Page 1

16+

ЯНВАРЬ– АПРЕЛЬ ФЕВРАЛЬ 2018 2018

С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ

НАУКИ

МОЖНО ЛИ СПАТЬ МЕНЬШЕ БЕЗ ВРЕДА ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ

САМЫЕ РЕДКИЕ ПСИХИЧЕСКИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ

КАК ДЕЙСТВУЕТ

ДОПИНГ

КАК УСТРОЕНЫ АТОМНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

ПОДЗЕМНАЯ ЛОДКА: ВНЕЗАПНЫЙ УДАР ПО ВРАГУ

СПИРАЛЬНЫЙ ТРАМВАЙ

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

NAKED-SCIENCE.RU + iPad/iPhone + Android

I

1


2 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

3


ТЕМА НОМЕРА

КОСМИЧЕСКАЯ ГОНКА СТОЛЕТИЯ: кто будет первым

на МАРСЕ Кто ступит на поверхность Марса и станет первым человеком на другой планете? Naked Science оценил стартовые позиции «гоночных» команд, присмотрелся к «болидам» и прикинул шансы на успех.

? 50

ПОДЗЕМНАЯ ЛОДКА: внезапный удар по врагу Про подводные лодки слышали все – и все их хорошо знают. Но не каждый догадывается о лодках подземных. А ведь подобные проекты существовали в реальной жизни.

100

4 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

ПИСЬМА ЧИТАТЕЛЕЙ

ЛУЧШИЙ ВОПРОС

На спутниках других планет очень холодно, однако ученые считают, что там может быть жидкая вода. Как так? Андрей Матецкий, г. Смоленск Земля – не единственное место в Солнечной системе, где есть жидкая вода. Спутники Юпитера Европа и Сатурна Энцелад и даже далекий Плутон имеют внушительные по объемам жидкой воды подповерхностные океаны. На нашей планете, благодаря атмосфере и создаваемому ею давлению, а также климатическим условиям, вода находится в трех состояниях: жидком, твердом (лед) и газообразном (водяной пар). Вне планеты, где нет давления атмосферы, жидкая вода существовать уже не может. Здесь она – либо в твердом, либо в газообразном состоянии. Вспомним, что в обычных условиях, у поверхности Земли, вода кипит при температуре 100 °C. Стоит нам забраться повыше, например в горы, и температура, необходимая для кипения воды, станет ниже. Чем ниже давление атмосферы – тем при более низкой температуре закипает и превращается в пар вода. На высоте около 19 километров она закипает даже при температуре человеческого тела. А вот на высоте 35 километров, где атмосферное давление еще меньше, кипит уже при 0 °C – выше в жидком виде она не может находиться, здесь для воды начинается космос. Именно давление позволяло воде быть в жидком состоянии. Замерзает вода, как правило, при температуре около

0 °C. Однако температура, необходимая для замерзания, зависит от того, что в ней растворено. Как известно, морская вода – соленая. Замерзание воды с соленостью, равной средней солености Мирового океана, происходит при температуре около минус 1,8 °C. Так, мы нашли уже два условия, которые позволяют воде быть в жидком виде, – давление и растворенные в ней соли. Но все же не хватает третьего: необходим источник тепла. Потому что при температуре ниже минус 22 °C вода не будет жидкой в любом случае. Мы предполагаем, что жидкая вода есть под поверхностью Плутона и нескольких спутников планет-гигантов. Например, она должна быть под замерзшей ледяной коркой Европы – спутника Юпите-

ра. Здесь, предположительно, находится жидкий океан, подогреваемый приливными силами планеты. Если углубиться под поверхность льда, мы приблизимся к жидкой воде, поскольку подо всей огромной массой льда существует огромное давление. Приливные силы не просто приводят к деформациям внешних слоев спутников – они растягивают, сжимают и раскалывают их внутренности, из-за чего те разогреваются. Это и позволяет воде оставаться жидкой. Если океаны на Европе и Энцеладе «согревают» их планеты – Юпитер и Сатурн, – то у Плутона все наоборот: эту роль играет его спутник Харон. Таким образом, при уникальном сочетании трех факторов в космосе действительно можно найти жидкую воду – и не только на нашей Земле.

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

5


Редакция

ВрИО главного редактора Руслан Зораб

Почему при амнезии люди все забывают, но не теряют способность разговаривать и помнят слова? Кирилл Павлюченков, г. Владивосток

Арт-директор Наира Сароян Научный редактор Андрей Панов Редакторы Ольга Фадеева Сергей Васильев Сергей Соболь Наталья Пелезнева Сергей Сысоев Дарья Добрынина Анастасия Шартогашева Выпускающий редактор Егор Смолин Технический обозреватель Илья Ведмеденко Дизайнеры Владимир Тарасов Екатерина Горбункова Корректор Лариса Мурзикова Ответственный секретарь Людмила Макарова Иллюстратор Дмитрий Бисеров Над номером работали Нарек Погосян Василий Куликов Менеджер по проектам Игорь Волин Контент-менеджер цифровых версий Алла Антонова

КАК УСТРОЕНЫ АТОМНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ На атомных электростанциях энергия атома превращается в привычное нам электричество. Но прежде чем это случится, ей нужно пройти несколько преобразований в сложном хитросплетении технологического оборудования атомной электростанции.

68

ПОКУШЕНИЕ НА СОН: можно ли спать меньше без вреда для здоровья Люди ищут способы, чтобы сократить время сна и все же чувствовать себя бодро и свежо. Найдут ли?

78

В большинстве случаев при амнезии больной действительно не теряет речевых способностей. Эти навыки формируются в раннем детстве, а область мозга, которая отвечает за речь, спрятана достаточно глубоко – в основании теменной доли. А вот области, ответственные за наши воспоминания, расположены на периферии – почти на самой поверхности коры мозга. Защищены они гораздо меньше, поэтому и «отключаются» чаще: например, при травмах головы. Однако есть несколько типов амнезий: так, при диссоциированной локализованной амнезии происходит нарушение памяти только одной модальности, а все остальные сохраняются. Такие нарушения возникают в результате поражения соответствующего отдела мозга. Например, при агнозии нарушается узнавание ранее знакомых предметов, при апраксии – ранее приобретенных двигательных навыков, а при афазии – как раз память на слова и речь. Почему кадык есть только у мужчин? Мария Терешкина, г. Москва Кадык – это выступ гортани, участка дыхательной системы, который соединяет глотку с трахеей и содержит голосовой аппарат. Он образован двумя четырехугольными пластинками щитовидного хряща, соединяющимися спереди. Из-за разницы в угле соединения пластинок выступ гортани больше выражен у мужчин. У них он, как правило, составляет 90°, у женщин – 120°. Кроме того, даже такой небольшой бугорок у женщин прячется за более выраженной подкожно-жировой клетчаткой. Таким образом, в анатомическом плане кадык есть у представителей обоих полов. Однако существует мнение, что использовать само слово «кадык» уместно, только если речь идет о мужчине.

Обложка: manu.lv

СОВРЕМЕННЫЙ ПОДВОДНЫЙ ПАРФЕНОН Parthenon Seawall – это подводное сооружение, разработанное архитектурной фирмой Waterstudio из Нидерландов.

40

Отдел маркетинга Наталья Наумова Коммерческий отдел Виктор Буряков Отдел рекламы Виктория Орлова

6 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

7


ПИСЬМА ЧИТАТЕЛЕЙ Может ли быть естественный спутник у спутника нашей планеты? Например, если Луна притянет какой-либо астероид? Максим Черников, г. Шахты

В ПОИСКАХ ЕСТЕСТВЕННЫХ ФОРМ Что, если старый добрый производитель автомобилей класса люкс вдруг станет делать ультрасовременные, но по-прежнему роскошные вещи?

28 ЛЕКАРСТВО ОТ ЗДОРОВЬЯ: КАК РАБОТАЕТ ДОПИНГ Сегодня слова «допинговые скандалы», «допинг-пробы» и «допинг-офицеры» не сходят со страниц прессы. Разберемся, как работает допинг и как его ищут.

86

В настоящее время не обнаружено ни одного спутника естественного происхождения у спутников других планет. В принципе, спутник планеты может захватить и удерживать на своей орбите небольшое небесное тело. Но только в течение сравнительно короткого времени. Такие орбиты обычно крайне неустойчивы. Под влиянием гравитационных возмущений Солнца и планеты такой вторичный спутник либо упадет на спутник планеты, либо будет выброшен из системы. Все это относится и к окололунным орбитам, которые также не являются устойчивыми. Детально это было установлено во второй половине прошлого века, в результате исследования гравитационного поля Луны с помощью автоматических станций. Кроме того, низкие окололунные орбиты быстро деградируют из-за воздействия масконов – областей поверхности спутника, которые вызывают положительные гравитационные аномалии. Высокие орбиты будут неустойчивы, как уже сказано, из-за гравитационного возмущения Земли и Солнца. Поэтому любой окололунный спутник за сравнительно короткое время, от нескольких дней до нескольких лет, либо упадет на поверхность Луны при понижении перицентра его орбиты, либо покинет окололунную орбиту. Это относится и к искусственным спутникам Луны. Вероятность того, что у нее может появиться долговременный естественный спутник, ничтожно мала.

СПИРАЛЬНЫЙ ТРАМВАЙ

На самом деле это не совсем так. У акулы нет особой необходимости нападать на дельфина. И акулы, и дельфины – хищники, но они не являются друг для друга регулярной пищей. Однако в желудках пойманных акул часто находят останки дельфинов. Акулы не упустят возможности напасть на отставшего от стаи млекопитающего. Больные и молодые особи тоже могут стать жертвой хищницы. Однако акулы охотятся в одиночку, а дельфины – существа коллективные. Они плавают вместе: дельфины сообща поддерживают старых и ослабленных сородичей, оберегают подрастающее поколение. Вместе они охотятся и отражают нападения. Если акула не проявит должной осмотрительности и попробует напасть на отставшего, ослабленного или больного члена стаи, когда его сородичи будут неподалеку, ей несдобровать. Дельфинья стая сразу окружит хищницу, начнет толкать и бить своими мощными клювами в брюхо и жабры – самые уязвимые места акулы. Дельфины действуют согласованно и разумно, так что коллективно вполне могут убить акулу или нанести ей увечья. Кроме того, стая дельфинов может совершить и превентивный удар, если они обнаружат хищницу подозрительно близко. Таким образом, акулы не боятся дельфинов, но предпочитают их избегать.

