоры о втором (в отдаленном будущем) этапе LHC-II в ЦЕРНе на новых магнитах, которые создают удвоенное по сравнению с теперешним значение магнитного поля. В то же время в лаборатории им.Ферми рассматриваются различные варианты VLHC, чтобы достигнуть энергии столкновения на уровне 40 ТэВ (для сравнения: в LHC - это 16 ТэВ). Длина кольца для VLHC оценивается в диапазоне от 100 до 500 км, в зависимости от используемой величины отклоняющего магнитного поля.

Относительно новая идея об использовании мюонных пучков в качестве интенсивных источников нейтрино уже вызвала к жизни ряд предложений, о которых сообщил А.Ломбарди из ЦЕРНа. В этих проектах планируется использовать промежуточные протонные синхротроны с энергией 2.2 ГэВ в ЦЕРНе, 15 ГэВ в Батавии, 24 ГэВ в Брукхейвене и 50 ГэВ в Японии. Схема ЦЕРНа предусматривает создание сверхпроводящего протонного линейного ускорителя, который может также служить новым инжектором для цепочки синхротронов. В Японии рассчитывают на новый протонный синхротрон, разрабатываемый по недавно одобренному проекту КЕК/JAERY. Однако всеобщий энтузиазм относительно идеи создания фабрик нейтрино в настоящее время сдерживается отсутствием адекватного финансирования.

Похоже, что разработка новых методов ускорения вышла на насыщение, когда обычные идеи исчерпали свои возможности, а новых соперничающих идей, чтобы встать на их место, нет. Непрерывное увеличение мощности лазеров может, однако, служить некоторой подсказкой. Как подчеркнул К.Лотов из новосибирского ИЯФ, высокие ускоряющие поля, существующие внутри плазменного сгустка, надо постараться распространить на бOльшие расстояния.

В своем заключительном выступлении директор ЦЕРНа К.Хюбнер, ответственный за ускорительную проблематику, гордо заметил, что физики-“ускорительщики” имеют в своем послужном списке больше сделанного, чем обещанного. Он подчеркнул также, что всю аппаратуру надо “проверять, проверять и проверять”, чтобы избегать разочарований, а удачи использовать в полной мере. Докладчик также рекомендовал с самого начала запрашивать адекватные ресурсы под новые проекты, чтобы не возникала необходимость в их последующем обосновании.

“Все заметные достижения в рассматриваемой области связаны с международным сотрудничеством, и очень важно традицию такого сотрудничества сохранить”, - сказал Хюбнер. В той или иной форме НЕАСС будет фигурировать в списке ускорительных конференций и впредь.

Микробы под дном океана и внеземная жизнь

В гидротермальных излияниях на активно раздвигающемся ложе океана выходит на поверхность дна горячая (350-400°С) вода. Она поднимается с больших (1000-1500 м) глубин земной коры, сложенных плотными, практически лишенными пор, изверженными породами. Перегретая вода, насыщенная сульфидами и другими соединениями тяжелых металлов, вырывается клубами из жерл черных курильщиков, неся с собой массы живущих практически в кипятке экстремально термофильных архебактерий, окисляющих сульфиды. Этими бактериями питаются и их содержат как симбионтов в своих телах многочисленные животные - обитатели гидротермальных оазисов на дне океана: вестиментиферы, брюхоногие и двустворчатые моллюски, креветки и др.

Верхняя, приблизительно полукилометровая толща пород сложена более рыхлыми застывшими лавами, их пористость - от 10% в нижней части до 38% вблизи поверхности дна. Морская вода температурой около 2°С свободно входит в эти поры, циркулирует в них, нагревается подземным теплом до 5-30°С и снова выходит на поверхность в виде “муаровых высачиваний”. Дж.Баросс из Вашингтонского университета в Сиэтле давно пропагандирует идею, что эти подземные полости могут быть населены собственными микроорганизмами, отсутствующими в горячих излияниях, и не исключено, что условия их обитания близки к тем, в которых зародилась жизнь на Земле. Недавно М.Саммит из Университета им.Вашингтона в Сент-Луисе и сам Баросс доказали эту гипотезу [1], изучив 13 изолятов (штаммов бактерий), выделенных из горячих (330-400°С) излияний и из соседних (в 10-20 и в 200 м) прохладных (12-14°С) высачиваний.

Схематический разрез через океанскую кору в центре спрединга. Смешение гидротермального флюида и морской воды под поверхностью дна происходит в зоне экструзии. График изменений пористости с глубиной составлен по результатам гравиметрических измерений в скважине №5048 Программы глубинного бурения дна океана [1].

Пробы бактерий были взяты в июне и сентябре 1995 г. подводным обитаемым аппаратом “Алвин” в Тихом океане на хребте Хуан-де-Фука юго-западнее Британской Колумбии (Канада). Пункты отбора проб находились на глубине 2260 м, где скорость раздвижения дна составляет 5-6 см/год. Были исследованы физиологические свойства микроорганизмов, структура гена, кодирующего 16S рибосомную РНК и межгенного участка 16S-23S рРНК, после чего результаты сравнили с генетической структурой более чем 20 известных архебактерий из разных гидротермальных районов Мирового океана.

Все 13 штаммов оказались гипертермофильными (максимально переносимая температура 90-95°С, оптимальная - около 80°С) гетеротрофными архебактериями. Они относились к родам Thermococcus и Pyrococcus (порядок термококковых), которые используют окисление сульфида или серы как источник энергии, а белки (или смеси аминокислот) - как источник органического углерода. По генетической структуре бактерии разделились на четыре группы. Две из них, очень близкие, состояли из трех штаммов каждая, включали только бактерии из прохладных высачиваний и были сходны соответственно с T.hydrothermalis и T.siculi. Третья объединяла пять штаммов из горячих излияний; эти бактерии образовали самостоятельную группу в роде Thermococcus. В последней группе оказались два штамма из рода Pyrococcus: один из горячего, другой из прохладного излияния.

Различия между бактериями из горячих излияний и прохладных (т.е. из полостей) состоят в том, что “горячие” бактерии приспособлены к более широкому диапазону колебаний температуры и солености, чем “прохладные”, могут жить при более высокой концентрации тяжелых металлов, в особенности цинка, и имеют более активные протеазы (ферменты, разлагающие протеины), благодаря чему, возможно, обитают при более высокой концентрации растворенного органического вещества. Следовательно, “горячие” и “холодные” бактерии приспособлены к жизни в разных условиях и потому не смешиваются.

Скопления теплых вод в пористых слоях под дном океана - это новый, ранее не известный биотоп, отличный от биотопа горячих сульфидных излияний. Пока мы знаем, что он населен лишь гипертермофильными анаэробными гетеротрофными архебактериями, но Саммит и Баросс предполагают, что там могут быть и другие физиологические группы микроорганизмов. Среда их обитания не только близка к той гипотетической среде, в которой возникла жизнь на Земле, но и аналогична условиям, в которых, как предполагается, могла бы существовать жизнь глубоко под поверхностью Марса, где сказывается влияние внутреннего тепла угасающей планеты, а также в подповерхностном океане Европы - спутника Юпитера. Недаром статья американских исследователей опубликована в специальном выпуске “Трудов Академии наук США”, посвященном проблемам поиска внеземной жизни.

Юпитерова “луна” Европа (диаметр 1565 км) считается сейчас наиболее перспективным космическим телом для поиска внеземной жизни. Данные, полученные космическими зондами “Вояджер” и “Галилео”, дают основание предполагать, что на этом тектонически активном спутнике есть подповерхностный океан (его глубина может достигать сотни километров!), покрытый многокилометровой толщей льда. К.Чиба и С.Филлипс из Центра исследований жизни во Вселенной Института поиска внеземного разума в калифорнийском городе Маунтин-Вью (кроме учреждения со столь экзотическим названием, авторы работают в престижном Стенфордском университете) полагают, что фотосинтез на Европе, по всей вероятности, невозможен. Однако заряженные элементарные частицы “солнечного ветра”, ускоренные могучей юпитеровой магнитосферой, бомбардируют поверхность спутника и дают достаточное количество энергии, чтобы в верхнем слое льда проходила реакция разложения воды. В результате этого образуется перекись водорода и выделяется свободный кислород (O•), который проникает в океан через трещины во льду [2].

