Styczeń 2020

Naukowcom udało się po raz pierwszy sfilmować wiązanie między atomami

Atomy są powszechnie znane jako budulec każdej materii na Ziemi. Możliwość badania ich była jednak dotychczas ograniczona ze względu na ich wielkość. Wiązania między atomami liczą około 0,1-0,3 nanometra, co jest wielkością pół miliona razy mniejszą, niż szerokość ludzkiego włosa.

Dotychczas proces wiązania atomów był obrazowany za pomocą modeli kulkowych. Jednak dzięki zespołowi badawczemu z Wielkiej Brytanii i Niemiec, naukowcy z całego świata będą mogli zobaczyć 18 sekund nagrania pokazującego łączenie się dwóch atomów renu.

Jak opisano w Science Advances, naukowcy z Uniwersytetu w Nottingham i Uniwersytetu w Ulm uwięzili parę atomów renu w nanorurce węglowej, która działała jako „probówka” dla atomów.

Zespół wykorzystał następnie transmisyjną mikroskopię elektronową (TEM) do stworzenia nagrania atomów. W TEM wiązka elektronów o wysokiej energii przebija przez obiekt i wykrywana po drugiej stronie. Wiązka nie tylko obrazuje aktywność, ale także przenosi energię, którą można wykorzystać do zerwania wiązań chemicznych. Wykorzystując narzędzia z projektu SALVE, ta technika „dwa w jednym” pozwoliła im sfilmować moment wiązania się atomów renu.

Dr Kecheng Cao, asystent naukowy na Uniwersytecie w Ulm, opisując uchwycony film, powiedział: „Co ważne, gdy związek renu przesuwa się w dół nanorurki, długość wiązania zmienia się, wskazując, że wiązanie staje się silniejsze lub słabsze w zależności od środowiska wokół atomów”.

Ponieważ ren ma wysoką liczbę atomową, jest o wiele łatwiej jest go zobaczyć w TEM. W pewnym momencie, gdy długość wiązania jest rozciągana do rozmiaru większego niż same atomy, wiązanie pęka. Następnie atomy ponownie przekształcają się w cząsteczkę Re2 w dalszej części filmu.

Zrozumienie wiązania między atomami metali, takimi jak ren, ma kluczowe znaczenie dla scharakteryzowania właściwości materiału. Obrazowanie atomów, tak jak zrobił to ten zespół, to ogromny krok naprzód w dziedzinie badań nad atomami.

Dodaj komentarz

loading...

Atmosfera w czasach dinozaurów zawierała 5 razy więcej CO2 niż obecnie

Najnowsze badania wykorzystujące technologię spektralnego obrazowania sejsmicznego pozwoliły zrozumieć geologom procesy zachodzące na Ziemi 250 milionów lat temu. Okazało się, że wtedy atmosfera, którą oddychały dinozaury, zawierała tak dużą ilość dwutlenku węgla, że ludzie nie mogliby przeżyć.

 

Panujące na Ziemi dinozaury były zmuszone do oddychania powietrzem z 5-krotnie większym od obecnego stężeniu dwutlenku węgla. Ludzkość w swej obecnej formie nie mogłaby istnieć w świecie z tamtej epoki.

 

Na świeżym powietrzu, gdzie ludzie swobodnie oddychają, stężenie dwutlenku węgla wynosi około 0,03%, w dusznych biurach pełnych pracowników może to być nawet 0,1% dwutlenku węgla. Przy takich stężeniach ludzie stale skarżą się na zmęczenie i inne dolegliwości. Przebywanie w takiej atmosferze na stałe prowadzi do negatywnych zmian w strukturze ludzkiego DNA.

 

Nowe metody do oceny zawartości dwutlenku węgla w atmosferze prehistorycznej Ziemi pozwalają nie tylko zrozumieć procesy zachodzące w poprzednich epokach, ale także pozwalają przewidywać zmiany klimatu Ziemi w przyszłości.

 

Z oczywistych względów wzrost stężenia CO2 przez 250 milionami lat nie jest tłumaczone przemysłem dinozaurów, bo takowego nie było. Specjaliści poszukujący odpowiedzi na pytanie, co mogło spowodować takie stężenie twierdzą, że powodem tak wysokiej zawartości dwutlenku węgla w powietrzu były ciągłe trzęsienia ziemi i wybuchy wulkanów. W wyniku aktywności wulkanicznej wraz z potokami lawy do atmosfery były stale wyrzucane tysiące metrów sześciennych CO2, zamieniając planetę w gigantyczną szklarnię.