38

ГИПЕРКАР ДЛЯ HYPERLOOP

34 ОДИНОКИЕ И ОДЕРЖИМЫЕ: РЕДКИЕ ПСИХИЧЕСКИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ Европейский комитет экспертов по редким заболеваниям (EUCERD) насчитывает их порядка 8 тысяч. Есть среди них и психиатрические. Расскажем о самых интересных.

ТРАКТОР НА СТЕРОИДАХ

Дизайнер из Испании задался целью использовать спираль как объединяющий элемент в дизайне такого вида общественного транспорта как городской трамвай.

Одинокие и одержимые: редкие психические заболевания

Правда ли, что акулы боятся дельфинов? Алена Крамская, г. Петрозаводск

Встречайте, это Red – полуавтономная машина с почти неограниченными возможностями.

26

110


ПИСЬМА ЧИТАТЕЛЕЙ Правда ли, что сотовый телефон изобрели в СССР? Кирилл Петрикин, г. Магнитогорск Принято считать, что первый звонок по сотовому телефону был сделан 3 апреля 1973 года. Это был опытный образец телефона Motorola DynaTAC, который получил сертификат Федеральной комиссии по связи (США) лишь спустя десять лет – 21 сентября 1983-го. Совершил звонок американский инженер, физик и изобретатель Мартин Купер, набрав номер Джоэля Энгеля – главы исследовательского отдела конкурирующей компании Bell Laboratories. На разработку сотового компания Motorola потратила 15 лет и 90 миллионов долларов. Когда в 1984 году он стал доступен покупателям, его розничная цена составила 3995 долларов (около 9800 долларов в пересчете на сегодняшние цены).

10 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

Однако в Советском Союзе звонок по мобильному был совершен все же раньше – в 1957 году. В этом году инженер Л. И. Куприянович получил авторское свидетельство на «Радиофон» – автоматический радиотелефон с прямым набором. С этого аппарата через автоматическую телефонную радиостанцию можно было соединяться с любым абонентом сети в пределах действия передатчика устройства. Был готов и первый действующий комплект аппаратуры. Устройство было названо изобретателем «ЛК-1» (Леонид Куприянович, первый образец). О первом мобильнике Куприяновича написали в восьмом номере журнала «Наука и жизнь» за 1957 год. Правда,

этот образец был тяжеловат по современным понятиям – около трех килограммов. Модель мобильного телефона 1958 года вместе с источником питания весила уже 500 граммов и представляла собой коробку с тумблерами и круглым диском номеронабирателя, к которой на проводе подключалась обычная телефонная трубка. Может показаться, что устройство было простой радиотрубкой для телефона. Но это не так. По утверждению Л. И. Куприяновича в статье, опубликованной в февральском номере журнала «Техника – молодежи» за 1959 год, на одной радиоволне можно было разместить до тысячи каналов связи радиофонов с базовой станцией.

Чем отличаются крылатые ракеты типа «Томагавк» от баллистических? Виктор Иванов, г. Омск Ракета – это летательный аппарат, который способен двигаться как в атмосфере Земли, так и за ее пределами. В военной терминологии слово «ракета», как правило, обозначает класс беспилотных летательных аппаратов, применяемых для поражения удаленных целей и использующих принцип реактивного движения. И баллистические, и крылатые ракеты предназначены для нанесения ударов по объектам противника. Но достигают они своих целей разными методами. По способу выполнения полета летательные аппараты подразделяют на несколько видов. Вот основные: аэростатические, дирижабли и воздушные шары (их мы далее оставим без внимания), аэродинамические (в основном самолеты и вертолеты), инерционные и ракетные. Так вот, крылатые ракеты, такие как американские Tomahawk или российские «Калибры», в плане способа полета сродни самолетам. Их траектория определяется аэродинамической подъемной силой крыла, тягой двигателя и силой тяжести. А вот баллистическая ракета большую часть полета совершает по баллистической траектории. Ее головные части движутся по баллистическим траекториям, используя инерционный способ, за счет скорости, сообщенной им на

активном участке ракетным двигателем. На таком участке траектории задействован ракетный способ выполнения полета. Соответственно, этим и определяются характеристики крылатых и баллистических ракет как вида вооружения. Для крылатых ракет – это возможность движения на малой высоте с огибанием рельефа, способность задавать произвольный курс ракеты, в том числе извилистую траекторию, что затрудняет обнаружение ракеты радиолокационными средствами. Кроме того, крылатые ракеты хорошо приспособлены для поражения цели с высокой точностью. Однако они имеют относительно малую мощность всех разрывных зарядов, за исключением ядерных, а иногда и сравнительно небольшие

скорости – порядка одной скорости звука. Баллистические ракеты летают по дуге, нужная скорость и направление сообщаются на активном участке системой управления полетом, пока включены двигатели. Далее головная часть ракеты летит уже по инерции. Иногда боевая часть может иметь собственные двигатели, позволяющие маневрировать на нисходящей траектории. Ракеты межконтинентальные и средней дальности часто используют в качестве стратегических и оснащают ядерными боеголовками. Их преимущества перед самолетами и крылатыми ракетами – малое время подлета и большая скорость головной части, что сильно затрудняет перехват баллистических ракет системами противоракетной обороны противника.

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

11


Кад р «Чикагохендж» В некотором смысле Чикаго является современным аналогом Стоунхенджа. Дважды в год – в дни весеннего и осеннего равноденствий – в любой точке Земли Солнце садится точно на западе. В такие дни легко заметить, что улицы Чикаго пересекают город с востока на запад, строго параллельно экватору. На снимке, сделанном во время последнего осеннего равноденствия – в середине сентября 2017 года, запечатлен вид на улицу Уокер-драйв. Наблюдая Солнце, опускающееся прямо вдоль фасадов высотных зданий, фотограф Энтони Артезе (Anthony Artese) стоял спиной строго к востоку. Это явление уже получило название «Чикагохендж». Во многих мегаполисах улицы и другие городские объекты ориентированы по сторонам света. Поэтому вполне вероятно, что ваш любимый проспект также может идти с востока на запад. И в день равноденствия достаточно будет одного взгляда на закат, чтобы проверить этот факт.

NASA.GOV

США, Чикаго

12 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

13


Кад р Небо, птицы, облака

NASA.GOV

Иногда небо может создавать потрясающие картины. В начале сентября 2010 года Луна и Венера оказались на небосводе очень близко друг к другу – и уже этим порадовали любителей астрономии. Но в некоторых местностях картинка была еще живописнее. На этой фотографии, сделанной в Испании, лунный серп и Венера «позируют» во время заката на фоне темно-синего неба. На переднем плане, через всю нижнюю часть снимка протянулись мрачные грозовые тучи, а над ними зависло белое облако в форме наковальни. Пролетающая стая птиц дополнила картину. Однако впечатляющее зрелище длилось недолго. После того как был сделан снимок, грозовые тучи рассеялись, а Венера и Луна скрылись за горизонтом. В этом марте Венеру можно было вновь наблюдать после заката – на этот раз она была в сопровождении Меркурия.

14 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

15


Кад р

NASA.GOV

Двухклинковый меч в Орионе Изображение, полученное на основании данных с телескопа «Хаббл», показывает нам объект, известный как Herbig Haro 24. Объекты Хербига – Аро (названы так в честь первых астрономов, подробно их изучивших, – Джорджа Хербига и Гильермо Аро) образуются, когда выброшенная молодыми звездами материя взаимодействует с окружающими газопылевыми облаками. Это временные образования, имеющие незначительный, по космически меркам, срок жизни – всего несколько тысяч лет. Объект «Хербиг – Аро 24» находится на расстоянии 1300 световых лет от нас, в плотном молекулярном облаке – области активного звездообразования Orion B. Под действием гравитации облако из пыли и газа начинает сжиматься, вращаясь все быстрее и постепенно разогреваясь, пока в его центре не загорается новая звезда. Часть материи вырывается прочь – в противоположные стороны от звезды, вдоль оси ее вращения. Прорезая межзвездную среду на скорости миллион километров в час, струи материи на своем пути образуют джеты – светящиеся ударные фронты. Они так похожи на клинки двойного светового меча темного владыки ситхов Дарта Мола, не правда ли?

16 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

17


ПЕРЕДНИЙ КРАЙ

НАУКИ ФАРАОН ПЕРЕЕЗЖАЕТ Рамсес II – один из величайших фараонов Древнего Египта. Правил он приблизительно в 1279–1213 годах до н. э. и известен как успешный военачальник и строитель. Благодаря завоеваниям и освоениям новых территорий, строительству и ирригации, фараон превратил Древний Египет в великую державу В январе этого года власти современного Египта, которые весьма трепетно относятся к своему прошлому, провели сложнейшую техническую операцию по перемещению одной из статуй фараона. Гигантское изваяние из розового гранита весом 83 тонны и высотой 11 метров перевезли на 400 метров и установили у вестибюля нового Большого египетского музея в Гизе. Открытие первой очереди музея рядом с пирамидами Гизы запланировано на 2018 год. Гигантский Рамсес II будет встречать посетителей у входа. Дорога, по которой перевозили памятник, была предварительно укреплена, чтобы она смогла выдержать немалый вес статуи. На всем пути фараона сопровождали конные всадники в парадной форме, а для участия в мероприятии были приглашены общественные деятели, журналисты, дипломаты. За последние 15 лет это уже второй перенос статуи. В 2006 году фараона перевезли в район комплекса Гизы в пригороде Каира с площади у центрального железнодорожного вокзала столицы Египта, где Рамcес II простоял более полувека. Тогда решение о переносе было принято с целью сохранить памятник. Шум, пыль и вибрация от проезжающих поездов причиняли ему серьезный ущерб. Возраст статуи составляет более трех тысяч лет, и в ее истории это уже четвертый переезд. Первый раз, около трех тысяч лет назад, статуя была перевезена через Нил и установлена в поселении Мит-Рахина, в храме Птаха. Ее нашли только в 1882 году разбитой на шесть частей. Тогда на прежнем месте установить ее не удалось. Гораздо позже, в правление президента Гамаля Абдель Насера, статуя и была установлена перед железнодорожным вокзалом. Отметим, что многие памятники Древнего Египта сегодня находятся не на тех местах, где были первоначально. Например, с 1964 по 1968 год многие памятники и храмы под контролем ЮНЕСКО были перемещены в более безопасные места, чтобы избежать затопления из-за строительства Асуанской ГЭС.