Перекись водорода спектроскопически обнаружена на Европе, а органические молекулы (возможно, кометного происхождения) пока не выявлены на ней, но на других спутниках Юпитера - Ганимеде и Каллисто - имеются. Жидкая вода, органические вещества, свободный кислород и энергия - что еще нужно для жизни? Так что вполне возможно, в Европейском (назовем его так) океане на самом деле могла бы существовать жизнь, основанная на солнечной радиации. Живут же микробы в охладительном контуре энергетических ядерных реакторов! Чиба и Филлипс подсчитали, что за счет разложения Н₂О океан может за 200 млн лет насытиться кислородом до той же концентрации, что у дна земных океанов, а если во льду происходит рециркуляция кислорода, то всего за 50 тыс лет. В последнем случае они не исключают даже возможности существования в этом океане “аналогов гигантского кальмара или иной макрофауны”. Выходит, прежде, чем посылать на Европу экспедицию для поиска внеземной жизни, придется надежно дезинфицировать межпланетный корабль и обезопасить юпитеров спутник от заноса жизни земной!

Литература

1. Summit M., Baross J.A. // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 2001. V.98. №5. P.2158-2163.

2. Chyba C.F., Phillips C.B. // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 2001. V.98. №3. P.801-804.

НОВОСТИ НАУКИ

Новая загадка черной дыры
Предсмертное дыхание кометы Борелли
Самая высокогорная обсерватория
Химический состав Луны
Свидетельствуют ископаемые метеориты
Пропавший космический газ нашелся
«Нобелевка» для математиков
Квантовый компьютер разложил число 15 на множители
Материалы для приборов ночного видения
Флора островов Галапагос в опасности
Волк вернулся
«Пригвожденный к месту» Африканский континент
Цунами в компьютере
Океанологический прогноз на месяц
Глубинные воды Средиземного моря теплеют
Странная гора Мак-Кинли
Тропики влияют на климат Северной Атлантики
Скорость роста зубов у Homo erectus. Гиляров Д.А.

Астрофизика

Новая загадка черной дыры

Некоторые галактики отличаются тем, что из своего центра извергают мощную струю газов и космической пыли, которая простирается на тысячи световых лет. Естественно, на такой процесс тратится огромное количество энергии. Наиболее подходящим ее источником считается гигантский газово-пылевой диск, который, по-видимому, окружает сверхмассивную черную дыру, расположенную в центре галактики. Однако сомнение в этом высказал в 2000 г. американский астроном Р.Антонуччи (R.Antonucci; Университет штата Калифорния в Санта-Барбаре). Он провел наблюдения за одной из сравнительно близких к нам галактик - эллиптической галактикой M 87, находящейся в созвездии Девы. Этот объект считается типичным для активных галактик, получающих энергию от сверхмассивной черной дыры.

Обнаружилось, что окружающее M 87 облако излучает в инфракрасном диапазоне до удивления малое количество энергии.

Исследования продолжила группа во главе с Э.Перлманом (E.Perlman; Университет штата Мэриленд), которая работала на телескопе Gemini North (Близнецы Северные), расположенном на Гавайских о-вах. К концу 2001 г. ученым удалось получить более четкую картину инфракрасного излучения от черной дыры в галактике M 87. Стало очевидным, что каким-то образом она «ухитряется» выбрасывать в пространство газовые струи, не прибегая к существенному заимствованию энергии из окружающего диска. Сопоставляя светимость диска с энергией газовой струи, астрономы подсчитали, что это отношение составляет приблизительно лишь одну тысячную того, что наблюдается у других активных галактических ядер, например у галактик Центавр А или Лебедь А.

Открытие заставляет астрономов-теоретиков пересматривать свои взгляды. Если M 87 не является типичным для своего рода небесным объектом, то необходимо установить, что именно представляет собой источник, позволяющий тратить столь непомерное количество энергии для выброса газово-пылевых струй. Следует также установить, существуют ли во Вселенной и другие столь же загадочные галактики.

Astrophysical Journal Letters. 2001. №1;
Science. 2001. V.294. №5545. P.1263 (США).

Астрономия

Предсмертное дыхание кометы Борелли

В 1998 г. в США был запущен космический аппарат «Deep Space-1» с основной целью - испытать новые навигационные приборы и впервые созданный ионный двигатель. Небольшая чисто научная программа включала лишь пролет со скоростью 16.5 км/с сквозь облако газа и пыли, извергаемых ядром кометы Борелли. Однако полученные результаты оказались весьма интересными.

На Землю поступили чрезвычайно четкие снимки, позволяющие судить о сильно пересеченной поверхности этого небесного тела, имеющего длину всего около 8 км, а формой напоминающего кеглю. Из глубины «загрязненного снежка» исходили мощные потоки пыли и влаги, порожденной испаряющимся льдом. Все это говорит о грядущем распаде кометы: при такой интенсивной потере материала она вскоре может развалиться на два независимых тела. Линия разлома, по мнению известного космогеолога Л.Содерблома (L.Soderblom; Геологическое управление США во Флагстаффе), пройдет, вероятно, или по самой середине кометы или же через ее узкое «горлышко».

Сейчас комета Борелли находится в относительной близости к Солнцу, что усиливает испарение с ее поверхности. При этом она вращается, подставляя приборам аппарата «Deep Space-1» то одну свою освещенную сторону, то другую. Благодаря этому получены важные данные относительно ионов, содержащихся в коме (оболочке) кометы, а также инфракрасные спектры излучения ее ядра и черно-белые снимки, причем намного более отчетливые, чем фотографии кометы Галлея, которые поступили в 1986 г. от целого «флота» космических аппаратов.

Выяснилось, что на обеих оконечностях кометы Борелли расположено по своеобразному плато, а между ними - гладкая яркая равнина. Именно над ней вздымаются по крайней мере три колонны газов и пыли. Хорошо различимы и многочисленные глубокие трещины, которые сулят комете развал.

В ноябре 2001 г. испытания ионного двигателя аппарата «Deep Space-1» завершились и связь с ним была прекращена. Обработка полученных данных ведется в Лаборатории реактивного движения (Пасадена, штат Калифорния).

Science. 2001. V.294. №5540. P.27 (США).

Астрономия. Геофизика

Самая высокогорная обсерватория

В сентябре 2001 г. на горе Сарасвати (хребет Ладакх к северу от Гималаев) был введен в эксплуатацию новый двухметровый оптический и инфракрасный телескоп, принадлежащий Индийскому астрофизическому институту в Бенгалуру. С этого момента начала работу самая высокогорная в мире астрономо-геофизическая обсерватория Ханле, названная так по ближайшему населенному пункту.

Местность привлекательна высотой расположения (4517 м над ур.м.), безоблачностью неба, сухим и холодным климатом, что уменьшает искажающее влияние атмосферы, а также отсутствием даже далекого светового загрязнения огнями уличных фонарей и автомобильных фар. Здесь планируется в будущем разместить приборы для наблюдений в субмиллиметровом и миллиметровом диапазонах волн.

До сих пор высочайшей в мире была Обсерватория Мейера-Уомбле в Скалистых горах, принадлежащая Денверскому университету (штат Колорадо, США), но теперь она на 200 м уступила по высоте расположения индийской. Еще одну обсерваторию, примерно равную по высоте Ханле, планируют создать в чилийских Андах; она будет называться Атакамской большой субмиллиметровой сетью.

Существенное преимущество обсерватории Ханле состоит в том, что уже сейчас она имеет надежную связь через запущенный в 2000 г. геосинхронный спутник, позволяющий дистанционно передавать приборам команды и получать данные наблюдений: информация поступает в отделение Института астрофизики, находящееся в Хосакоте, рядом с Бенгалуру. Таким образом, присутствие астрономов при наблюдениях не всегда необходимо. Большинство других горных обсерваторий вынуждено связываться с внешним миром через загруженные наземные линии.

Новому телескопу на горе Сарасвати присвоено имя известного астрофизика, лауреата Нобелевской премии Субраманьяна Чандрасекара (S.Chandrasekhar), родившегося в Индии. Живейший интерес к возможности работать в новом учреждении проявляют ученые США и Японии. Последние хотели бы связать приборы обсерватории Ханле с теми, что будут установлены на борту японского спутника «Astro-F» для наблюдения земной поверхности в инфракрасном диапазоне; этот ИСЗ предстоит запустить в 2003 г. Радиоастрономическая обсерватория Нобеямо готова сотрудничать в субмиллиметровой области при изучении водяных паров в атмосфере.

Для геофизики важно, что обсерватория Ханле расположена непосредственно над одной из ключевых точек Евразийской плиты, заполняя тем самым существенный пробел в сети геодезических и геотектонических станций, ведущих наблюдения за движениями плит. Благодаря индийским астрометристам, специалистам по геодинамике и сейсмологии, действовавшим через Центр математического и компьютерного моделирования в Бенгалуру, было установлено, что Индостанская и Евразийская плиты земной коры ныне сталкиваются со скоростью 55 мм/год.