 

Badania atmosfery z okresu jurajskiego przeprowadził zespół badawczy kierowany przez holenderskiego naukowca Duve van der Meera, który zastosował technikę tomografii sejsmicznej. Dzięki niej, eksperci badali propagację fal sejsmicznych, co pozwoliło lepiej zrozumieć strukturę płyt tektonicznych pod powierzchnią naszej planety.

 

Dzięki tomografii sejsmicznej można obliczać dokładnie szczegółowe ruchy płyt tektonicznych, które doprowadziły miliony lat temu do zniszczenia starych kontynentów i utworzenia nowych. Obliczenia emisji dwutlenku węgla do atmosfery w wyniku takich zmian wykazały, że 250 mln lat temu, Ziemia produkowała dwa razy więcej CO2 niż powstaje w czasach dzisiejszych. To doprowadziło z kolei do tak dużej kumulacji tego gazu, że w porównaniu do czasów dzisiejszych było go w szczytowym momencie nawet pięciokrotnie więcej niż obecnie.

 

Wyniki wspomnianych powyżej badań zostały opublikowane w najnowszym wydaniu czasopisma Proceedings of National Academy of Sciences.

 

 

Dodaj komentarz

loading...

W Stanach Zjednoczonych powstanie nowy akcelerator cząstek

Departament Energii Stanów Zjednoczonych wybrał lokalizację dla nowego akceleratora cząstek. Zderzacz Elektron-Jon (EIC) powstanie na terenie Brookhaven National Laboratory w Nowym Jorku i pozwoli prowadzić badania nad siłami łączącymi atomy. Według aktualnych obliczeń, budowa akceleratora pochłonie około 2,6 miliarda dolarów.

 

Zderzacz Elektron-Jon zostanie zaprojektowany i wybudowany w ciągu 10 lat. Jego zadaniem będzie zderzanie elektronów i protonów, aby fizycy mogli przetestować teorie dotyczące oddziaływania silnego, które utrzymuje razem cząstki tworzące atomy. Podczas prac konstrukcyjnych dodany zostanie pierścień magazynujący elektrony oraz akcelerator elektronów do istniejącego już Relatywistycznego Zderzacza Ciężkich Jonów (RHIC), który od 2000 roku znajduje się na terytorium Brookhaven National Laboratory.

 

Nowy zderzacz Elektron-Jon poszerzy wiedzę na temat rozmieszczenia kwarków i gluonów, które tworzą protony i neutrony, oraz pozwoli dokładniej zbadać oddziaływanie silne, które jest najsilniejszą a zarazem najmniej zrozumiałą siłą w naturze.

Źródło: Brookhaven/CC BY 2.0

Stany Zjednoczone widzą w nowym akceleratorze nie tylko szansę na rozwój nauki i nowych technologii, ale też możliwość utrzymania się na czele badań w dziedzinie fizyki jądrowej i technologii akceleratorów cząstek. Departament Energii twierdzi, że projekt pozwoli również wyszkolić nowe pokolenie ekspertów, a technologie, które zostaną wykorzystane do budowy akceleratora EIC, znajdą szerokie zastosowanie w innych dziedzinach, np. w terapiach nowotworowych, urządzeniach testujących akumulatory, w katalizatorach i innych materiałach związanych z energią.

 

Swój udział w programie badawczym planowanych eksperymentów biorą udział naukowcy z całego świata. Wśród nich jest także zespół polskich fizyków z Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ).

 

Dodaj komentarz

loading...

Odkryto mechanizm, który przedłuża życie nicieni o 500%

Międzynarodowy zespół naukowców dokonał zaskakującego odkrycia. Badania wykazały, że wystarczy wprowadzić kilka prostych zmian genetycznych, aby przedłużyć życie nicieni aż o 500%. Sukces pozwoli lepiej zrozumieć zmiany zachodzące podczas starzenia się i być może uda się w jakimś stopniu spowolnić ten proces u ludzi.

 

Nicienie, takie jak Caenorhabditis elegans, które były przedmiotem najnowszych badań, mogą nam wiele powiedzieć o funkcjonowaniu ludzkiego organizmu. Stworzenia te żyją zaledwie kilka tygodni i są doskonałym obiektem badań genów i szlaków metabolicznych ze względu na ich liczne podobieństwa do ludzi.

 

W przeszłości wykazano, że zmiany wprowadzone w szlaku sygnalizacji insulinowej u nicieni powoduje wydłużenie życia o 100%. Inny eksperyment, w którym wprowadzono tymczasową zmianę w tzw. szlaku TOR (cel rapamycyny), przedłużył życie o 30%.