18 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

ИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ НИЗКИХ ОРБИТ Европейское космическое агентство провело первые испытания прямоточного ионного двигателя, использующего в качестве рабочего тела воздух из окружающей атмосферы. Найти применение новая разработка сможет на космических аппаратах, работающих на низких, до 200 километров, орбитах. На таких орбитах космическому аппарату достаточно сложно находиться в течение долгого времени, так как земная атмосфера, хоть и сильно разреженная на такой высоте, тормозит движение спутников, в результате чего они рано или поздно сходят с орбиты. Такой двигатель позволит им находиться в космосе практически неограниченное количество времени. В 2009 году ESA запустило космический аппарат GOCE, который смог пробыть на 255-километровой орбите в течение почти пяти лет только благодаря постоянно включенному ионному двигателю с запасом ксенона, который и компенсировал своей тягой атмосферное торможение. Концепция прямоточных ионных двигателей предполагает, что газ, используемый в качестве рабочего тела, не нужно будет брать с собой в полет. Двигатель использует газ, попадающий в него через воздухозаборник из верхней атмосферы Земли. Принцип работы ионных двигателей заключается в разгоне ионизированных частиц газа до высоких скоростей в электрическом поле. Однако пока недостатком таких двигателей является ничтожная, по сравнению с химическими двигателями, тяга. Пока новый двигатель был испытан на Земле в вакуумной камере. В первой части эксперимента ученые посмотрели, как двигатель будет работать с ксеноном. Затем в установку подали смесь кислорода с азотом, имитирующую атмосферный состав на высоте 200 километров. И в завершение использовали обычный атмосферный воздух. Испытания прошли успешно.

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

19


Передний край науки

БАШНЯ-ОЧИСТИТЕЛЬ ВОЗДУХА ДАЕТ НАДЕЖДУ НА ПОБЕДУ В ВОЙ­НЕ СО СМОГОМ В Китае построили экспериментальную 100-метровую башню, предназначенную для очистки воздуха. Находится сооружение на юго-западе города Сиань – административного центра и крупнейшего города провинции Шэньси, расположенной в самом центре КНР. Строительство началось в 2015 году в рамках специального проекта Института окружающей среды при Академии наук Китая. Ученые надеются, что сооружение поможет избавить город, чье население превышает 7 миллионов человек, от смога в радиусе 10 км от места строительства. Система включает в себя саму башню и застекленные галереи наподобие оранжерей или теплиц, занимающие площадь, равную примерно половине размера футбольного поля, у ее подножия. Загрязненный воздух всасывается в галереи и нагревается солнечной энергией благодаря специальному покрытию, позволяющему стеклу поглощать солнечное излучение с гораздо большей эффективностью. Затем нагретый воздух поднимается по башне, проходя через несколько слоев очищающих фильтров. Ученые создали в районе города более десятка станций мониторинга загрязнения воздуха, чтобы проверить эффективность работы башни. Как показали замеры, среднее число мелких частиц в смоге, считающихся наиболее вредными для здоровья, уменьшилось на 15 процентов, что является заметным улучшением качества воздуха. Башня считается крупнейшим в мире воздухоочистителем. Однако это экспериментальное сооружение – всего лишь сокращенная версия гораздо большей башни, которую построят в будущем. Согласно поданной заявке на патент, полноразмерная воздухоочистительная башня достигнет высоты в 500 метров, а площадь галерей у ее основания составит почти 30 квадратных километров.

МЕНЬШЕ, ДА ЛУЧШЕ Японское космическое агентство JAXA запустило в феврале самую маленькую твердотопливную ракету-носитель в истории – SS-520-5. Успешный старт состоялся 3 февраля этого года с космодрома Утиноура в префектуре Кагосима на юго-западе Японии. Длина ракеты составляет 9,5 метра, диаметр – 52 сантиметра, вес – 2,6 тонны, поэтому неудивительно, что СМИ сравнивают ее размеры с габаритами телеграфного столба. Ракета успешно вывела на орбиту трехкилограммовый экспериментальный спутник геологоразведки и связи 3U cubesat TRICOM-1R, разработанный Токийским университетом. Предполагается, что подобные ракеты сделают коммерческую космонавтику еще дешевле, так как использовать большие ракеты для запуска малых спутников не всегда удобно и эффективно, а именно мини-спутники становятся сейчас все более популярны.

ДОГНАТЬ САМОЛЕТЫ Как известно, Китай является лидером в строительстве высокоскоростных железных дорог. Но этого стране мало. 25 января Китай утвердил технический план строительства высокоскоростных линий для движения маглев-поездов, которые смогут развивать скорость до 600 км/ч. Эксперты считают, что такая скоростная система станет идеальным дополнением к высокоскоростному железнодорожному транспорту, перевозящему пассажиров со скоростью 350 км/ч, и гражданской авиации, самолеты которой летают со скоростью 800–1000 км/ч. Проект является одним из 18 национальных стратегических планов исследований и разработок, утвержденных Министерством науки и технологий страны. Согласно плану, первый образец высокоскоростного поезда, использующего магнитную левитацию, пройдет проверку на пятикилометровой испытательной трассе к 2020 году. В настоящий момент самый быстрый коммерческий маглев работает в Шанхае. По ветке, соединяющей город и международный аэропорт Пудун, поезда движутся со скоростью 430 км/ч.

20 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

21


Передний край науки

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕПЯТСТВИЙ ДЛЯ УПОТРЕБЛЕНИЯ НАСЕКОМЫХ В ПИЩУ НЕТ Мысль о том, чтобы питаться насекомыми, неприятна большинству людей, по крайней мере тем, кто живет в Северной Америке и европейских странах. И дело не только в отвращении, которое вызывает подобная пища. Долгое время считалось, что желудок млекопитающих не приспособлен для переваривания хитина, так как не производит фермент, который мог бы разрушить экзоскелеты насекомых. Однако новое исследование ученых из Кентского государственного университета (США, штат Огайо) опровергает это. Человек, так же как и большинство приматов, не имеет каких-либо физиологических препятствий для употребления насекомых в пищу, пришли к выводу ученые. Сотрудники университета обнаружили, что почти у всех ныне существующих приматов все еще есть рабочие версии гена CHIA, который отвечает за производство желудочного фермента, расщепляющего хитин. Ученые изучили геномы 34 видов приматов, включая лемуров и обезьян, а также людей. В результате было установлено, что у большинства этих видов имеется как минимум одна рабочая копия гена. Насекомые были чрезвычайно важным источником пищи для наших ранних предков. Но, как поясняют исследователи, в ходе эволюции приматы постепенно переходили с ночного на дневной образ жизни, одновременно увеличиваясь в размерах. При этом насекомые исчезали из их рациона, уступая место фруктам и листьям. Однако приматы сохранили на генетическом уровне способность к перевариванию хитина. Насколько эффективно люди могут переваривать хитиновые покровы насекомых, все еще дискуссионный вопрос. Но мы вполне можем облегчить переваривание хитина с помощью кулинарной обработки. По данным ООН, насекомые являются частью традиционного рациона для 2 миллиардов человек по всей планете. Сегодня к съедобным относится около 1900 видов насекомых, при этом они питательны и способны обеспечить нас полезными жирами, белками, клетчаткой, витаминами и основными минералами. К тому же производство наносит окружающей среде куда меньше вреда, чем производство мяса домашних животных. Отмечается, что многие люди, которые брезгливы по отношению к насекомым, с удовольствием едят ракообразных, которые являются их ближайшими родственниками в природе.

22 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

ШЕСТОЕ ПОКОЛЕНИЕ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ НЕ ТОЛЬКО ДЛЯ ЛЮДЕЙ Министр промышленности и информатизации КНР Мяо Вэй заявил, что китайские ученые приступили к разработке стандарта мобильной связи шестого поколения. Об этом министр рассказал в ходе проходившей в марте первой сессии Всекитайского собрания народных представителей 13-го созыва. Одной из ключевых задач развития нового поколения связи 6G названа «всеобщая машинизация». Глава ведомства отметил, что технологический рост призван обеспечить не только контакты между людьми, но и облегчить взаимодействие между человеком и машиной и машин между собой. «Развитие интернета вещей должно осуществляться одновременно с расширением возможностей технологий связи», – подчеркнул Мяо Вэй. Также, по словам министра, главным приоритетом в новых разработках является обеспечение безопасности. Работы в области нового стандарта связи 6G начались в Китае уже в конце прошлого года.

БЕЛАЯ ШУБКА УЖЕ НЕ НУЖНА Как известно, климат на планете меняется, и не только нам, но и многим животным приходится к этому адаптироваться. Зайцы, горностаи и песцы меняют шубу, чтобы приспособиться к сезонным переменам среды. Природный камуфляж позволяет животным оставаться незаметными на снегу. Однако группа исследователей из разных стран, среди которых и ученые из Российской академии наук, обнаружила, что животные с сезонным белым окрасом под давлением глобального потепления начали терять его, чтобы лучше маскироваться на местности. Двадцать один вид животных в зоне арктического и умеренного климата использует белую окраску зимой как средство маскировки. Однако, по мере развития глобального потепления, это становится все менее и менее эффективным. Исследователи обобщили данные наблюдений по Северному полушарию и пришли к выводу, что в целом ряде регионов животные с традиционно белой окраской зимой приобрели ряд генетических изменений, позволяющих им оставаться белыми все меньше дней в году, а в ряде случаев и вовсе прекратить «одеваться в белые шубы» в зимнее время. В наибольшей степени это затронуло ласок, песцов и зайцев-беляков. Это значит, что, вопреки более ранним оценкам, все они смогут сохранить свою численность, даже несмотря на идущее изменение климата.

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

23


Концепт

YANKODESIGN.COM

ТРАКТОР на стероидах

24 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

25


Концепт

В

Используя инфракрасные сканеры и GPS-навигацию, этот трактор на стероидах может самостоятельно перемещаться между сельскохозяйственными полями или лесными делянками, но им также можно управлять и дистанционно. А еще «красный» можно запрограммировать, и он будет послушно двигаться за впередиидущим транспортным средством. Уникальная симметричная конструкция позволяет мгновенно переключаться между направлениями движения. Все

колеса оснащены электрическими моторами, поэтому их мощность распределяется индивидуально. И, естественно, Red дружелюбен к окружающей среде. Никаких выхлопных газов, пока еще характерных для тяжелой техники, – он имеет нулевую эмиссию. Red полностью электрический. В дополнение к аккумуляторным батареям его электромоторы получают часть необходимой энергии от солнечных батарей, установленных в верхней части корпуса, и брызговиках.