В развертывании работ на высокогорной обсерватории Ханле заинтересованы климатологи Национальной физической лаборатории (Нью-Дели), где ведутся озонометрические измерения и наблюдения в ультрафиолетовой части спектра, а также сотрудники Института тропической метеорологии в Пуне (штат Махараштра), изучающие атмосферные аэрозоли. Об установке своих приборов для постоянных исследований атмосферного CO₂ договорились французские ученые.

Район Ханле представляет большой интерес и для биологов: здесь обитают весьма редкий снежный барс, тибетский дзерен и кулан. Здесь же, по-видимому, находится единственное в мире место, где гнездится черношеий журавль. Поэтому руководство Обсерватории охотно помогло зоологам и экологам из индийского Института изучения дикой природы и Всемирного фонда дикой природы разместить базу на своей территории.

Итак, новой высокогорной научной базе «светит» большое будущее.

Science. 2001. V.293. №5534. P.1423 (США).

Планетология

Химический состав Луны

После посещений единственного естественного спутника нашей планеты американскими космическими кораблями миссии «Apollo» и советскими аппаратами серии «Луна», завершившихся доставкой на Землю образцов лунного грунта, выяснилось, что материковые породы на Луне обогащены алюминием и обеднены железом и магнием. Дальнейшие исследования это подтвердили, но внесли и некоторые поправки.

Огромные гористые районы материковой поверхности Луны, где железа действительно чрезвычайно мало, сложены анортозитами - породами с высоким содержанием алюминия. Анортозиты образуются в условиях, когда остывание и кристаллизация расплавленной породы идет медленно, при этом богатые алюминием соединения малой плотности всплывают на верх магматического очага. Изобилие анортозитов в лунной коре свидетельствует в пользу точки зрения тех ученых, которые считают, что самый верхний слой Луны некогда был почти полностью расплавлен, образовав своего рода «магматический океан».

Когда в лабораторных условиях исследовали изотопный состав лунных анортозитов, специалисты пришли к выводу, что «жидкокаменные моря» существовали в начале эволюции нашего спутника. Это касается времени их распространенности, а данные по пространственному распределению, полученные с борта космического аппарата «Clementine», показали, что такой океан, похоже, покрывал всю поверхность Луны.

Возник вопрос: откуда взялась та гигантская тепловая энергия, которая сумела все это расплавить? Единственным реальным ответом было возвращение к гипотезе мегаимпакта: Луна родилась в результате катастрофического столкновения Земли с неким крупным небесным телом, рассеявшим в пространстве массу обломков, которые затем довольно быстро соединились воедино, образовав наше ночное светило.

Как уже сказано, большая часть материковой поверхности Луны железом отнюдь не богата, но есть исключения. Например, дно огромного бассейна Эйткена, расположенного около Южного полюса на ее обратной стороне. Эта структура диаметром около 2600 км явно порождена падением какого-то чужеродного тела. Помимо железа здесь отмечено относительное изобилие титана, имеются следы тория. В отличие от насыщенного железом дна бассейна, окружающие горы содержат мало этого элемента, зато богаты алюминием. Судя по всему, мощное столкновение «содрало» верхний слой коры, обогащенный алюминием, и обнажило породы, богатые железом. Следовательно, лунная кора имеет слоистое строение, причем нижние железомагнезиальные горизонты относительно обогащены титаном и некоторыми редкими элементами.

Области на Луне, условно называемые морями, - т.е. те темные выровненные равнины, которые заполняют древние бассейны, - возникли в результате базальтового вулканизма, проявившего себя, видимо, уже после того, как «магматический океан» окончательно окаменел. Повторное плавление железомагнезиальных пород, лежавших глубоко в лунной мантии (ниже 400 км под ее поверхностью), началось около 4.3 млрд лет назад и продолжалось по крайней мере до времени, отстоящего от нас на 3 млрд лет. Это совпадает с возрастом самых молодых базальтов, доставленных на Землю космическими кораблями миссии «Apollo».

Судя по информации, полученной с аппаратов «Clementine» и «Lunar prospector», количество титана в лунной «морской» коре может от места к месту различаться более чем в 10 раз. Образцы же с высоким содержанием титана, которые 30 с лишним лет назад доставил на Землю космический корабль «Apollo-11», оказались редкостью, однако именно такие высокотитанистые базальты характерны для района Моря Спокойствия, где этот пилотируемый корабль совершил посадку.

Большие ударные кратеры, обнажившие обогащенные железом морские базальты, вскрывают лежащие ниже такие же породы, но не богатые железом. Это говорит о том, что морские равнины покрыты тонким, не более нескольких десятков метров, слоем железообогащенных пород. Измеряя плотность распределения ударных кратеров в пределах лунных морей и сравнивая ее с возрастом пород в местах посадки кораблей «Apollo», удалось построить стратиграфическую карту морей всей Луны, установить состав, возраст и мощность слагающих ее пород. Появилась возможность проследить эволюцию нашего естественного спутника даже тщательней, чем самой Земли! Ведь у нас бOльшая часть всей вулканической переработки коры, происходящей на дне океанов, остается скрытой.

Science. 2001. V.293. №5536. P.1779 (США).

Метеоритика

Свидетельствуют ископаемые метеориты

В последние годы рабочие каменоломни Киннекюле в Южной Швеции многократно находили булыжники диаметром до 40 см, резко отличающиеся от местного известняка. Изучивший их состав геохимик Б.Шмиц (B.Schmitz; Гётеборгский университет) установил, что это метеориты, попавшие на Землю сотни миллионов лет назад. Результаты дальнейшего анализа были представлены им на международной конференции Метеоритного общества, состоявшейся в октябре 2001 г. в Ватиканском Грегорианском университете.

О космическом происхождении находок говорит их химический состав и минеральная структура. Эти пришельцы залегают в 12 отчетливо различимых слоях, которые, судя по их геологическим характеристикам, отложились за период общей продолжительностью около 2 млн лет. По-видимому, столкновения Земли с обнаруженным скоплением этих небесных тел происходили примерно полмиллиарда лет назад, когда на месте современной Южной Швеции было мелководное море. Вычисления показывают, что это не был единичный эпизод; похоже, тогда подобные события случались в 25-100 раз чаще, чем сегодня. Весьма вероятно, что здесь в земле кроется еще немало метеоритов, в том числе и значительно более крупных.

По всей видимости, в то время на Землю низвергались мощные метеоритные дожди. Такой вывод можно сделать, в частности, исходя из анализа богатых хромом минеральных зерен в составе найденных тел. Эти минералы почти единственные, не претерпевшие существенных изменений за время своего длительного пребывания в земных условиях.

Как известно, более 90% каменных метеоритов содержат хондры (округлые зерна) и называются хондритами. Большая часть вещества хондритов - это железомагнезиальные силикаты. В зависимости от общего содержания железа (в сочетании со степенью его окисленности) хондриты подразделяются на несколько групп: H-хондриты (от англ. high - высокий) - с высоким содержанием железа; L-хондриты (от low - низкий) - с низким содержанием и LL-хондриты - с очень малым количеством металлического железа при его низком общем содержании.

Найденные в Швеции метеориты относятся к обедненной железом группе L-хондритов. Сопоставление шведских L-хондритов с прежними находками показывает, что и те, и другие претерпели мощный удар приблизительно в одно и то же время. Шмиц с коллегами предположили, что в результате мощного столкновения крупных тел, входивших в состав пояса астероидов, произошло их разрушение, обломки вышли на сходные орбиты, которые часто пересекались с орбитой Земли.

Такую гипотезу подтверждает математическое моделирование, выполненное Д.Несворни и У.Боттке (D.Nesvorny, W.Bottke; Юго-Западный исследовательский институт в Боулдере, США), причем их модель позволяет утверждать, что в то время на Землю обрушился и целый рой совсем мелких обломков. Шмиц считает, что некоторые из них могут еще сохраняться в шведских известняковых породах.

Канадский космохимик А.Хилдебранд (A.Hildebrand; Университет в Калгари, провинция Альберта) высоко оценил эту работу, указав все же, что вряд ли геологические слои, содержащие метеориты, отлагались в течение 2 млн лет. Если бы это продолжалось, скажем, 20 млн лет, поток метеоритов мог бы в количественном отношении мало отличаться от нынешнего. Возражения Шмица сводятся к тому, что в последнем случае ископаемые остатки трилобитов, залегающие совместно с метеоритами, принадлежали бы к более развитым типам.

Science. 2001. V.294. №5540. P.39 (США).

