Обзор девяти научных чудес света

За последние десятилетия человечество незаметно для себя вступило в эру научной фантастики. Повсюду нас окружают продукты высоких технологий - мобильные телефоны, компьютеры, наладонники, GPS-навигаторы, медиаплееры, игровые приставки. Но кроме этих, уже ставших обыденными, устройств ученые задумали и даже создали нечто действительно футуристическое. Рассмотрим девять самых масштабных научных проектов по версии Discovery Channel.

Большой адронный коллайдер

Большой адронный коллайдер (БАК) – это огромный ускоритель элементарных частиц. Он является проектом Европейской лаборатории физики элементарных частиц (CERN). Любой ускоритель сам по себе является очень впечатляющим сооружением – диаметр тоннеля, где разгоняются частицы, составляет несколько километров. Но БАК позволит придавать тяжелым частицам существенно большую энергию, чем его предшественники - до 14 тераэлектронвольт. Простой пример позволяет понять, насколько гигантским является это число: средняя энергия условной молекулы воздуха при комнатной температуре меньше в 560 триллионов раз.

Такой мощности ученые смогли добиться, объединив "усилия" нескольких ускорителей. Туннель, в котором будут разгонять частицы, БАК "позаимствовал" у Большого электрон-позитронного коллайдера – предыдущего проекта CERN. Его длина составляет 28 километров. Первоначальную энергию частицам будут придавать протонный синхротрон (PS) и протонный суперколлайдер (SPS).
С помощью БАК физики собираются смоделировать условия, существовавшие во Вселенной спустя доли микросекунды после Большого взрыва. Запуск БАК несколько раз переносили. Согласно последним данным, это произойдет в июле 2008 года.

Строительство БАК вызвало опасения, что проводимые в нем исследования могут привести к опасным последствиям, вплоть до исчезновения Земли в результате выхода на свободу загадочных страпелек, а также магнитного монополя и микроскопических черных дыр. О том, почему эти предположения, скорее всего, не сбудутся, можно прочесть здесь.

Международный экспериментальный термоядерный реактор (ITER)

Цель проекта ITER – оценить, насколько рациональным является использование термоядерного синтеза для промышленного получения энергии. Термоядерный синтез – реакция слияния ядер легких элементов, при которой выделяется огромное количество энергии. Термоядерный синтез давно рассматривалась учеными в качестве вероятной замены не очень эффективных, неэкологичных или потенциально опасных ТЭЦ, ГЭС и АЭС.
Однако несмотря на то, что исходным веществом для термоядерного синтеза является дешевый водород, а энергетический выход реакции огромен (согласно некоторым расчетам, из одного грамма смеси двух изотопов водорода можно получить столько же энергии, сколько выделяется при химическом сжигании восьми тонн нефти), экономическая целесообразность ее использования находится под сомнением. Дело в том, что для запуска реакции требуется либо разогнать ядра до огромных скоростей, либо воздействовать на них сверхвысокими давлением и температурой. В таких условиях вещество переходит в состояние плазмы – частично или полностью ионизованного газа.

Плазма – крайне неустойчивое состояние вещества. Для ее удержания ученые используют сверхмощные магниты. Приборы, в которых создается и удерживается плазма, получили название токамаков (тороидальная камера с магнитными катушками). ITER – это огромный токамак: он будет нагревать газовую смесь до температуры 100 миллионов градусов и удерживать образовавшуюся плазму в "магнитной ловушке". От существующих токамаков ITER отличает то, что в нем физики смогут осуществить значительно большее количество экспериментов и понять, стоит ли "термоядерная овчинка" выделки.

Идея постройки гигантского реактора для изучения проектов термоядерного синтеза зародилась в 1980-е годы. Изначально в проекте участвовали СССР и США, затем к ним присоединились Южная Корея, Китай, Япония, Индия и страны Европы. Энтузиазм стран-участниц оказался больше их возможностей. Бюджет проекта несколько раз пересматривали, и последним вариантом стала сумма в 1,6 миллиарда долларов. Однако 10 июня 2008 года экспертная комиссия заявила, что стоимость работ будет на 30 процентов больше. Некоторые государства уже сообщили, что эти траты являются для них чрезмерными.

