Ученые создали самую точную и масштабную модель "виртуального" торнадо


Грозовые суперячейки (Supercell thunderstorms) - это гигантские воздушные бури, в центре которых находятся сильные вращающиеся восходящие потоки воздуха. Каждая из таких ячеек является "зародышем" торнадо, каждый четвертый-пятый торнадо имеет именно такое происхождение. И для того, чтобы иметь возможность более точного прогнозирования появления столь разрушительных явлений природы, ученые-метеорологи постоянно занимаются изучением процессов формирования торнадо. Однако, моделирование грозовой суперячейки, которая затем превратится в торнадо, основывается на данных, объем которых исчисляется терабайтами, и такая задача является посильной лишь для современных мощных суперкомпьютеров.

Одну из самых масштабных и точных моделей торнадо составила группа исследователей из университета Висконсина в Мэдисоне (University of Wisconsin at Madison), возглавляемая Ли Орфом (Leigh Orf). А за основу этой модели были взяты данные реального случая, шторма, суперячейка которого имела высоту в 20 километров, и который бушевал в центральной Оклахоме в 2011 году. "Цифровая версия этого природного явления, имеющая самую высокую на сегодняшний день разрешающую способность, позволяет нам во всех деталях рассмотреть внутреннее устройство суперячейки" - рассказывает Ли Орф, - "Но самым интересным для нас стал момент превращения суперячейки в торнадо".

Виртуальное пространство математической модели было разделено на 2 миллиарда частей, точнее на 1 839 200 000 частей. Каждая из этих частей представляла собой куб с длиной ребра в 30 метров, для которого в модели хранился набор данных, таких, как скорость и направление ветра, температура воздуха, атмосферное давление, влажность и т.п.

Созданная модель охватывала область виртуального пространства, размерами 120 на 120 километров и 20 километров высотой. "Цифровая буря" в недрах суперкомпьютера "завелась" вручную, когда в центр пространства был искусственно введен восходящий поток. А затем суперкомпьютер следовал законам физики, а в виртуальном пространстве модели, в соответствии с этими законами, развивалась суперячейка, превратившаяся потом в торнадо.

Для моделирования столь масштабной модели потребовалась весьма немалая вычислительная мощность, которая была предоставлена 20 тысячами вычислительных ядер суперкомпьютера Blue Waters, находящегося в распоряжении университета Иллинойса. Для справки, всего в этом компьютере насчитывается 800 тысяч вычислительных ядер, так что на расчеты модели торнадо была выделена не очень большая часть мощности суперкомпьютера. Расчеты модели торнадо производились на протяжении 30 часов времени, а объем полученных данных превысил 400 терабайт.

Источник

Астрономы обнаружили самую яркую из всех известных галактик


Согласно Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, лучи света, проходя в непосредственной близости от объекта с большой массой, преломляются под воздействием гравитации этого объекта и изменяют траекторию своего движения. Это явление обеспечивает работу так называемых гравитационных линз, которые фокусируют свет от далеких космических объектов, позволяя астрономам заниматься их изучением. Исследуя эффект гравитационной линзы, ученые-астрономы из института Instituto de Astrofisica de Canarias (IAC) и университета Polytechnic University of Cartagena (UPT) обнаружили очень далекую галактику WISE J132934.18+224327.3, находящуюся на удалении 10 миллиардов световых лет от Земли. Но самым интересным является то, что эта галактика светится в тысячу раз ярче, нежели Млечный Путь, ее можно считать самой яркой из так называемых субмиллиметровых галактик, называемых так из-за их яркого свечения в длинноволновом инфракрасном диапазоне.

"Благодаря гравитационной линзе от скопления галактик, расположенного между нами и далекой галактикой, изображение этой галактики увеличено в 11 раз и она кажется более яркой, нежели она есть на самом деле" - рассказывает Анастасио Диаз Санчес (Anastasio D?az S?nchez), ведущий исследователь, - "Мы видим сразу несколько изображений этой галактики, расположенных по кругу, по так называемому "кольцу Эйнштейна". Тем не менее, гравитационное воздействие не искажает спектральные параметры света, что дает нам возможность восстановить исходное изображение галактики".

Обнаруженная учеными галактика имеет высокую яркость, благодаря интенсивным процессам формирования новых звезд в ее недрах. В течение одного года в этой галактике формируются звезды, суммарная масса которых превышает массу Солнца в тысячу раз, для сравнения, процессы звездообразования в Млечном Пути производят в год массу звездной материи, в два раза превосходящую массу Солнца.

Факт того, что обнаруженная галактика настолько яркая и ее свет усиливается гравитационной линзой, которая дает еще и несколько изображений одной и той же галактики, дает ученым возможность изучить даже внутреннее строение галактики, что невозможно при использовании традиционных астрономических инструментов. "В скором времени мы получим возможность проведения более подробных исследований процессов звездообразования в галактике WISE J132934.18+224327.3" - рассказывает Анастасио Диаз Санчес, - "Для этого мы будем использовать интерферометр Northern Extended Millimeter Array (NOEMA/IRAM), находящийся во Франции, и радиотелескоп Atacama Large Millimeter Array (ALMA), расположенный в Чили".