Космохимия

Пропавший космический газ нашелся

Казалось бы, звездные скопления должны «купаться» в газовых облаках: ведь из каждой звезды, равно как из нашего Солнца, исходит ветер заряженных частиц, заполняющих космическое пространство. Тем не менее вот уже около 60 лет поиски газовых облаков в пределах шаровых звездных скоплений не имели положительного результата, и теоретики не могли дать тому никакого объяснения. По-видимому, ныне загадка разрешается благодаря работам международной группы астрономов во главе с П.Фрейре и М.Крамером (P.Freire, M.Kramer; Обсерватория Джодрел-Бэнк при Манчестерском университете, Великобритания). Объектом исследований было шаровое скопление 47 Тукана ( Первоначально скопление приняли за отдельную звезду и обозначили под номером 47. - Прим. ред.), наблюдаемое на небе Южного полушария Земли. Работа велась на 64-метровом радиотелескопе обсерватории Паркс в Австралии.

Известно, что шаровые скопления - это сферические сгустки, состоящие из сотен тысяч старых звезд, которые удерживаются сравнительно близко друг к другу благодаря силам взаимного притяжения. Для понимания динамики таких объектов необходимо знать, насколько интенсивно идет «утечка» из них звездного ветра и какое количество газа остается в пределах скопления; если скорость ветра превышает примерно 50 км/с, газ может навсегда покинуть его.

Удерживаемый в скоплении газ должен легко определяться спектроскопически, однако многочисленные попытки обнаружить его так и оставались безрезультатными. Некоторые специалисты полагали, что газ выносится в межзвездное пространство излучением. В таком случае «вину» за это возлагали на многочисленные пульсары, входящие в состав 47 Тукана и генерирующие поток излучения высокой энергии.

Теперь астрономы группы Фрейре провели детальные наблюдения пульсаров с периодом обращения 15 мс - весьма компактных, быстро вращающихся звезд, которые периодически излучают в радиодиапазоне. В ходе обращения таких объектов вокруг центра звездного скопления гравитационное ускорение изменяет частоту их пульсаций. Прослеживая эти изменения в течение нескольких лет, астрономы сумели установить местонахождение отдельных пульсаров относительно центра скопления.

Наблюдения пульсаций на большом диапазоне длин волн позволили вычислить плотность межзвездных газовых образований. Она оказалась примерно в 100 раз большей, чем в непосредственной окрестности 47 Тукана. В абсолютных величинах количество этого газа сравнительно невелико - лишь около 1/10 массы Солнца - и сосредоточено вблизи центра звездного скопления. Причину подобной разреженности газа еще только предстоит выяснить. Возможно, большая его часть выносится высокоскоростным звездным ветром или его «сдувают» пульсары. Ответить на эти вопросы намеревается видный голландский астрофизик Ф.Вербунт (F.Verbunt; Утрехтский университет), руководящий наблюдениями на радиотелескопе Вестерборкской обсерватории (Нидерланды).

Science. 2001. V.294. №5542. P.497 (США);
Astrophysical Journal Letters. 2001. №10.

Организация науки. Математика

«Нобелевка» для математиков

Альфред Бернхард Нобель в своем завещании не упомянул, к сожалению, математиков. Попытки заполнить эту брешь делались и раньше: канадский филантроп и сам математик Дж.Ч.Филдс (1863-1932) основал фонд, из которого начиная с 1936 г. раз в четыре года производится награждение наиболее отличившегося за этот период представителя математической науки (Среди удостоенных Филдсовской премии были и наши соотечественники, в том числе: С.П.Новиков (1970), Г.А.Маргулис (1978), В.Г.Дринфельд (1990). - Примеч. ред.). Но, во-первых, это вчетверо реже, чем в случае Нобелевской премии, во-вторых, денежная сумма значительно ей уступает (всего 1500 долл.), в-третьих, Филдсовской премии и медали может удостоиться лишь тот, кому еще не исполнилось 40 лет. Наконец, средствами массовой информации Филдсовские награждения в лучшем случае едва упоминаются.

Однако такое положение скоро изменится: в августе 2001 г. премьер-министр Норвегии Е.Стольтенберг торжественно объявил, что правительство этой скандинавской страны учреждает ежегодную премию им.Н.Х.Абеля, которая специально предназначена представителям точнейшей из наук. Событие приурочено к 200-летию со дня рождения выдающегося норвежского математика Нильса Хенрика Абеля, который, прожив всего 26 лет и умерев в 1828 г. от туберкулеза, успел немало сделать для развития разных областей этой науки.

Решение о награждении будет принимать Норвежская академия наук и литературы. Возрастных ограничений для лауреатов Абелевской премии не устанавливается. Кроме очень красивого диплома и художественно выполненной медали к ней будет прилагаться чек примерно на 500 тыс. долл. Сумма в 200 млн норвежских крон (примерно 22 млн долл.) уже предусмотрена в государственном бюджете страны на 2003 г., когда состоится первое награждение. Лауреат Филдсовской премии 1974 г. Д.Мамфорд (D.Mamford) считает, что это событие «изменит весь ландшафт мировой математики».

Science. 2001. V.293. №5536. P.1761 (США).

Физика

Квантовый компьютер разложил число 15 на множители

Сотрудники фирмы «IBM Almaden Research Center» и Станфордского университета в Калифорнии (США) сообщили о реализации алгоритма Шора на квантовом компьютере из семи кубитов. Этому прообразу квантового компьютера удалось разложить на множители число 15. Физически роль кубитов (Подробнее см.: Звездин А.К. Магнитные молекулы и квантовая механика // Природа. 2000. №12. с.18.) играли семь ядер со спином 1/2, содержащихся в одной молекуле. Управление состояниями отдельных кубитов было основано на ядерно-магнитном резонансе (ЯМР). Взаимодействие между спинами ядер осуществлялось через электроны внешних оболочек. Таким образом, однокубитные операции выполнялись с помощью радиочастотных импульсов, а двухкубитные происходили как бы сами собой из-за постоянного взаимодействия кубитов - необходимо было только выждать определенное время.

Невозможность управления силой взаимодействия между кубитами (например, осуществлять включение и выключение) потребовала специальной реализации алгоритма Шора. Огромное число молекул, помещенных в колбу с жидкостью, фактически представляло собой ансамбль, в котором множество маленьких компьютеров (молекул) работало параллельно. Это позволило получить макроскопический сигнал ЯМР для считывания конечного результата. Попутно изучались процессы декогеренизации в системе и их влияние на выполнение алгоритма.

Конечно, представленные результаты являют яркое экспериментальное воплощение идей квантовых вычислений. Однако дотянуть на жидкостных квантовых компьютерах до практически значимых расчетов, требующих более 1000 кубитов, не удастся. Нужны новые подходы.

Nature. 2001. V.414. P.863 (Великобритания);

http://perst.isssph.kiae.ru/inform/perst/

Электроника

Материалы для приборов ночного видения

Если на поверхность полупроводника с дырочным типом проводимости нанести специальное, очень тонкое, покрытие, работа выхода из него будет много меньше, чем из самого полупроводника. Так достигается эффект отрицательного электронного сродства (ОЭС). Например, достаточно нанести на поверхность кремниевой пластины монослой из атомов цезия, как энергия дна зоны проводимости в объеме кристалла окажется выше уровня вакуума на поверхности. В такой ситуации фотовозбужденные электроны легко покидают полупроводник и вылетают в вакуум, если, конечно, при этом они не погибнут по дороге к поверхности, встретив на своем пути дырку, и не отразятся от границы раздела полупроводник-активирующее покрытие. К несчастью, и то, и другое всегда возможно.

Тем не менее по величине внешнего квантового выхода в интересной для ночных охотников инфракрасной области спектра (l >0.8 мкм) у фотокатодов с ОЭС просто нет конкурентов. Чаще всего подходящее покрытие - это цезий + кислород. Кислород иногда заменяют фтором, получается тоже неплохо, но тонкое аморфное покрытие, состоящее из летучих веществ, довольно капризно. И разработчики, и изготовители этого популярного прибора давно пытаются заменить его на более прочную монокристаллическую пленку. К тому же цена современного прибора ночного видения, использующего цезиевое покрытие, сравнима со стоимостью среднего автомобиля.

В этой ситуации на сцене появляются соединения редкоземельных металлов с халькогенами (серой, селеном или теллуром). Несмотря на простоту кристаллической структуры монохалькогенидов, межатомная связь у них удивительно прочная: температура плавления моносульфидов почти всегда выше 2000°С. По своим электронным свойствам это типичные металлы, но с удивительно малой работой выхода (<1.5 эВ). Поэтому, если, например, на поверхности дырочного легированного полупроводника из фосфида индия эпитаксиально вырастить два-три монослоя моносульфида лантана (LaS), то, как показывают недавно опубликованные расчеты (Phys. Rev. B. 2002. V.65. Paper 033304.), формируется структура с ОЭС. Дополнительная удача - у такой пары близкие постоянные кристаллической решетки. Для производителей приборов ночного видения это хорошая новость.

http://perst.isssph.kiae.ru/inform/perst/

Ботаника. Экология

Флора островов Галапагос в опасности

Долгое время о-ва Галапагос считались затерянным миром. Их обособленное положение и обилие эндемиков привлекли в свое время внимание Ч.Дарвина - именно здесь, где легко проследить процесс приспособления разных видов к условиям среды, он обосновал свою эволюционную теорию. Однако с тех пор островная растительность сильно изменилась.