Международная космическая станция (МКС)

МКС – пилотируемая космическая станция, находящаяся на околоземной орбите. К настоящему времени в проекте МКС принимают участие 16 стран: США, Россия, Канада, Япония, Бразилия, Бельгия, Великобритания, Германия, Дания, Испания, Италия, Нидерланды, Норвегия, Франция, Швейцария и Швеция. Первоначально станция состяла только из двух модулей – советского модуля "Заря" и американского "Юнити" (Unity). Они были выведены на орбиту в 1998 году. Постепенно станция разрасталась, и в 2008 году на ней насчитывалось семь модулей.

В марте 2008 года к МКС присоединили еще два модуля – оснащенные разнообразными экспериментальными установками компоненты японского лабораторного комплекса "Кибо". Полностью его сборка будет завершена в начале 2009 года. МКС уже сейчас является крупнейшей инженерной конструкцией на орбите, а после завершения работ по установке "Кибо" сможет еще раз подтвердить это звание. Оценочная стоимость проекта МКС составит сотни миллиардов долларов.

МКС – это, прежде всего, орбитальная лабораторная площадка. Уникальные условия – невесомость и вакуум – позволяют осуществлять опыты, невозможные на Земле. На борту станции проводятся биологические и биомедицинские исследования, эксперименты по физике жидкостей, выращиванию кристаллов, квантовой физике. Кроме того, астронавты МКС занимаются астрономическими и метеорологическими наблюдениями.

"Солнечная башня" в Австралии



Башня высотой 999 метров и диаметром 130 метров будет построена на границе штатов Новый Южный Уэльс и Виктория. Фактически "Солнечная башня" – это электростанция, работающая на солнце и воздухе. Расположенная у подножия башни система, улавливающая солнечные лучи, будет нагревать окружающий воздух. Из-за разницы давлений, нагретый воздух устремится вверх и начнет крутить расположенные в башне турбины электрогенераторов.

Мощность станции составит 200 мегаватт. По предварительным оценкам, работа "Солнечной башни" позволит избежать выброса в атмосферу 900 тысяч тонн парниковых газов ежегодно. Авторы проекта выбрали для строительства башни именно Австралию, так как в этой стране очень высокий уровень солнечной радиации и спокойная сейсмическая обстановка (все-таки, километровая башня – это не самая устойчивая конструкция).

Несмотря на то, что "Солнечная башня" является экологичным и безопасным источником энергии, у этого проекта есть много противников. Основные причины для критики – высокая стоимость электричества "Солнечной башни" и ее низкая производительность. Мощность в 200 мегаватт – эта средняя мощность ТЭЦ, однако затраты на строительство километровой башни не скоро позволят приблизить цену "солнечного" киловатта к цене "обычного".

Симулятор изменения климата на Земле Climatprediction.net



Проект Climatprediction.net был запущен в 1999 году. Его цель – проверка математических моделей изменения климата и оценка того, как сильно влияют на общую картину небольшие изменения параметров. Для решения такой сложной задачи необходимы большие вычислительные мощности. Авторы проекта нашли их, причем задешево.

Компьютеры, на которых производятся все расчеты, предоставляют проекту добровольцы со всего мира. Программное обеспечение Climatprediction.net работает как фоновый процесс всегда, когда компьютер включен. В "подарок" за участие в проекте на каждом компьютере, проводящем вычисления, развивается индивидуальная модель погодных изменений в мире.

По данным на 2005 год, участники проекта помогли проработать более четырех миллионов "модельных" лет и предоставили проекту, в общей сложности, свыше восьми тысяч лет компьютерного времени. Climatprediction.net стал самым масштабным экспериментом по моделированию климата, возможности которого намного превосходят возможности суперкомпьютеров.

Одним из результатов, полученных участниками проекта Climatprediction.net, стал вывод о том, что среднегодовая температура на Земле может подняться на 11 градусов даже в том случае, если выбросы парниковых газов сократятся вдвое. Кроме того, ученые пришли к выводу, что климат сильно реагирует даже на незначительные изменения параметров. Поэтому предсказать последствия тех или иных действий по борьбе с глобальным потеплением представляется весьма затруднительным.