YANKODESIGN.COM

стречайте, это Red – полуавтономная машина с почти неограниченными возможностями. Благодаря своей конструкции с измененяемой формой ему по силам любая тяжелая работа. Red – незаменимый помощник, способный в разы повысить производительность и безопасность труда везде, где человеку приходится полагаться на помощь машин, от лесного хозяйства до строительства.

Трактор на стероидах

26 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

27


Концепт

LOBANOVDESIGN.COM

В поиске естественных форм

28 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

29


Концепт

И

LOBANOVDESIGN.COM

звестная голландская верфь Oceanco и российский дизайнер Игорь Лобанов представили на Dubai International Boat Show концепт 115-метровой яхты Tuhura. В основе концепции лежит простая идея – создать судно естественной формы, подобной той, что имели лодки первооткрывателей океана на заре мореплавания. Таких, как, например, полинезийские каноэ и лодки народа маори. Однако при этом современное «каноэ» гораздо больше

и при его создании будут применены современные технологии. Lobanov Design Studio отвечает за элегантный дизайн яхты, корпус и гибридную силовую установку с винтами противоположного вращения разработала компания BMT Nigel Gee. А над роскошными интерьерами потрудился Ахилл Сальвани (Achille Salvagni). При их создании дизайнер вдохновлялся культурой островов Тихого океана и Восточной Азии. Сальвани использовал в оформлении внутреннего пространства матовый тик, татами в каче-

стве напольного покрытия, отдельные элементы интерьера выполнены в бронзе. На борту яхты также расположен панорамный кинотеатр, а на верхней палубе – бассейн. Бортовая система от LuxLab призвана мониторить обстановку на палубах, автоматически регулировать температуру воздуха в каютах и подбирать музыку в соответствии со вкусами пассажиров. Название Tuhura происходит из языка народа маори, аборигенного населения Новой Зеландии, и означает «исследовать», «открывать», «искать».


LOBANOVDESIGN.COM

32 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

33


Концепт

М

Гиперкар H-Mobility вдохновлен дизайном автомобиля Audi quattro, представленного в 2010 году, и заимствует некоторые его стилистические решения. Особенно это заметно в форме фронтальной решетки радиатора, а также изгибе боковых линий. Другим «вдохновителем» концепта выступил американский палубный истребитель-бомбардировщик Super Hornet. Агрессивный дизайн автомобиля, получивший название Hornet, подчеркивает,

что транспортное средство призвано доминировать на автомагистралях будущего. Для H-Mobility колеса на самом деле не нужны, но разработчики решили не нарушать традиции и сохранить транспортному средству привычные очертания. Поэтому аккумуляторные батареи расположены в задней части корпуса и выполнены круглыми. Это обеспечит больше пространства в салоне и даст ощущение, что у автомобиля все-таки есть колеса.

YANKODESIGN.COM

ГИПЕРКАР для HYPERLOOP

ы ожидаем увидеть Hyperloop в виде вакуумного тоннеля, в котором одновременно сможет двигаться только один поезд. Однако почему бы не взглянуть на эту потрясающую идею шире. Скажем, представить его в качестве высокоскоростного вакуумного хайвея для полностью автономных персональных автомобилей.

34 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

35


Трактор на стероидах

YANKODESIGN.COM

Концепт

36 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

37


Концепт

Спиральный

ТРАМВАЙ

IED.EDU

С

пираль – удивительная структура, которую мы находим и на Земле, и в космосе. От наших собственных отпечатков пальцев до структуры галактик, это общий элемент, который объединяет нас. Родольфо Сьюдад Витцель (Rodolfo Ciudad Witzel), дизайнер из Испании задался

целью использовать спираль в качестве объединяющего элемента в дизайне такого вида общественного транспорта, как городской трамвай. Его идея состояла в том, чтобы спроектировать трамвай как единый объект, не делая отдельных акцентов на его интерьере и экстерьере. Спираль, опоясывающая футуристичный трамвай, выступает как элемент внутреннего

пространства, так и элемент внешнего оформления. Таким образом, создается глубокое взаимодействие между всеми компонентами дизайна. Внутреннее пространство спроектировано весьма гибко, сиденья трамвая многофункциональны, они имеют механизм, который позволяет убирать их, чтобы эффективно использовать внутреннее пространство салона. Освободившееся место

можно использовать в качестве зоны для людей с ограниченными физическими возможностями или для размещения велосипеда. В час пик их можно вернуть назад. Дизайнер призывает забыть, что общественный транспорт предназначен только для того, чтобы доставлять нас из точки А в точку Б. Если мы хотим, чтобы общественный транспорт конкурировал с

автомобилем и вытеснил его из больших городов, поездка на трамвае должна стать событием. Он должен соблазнять людей; привлекать их внимание и вызывать эмоции у своих пассажиров. Трамвай должен стать символом, который олицетворяет город и индивидуальность его жителей.


Концепт

ПАРФЕНОН

WATERSTUDIO.NL

Современный подводный

40 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

41


Концепт

Н

в честь древнегреческого храма Афины, по причине сходства с колоннадами памятника античной культуры. Parthenon Seawall представляет собой динамическую стену, состоящую из множества вращающихся колонн. Каждая колонна имеет выступы, которые позволяют ей поворачиваться по или против часовой стрелки – в соответствии с направлением океанского прилива. Поток воды вращает турбины, а генерируемая энергия накапливается в аккумулято-

рах, расположенных в верхней части бетонной платформы. Сооружение можно разместить вдоль береговых линий, чтобы не только производить электроэнергию, но и защитить их от мощных штормовых волн так же, как это делают обычные берегозащитные барьеры. Поверхность платформы, расположенная над уровнем воды, также может использоваться как набережная, образуя пространство для создания зеленых зон, предназначенных для отдыха.

Колонны внутри полые и заполнены водой

Турбина A

Турбина B

Турбина C

Каждая колонна имеет три турбины, которые могут вращаться в разных направлениях

WATERSTUDIO.NL

ет, это не легендарная Атлантида, и не Афинский Парфенон, который неожиданно затопили воды Эгейского моря. Parthenon Seawall – это подводное сооружение, разработанное архитектурной фирмой Waterstudio из Нидерландов. Авторы концепта, как видим, были вдохновлены лучшими образцами классической греческой архитектуры. Уникальная конструкция и названа

Современный подводный Парфенон

42 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

43


ПЕРЕДНИЙ КРАЙ

Передний край науки

НАУКИ «УМНЫЕ» КОЛОНКИ ТЕСНЯТ СМАРТФОНЫ, ТЕЛЕВИЗОРЫ И РАДИОПРИЕМНИКИ Уже 39 миллионов американцев имеют у себя дома «умные» колонки, или, как их еще называют, смарт-динамики, пишет издание Business Insider. Эти устройства с успехом борются с другими гаджетами за внимание пользователей. Все чаще люди обращаются к ним вместо других привычных устройств, для того чтобы прослушать новости, музыку или узнать какую-либо информацию. Больше всего от «умных» колонок «досталось» традиционным радиоприемникам. Согласно недавнему опросу, проведенному NPR и Edison Research, среди более чем 800 владельцев «умных» колонок, 39% заявили, что стали тратить меньше времени на использование радио. Поскольку прослушивание музыки (во многих случаях онлайн-радио) является одной из наиболее часто используемых функций таких устройств, как Amazon Echo и Google Home, это на самом деле неудивительно. Более удивительным является тот факт, что люди все реже берут в руки смартфоны – об этом заявили 34% опрошенных. Владельцы этих набирающих популярность гаджетов стали меньше читать бумажные издания, реже пользоваться телевизорами, планшетами и компьютером. Смарт-динамики управляются человеческим голосом, позволяют надиктовывать сообщения или совершать звонки, выводить звуковые уведомления, воспроизводить музыку, зачитывать прогноз погоды, информацию о пробках на дорогах и многое другое. Кроме того, они позволяют делать покупки в онлайн-магазинах и управлять другими «умными» бытовыми электроприборами, представляя из себя центральный узел «умного» дома.

44 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

БАБОЧКИ ИЛИ ЦВЕТЫ: КТО РАНЬШЕ? Ранее большинство ученых предполагали, что бабочки появились на Земле одновременно с цветковыми растениями. Они питаются цветочным нектаром, тем самым опыляя цветы, а значит, их жизнь напрямую связана с цветковыми растениями, поэтому раньше появиться они не могли. Однако недавно палеонтологи обнаружили отпечаток тела насекомого, которое, возможно, было первой бабочкой, жившей на планете примерно 200 миллионов лет назад, то есть задолго до появления первых цветковых растений. Об этом говорится в статье, опубликованной в январе в журнале Science Advances. По своему облику древнее насекомое похоже на примитивную моль. Как говорят ученые, открытие показывает, что бабочки и их хоботок появились примерно на 70 миллионов лет раньше, чем считалось до этого. А значит, их появление на планете не было обязательно связано с эволюцией цветковых растений. Имевшийся у них уже тогда хоботок, вероятно, играл в их жизни до появления цветковых растений и нектара какую-то другую роль. Скорее всего, хоботок у них развился изначально для максимально эффективной добычи влаги и капель росы из укромных уголков на листьях растений или их сока. Только потом они стали его применять для добычи нектара из первых цветков. К слову, подобным образом ведут себя самые примитивные виды моли, существующие сегодня на Земле.

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

45


Передний край науки

И СОЛНЦЕ В ПАРУСАХ Парусные суда сыграли огромную роль в истории человечества. Однако, возможно, их время еще не ушло. Японская компания Eco Marine Power планирует оснастить океанские грузовые суда парусами со встроенными в них солнечными батареями. Они позволят кораблям использовать как энергию ветра, так и солнечную энергию. EnergySails – так назвали разработку – можно будет складывать в штормовую погоду, чтобы избежать повреждения от ветра. В отличие от своих исторических предшественников, эти паруса будут жесткими, их планируют изготавливать из прочного материала, армированного стальным или углеродным волокном, а поверхность паруса будет покрыта фотогальваническими элементами солнечных батарей. Кроме таких прусов суда будут оснащаться дополнительными солнечными батареями, установленными на поверхности рубки и палубы, аккумуляторными батареями и всей необходимой управляющей и силовой электроникой. В течение текущего года компания подготовит технико-экономическое обоснование, для создания которого будут задействованы несколько крупных навалочных судов. В исследовании будет оценено количество энергии, которую могут дать массивы солнечных парусов на разных маршрутах, и общее количество солнечных батарей, которые могут быть установлены на каждом судне. По результатам расчетов технико-экономического обоснования будет принято решение о проведении ходовых испытаний судна, оснащенного экспериментальной системой EnergySail. По завершении исследования будет выбран один корабль для установки полной системы EnergySail и морских испытаний продолжительностью от одного года до полутора лет.