Когда в 1535 г. о-ва Галапагос были открыты европейцами, там насчитывалось около 500 видов растений, а впоследствии появилось примерно 600 чужеземных. Среди них немало съедобных (например, гуайява, банан, апельсин и ананас), есть и декоративные формы (бугенвиллея, гибискус, мадагаскарский барвинок, олеандр и др.). Для нужд строительства и на топливо стали выращивать кедр, а на медицинские цели - хинное дерево.

По состоянию на 2001 г. 45% интродуцированных растений уже можно считать законными представителями островной флоры. Ботаники установили, что 7% «пришельцев» весьма агрессивны: они успешно конкурируют с «аборигенами», а около 20% - потенциально опасны. Самое отрицательное воздействие на традиционную растительность оказывают бриофиллум перистый (Bryophyllum pinnatum, семейство толстянковых), лантана камара (Lantana camara, вербеновые), хинное дерево (Cinchona pubescens), гуайява (Psidium guajava) и др. Характерно, что в наибольшей степени пострадали от вселенцев те четыре острова архипелага, где обитает человек. За время, прошедшее с их открытия, люди вольно или невольно ежегодно укореняли в среднем более одного растения-чужака, тогда как естественным образом новый вид появлялся примерно раз в 10 тыс. лет.

Подобные процессы идут и в иных уголках земного шара, принося существенный ущерб не только природной среде, но зачастую и экономике регионов: согласно подсчетам, убытки в каждом случае могут достигать 100 млн долл. в год. Особенно страдают экологические системы малых островных государств. Одна из статей Международной конвенции по биологическому разнообразию призывает ее участников предотвратить интродукцию видов, угрожающих местным экосистемам, или установить контроль за ними. О-ва Галапагос - пример легко уязвимых территорий, а по принимаемым защитным мерам - образец для подражания.

Чтобы прекратить ввоз новых видов растений, сотрудники национального парка «Галапагос им.Ч.Дарвина» и других организаций создали эффективную систему строгого таможенного контроля и карантина. Среди населения ведется активная разъяснительная кампания с целью не допустить дальнейшей «оккупации» островов новыми для них видами флоры и фауны.

Science. 2001. V.294. №5545. P.1279 (США);
Bioscience. 2000. V.50. P.53.

Экология

Волк вернулся

На территории Германии последний волк (Canis lupus) был убит в середине XIX в. Правда, лет 20 назад стали изредка появляться сообщения, что кто-то сбил волка на шоссе, но постоянно живущих в стране семейных пар и тем более волчьих стай не видели (См. также: Бибиков Д.И. Волк: и хищник, и жертва // Природа. 1996. №10. с.36-46.).

И вот новость: в Саксонии, на территории, принадлежавшей ранее военному полигону, лесники обнаружили семью этих хищников - супружескую пару и шестерых щенят (четверых годовалых и двух совсем маленьких). В Германии это первый за полтора века случай размножения волка на воле!

Биолог Ф.Мёршель (R.Morshel; отделение Международного фонда дикой природы во Франкфурте-на-Майне) считает, что это ненаселенное и богатое пищей место идеально для животных. По его мнению, семья вскоре расширит свои владения (хотя и сейчас уже их площадь вдвое превышает территорию бывшего полигона). Если при этом хищник начнет нападать на домашний скот, возможны конфликты с населением.

Science. 2001. V.294. №5547. P.1649 (США).

Геотектоника

«Пригвожденный к месту» Африканский континент

Африканский континент за 200 млн лет почти не сместился относительно лежащего под ним участка мантии, а в последние 30 млн лет вообще оставался фактически неподвижным. Геолог К.Бёрк (K.Burke; Хьюстонский университет в штате Техас) находит нетрадиционное объяснение: в этом районе нет холодных и плотных литосферных плит (столь характерных для Японских о-вов и Южной Америки), которые, погружаясь в мантию, мощно тянут за собой соседние. Африканский континент и окружающая его литосфера почти со всех сторон ограничены срединно-океаническими хребтами, а образующаяся в процессе спрединга молодая кора, медленно растекаясь в стороны от хребтов, весьма слабо «толкает» материк. Отсутствие воздействующих на Африку плит означает, что здесь давно уже не действует процесс холодного «затягивания» слоев коры в глубины мантии, а без такого охлаждения она под материком постепенно разогревается.

Бёрк построил математическую модель, описывающую геодинамические процессы на протяжении последних 250 млн лет, и проследил ход повышения температур под континентом. Считается, что на этот период пришлось 29 эпизодов массового излияния глубинных пород на поверхность земного шара, создавших крупные магматические провинции. Бёрк обнаружил, что из 26 рассмотренных им провинций (в число которых вошли и Сибирские траппы - одна из крупнейших на Земле магматических провинций) 25 сформировались либо в Тихом океане, либо в Африке. Именно в этих регионах сейсмическим зондированием выявлено существование мантийных суперплюмов, которые прослеживаются вплоть до земного ядра.

Согласно новой гипотезе, за геологические особенности Африканского континента, сложившиеся в последние 30 млн лет, отвечает подъем очередного плюма к поверхности. До этого эпизода Африка была сравнительно низинной и слабо пересеченной территорией. Когда же в районе, где теперь находится Эфиопия, гигантский плюм приподнял плиту, образовался купол поперечником около 1 тыс. км - Афарская магматическая провинция. Примерно в то же время всякое перемещение Африки приостановилось: нажим со стороны срединно-океанических хребтов был слишком слаб, чтобы сдвигать Африканскую плиту и перемещать ее через порожденное плюмом возвышение, - плита оказалась «пригвожденной к месту».

Это - ключевое событие для дальнейшей геологической истории материка. Афарский плюм пребывает в одном и том же месте десятки миллионов лет, а Красное море, Аденский залив и Восточно-Африканская рифтовая система раздвигаются. Сложившиеся климатические условия оказались подходящими, чтобы этот регион стал колыбелью человечества: ведь именно здесь находится знаменитое Олдувайское ущелье с древнейшими останками Homo.

Бёрк полагает, что под «пригвожденной» Африканской плитой участок мантии перешел в систему тепловой циркуляции: вместо того чтобы мантийный материал перетекал единой широкой струей, у которой один конец медленно приподнимается, а другой погружается, возникшая конвективная циркуляция ведет к распаду системы на ряд мелких ячеек, подобно тому как это наблюдается в сосуде с кипящей водой. Конвективные образования подповерхностных волнистых возвышений существуют более чем в 30 ячейках, расположенных по всему Африканскому континенту. Большинство возвышений увенчаны вулканами, которые, надо полагать, подпитываются неглубоко залегающей магмой. Эрозия возвышений, происходящая особенно активно в Центральной и Северной Африке, приводит к выносу реками осадочных пород в прибрежные районы материка. Здесь эти породы перекрывают богатые органикой осадки, порожденные предыдущей активностью плюмов; это создает условия для образования залежей нефти в дельте р.Нигер и глубоководном конусе выноса р.Конго.

Гипотеза, основанная на столь разветвленной цепи взаимосвязанных событий, вызвала дискуссию среди специалистов, которая отразилась на страницах геофизических журналов.

Science. 2001. V.294. №5541. P.287 (США).

Геофизика

Цунами в компьютере

17 июля 1998 г. на побережье Папуа-Новой Гвинеи внезапно обрушилась гигантская волна. Высота ее гребня достигала 20 м; вдоль 25-километрового участка берега она разрушила все на своем пути, а после ухода оставила больше сотни погибших; трупы несчастных находили на вершинах высоких деревьев. Три деревни были смыты с лица Земли.

На место трагедии около залива Сиссамо немедленно прибыла международная группа гидрологов, сейсмологов, геофизиков, специалистов по гидравлике и математическому моделированию естественных процессов. Они измерили высоту отметок, оставленных цунами на окрестных объектах, установили степень и характер повреждений, опросили уцелевших свидетелей, собрали сейсмологические и гидроакустические данные. И все-таки оставалось загадкой, каким образом зафиксированное на сейсмограммах сравнительно слабое землетрясение на морском дне могло породить столь высокую волну.