Caenorhabditis elegans - źródło: Volker Kern, NASA Ames Research Center

Podczas najnowszych badań, przeprowadzonych przez naukowców z Laboratorium Biologicznego MDI w Maine, Instytutu Badań nad Starzeniem się Bucka w Kalifornii oraz Uniwersytetu Nankińskiego w Chinach, wprowadzono zmiany genetyczne w obu szlakach. Pozwoliło to osiągnąć efekt synergiczny – życie nicieni zostało wydłużone aż o 500%.

 

Eksperyment wykazał, że starzenie się nie jest efektem działania pojedynczego genu lub szlaku. To z kolei wyjaśnia, dlaczego nie udało się dotychczas odnaleźć genu lub sygnalizacji komórkowej, której zmodyfikowanie zapewniłoby dłuższe życie ludziom lub zwierzętom.

 

Nie wiadomo, czy odkryty mechanizm można byłoby bezpośrednio wykorzystać wśród ludzi. A nawet gdyby człowiek mógł żyć te 500 lat, z pewnością pojawiłyby się inne trudności, np. zwiększyłaby się podatność na choroby, w tym nowotwory. Chodzi przede wszystkim o to, aby człowiek mógł żyć dłużej i pozostawał zdrowy przez większość swojego życia.

 

Dodaj komentarz

loading...

Astronomowie wykryli drugą kolizję gwiazd neutronowych, która wytworzyła fale grawitacyjne

Międzynarodowy zespół astronomów ogłosił właśnie odkrycie fal grawitacyjnych, które powstały po potężnej kolizji dwóch gwiazd neutronowych. Naukowcy są zaskoczeni nadzwyczajnie dużą masą gwiazd, które brały udział w tym zderzeniu.

 

Kolizja miała miejsce około 520 milionów lat świetlnych od Ziemi i wykryto ją 25 kwietnia 2019 roku. Zjawisko to otrzymało nazwę GW190425. Jest to dopiero druga kolizja gwiazd neutronowych, jaką kiedykolwiek udało się zarejestrować.

 

Pierwsze wykrycie fal grawitacyjnych, powstałych po zderzeniu dwóch gwiazd neutronowych, miało miejsce w sierpniu 2017 roku (GW170817). Naukowcy zauważyli kilka różnic. Podczas drugiej kolizji przede wszystkim nie wykryto światła. Częściowo może to być spowodowane tym, że zderzenie dwóch gwiazd neutronowych nastąpiło bardzo daleko, a jeden z dwóch detektorów fal grawitacyjnych LIGO był w tym czasie wyłączony, natomiast sygnał był zbyt słaby, aby mógł zostać wykryty przez detektor Virgo.

 

Namierzenie źródła tego sygnału było bardzo utrudnione, lecz detektor Virgo pozwolił w przybliżeniu określić obszar na niebie, z którego ten sygnał pochodził. Naukowcy zdołali również określić masę, orientację oraz pozyskać informację o obrotach zderzających się gwiazd.

Źródło: NASA

Zdobyte dane wskazują, że jedna z gwiazd neutronowych w tym układzie podwójnym miała masę 1,4 razy większą od Słońca, natomiast druga posiadała masę dwukrotnie większą od Słońca. To oznacza, że całkowita masa układu podwójnego gwiazd neutronowych była około 3,4 razy większa od masy Słońca. Dla naukowców jest to zaskakująca informacja, gdyż nie udało się dotychczas zaobserwować tak masywnych układów podwójnych gwiazd neutronowych w Drodze Mlecznej.

 

Odkrycie sugeruje, że ten układ podwójny mógł uformować się w inny sposób niż te obserwowane w naszej galaktyce. Dla porównania, gwiazdy neutronowe, których kolizję zarejestrowano w sierpniu 2017 roku (GW170817) miały masę około 1,1 i 1,6 masy Słońca, co razem daje nam masę około 2,7 razy większą od masy Słońca. Astronomowie porównali również masę 17 istniejących układów podwójnych gwiazd neutronowych w Drodze Mlecznej i okazało się, że najmasywniejszy układ posiada masę 2,9 razy większą od masy Słońca. Naukowcy nie wiedzą, skąd wzięła się różnica w masach i czy w wyniku tego zderzenia powstała wielka gwiazda neutronowa czy też mała czarna dziura.

 

Dodaj komentarz

loading...

Zmiany klimatu mogą prowadzić do przesunięcia osi Ziemi

Naukowcy są pewni, że zmiany klimatu doprowadzą do dalszych korekt położenia bieguna północnego. Ubywające jak i przybywające masy lodu wpływają na położenie osi Ziemi i jako takie mogą powodować jeszcze większe kołysanie się naszej planety.