ВСЕ КАК У ЛЮДЕЙ Выносить раненых бойцов с поля боя принято не только у людей, но и у муравьев. Кроме того, раненых товарищей муравьи еще и выхаживают, после чего те снова становятся в строй. Неизвестно, относится ли это ко всем муравьям, но к виду Megaloponera analis, обитающему южнее Сахары и специализирующемуся на набегах на термитники, точно. Они сначала жалят термитов, отчего тех парализует, а затем уносят добычу к себе в муравейник, где и съедают. Однако, даже несмотря на наличие у муравьев яда, солдаты-термиты отчаянно сопротивляются. В бою очень часто они успевают откусить атакующему муравью одну или несколько конечностей. Исследователи из Лозаннского университета (Швейцария) провели наблюдения и выяснили, что раненые насекомые выделяют феромоны, привлекающие к ним внимание не пострадавших в бою участников набега. Получив такой сигнал, насекомые помогают раненым собратьям вернуться в муравейник, где чистят и дезинфицируют их раны. Ученые предположили, что слюна насекомых содержит антибактериальные компоненты. Авторы исследования выяснили, что 21 процент изученных ими особей уже потерял одну или две лапы. То есть они были ранены в предыдущих набегах, но после лечения вернулись в строй. Забота о раненых для данного вида муравьев играет важнейшую роль. Если бы ее не было, муравьи теряли бы личный состав значительно быстрее, а это бы снижало эффективность их набегов на колонии термитов. Отдельно отмечено, что муравьи, потерявшие три, четыре или более конечностей, «феромон просьбы о помощи» уже не выделяют.

МИЛЛИОН ОБОРОТОВ НЕ ПРЕДЕЛ Существующие технологии не позволяют достигнуть электродвигателям частоты вращения больше, чем один миллион оборотов в минуту. Однако иногда требуется частота в полтора миллиона и выше. Например, для создания миниатюрных станков для микроэлектроники. Ведь чем выше частота вращения вала миниатюрного станка, тем легче создавать отверстия очень маленького диаметра. Ученые-физики из Уфимского государственного авиационного технического университета разработали теорию и компьютерные алгоритмы, позволяющие спроектировать электродвигатели, способные совершать более миллиона оборотов в минуту. Работу компьютерных алгоритмов ученые проверили, сконструировав виртуальную версию двигателя, способного работать на частоте в 1,2 миллиона оборотов в минуту. Как показывают расчеты, для сборки такого рекордно быстрого двигателя необходимы специальные магниты из сплава самария и кобальта, способные работать при сверхвысоких температурах, а также подшипники на магнитной или газовой подушке и особая система охлаждения, отводящая излишки тепла при помощи металлов и воды. Пригодятся такие двигатели не только в микроэлектронной промышленности, но и для создания беспилотных летательных аппаратов, медицинских приборов и других устройств, сочетающих в себе небольшие размеры и высокую точность работы.

46 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

47


Передний край науки

NASA ПОКАЗАЛО РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ TWIN STUDY NASA раскрыло результаты своей научной исследовательской программы Twin Study. Исследование началось еще три года назад, когда астронавт Скотт Келли в марте 2015 года отправился на Международную космическую станцию в составе сорок четвертой долговременной экспедиции. Скотт Келли отправился на орбиту, а его брат-близнец Марк остался на Земле в качестве, если можно так сказать, «контрольного образца». Они вместе были отобраны в группу подготовки астронавтов в далеком 1996 году. Но если Скотт стал первым американцем, который пробыл на орбите 12 месяцев подряд, то его брат-близнец совершил только несколько краткосрочных полетов. В сумме они составили 54 дня. Целью проекта Twin Study было изучение влияния длительного пребывания в космосе на состояние здоровья человека. По результатам многочисленных медицинских наблюдений агентство заявило, что пребывание в космосе меняет часть ДНК человека. Как рассказали ученые, многие физические изменения в организме Скотта Келли, например рост или способность к ориентированию в пространстве, пришли в норму уже через год после возвращения на Землю. Однако 7% его ДНК изменились навсегда. Также в NASA сообщают, что теломеры Скотта Келли стали длиннее, пока он находился в космосе. Теломеры – это хромосомы, которые сокращаются по мере того, как человек стареет, поэтому именно такое изменение заслуживает отдельного внимания. В результате этого агентство сделало вывод, что существует некий «космический ген», который активируется лишь после попадания человека в космические условия, что и привело к изменению генов Скотта Келли.

DAIMLER: 6 ЗАВОДОВ ЗА 5 ЛЕТ В 3 ЧАСТЯХ СВЕТА В ближайшие пять лет компания Daimler, известная своими автомобилями Mercedes-Benz, планирует построить шесть новых заводов по выпуску электромобилей в Германии, Франции, США и Китае. Таким образом, новые заводы появятся сразу в 3 частях света – Европе, Америке и Азии. Одновременно компания создаст «глобальную сеть» мини-фабрик по производству аккумуляторных батарей. В январе компания опубликовала более подробную информацию о своих глобальных планах по производству электромобилей. Таким образом, Daimler официально приступила к выполнению своего грандиозного плана по электрификации бренда. Немецкий автопроизводитель планирует сделать электрические версии для всех сегментов рынка – от маленького Smart ForTwo до большого внедорожника. В Daimler уже подтвердили, что в этом году будет достроен второй завод по производству батарей в немецком Камене, а первые электромобили под брендом EQC начнут производиться в Бремене с 2019 года. Аккумуляторы будут выпускаться в непосредственной близости от новых заводов. На первом этапе их будет пять, то есть везде, кроме Франции, куда можно поставлять батареи из Германии. В будущем сеть будет расширяться. Однако пока Daimler сможет выпускать лишь модули, а непосредственно ячейки компания будет получать от южнокорейского поставщика SK Innovation, который объявил об удвоении производства, чтобы удовлетворить спрос со стороны Daimler и других компаний.

48 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

49


Тема номера

?

КОСМИЧЕСКАЯ ГОНКА СТОЛЕТИЯ:

кто будет первым на МАРСЕ

FOXMOVIES.COM

Сергей Соболь

Мы первые отправили человека в космос. Американцы первыми прошлись по Луне. После того как землянин ступит на поверхность Марса и станет первым человеком на другой планете, в Солнечной системе «время первых», вероятно, закончится. И чтобы снова повторить успех, нужно будет лететь к соседней звезде, а это удастся в лучшем случае не раньше середины следующего столетия. Naked Science оценил стартовые позиции «гоночных» команд, присмотрелся к «болидам» и прикинул шансы на успех.

50 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

51


Тема номера

В

Лекарство от здоровья: как работает допинг

Последняя цель

NASA.GOV, SPACEX.COM

Солнечной системе в общей сложности 13 планет. Обычных – 8, на одной из них мы живем, и 5 – карликовых. Все вместе они имеют 182 спутника. Далеко за орбитой Плутона есть еще и девятая «большая» планета, но разглядеть ее пока не получается. Несмотря на такое разнообразие, особо погулять космонавтам с Земли негде. Несмотря на то что Марс не слишком гостеприимен, другие небесные тела в плане прогулок подходят еще меньше. Да и лететь к ним несравнимо

52 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

дольше. Есть много причин, по которым Марс станет, пожалуй, единственной важной целью пилотируемых миссий этого века. Полет на Марс непростое мероприятие. На порядок сложнее, чем полет на ближайшее к нам небесное тело в космосе – Луну. Чтобы безо­ пасно доставить человека на Красную планету и столь же безопасно вернуть его, предстоит найти ответы на множество вопросов, связанных с защитой от радиации, обеспечением комфортных условий в полете, организацией безопасной посадки на

поверхность планеты и тем более взлета с нее. В итоге, найдя все ответы, нужно собрать воедино необходимые составляющие будущего межпланетного путешествия: ракету, корабль, посадочный модуль и не только. Их наличие, или перспектива постройки, будет служить критерием возможности той или иной страны (или группы стран) достигнуть поверхности Марса и победить в космической гонке. Учитывая, что такой полет еще и дело престижа, примем во внимание и другие факторы, например наличие политической воли.

Космический корабль Dragon V2

В

Соединенные Штаты Америки

прошлый раз мы остановились на том, что в 1972 году астронавт NASA Юджин Сернан последним из землян прошелся по Луне. Он вернулся в лунный модуль «Челленджер» после своего напарника, геолога Харрисона Шмитта, став последним на сегодня человеком, чья нога ступала по какому-либо иному небесному телу, кроме нашей планеты. Главная космическая гонка прошлого столетия закончилась. Человечество нашло себе в космосе более приземленные во всех смыслах этого слова цели. Исследование дальнего космоса доверили автоматическим зондам. Сегодня в США полностью уверены, что первый флаг, который будет развеваться на марсианском ветру, будет именно американским. Поэто-

му к подготовке к пилотируемому полету на Марс подходят обстоятельно и без спешки, постоянно меняя планы и отодвигая сроки. NASA медленно и упорно работает над тем, чтобы когда-нибудь отправить человека на Красную планету. И тем не менее, когда мы слышим Марс, слышится Маск. Именно Илон Маск больше других говорит о Марсе и особенно очень красиво «показывает». Цель его частной космической компании SpaceX – позволить людям жить на других планетах. В первую очередь на Марсе. Маск неоднократно заявлял, что планирует отправить человека на Красную планету. На данный момент пилотируемый полет намечен на 2024 год. Ранее SpaceX намеревалась начать исследования Марса с отправки беспилотных миссий Red Dragon. Первый

полет был намечен на 2018 год. В миссии планировалось задействовать ракету-носитель сверхтяжелого класса Falcon Heavy и предназначенный для пилотируемых полетов космический корабль Dragon V2, вторую версию корабля Dragon, которую компания разрабатывает в рамках программы NASА Commercial Crew Development. Ракета-носитель Falcon Heavy разрабатывалась с 2011 года и после неоднократных переносов первого запуска в феврале текущего года была успешно запущена. Почти успешно: центральный блок посадить на плавучую платформу не удалось. Как ожидается, Dragon V2 уже в апреле 2018 года проведет беспилотный тестовый полет на Международную космическую станцию, а в августе полетит уже с экипажем. Казалось бы, у SpaceX уже все гоNAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

53


Тема номера

Космическая гонка столетия: кто будет первым на Марсе?