Три года потребовалось на обработку данных и построение компьютерной модели; выводы были доложены на двух созванных летом 2001 г. международных симпозиумах - в Стамбуле (Турция) и в Сиэтле (США). Особый интерес специалистов вызвал совместный доклад инженера по укреплению морских берегов К.Синолакиса (C.Synolakis; Университет Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе) и сейсмолога Э.Окала (E.Okal; Северо-Западный университет в Эванстоне). По их мнению, прямым виновником трагедии было не землетрясение, а крупный подводный оползень. К такому заключению они пришли на основе изучения подробнейшей карты морского дна, построенной усилиями Японского центра морских наук и технологий и международной Южно-Тихоокеанской комиссии по прикладным наукам о Земле.

На этой карте в 25 км от Сиссано четко различалось нагромождение свежих пород, характерное для крупного оползня. Когда эту информацию сопоставили с сейсмограммами и гидроакустическими данными, выяснилось, что и среди них есть свидетельства мощного события, произошедшего здесь как раз 17 июля 1998 г. Компьютер уверенно подтвердил: сперва на дне произошел не очень сильный подземный толчок, от него по донному склону стали перемещаться рыхлые и слабо закрепленные породы, а затем уж этот оползень всколыхнул водную стихию. На ее поверхности возникла волна, которая у берега поднялась на 20 м и, перескочив через песчаную косу, рухнула на ближайшие населенные пункты.

Это - достаточно редкий случай, когда с уверенностью была распознана причина одного из самых мощных цунами нашего времени. Не менее важно, что впервые удалось построить надежную компьютерную модель возникновения цунами от подводного оползня и дальнейшего развития событий с картиной выхода на берег и затопления немалой территории.

Большие надежды в вопросах прогнозирования и оценки вызываемого цунами риска возлагаются на создаваемую ныне американскую систему DART (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis) (Подробнее см.: Как противостоять цунами? // Природа. 2002. №5. с.83.), в рамках которой в различных акваториях устанавливаются приборы раннего их обнаружения.

Science. 2001. V.293. №5533. P.1251 (США).

Океанология

Океанологический прогноз на месяц

Новая методика долгосрочного прогноза состояния океанических вод разработана О.Смедстадом (O.Smedstad; компания «Planning System Inc.») совместно с коллегами из Исследовательской лаборатории ВМФ США при Космическом центре им.Стенниса.

С начала 90-х годов изучение океанических воронок - важной составляющей морских течений - осуществлялось путем разбивки океана на блоки со стороной 0.5° и вычисления средних параметров такого участка. Но столь малое разрешение не позволяло построить достаточно надежную компьютерную модель долгосрочного прогноза. Ныне специалисты перешли к модели слоистого океана (Layered Ocean Model), которая дает возможность оценить поведение водоворотов диаметром 50-100 км, благодаря чему прогноз может достигать 30-суточной заблаговременности. Анализируемые блоки водных масс составляют всего 1/16 градуса с разрешением 6-7 км, что отчетливо характеризует любую отдельную воронку в средних широтах. Программа не учитывает параметры мелководья над континентальными шельфами.

Исследователи используют мощный параллельный компьютер «IBM Winter Hawk-2» с 216 процессорами; его быстродействие достигает 35 гигафлоп (в прежних работах были задействованы восемь процессоров, работающих параллельно со скоростями немного более 1 Гфл).

Оперативную информацию о температуре поверхностного слоя океана и его форме собирают спутники Земли. Данные отражают характер течений в соответствии с конкретным расположением областей высокого и низкого атмосферного давления. Модель учитывает воздействие воздушных потоков на поверхность океана и на теплоэнергообмен между обеими стихиями. Оперативную картину состояния океана модель выдает ежесуточно, затем следует прогноз заблаговременностью 4 сут; каждую среду вырабатывается прогноз на месяц. Правда, в наиболее динамичных акваториях Мирового океана, например в зоне Гольфстрима, прогноз остается надежным лишь на две недели.

Пробная эксплуатация системы шла с октября 2000 г., а ее рабочее применение началось с октября 2001 г. Прогнозом теперь постоянно пользуются компании, добывающие нефть на морских платформах, некоторые рыболовецкие фирмы, а также биологи, следящие за перемещением китов и других морских животных в северо-западном секторе Тихого океана, и др.

Science. 2002. V.295. №5553. P.260 (США);

Океанография

Глубинные воды Средиземного моря теплеют

Европейская глубоководная станция «Geostar» недавно завершила свой первый рейс в Средиземном море. Этот автономный аппарат на глубине 2000 м собирал информацию о физико-химическом состоянии вод и донного грунта, фиксировал наличие живых организмов, измерял параметры магнитных полей и растворенных газов. Главный вывод таков: температура абиссальных вод возрастает на 0.001-0.002°С ежегодно; казалось бы, столь малым повышением можно пренебречь, но при идущем сейчас глобальном потеплении его нельзя не учитывать.

Данные «Geostar» подтвердили факт, ставший очевидным лишь в последнее время: уже 40 лет температура глубинных вод Средиземного моря растет. Некоторые специалисты связывают это с потеплением климата материков. Иную гипотезу выдвинул К.Милло (C.Millot; Лаборатория океанографии и биогеохимии Национального центра научных исследований в Тулоне, Франция): плотины, построенные на Дунае и Ниле около 40 лет назад, ограничили поступление в Средиземное море пресных вод, что привело к повышению его солености. В процессе постоянной циркуляции абиссальные воды постепенно поднимаются к поверхности; из-за испарения и зимнего охлаждения их плотность увеличивается, и они снова опускаются. Однако для погружения более соленых и тяжелых вод требуется меньшее охлаждение - в результате в глубину уходят более теплые воды.

Science et Vie. 2001. №1010. P.30 (Франция).

Вулканология

Странная гора Мак-Кинли

Высочайшая в Северной Америке гора Мак-Кинли (6194 м над ур.м.) находится в центральной части Аляскинского хребта, вулканически не активного (по крайней мере севернее р.Баззард). Однако К.Най (C.Nye; Вулканологическая обсерватория при Университете штата Аляска в Фэрбенксе) заметил, что, судя по геофизическим и геологическим данным, процессы, идущие в недрах этой горной системы, в особенности под Мак-Кинли, такие же, что и на вулканически активном южном побережье Аляски. Тем не менее эта гора не вулкан.

О сходстве недр говорят маары (воронки, оставшиеся после взрыва вырвавшихся из-под земли газов), находящиеся по берегам р.Баззард, чуть севернее соседнего г.Хили. Они образовались здесь около 3 тыс. лет назад; слагающие их породы не отличаются по химическому составу от вулканов Алеутской островной дуги, которых насчитывается более сотни. Самый северо-восточный из них, Спурр, расположен на берегу залива Кука; он проявляет постоянную активность, угрожая г.Анкориджу. Далее к югу - 350-километровый вулканический «пробел» (Най назвал его Денали). Между тем именно в этом регионе, под Денали и значительной частью всей Аляски, Северо-Американская плита погружается под Тихоокеанскую, при их соприкосновении нередко возникают сильные землетрясения, обычно сопровождающиеся вулканической активностью.

О продолжающемся погружении одной плиты под другую говорят частые подземные толчки в районе Аляскинского хребта. М.Уисс (M.Wiss; Геофизический институт при Университете штата Аляска) утверждает, что магнитуда толчков и частота их повторяемости под горой Мак-Кинли такие же, как и под другими островными дугами, в том числе и под вулканами около залива Кука. Более того, слабых толчков здесь даже больше, что указывает на близкое к поверхности расположение бурлящих магматических очагов - примерно в 100 км под Мак-Кинли.

Что же помешало образоваться вулканам в районе между горой Спурр и р.Баззард? Возможно, блок земной коры, лежащий под южной частью Аляски, так плотно прижат к Северо-Американской плите, что расплавленные магматические породы в западной части Аляскинского хребта не могут выйти на поверхность. Однако проверить эту гипотезу ученые пока еще не смогли.

Geophysical Institute Quarterly. 2001. V.17. №1. P.2 (США).

Климатология

Тропики влияют на климат Северной Атлантики

В течение последнего полувека в Северной Атлантике происходили существенные изменения климата. Десятилетние колебания, налагающиеся на общий тренд, особенно заметны на примере атмосферной Северо-Атлантической осцилляции (См. также: Арктическая осцилляция - новый климатический фактор // Природа. 2000. №3. с.79-80.). При положительной фазе в средних широтах усиливаются западные ветры, что сопровождается аномально низким давлением над субполярной акваторией Северной Атлантики и аномально высоким - над субтропической; причем эти колебания охватывают все пространство от водной поверхности до стратосферы. Такие «качели» в атмосферной циркуляции вносят весомый вклад в потепление всей поверхности Северного полушария и связанные с ним крупномасштабные изменения количества осадков над Европой и Средним Востоком, однако понимания физического механизма этих процессов до сих пор нет.