Источник

Ученые выяснили, что жидкая вода может существовать в двух разных формах одновременно


Из курса школьной физики нам известно, что вода, одно из самых распространенных веществ на земном шаре, может существовать в трех формах - в виде водяного пара, жидкости и льда. Однако, группа исследователей из Швеции выяснила, что на самом деле все обстоит гораздо сложнее, при низких температурах, близких к точке замерзания, вода представляет собой смесь из двух жидкостей, кардинально отличающихся друг от друга по плотности и молекулярному строению.

"При некоторых пограничных условиях вода ведет себя весьма странно" - рассказывает Андерс Нильсон (Anders Nilsson), профессор физической химии из Стокгольмского университета, - "При низкой температуре вода существует в виде смеси двух различных жидкостей".

Исследуя молекулярную структуру охлажденной почти до точки замерзания воды при помощи рентгеновского излучения, ученые обнаружили наличие в объеме воды двух видов жидкости, с высокой плотностью и с более низкой, отличающиеся друг от друга пространственным положением молекул воды и их количеством в единице объема. Этот факт служит первым доказательством теории, выдвинутой Андерсом Нильсоном уже несколько лет назад, согласно которой вся вода на Земле находится в постоянном движении, переходя из одной формы в другую. А эти фазовые переходы, затрагивающие бесконечно малые объемы воды, длятся всего несколько пикосекунд.

Если "двойственный характер" воды будет подтвержден результатами других исследований, это послужит объяснением некоторых необычных свойств жидкой воды, в частности, ее высокой теплоемкости, и факта, что вода обретает свою максимальную плотность только при температуре в 4 градуса Цельсия и выше.

Пока еще не совсем ясно, к каким практическим вещам может привести сделанное шведскими учеными открытие. Тем не менее, углубленное понимание свойств воды может привести к разработке новых и более эффективных технологий очистки и опреснения, которые, в свою очередь, станут решением одной из самых острых проблем в некоторых уголках земного шара.

Источник

Астрономы обнаружили молодую звездную систему, "атмосфера" которой насыщена молекулами органических соединений


Международная исследовательская группа, возглавляемая учеными из Института астрономии и астрофизики (Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, ASIAA), Тайвань, которая использовала возможности радиотелескопа Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), обнаружила достаточно высокую концентрацию молекул сложных органических химических соединений в "атмосфере", окружающей протопланетарный диск одной из очень молодых звездных систем. Практически все обнаруженные органические молекулы являются "стандартными блоками" более сложных соединений, которые играют основную роль в любых биологических формах жизни. А то, что такие молекулы образовались на самом раннем этапе существования звездной системы, позволяет предположить, что они попадут на планеты, которым еще только предстоит сформироваться в этой системе и, возможно, станут причиной возникновения там жизни.

Система Herbig-Haro (HH) 212, являющаяся молодой системой с формирующейся протозвездой, находится в направлении на созвездие Ориона на удалении 1300 световых лет от Земли. Центральная протозвезда этой системы очень молода, ее возраст составляет приблизительно 40 тысяч лет, 1 стотысячную часть от возраста нашего Солнца, а ее масса составляет 0.2 от массы Солнца. Наличие двух полярных потоков материи, джетов, указывает на то, что протозвезда активно поглощает материю протопланетарного диска, набирая постепенно массу.


Протопланетарный диск системы имеет размер в 60 астрономических единиц. Особый интерес представляет структура этого диска, он состоит из двух внешних слоев, внутри которых "зажат" слой более темной материи, превращая диск в этакий "космический гамбургер".

Наблюдения, проведенные при помощи телескопа ALMA, позволили обнаружить ниже и выше протопланетарного диска своего рода атмосферу из молекул органических соединений. В состав этой атмосферы входит метанол (CH3OH), дейтеризированный метанол (CH2DOH), метантиол (CH3SH) и формамид (NH2CHO). Практически все эти соединения являются компонентами биологических молекул, таких, как аминокислоты и сахариды. "Вероятно, что эти молекулы образовались внутри газовых и ледяных "зерен" в протопланетарном диске. А затем это все испарилось под воздействием нагрева от звездного излучения и ударных волн" - пишут исследователи.

Наблюдения за системой Herbig-Haro (HH) 212 являются первыми наблюдениями за молодой звездной системой, в которой обнаружены сложные органические молекулы. Ученые планируют в ближайшем будущем произвести наблюдения и за другими подобными системами, используя высокую разрешающую способность и чувствительность радиотелескопа ALMA. И полученные в ходе таких наблюдений данные смогут пролить немного света на загадку возникновения жизни, как на Земле, так и в других уголках Вселенной.


Источник