 

Profesor Jianli Chen z University of Texas w Austin i jego współpracownicy, wykazali, że oczekiwane topnienie lodowców i lądolodów spowoduje poważny wkład w zmiany osi Ziemi. Nasza planeta nie porusza się na orbicie w idealnie zsynchronizowanym ruchu i podczas obrotów cały czas się kołysze. Kołysanie się osi obrotu Ziemi jest powodowane efektem Chandlera wynikającym z tego, że Ziemia nie jest idealną kulą, a także corocznego wpływu związanego z orbitą naszej planety wokół Słońca.

 

Obserwacje tej anomalii rozpoczął w 1899 roku astronom amerykański, Seth Carlo Chandler. Na przestrzeni czasu zauważono, że położenie bieguna północnego dryfujące w kierunku południowym do 10 centymetrów rocznie wzdłuż południka 70 zachodniego. Ten dryf ma miejsce ze względu na zmiany w rozkładzie masy Ziemi i tego jak skorupa ziemska powoli powraca do normy po zakończeniu ostatniej epoki lodowcowej.

 

Zespół profesora Chen potwierdził, że w 2005 r., ten dryf zmienił się gwałtownie i nagle ruszył na wschód. Od tego czasu zmiana spowodowała ruch o około 1,2 metrów, podaje New Scientist. Aby zorientować się, dlaczego tak się stało, zespół Chena próbował użyć danych grawitacyjnych z satelity NASA,GRACE.

 

Orbiter podczas swej pracy mierzył zmiany w polu grawitacyjnym Ziemi postępujące w czasie. Dane pozwoliły na określenie wielkości redystrybucji masy na powierzchni Ziemi ze względu na topnienie Grenlandii, lądolodów Antarktyki i lodowców górskich. Symulacja opiera się na założeniu istnienia powodowanego przez człowieka globalnego ocieplenia. Kumulacja gazów cieplarnianych antropogenicznego pochodzenia miałaby doprowadzić do wzrostu poziomu morza, co skutkowałoby zmianą dystrybucji masy i jeszcze większym rozkołysaniem naszego globu.

 

 

Dodaj komentarz

loading...

Naukowcy twierdzą, że w jądrze Ziemi pada 'żelazny śnieg"

Zespół amerykańskich i chińskich geologów uważa, że w wewnętrznym rdzeniu Ziemi mogą mieć miejsce opady „żelaznego śniegu”. Z przeprowadzonych badań wynika, że żelazne „płatki” mogą opadać z zewnętrznego rdzenia i osadzać się na rdzeniu wewnętrznym.

 

Ponieważ nie jesteśmy w stanie zobaczyć, co dzieje się na głębokości ponad 3 tysięcy kilometrów, naukowcy zmuszeni są prowadzić badania w laboratorium. W tym celu, naukowcy wykorzystują fale sejsmiczne, które rozprzestrzeniają się wolniej lub szybciej w zależności od struktury materiału.

 

Jednak ta metoda badawcza przynosi rezultaty, które nie zgadzają się z naszymi obecnymi modelami. Przykładowo fale sejsmiczne wydają się poruszać wolniej niż oczekiwano przez wewnętrzną część rdzenia zewnętrznego i szybciej przez górną część rdzenia wewnętrznego, szczególnie na półkuli wschodniej.

 

Naukowcy z Chin i USA wyszli z teorią, która może wyjaśniać te niezrozumiałe anomalie. Eksperymenty przeprowadzone z wykorzystaniem materiałów podobnych do tych w rdzeniu sugerują, że w dolnej części zewnętrznego rdzenia może zachodzić krystalizacja stopionego żelaza, które następnie osadza się na rdzeniu wewnętrznym.

Źródło: UT Austin/Jackson School of Geosciences

Substancja ta, zdaniem naukowców, może mieć konsystencję podobną do zawiesiny, która skutecznie spowalnia fale sejsmiczne. Warstwa może być niejednolita, przez co jest cieńsza na półkuli wschodniej i grubsza na półkuli zachodniej, co mogłoby wyjaśniać, dlaczego fale sejsmiczne rozprzestrzeniają się tam z różnymi prędkościami. Ponadto, proces ten mógłby wyjaśnić, dlaczego rdzeń wewnętrzny stale rośnie.

 

Opady „żelaznego śniegu”, jeśli rzeczywiście mają tam miejsce, mogłyby mieć wpływ na wiele procesów na Ziemi, między innymi na to, jak ciepło i skały poruszają się w różnych sekcjach oraz na wytwarzanie ziemskiego pola magnetycznego.

 

 

Dodaj komentarz

loading...