Семейство ракет Falcon

Falcon Heavy

тово к беспилотному полету на Марс. Однако от миссий Red Dragon компания отказалась в июле 2017 года. Было заявлено, что развитие программы приостановлено в пользу более крупных ракет, а именно ITS (Interplanetary Transport System), межпланетной транспортной системы, анонсированной SpaceX годом ранее. Но от ITS Маск отказался уже через два месяца. В сентябре 2017 года на Международном конгрессе по астронавтике в Аделаиде предприниматель представил новый план по раз-

54 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

работке транспортной системы с использованием ракеты Big Falcon Rocket, которой предстоит к началу 2020-х годов заменить все существующие ракеты и космические корабли компании SpaceX, в том числе Falcon Heavy. Именно на разработке многоразовой пилотируемой системы BFR и планирует сфокусироваться теперь SpaceX. Итак, проект BFR предполагает создание многоразовой ракеты-носителя и космического аппарата, а также наземной инфраструктуры

для их запуска и повторного использования. В дополнение к этому в космос будут выведены топливные депо для заправки ракет на низкой околоземной орбите. Новую ракету, как заявлено, можно будет использовать в том числе для исследования Марса, включая как миссии с отправкой грузов, так и пилотируемые. BFR намного больше по размеру, чем существующие ракеты SpaceX, что позволит выводить на низкую орбиту 150 тонн груза. Для сравнения, Falcon Heavy способна вывести на НОО только

63 800 кг, а на Марс отправить 16 800 кг. Впрочем, уже это делает ее самой грузоподъемной ракетой современности. Но все же «Большой сокол» меньше по размерам, чем ракета из проекта ITS. Запланированная длина – 106 м, диаметр – 9 м. Это меньше, чем у предыдущего проекта ITS – 122 м и 12 м соответственно. Грузоподъемность ракеты из более раннего проекта также была бы существенно больше: на НОО – 300 Проект BFR

000 кг, на Марс – 420 000 кг (с дозаправкой на НПО). BFR будет состоять из многоразовой стартовой ступени (BFR booster) и космического корабля (BFR spaceship), предназначенного для доставки людей или грузов на низкую околоземную орбиту, Луну, Марс или в любую точку Земли в суборбитальных полетах. Предполагается, что корабли с грузом или экипажем будут отправляться на Марс после дозаправки топливом на орби-

те Земли. Для последующего возвращения на Землю потребуется организовать производство топлива на самой Красной планете из местных ресурсов. Разработка концепции BFR началась в 2012 году с создания ракетного двигателя Raptor. Первые успешные огневые испытания двигателя на стенде были проведены в сентябре 2016 года. Двигатель работает на жидком метане и жидком кислороде, а не на

Танкер дозаправляет корабль Корабль направляется на Марс Корабль готовится к запуску

Первая ступень возвращается для повторного запуска

Прибытие на Марс

Корабль возвращается на Землю Топливо производится в условиях Марса

ЗЕМЛЯ

NAKED SCIENCE МАРС I апрель, 2018

I

55


С точки зрения науки

Космическая гонка столетия: кто будет первым на Марсе?

NASA.GOV

Space Launch System в представлении художника керосине и жидком кислороде, как в сегодняшних ракетах компании Falcon 9 и их двигателях Merlin. Выбор такой топливной пары обусловлен возможностью производить топливо на Марсе. Метан можно легко синтезировать на месте, используя воду и двуокись углерода из атмосферы планеты благодаря реакции Сабатье. NASA уже сообщило об обнаружении большого количества подземных льдов на планете. Идея получения топлива для обратного полета на самой планете не нова. Еще в 1990 году она была изложена в плане Mars Direct, представленном инженерами NASA Робертом Зубриным и Дэвидом Бейкером. Однако для осуществления реакции нужен источник энергии, и, вероятнее всего, это будет атомный реактор, который потребуется доставить на поверхность планеты заранее, еще до высадки

56 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

астронавтов, чтобы успеть произвести необходимое количество топлива. BFR spaceship будет иметь герметичный объем 825 кубических метров, в котором можно будет разместить до 40 кабин для экипажа, просторные зоны общего пользования, склады, кухни, а также убежища для защиты людей во время солнечных вспышек. Планируется, что строительство первой ракеты начнется уже в этом году. SpaceX обещает осуществить запуск BFR с грузом на Марс в 2022 году. Через два года последует пилотируемый полет. Космическое агентство NASA должно организовать первую пилотируемую экспедицию к Марсу уже в 2030-х годах текущего века. В декабре 2017 года Президент США Дональд Трамп подписал «Директиву № 1 по космической политике», которая фактически обязывает агентство под-

готовить пилотируемый полет к этому сроку. Одновременно американские астронавты должны вернуться и на Луну. Один из элементов марсианской программы NASA – новая сверхтяжелая ракета SLS (Space Launch System). Ракета разрабатывается компанией Boeing с 2011 года. Тестовый запуск ожидается не ранее декабря 2019 года. Для начала в беспилотном режиме. Пилотируемый запуск планируется произвести в середине 2022 года. В базовом варианте SLS будет способна выводить на опорную орбиту 70 тонн груза, но конструкция ракеты пре­ дусматривает возможность увеличения грузоподъемности до 130 тонн в усиленной версии. В беспилотный полет ракета-носитель отправится вместе с новым многоцелевым пилотируемым кораблем «Орион». Тендер на проектирование и строительство корабля еще

в 2006 году выиграла компания Lockheed Martin. Первый беспилотный испытательный полет «Ориона» уже состоялся 5 декабря 2014 года. В нем была использована тяжелая ракета Delta IV Heavy. Эта миссия фактически соответствовала тестовой миссии Apollo 4 1967 года, в которой проверялись система управления и теплозащитный экран корабля «Аполлон». Во время испытаний Orion поднялся на орбиту примерно 5,8 тысячи километров над Землей. Это более чем в 14 раз выше, чем орбита МКС. Однако испытывался не весь проектируемый корабль, а только командный отсек, вторая необходимая часть корабля – служебный модуль, который должен обеспечивать возможность движения

в космосе и энергоснабжение корабля, – пока не готов. Им занимается Европейское космическое агентство. В первом полете функции служебного модуля выполняла верхняя ступень ракеты. По дизайну новый корабль напоминает корабли предыдущих программ NASA дошаттловской эпохи Mercury и Apollo. В то же время «Орион» крупнее и мощнее своих предшественников. Его общая масса превышает 20 тонн, высота грузового модуля конусообразной формы – более трех метров, диаметр основания – около пяти метров. Он способен брать на борт до шести астронавтов, а объем его жилого пространства можно сравнить с небольшой комнатой – девять кубических метров.

В январе этого года компания Lockheed Martin официально объявила о начале строительства корабля, который будет запущен уже вместе с ракетой SLS. Пилотируемый полет «Ориона» будет частью программы по созданию международной лунной орбитальной станции Deep Space Gateway, строительство которой, в свою очередь, шаг на пути к полету на Марс. NASA собирается построить на лунной орбите посещаемую станцию DSG, которая будет предназначена не только для изучения Луны, но также выступит в качестве космопорта для марсианских экспедиций. Станция будет иметь четыре модуля – жилой, электродвигательный, модуль снабжения и шлюзовой. Предполагается, что в соз-

Корабль «Орион»

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

57


С точки зрения науки

Космическая гонка столетия: кто будет первым на Марсе?

NASA.GOV,

Deep Space Gateway и «Орион» дании электродвигательного модуля примет участие ЕКА, а шлюзового – корпорация «Роскосмос». Он будет создан на основе стыковочного отсека-модуля «Пирс» и узлового модуля «Причал», разработанных для МКС, однако будет соответствовать американским стандартам. Возможно, Россия также примет участие в создании жилого модуля. Однако строительство станции невозможно без сверхтяжелой ракеты Space Launch System, которой отведена ведущая роль в запуске модулей станции на высокую окололунную орбиту, но пока что ее первый запуск постоянно откладывается. После строительства окололунной станции NASA планирует разработку межпланетного космического корабля Deep Space Transport (DST), который будет предназначен для полетов в Солнечной системе, и в том числе к Марсу.

58 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

Транспорт будет забирать экипаж со станции, доставлять его к месту назначения и обратно. Здесь же, на станции, межпланетный корабль будет обслуживаться и ремонтироваться. DST будет использовать комбинацию электрических и химических двигателей и вмещать экипаж из шести человек. В 2020-х годах планируется тестирование корабля, а в конце десятилетия NASA планирует отправить астронавтов на год в путешествие вокруг Луны для проверки его систем. И если с тем, как добраться до Марса, уже, кажется, все ясно, то как на него сесть, еще не совсем понятно. Заместитель администратора NASA по вопросам пилотируемых космических полетов Уильям Герстенмайер в июле прошлого года заявил, что агентство просто не знает, как посадить на Марс корабль с астронавтами.