Существенный шаг в этом направлении сделала группа специалистов под руководством М.П.Хёрлинга и Дж.У.Херрелла (М.Р.Hoerling, J.W.Hurrell; Лаборатория по исследованию природной среды при Национальном управлении США по изучению океана и атмосферы). Использовав данные, полученные в ходе выполнения программы GOGA (Global Ocean Global Atmosphere), а также всю доступную информацию о динамике температур поверхности океана и концентрации плавучих льдов в мировом масштабе за последние 50 лет, они построили математическую модель, которая показала, что вариации климата Северной Атлантики отнюдь не случайны - в известной мере они представляют собой реакцию на изменение поверхностной температуры Мирового океана и состояние ледового покрова.

Установлено также, что тенденции изменения климата в Северной Атлантике - это составляющая наблюдаемых перемен в характере атмосферной циркуляции всего полушария, связанных с низким давлением над центральной частью северной акватории Тихого океана и высоким давлением над Западной Канадой. На изменения зимней погоды в Северной Атлантике и Европе, наблюдаемые с 1950 г., существенно влияет потепление поверхностного слоя океана в тропиках, причем основную роль, несмотря на удаленность, играют Индийский и Тихий океаны.

До недавнего времени полагали, что только в Тихом океане такие явления, как Эль-Ниньо-Южная осцилляция, приводят к заметным изменениям климата в очень отдаленных регионах. Теперь очевидно, что сходные процессы происходят и в других частях Мирового океана.

Science. 2001. V.292. № 5514. P.90 (США).

Палеоантропология

Скорость роста зубов у Homo erectus

Одна из главных черт, отличающих человека от остальных приматов, - длительный период взросления, во время которого формируются сложные структуры головного мозга. Однако возникновение таких особенностей трудно проследить по ископаемым останкам. Для этого используются разные косвенные данные. Известно, что появление или исчезновение некоторых зубов означает конец определенного периода развития; например, третьи моляры - зубы мудрости - прорезаются в конце юношеского возраста. Определив время появления тех или иных зубов, можно понять, как проходил процесс взросления и, следовательно, как развит был мозг данного индивида.

Долгое время считалось, что человек прямоходящий (H.erectus), который жил примерно 1.9-0.8 млн лет назад, уже обладал развитым интеллектом. На это указывают изготовленные им разнообразные орудия, большой объем мозга, а также картина развития зубов, свидетельствующая, казалось бы, о длительном периоде детства. Однако К.Дин из Лондонского университетского колледжа и его коллеги (Dean C. et al. // Nature. 2001. V.414. №6864. P.628-631.), исследовав не порядок появления зубов, а скорость их роста, получили иную картину. Дело в том, что эмаль и дентин, из которых состоят зубы человека, выделяются не непрерывно, а с суточной периодичностью, благодаря чему образуется слоистая структура. По толщине слоя эмали, образовавшегося за день, можно определить скорость роста зубов, а она прямо связана с этапами развития человека.

Дин изучал этим методом скорость роста зубов у неандертальца, у человека умелого (H.habilis), жившего 2.3-1.8 млн лет назад, у H.erectus и австралопитека (4.2-3.9 млн лет назад). Результаты подтвердили схожесть по этому признаку H.habilis, H.erectus и Australopithecus, причем зубы у них развивались гораздо быстрее, чем у современного человека. Дин и его коллеги полагают, что эволюция различных структур мозга и тела происходила мозаично. Некоторые признаки менялись скачками - так было и со скоростью роста зубов у H.erectus.

Исследования английских ученых означают, что для получения полной и ясной картины эволюции H.sapiens нужно принимать во внимание все известные факты, а некоторые морфологические особенности, наблюдаемые в ископаемых остатках (размер мозга, двуногое хождение, порядок появления зубов) не могут быть объяснены сами по себе.

РЕЦЕНЗИИ

Л.В.Каабак, А.В.Сочивко.
БАБОЧКИ МИРА
Под ред. В.А.Володина.
М.: Аванта +, 2001. 184 с.

Поэма о совершенстве красоты бабочек
(Самые красивые и знаменитые)

В.Б.Чернышев,
доктор биологических наук, МГУ

Что такое бабочки с точки зрения энтомолога-систематика? Всего лишь один из почти трех десятков отрядов насекомых, который в науке носит очень точное, но невыразительное название - чешуекрылые. Да и, вообще, что такое насекомые? Природа не создала ни одной конструкции, которая была бы удачнее и совершеннее, чем насекомые. Доказательства? Насекомых не менее двух миллионов видов, т.е. больше, чем остальных животных и растений. Они способны жить всюду на нашей планете - почти от полюса до полюса.

При всей эффектности оформления книгу, посвященную бабочкам, никак нельзя назвать только научно-популярной, тем более развлекательной. В ней содержится много интересной информации, полученной самими авторами в их многочисленных экспедициях, кроме того, это достаточно полный обзор по биологии бабочек и их географическому распространению. Наконец, это прекрасное дополнение к учебным курсам и инструкциям по сбору и изучению бабочек для натуралиста любого возраста.

На что прежде всего обращаешь внимание? Авторы по-настоящему влюблены в насекомых, исполнены восторга перед природой. Отсюда и поэтичность, пронизывающая всю книгу. Не случайно и название вводного раздела - «Объект поклонения, источник вдохновения, предмет страсти».

По содержанию книга четко делится на две части. Первая называется «Мир бабочек» и представляет собой увлекательный обзор, в котором рассказывается о биологии бабочек, их охране и коллекционировании. Однако неграмотный, и тем более алчный, коллекционер может нанести непоправимый вред. В природе отрицательное влияние любых факторов автоматически снижается, если численность популяции мала. Так достигается бесконечно долгое существование всех видов. Коллекционер же, наоборот, целенаправленно собирает именно редкие и малочисленные формы, что может нарушить часто зыбкое равновесие и привести к полной гибели вида. Никакая птица, никакой яркий уличный фонарь не способны нанести такой вред.

Обзор написан со знанием дела и может стать отдельной книгой для студента и просто любителя природы. Конечно, далеко не все, что можно рассказать о бабочках, есть в нем. Однако я уверен, что даже самый привередливый специалист положительно оценит этот раздел. Единственное замечание, которое, на мой взгляд, необходимо высказать: неверно утверждение, что все существование взрослой особи (имаго) направлено только на размножение. Сами же авторы далее опровергают этот тезис, описывая миграции бабочек. Направлены миграции или нет, но в любом случае - это завоевание новых территорий, подходящих для жизни данного вида, а также обогащение генофонда местных популяций. Именно расселение наряду с размножением - основные функции имаго бабочек, да и других насекомых. У некоторых видов бабочек самки не могут летать и функцию расселения берут на себя в основном гусеницы, но самцы прекрасно летают.

Вторая часть книги, названная «Бабочки мира», иллюстрирована великолепными фотографиями и снабжена довольно обширными, содержательными комментариями, из которых можно узнать о географическом распространении, формах, а также некоторых особенностях биологии видов. Их выбор, конечно, субъективен, но для описания всех красивых бабочек понадобилось бы более десятка таких томов. Приведенная информация касается только относительно крупных форм, хотя мелкие бабочки тоже достойны этого: при соответствующем увеличении оказываются не менее эффектными и оригинальными.

Приятно, что после описания роскошной экзотики приведен небольшой раздел - «Самые красивые бабочки России». В нем собрана информация всего о нескольких видах, более скромных, но не менее привлекательных, чем тропические.

Поражаешься, как много интереснейших личных наблюдений авторов вошло в книгу. Они были проведены как в России, так и в других странах и придают изданию особую свежесть.

В целом книга прекрасно написана. Фотографии, сделанные А.В.Сочивко, безупречно воспроизводят не только цвет, но даже тонкую фактуру крыла. И все-таки жаль, что ни один, даже самый талантливый рисунок или фотоснимок не может передать неповторимую и живую игру света на крыльях подлинных бабочек.

Я понимаю, что в подобном издании, по-видимому, неуместны библиографические ссылки. Но хотя бы небольшой список литературы, рекомендуемой тем, кто особенно заинтересуется бабочками, было бы полезно поместить.

Итак, эта книга - и научный труд, и великолепный художественный альбом, и учебное пособие.

Но, на мой взгляд, в рецензии необходимо остановиться и на других важных аспектах - социальных. Рассмотрите внимательно фотографии в книге и вы увидите самые неожиданные сочетания цветов, иногда очень резкие, фантастические и оригинальные формы. Но вы никогда не найдете то, что сейчас так часто встречается в иллюстрациях, на тканях, обоях, одежде, - у бабочек нет вульгарных безвкусных сочетаний. Каждому художнику, дизайнеру, модельеру полезно было бы посмотреть эти рисунки (или сами коллекции) и учиться у природы.

И наконец, что еще более важно, книга дает возможность увидеть подлинную красоту природы. В наше время это еще один путь к тому, чтобы человек оставался собой, а не превращался в амебу.