Телескоп "Джеймс Уэбб" (James Webb)

Телескоп "Джеймс Уэбб" будет запущен в космос в 2013 году и займет беспрецедентно высокую орбиту – около 1,5 миллиона километров. Для сравнения: высота орбиты телескопа "Хаббл" составляет 500 километров. "Джеймс Уэбб" будет изучать историю Вселенной, от момента Большого взрыва до рождения звезд и формирования галактик, в том числе, и нашей Солнечной системы.

Новый телескоп обладает инфракрасным "зрением": инфракрасные лучи лучше проходят сквозь облака космической пыли и позволяют наблюдать объекты, недоступные для наблюдения в видимых участках спектра. "Джеймс Уэбб" будет оснащен большим складным зеркалом и ультралегкой оптикой из бериллия.

Хранилище семян "Судного дня"

На архипелаге Шпицберген, в тысяче километров от Северного полюса было построено огромное зернохранилище, в котором будут содержаться семена всех наиболее значимых растений Земли. Хранилище создали, чтобы обезопасить семена растений на случай будущих катастроф, таких как ядерная война, глобальные изменения климата или астероидные удары.

Сейчас на Шпицбергене хранится около 250 тысяч образцов семян. Максимальная вместимость зернохранилища – около 4,5 миллионов будущих трав, деревьев, цветов и кустарников. Строительство зернохранилища "Судного дня" обошлось в 9,6 миллиона долларов. Инициатором проекта выступила Норвегия.

Некоторые аналитики считают, что она зря потратила эти деньги. Критики проекта замечают, что большинство семян просто не переживет долгого хранения.

Лифт в космос

Уникальная система позволит космонавтам добираться до орбиты Земли без помощи шаттлов. На сегодняшний день наиболее перспективной считается конструкция, состоящая из кабеля, по которому вверх-вниз движется грузовая платформа. Кабель тянется от "посадочной площадки" на экваторе до геостационарной орбиты. В таком случае он останется натянутым при вращении Земли.

Пока инженеры не смогли разработать схему космического лифта, которую возможно было бы воплотить на практике. Более того, никому не удалось реализовать даже "тренировочный" проект: подъемник, способный поднять платформу по кабелю на высоту 55 метров за счет внешнего источника энергии (инфракрасное излучение, энергия Солнца, лазер и так далее). Скорость движения платформы должна была составлять не менее одного метра в секунду. В конкурсе, организованном фондом X-Prize, поддерживающим "невероятные" научные проекты, ни один из предложенных проектов не смог удовлетворить всем требованиям.

Нейтринный телескоп "Антарес" ("Antares")



Нейтринный телескоп "Антарес" ("Antares") ловит загадочные частицы нейтрино. "Антарес" установлен на дне Средиземного моря на глубине около 2,5 километров. Более 900 детекторов телескопа, закрепленных на полукилометровых тросах, "смотрят" не вверх, а вниз – на морское дно.

Нейтрино практически не взаимодействуют с веществом, поэтому их очень трудно засечь. Ученые предположили, что некоторые из нейтрино, прошедших сквозь всю толщу Земли, все же вступят во взаимодействие с другими частицами. Такая реакция сопровождается выделением высокоактивных мюонов, испускающих черенковское излучение, которое смогут зафиксировать детекторы. Уже в первые дни работы "Антарес" обнаружил несколько нейтрино.

Основная цель проекта "Антарес" – использовать нейтрино для изучения механизмов ускорения частиц. Эти исследования помогут понять свойства многих астрофизических объектов и явлений, например, всплесков гамма-излучения в космосе или процессов, происходящих в центре галактик.

Еще один нейтринный телескоп - "Аманда" – установлен на Северном полюсе. Кроме того, в обозримом будущем планируется начать работы детектором нейтрино "Айс Кьюб" (Ice Cube), который также будет построен на Северном полюсе.

Вместо заключения

Часто научные разработки, сколь бы значимыми и красивыми они ни были, остаются незамеченными или непонятыми большинством жителей Земли – теми, для кого, в конечном итоге, и "работает" наука. Знакомство с поистине фантастическими научными достижениями поможет понять, чем же занимаются люди в белых халатах и какую пользу приносят все эти реторты и пробирки.