Атмосфера планеты достаточно плотная, и космические аппараты, спускаемые на поверхность, приходится оснащать теплозащитным экраном, но в то же время она настолько разрежена, что тяжелый космический корабль посадить с использование парашютов не получается. Марсоход Curiosity весит всего 899 кг, однако это самый тяжелый космический аппарат, совершивший мягкую посадку на Марс. Для его спуска на поверхность агентство применило хитроумный метод, сочетающий парашют и так называемый «небесный кран», зависший над поверхностью благодаря ракетным двигателям. Но спускаемый модуль с астронавтами должен весить порядка 10−15 тонн, и как посадить на Марс что-то подобное, неизвестно. Пока что в октябре прошлого года агентство провело успешные испытания парашют-

ной системы для миссии Mars 2020. Его масса будет ненамного больше предшественника – порядка 950 килограммов. Напомним также о неудачных испытаниях в 2015 году марсианской «летающей тарелки» Low-Density Supersonic Decelerator (LDSD), системы, которая должна была обеспечивать посадку тяжелых аппаратов на поверхность Марса. США – единственная страна, официально запланировавшая полет на Марс. Но даже у Америки на сегодня нет всех необходимых составляющих для марсианской экспедиции. Однако NASA первым занялось подготовкой. Ракета SLS, так нужная для строительства окололунной базы и вывода тяжелых грузов на орбиту, скоро должна полететь в космос. Космический

корабль, необходимый для доставки людей на орбиту, также, как обещают, скоро будет. Сам космический транспорт DST для доставки людей на Марс только в проекте. За него возьмутся только после строительства окололунной базы, строить которую еще не начинали, так как нет ракеты. Что же касается спуска на планету, то как его осуществить, инженеры NASA пока не знают. Естественно, говорить о посадочном модуле тоже рано. Тем не менее у США есть и финансовые, и технические возможности для того, чтобы когда-нибудь отправить человека на Марс. И если не изменится политическая или экономическая обстановка в мире и в самих Штатах, то они это сделают первыми. Понят-

но, что не в те сроки, которые заявляются. Что же касается Маска, то он, конечно, хорошо продвинулся в деле коммерциализации космоса. Однако все называемые им сроки тоже постоянно переносятся, а программы пересматриваются. Хотя он и запустил Falcon Heavy, как и обещал, но на Марс был отправлен все же родстер, а не космический корабль, как предполагалось по отмененной программе Red Dragon. Уверенности в том, что Илон Маск в этот раз уложится в сроки и тем более опередит NASA, все же нет. США первыми установят свой флаг на Марсе: вероятность

50 из 100.

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

59


Тема номера

В

начале этого года Президент РФ Владимир Путин дал зеленый свет созданию новой российской ракеты-носителя сверхтяжелого класса. Ее пред-

Космическая гонка столетия: кто будет первым на Марсе?

Россия полагается использовать для лунных и марсианских миссий. Возможно, найдет применение ракета и при строительстве международной окололунной станции Deep Space Gateway. Головным разработчиком определена ракетно-космическая

корпорация «Энергия». Подчеркивается, что это не «Ангара» и не возрождение программы «Энергия-Буран». Новая ракета будет создаваться на базе перспективной ракеты-носителя среднего класса «Союз-5», которая также разрабатывается

VPK-NEWS.RU, DEFENCE.RU

Космический корабль «Федерация»

60 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

корпорацией «Энергия». Ракета «Союз -5» будет способна выводить на низкую околоземную орбиту до 17 тонн груза. Разрабатываемый «сверхтяж» должен обеспечить выведение грузов массой до 90 тонн на низкую околоземную орбиту и не менее 20 тонн на окололунную полярную орбиту. Также до 2028 года на космодроме Восточный будут созданы стартовый комплекс и наземная инфраструктура для запусков ракеты. Эскизный проект стартового комплекса разработают до конца 2019 года. Согласно плану, летные испытания новой сверхтяжелой ракеты-носителя должны начаться к 2027 году. Однако стоит отметить, что создание ракеты сверхтяжелого класса пока не включено в Федеральную космическую программу. Так же как в ней нет и пилотируемого полета на Марс. Тем не менее нельзя исключать, что программу могут и пересмотреть. Новые цели в космосе могут вытянуть отрасль из застоя и, конечно,

укрепят престиж страны. Создается в России и новый космический корабль, призванный прийти на замену «Союзам» и «Прогрессам». Новый космический корабль «Федерация» должен стать настоящим универсалом, пригодным, в отличие от предшественников, и для полетов на Луну, и для ближнего космоса. Корабль будет иметь объем жилого пространства в 9 кубометров, что вчетверо больше, чем у «Союза», и увеличенный до 30 суток срок автономного полета. Однако на «Федерации» к Марсу не полетишь. Цель ее участия в экспедиции ограничится только доставкой космонавтов на околоземную орбиту перед полетом и их возвратом с орбиты после. Долгое путешествие к Красной планете «Федерации» не по силам, здесь нужен отдельный корабль, как минимум имеющий достаточную вместительность для комфортного размещения членов экспедиции и запасов на время полета. Да, и для спуска на поверхность понадобится поса-

дочный модуль. «Марсианский корабль» придется собирать на орбите из нескольких модулей, запуская по очереди ракеты со всеми его частями. Стартовать к Марсу он будет уже с орбиты. В качестве места размещения экипажа можно использовать жилой модуль, аналогичный российскому модулю «Звезда» Международной космической станции. Такой вариант, к слову, предлагают Роберт Зубрин и некоторые другие эксперты. Опыт постройки и эксплуатации модуля уже имеется, изобретать что-то новое не потребуется, достаточно модернизировать то, что уже есть. NASA ориентируется на длительную экспедицию к Марсу. Однако чем дольше полет, тем больше рискуют своим здоровьем члены экипажа. В России идет создание ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса, предназначенной для полетов в дальний космос. Это совместный проект «Роскосмоса» и «Рос­ атома». Как отмечал бывший глава госкорпорации «РосаNAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

61


С точки зрения науки

Космическая гонка столетия: кто будет первым на Марсе? Капельный холодильникизлучатель

Солнечная батарея

Вырабатывает электричество

При полетах на относительно близких расстояниях от Солнца энергию для электрических ракетных двигателей можно получать с помощью солнечных батарей. При полетах в дальний космос требуется использовать другой источник энергии – например, ядерный реактор.

Стыковочный агрегат Маршевые электроракетные двигатели Груз стыкуется с помощью другого корабля

Ракета доставляет капсулу с модулем в космос 1

2

3

NASA.GOV, TAIKONGMEDIA.COM

Модуль находится в сложенном виде

том» Сергей Кириенко, энергоустановка с ядерным двигателем позволяет достигнуть Марса за один-полтора месяца, обеспечивая возможность маневрирования и ускорения. Применяя традиционные технологии, лететь на Марс придется около полутора лет. Работы по созданию транспортного энергетического модуля на основе такой установки начались в 2010 году, в 2012-м был выполнен технический проект. Согласно техническому заданию, ЯЭДУ имеет в своем составе две части: сам энергоблок, включающий в себя ядерный реактор с теневой радиационной защитой, преобразователь тепловой энергии в электрическую и систему сброса лишнего тепла в космос, а также двигательную установку с плазменными

62 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

Модуль раскладывается в рабочее состояние

двигателями. Ожидалось, что в 2015 году будет создана сама установка, а к концу 2018 года транспортно-энергетический модуль должен быть подготовлен к летным испытаниям. Россия официально не включает в космическую программу полет на Красную планету. Тем более мы не ведем работы над марсианским посадочным модулем. Однако такой полет – это шанс взять реванш в гонке за Луну. И такая надежда лелеется, как думается, и нашими политиками, и конструкторами. Только наша страна имеет космические амбиции, не уступающие США. Кроме того, у нас есть технологии, производственные базы и опыт побед в космосе. Если бы не Россия, то нынешнее присутствие человека в космосе было бы существен-

но меньше. Не было бы Международной космической станции, построенной благодаря нашему опыту строительства космических станций в течение нескольких десятилетий. Некому было бы возить космонавтов в космос. Нынешняя пилотируемая космонавтика во многом держится на России. Как известно, мы долго запрягаем, но быстро ездим. Если появится политическая воля, а экономический рост в стране позволит обеспечить финансирование космических программ, то мы сможем достаточно быстро собрать все необходимые элементы марсианской экспедиции. У нас есть опыт создания сверхтяжелых ракет, и мы также запланировали строительство нового «сверхтяжа», пусть и с опозданием. Российский модуль МКС

«Звезда» в целом подходит на роль межпланетного транспорта. Но самое главное, в нашей стране полным ходом идет создание двигательной установки, способной в короткий срок доставить марсианскую экспедицию к месту назначения. То, что мы первые в ядерной энергетике, сомнений не вызывает.

Одно дело – лететь 1,5 месяца, другое – полтора года. Меньше запасов, вреда здоровью космонавтов и непредвиденных ситуаций в полете. Но опять же у нас нет систем высадки на Красную планету. Да и не дружим мы с Марсом, наши полеты к нему часто заканчивались неудачно.

Тем не менее и не такие сложности решали наши конструкторы и ученые. Россия возьмет реванш за Луну, и мы первыми пройдемся по Марсу: вероятность

50 из 100.

Китай

В

июле 2017 года Китай обнародовал планы по исследованию Солнечной системы в ближайшие двадцать лет. Кроме миссий на Луну и Марс он включает полеты автоматических станций к одному из околоземных астероидов и Ганимеду – крупнейшему спутнику Юпитера. В 2020 году Китай запланировал отправку на Марс своего ровера, а около 2030 года надеется доставить с Марса образцы грунта. Но успех этих миссий зависит от создания КНР сверхтяжелой ракеты «Чанчжэн-9». Разрабатываемый носитель, сравнимый с ракетой «Сатурн-5», должен будет выводить до 133 тонн полезной нагрузки на низкую опорную орбиту и до 50 тонн – на геостационарную. Ее первый полет ожидается в 2028 году в рамках подготовки к полету на Луну в

«Чанчжэн-9» в сравнении с американским лунным «Сатурном-5» NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

63


Тема номера

Лекарство от здоровья: как работает допинг

2030-е годы. Было заявлено, что около 70% оборудования и компонентов, необходимых для испытательного полета, в настоящее время проходят испытания, причем первый тест двигателя должен быть завершен к концу 2018 года. В свое время главный инженер китайской лунной программы Ю. Вэйжэнь заявил, что смысл китайской лунной программы состоит в отработке методик исследований и технических решений для освоения Марса. Если Китаю удастся отправить человека на Луну, то следующей очевидной целью будет Марс. Кроме того, Китайское национальное космическое управление (CNSA) и Европейское космическое агентство (ESA) разрабатывают совместный

NASA.GOV, TAIKONGMEDIA.COM

П

проект по освоению спутника нашей планеты. Идут переговоры по постройке «лунной деревни», которая в перспективе может стать стартовой площадкой для запуска экспедиции на Марс. Обогнать Россию и США на пути к Марсу было бы для Китая серьезным репутационным успехом. Не исключено, что такие планы все-таки имеются у руководства КНР, однако пока Китай в роли догоняющего. Не секрет, что большинство китайских космических технологий родом из СССР. Но наши марсианская и пилотируемая лунная программы не были достаточно удачными, поэтому в исследовании Красной планеты КНР придется полагаться только на себя. США

же всячески стараются, чтобы космические секреты не попали в руки Китая. И сейчас у Поднебесной нет каких-либо технологий, которые могут существенно приблизить страну к полету на Марс. Однако Китай вполне может вырваться в лидеры, если США и далее будут откладывать пилотируемый полет, а Россия не пожелает ввязываться в марсианскую гонку. В таком случае у Китая, стремящегося стать ведущей мировой державой, будут все шансы высадиться на Марс первым. Китай вырвется в лидеры и первым полетит на Марс: вероятность

30 из 100.