В.С.Левин.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ТРЕПАНГ:
Биология, промысел, воспроизводство.
СПб.: Голанд, 2000. 200 с.

В.С.Левин.
КАМЧАТСКИЙ КРАБ:
Биология, промысел, воспроизводство.
СПб.: Ижица, 2001. 198 с.

Жемчужины Дальнего Востока

К.Н.Несис,
доктор биологических наук
Институт океанологии им.П.П.Ширшова РАН

Две книги, написанные известным зоологом доктором биологических наук В.С.Левиным, отчасти построены по общей схеме: систематическое положение, строение, распространение, питание, поведение, размножение, развитие и рост, численность и биомасса и промысел животных, их враги и паразиты. Дальше идут различия. В книге о дальневосточном трепанге большое внимание уделено его искусственному воспроизводству, охране, технологии обработки и фармакологии. В другой книге описаны линька и дальние миграции камчатского краба, столь для него характерные и, естественно, отсутствующие у трепанга. Есть глава и о разведении, но особенное внимание уделено переселению камчатского краба в Баренцево море - одному из немногих в нашей стране успешных опытов плановой акклиматизации морского беспозвоночного в новом для него ареале.

Строение и биология этих животных полны удивительных и малоизвестных особенностей. Например, тело трепанга может быть жестким и упругим, но почти мгновенно становиться таким мягким, что буквально протекает между пальцев и может быстро превратиться в отвратительную кашу. Трепанг способен обновлять все свои внутренности, выбрасывая через заднепроходное отверстие мощную струю воды и с ней все органы пищеварительной, дыхательной и репродуктивной системы. Это происходит в определенный сезон или в любое время, но под действием повышенной температуры воды или химических раздражителей. На месте отброшенных органов довольно быстро появляются новые.

Размножение камчатского краба включает ритуал «рукопожатия», когда самец хватает клешнями самку «за руки» и удерживает ее «лицом» к себе в течение одной-двух недель (в аквариуме - до двух месяцев), пока она не перелиняет. При этом животные практически прекращают кормиться. В момент спаривания самку пытаются удерживать сразу несколько самцов, борющихся между собой. Еще одна удивительная черта биологии крабов - открытое в начале 60-х годов образование «кучи малы» у молоди в возрасте двух-трех лет. «Кучу» составляют сотни и тысячи крабов, перемещающихся в ходе нагульных миграций совместно. Для чего? Загадка.

При всех бросающихся в глаза различиях у краба и трепанга общая и печальная участь - браконьерский лов, угрожающий существованию обоих видов. Краба отлавливают промысловые суда, оснащенные специальным оборудованием, и увозят в основном в Японию, а трепанга аквалангисты-одиночки поставляют в Китай. Неофициальный промысел краба в последние годы приобрел размах, сравнимый с квотированным выловом, и ситуация быстро приближается к критической. Промысел трепанга в Приморском крае почти на 100% браконьерский, и сейчас вооруженные разбойники, несмотря на все усилия рыбоохраны и пограничников, пытаются громить последние уцелевшие островки зоны обитания этого животного - угодья в Дальневосточном морском заповеднике.

Для чего ловят краба - понятно каждому, кому хоть раз довелось полакомиться его вкуснейшим мясом. Трепанг - другое дело, это продукт на любителя. Помнится, как в давние времена, когда трепанга было изобилие, я наловил с друзьями целое ведро, сварил - и съел чуть ли не в одиночку, все прочие, чуть попробовав, отвернулись. А ведь неплохие были трепанги! Но ловят и едят их в основном из-за возбуждающих свойств, приписываемых им сладострастными китайцами. Легенды и домыслы о чудодейственных свойствах трепанга неисчислимы, недаром его называют морским женьшенем. В книге говорится, что трепанг действительно содержит богатый набор биологически активных веществ - тритерпеновых гликозидов, липидов и гексозаминов, обладающих цитостатическим, антисклеротическим, противовоспалительным, противогрибковым действием. Но вот сведений об его возбуждающей активности в рецензируемой книге найти не удалось!

Искусственное разведение трепанга хорошо освоено, особенно в КНР (китайскому опыту посвящена специальная глава). Напротив, разведение камчатского краба только начинается. Но очевидно, что не в борьбе с хищническим браконьерским выловом будущее этих жемчужин нашего Дальнего Востока.

Обе работы хорошо изданы. Первой особую ценность придают многочисленные подводные фотографии, которых, к сожалению, почти нет во второй. Книги заполняют важный пробел в литературе о животном мире наших морей, и тех, кому повезет их достать (тираж по 500 экз.), ждет увлекательное чтение.

НОВЫЕ КНИГИ

Химия. Экология

С.С.Юфит. ЯДЫ ВОКРУГ НАС: Цикл лекций. М.: Джеймс, 2001. 400 с.

Автор - доктор химических наук, ведущий сотрудник Института органической химии им.Н.Д.Зелинского РАН - занимается исследованиями по деструкции опасных токсикантов, принимает активное участие в создании антидиоксиновой программы в России.

В последнее время внимание общественности привлекла группа стойких органических загрязнений, которые относятся к классу хлорорганических соединений. Многие известны уже давно и использовались в качестве пестицидов в народном хозяйстве большинства стран. В окружающей среде такие загрязнители могут сохраняться десятки и даже сотни лет. Некоторые аккумулируются в тканях живых организмов.

Хлорорганические соединения часто очень токсичны в ничтожных концентрациях. Их действие проявляется в нарушении репродуктивной и гормональной систем, генетических мутациях, врожденных дефектах, снижении иммунного статуса и развития организма в целом, а также в возникновении раковых и других заболеваний у человека.

Стойкие органические загрязнения образуются в районах, где находится большинство химических и других промышленных производств, а теперь обнаружены даже в холодных северных широтах Арктики.

Цикл лекций подготовлен автором при поддержке Фонда Дж. и К.Макартуров (США) и адресован не только участникам экологических движений и организаций, но и всем, кто озабочен состоянием окружающей среды и здоровьем людей.

Охрана природы

СЕВЕР И ЭКОЛОГИЯ - 21 ВЕК: Экологическое образование и воспитание. Труды межрегиональной конференции северных регионов РФ. М.: Научный мир, 2001. 602 с.

Ухта - один из базовых городов нефтедобывающей отрасли Республики Коми не случайно был выбран местом проведения межрегиональной конференции, посвященной Северу.

Старейший технический вуз (Ухтинский индустриальный институт) сегодня получил статус университета, в структуре которого был организован гуманитарный факультет, что особенно важно для междисциплинарных исследований. Роль геологии, химии, физики и других естественнонаучных дисциплин в охране природы очевидна. Это позволит создать интересное проблемное поле для многих кафедр УхтГТУ.

На конференции была выдвинута идея о непрерывности образовательного процесса, что позволило педагогам общаться с учеными, руководителями предприятий нефтяной и угольной промышленности и различных общественных организаций.

Среди участников было много прекрасных учителей. Они привезли с собой лучших учеников - победителей олимпиад и конкурсов.

В книге представлены результаты научных исследований и практических разработок по улучшению профессиональной подготовки работников образования и специалистов в области охраны природы. Особое внимание уделено возрождению культуры коренных народов Севера как важному условию сохранения природных богатств региона.

История науки

М.М.Ермолаев (в соавторстве с Т.Львовой). ВОСПОМИНАНИЯ. СПб.: Гидрометеоиздат, 2001. 290 с.

Автор - доктор геолого-минералогических наук, профессор физической географии. Но книга эта не ученый трактат и не научно-популярный очерк, а свободный, взволнованный рассказ о яркой романтической молодости, насильственно оборванной в 1938 г. Ермолаев принадлежал к «гнезду Самойловича» - первому поколению советских полярников. Будучи родственником, учеником и младшим коллегой Р.М.Самойловича, Ермолаев попал в Арктику 19-летним юношей в 1925 г. Участвовал во многих полярных экспедициях и зимовках. Был начальником станции Второго Международного полярного года в Русской Гавани на Северном острове Новой Земли (1932/33 г.).

Именно в тот период, о котором рассказывается в книге, были заложены основы дальнейших арктических путешествий и исследований, получивших мировую известность.

Михаил Михайлович вспоминал Арктику своей молодости, а помогала ему в работе над книгой Т.Львова в самые последние годы его жизни. Им удалось сделать примерно половину задуманного.

Ермолаев был удивительно разносторонним ученым. Кроме уже упомянутого, он серьезно занимался и геоморфологией, геологоразведкой, сейсмоакустическим зондированием стратосферы, экологией и даже психологией. Многие специалисты считали его своим коллегой. На фоне дробления наук он возвышается как всеобъемлющий естествоиспытатель.