Европейский союз

роект «Аврора» – программа Европейского космического агентства по изучению Солнечной системы – включает в себя исследования Луны и Марса автоматизированными зондами, а также пилотируемые полеты к ним. Однако полет к Красной планете предполагается осуществить только в международном сотрудничестве.

64 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

Пилотируемый полет на Луну запланирован на 2024 год, на Марс – на 2033 год. Хотя стоит отметить, эта часть программы была поставлена под сомнение главными странами-участницами Европейского космического агентства, и вполне возможно, что вся программа «Аврора» будет переориентирована только на роботизированное исследование Марса. Европа не демонстрирует амбиций по самостоятельно-

му посещению Марса, да и не располагает соответствующими технологиями. Европейские космонавты могут первыми посетить Красную планету только при условии отказа других стран от такой миссии. Неожиданно для всех первым на Красной планете окажется европеец: вероятность

10 из 100.

Индийская автоматическая межпланетная станция «Мангальян»

И

ндия уже имеет развитую космическую программу и в настоящее время по потенциалу является шестой космической державой. Она самостоятельно проводит запуски спутников связи на геостационарную орбиту и автоматических межпланетных станций к Луне и Марсу. В 2013 году к Марсу была отправлена АМС «Мангальян», предназначенная для исследования планеты с орбиты. Имеет Индия и собственную пилотируемую космическую программу. Прошлым летом Индийская организация космических исследований (ISRO) запустила свою самую тяжелую на сегодня ракету GSLV-Mk III. Предполагается, что она будет использоваться для выведения на орбиту

Индия

Модель ракеты-носителя GSLV Mk.3

проектируемого индийского космического корабля Orbital Vehicle. Капсула массой в три тонны будет рассчитана на экипаж из трех человек. Кроме того, теперь станет возможно и строительство собственной орбитальной станции. В будущем ISRO планирует и пилотируемые полеты на Луну в кооперации с другими странами или даже самостоятельно. В 2004 году индийский президент Абдул Калам выступил с заявлением, в котором он предложил США до 2050 года отправить на Марс американо-индийский экипаж. Так же как и с Европой, полет на Марс представителя Индии будет неожиданностью: вероятность

10 из 100. NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

65


NASA.GOV

С

Международная экспедиция

овременная космонавтика совсем не такая, какой ее описывали фантасты прошлого. Не могут изменить это ни частные компании, ни новые космические державы. Во всяком случае, в обозримом будущем. Мы рассмотрели несколько запланированных проектов космических экспедиций, однако за всю историю космонавтики их было множество. Но все они так и остались нереализованными. Опыт сотрудничества в космосе подсказывает, что большие проекты удаются только совместно. Пример этому – Международная космической станция. Да и новую окололун-

66 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

ную станцию США не готовы, как мы видим, строить сами. Полет человека к другой планете – дело всего человечества, а не амбиций одной державы. Только в условиях противостояния систем можно было доказывать свое превосходство путем побед в космосе. Да, это было стимулом, оправдывающим колоссальные расходы, неимоверные усилия и тот риск, на который шли космонавты. Эта гонка вывела нас в космос. Сейчас нужен новый посыл. Полет на Марс может послужить объединяющей целью для всего человечества. Он должен быть международным и, скорее всего, таким и будет. Мы объединим усилия и отправим на Марс общую экспедицию. США, к приме-

ру, выведут на орбиту элементы экспедиционного корабля новой сверхтяжелой ракетой SLS. Доставлять к нему космонавтов будет космический корабль «Орион». Межпланетный транспортный корабль и двигательную установку, которая доставит людей на Марс, создаст Россия. Мы куда быстрее достигнем Красной планеты, если возьмемся за дело вместе. Первые земляне, ступившие на поверхность Марса, будут представителями всего человечества, а не какого-либо одного государства: вероятность

100 из 100. NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

67


С точки зрения науки

Как устроены

АТОМНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ DEPOSITPHOTOS.COM/WLAD74

Сергей Соболь

Человек ищет энергию везде: в пламени горящих дров и угля, в напоре речного потока, силе ветра и тепле солнечных лучей. В середине прошлого века мы научились использовать энергию, спрятанную в атомных ядрах тяжелых элементов. Сегодня на атомных электростанциях эта невидимая глазу энергия атома превращается в такое привычное нам электричество. Но прежде чем это случится, ей нужно пройти несколько преобразований в сложном хитросплетении технологического оборудования атомной электростанции.


С точки зрения науки

Как устроены атомные электростанции

Без мирного атома никак

М

ировая экономика немыслима без атомной энергетики. На атомных электростанциях вырабатывается одна десятая всей производимой на планете электроэнергии. Сегодня 192 атомные электростанции работают в 31 стране мира. Как правило, все они имеют по несколько энергоблоков – технологических комплексов оборудования для производства электроэнергии,

имеющих в своем составе ядерный реактор. Общее количество таких энергоблоков в мире составляет 451. На первом месте по количеству АЭС находятся США – 62, на втором Франция – 19, третье место у Японии – 17. Россия занимает пятое место по количеству атомных электростанций. Их у нас 10 с 37 энергоблоками. Общая мощность всех АЭС мира составляет около 392 тыс. МВт. Атомная энергетика имеет много плюсов. Ключевые –

высокая рентабельность и отсутствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания, как это происходит на тепловых электростанциях. Однако есть и серьезные минусы. В случае аварии на атомной электростанции продукты деления ядерного топлива, вырвавшиеся из реактора, могут надолго сделать непригодными для жизни большие территории, прилегающие к станции. Еще один минус – это проблема хранения и переработки отработанного ядерного топлива.

Принцип работы атомной электростанции

И

спользование атомной энергии началось практически одновременно с созданием ядерного оружия. Пока шли военные разработки, начались исследования возможности применения атомной энергии и в мирных целях, прежде всего для производства электроэнергии. Началом мирного использования ядерной энергии принято считать 1954 г., когда в подмосковном Обнинске заработала первая в мире атомная электростанция. В отличие от ядерной бомбы, при взрыве которой

происходит неуправляемая цепная реакция деления атомных ядер с одномоментным высвобождением колоссального количества энергии, в ядерном реакторе происходит регулируемая ядерная реакция деления – топливо медленно отдает нам свою энергию. Тем самым для того, чтобы использовать цепную реакцию деления атома в мирных целях, ученым пришлось придумать, как ее приручить. Атомная электростанция – это целый комплекс технических сооружений, предназначенных для выработки электрической энергии. Ядерная реакция

происходит в самом сердце атомной электростанции – ядерном реакторе. Но само электричество вырабатывает совсем не он. На АЭС происходит три взаимных преобразования форм энергии: ядерная энергия переходит в тепловую, тепловая – в механическую, а уже механическая энергия преобразуется в электрическую. И для каждого преобразования предусмотрен свой технологический «остров» – комплекс оборудования, где происходят эти превращения. Пройдемся вдоль технологической цепочки и подробно посмотрим, как рождается электричество.

Здание реактора

Компенсатор давления

Парогенератор Генератор

Страны с атомными электростанциями Эксплуатируются АЭС, строятся новые энергоблоки. Эксплуатируются АЭС, планируется строительство новых энергоблоков. Нет АЭС, станции строятся. Нет АЭС, планируется строительство новых энергоблоков. Эксплуатируются АЭС, строительство новых энергоблоков пока не планируется. Эксплуатируются АЭС, рассматривается сокращение их количества. Гражданская ядерная энергетика запрещена законом. Нет АЭС.

70 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

Стержни управления

Турбина К водохранилищу или градирне

Реактор Конденсатор

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

71


Тема номера

THOUGHTCO.COM

Р

Как устроены атомные электростанции

Ядерный реактор

еактор атомной электростанции представляет собой конструктивно выделенный объем, куда загружается ядерное топливо и где протекает управляемая цепная реакция. Ядерный реактор можно сравнить с мощным железобетонным бункером. Он имеет стальной корпус и помещен в железобетонную герметичную оболочку. Пространство, в котором непосредственно происходит реакция деления ядер, называется «активной зоной ядерного реактора». В ее процессе выделяется большое количество энергии в виде тепла, которое нагревает теплоноситель. В большинстве случаев теплоносителем выступает обычная вода. Правда, предварительно ее очищают от различных примесей и газов. Она подается снизу в активную зону реактора с помощью главных цир-

72 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

куляционных насосов. Именно теплоноситель передает тепло за пределы реактора. Он обращается в замкнутой системе труб – контуре. Первый контур нужен для того, чтобы отобрать тепло у разогретого реакцией деления реактора (охладить его) и передать его дальше. Первый контур является радиоактивным, но он включает в себя не все оборудование станции, а лишь его часть, преимущественно ядерный реактор. В активной зоне ядерного реактора находится ядерное топливо и, за редким исключением, так называемый замедлитель. Как правило, в большинстве типов реакторов в качестве топлива применяется уран 235 или плутоний 239. Для того чтобы можно было использовать ядерное топливо в реакторе, его первоначально помещают в тепловыделяющие элементы – твэлы. Это герметичные трубки из стали

или циркониевых сплавов внешним диаметром около сантиметра и длиной от нескольких десятков до сотен сантиметров, которые заполнены таблетками ядерного топлива. При этом в качестве топлива выступает не чистый химический элемент, а его соединение, например оксид урана UO2. Все это происходит еще на предприятии, где ядерное топливо производится. Для упрощения учета и перемещения ядерного топлива в реакторе твэлы собираются в тепловыделяющие сборки по 150–350 штук. Одновремен-

но в активную зону реактора обычно помещается 200–450 таких сборок. Устанавливают их в рабочих каналах активной зоны реактора. Именно твэлы – главный конструктивный элемент активной зоны большинства ядерных реакторов. В них происходит деление тяжелых ядер, сопровождающееся выделением тепловой энергии, которая затем передается теплоносителю. Конструкция тепловыделяющего элемента должна обеспечить отвод тепла от топлива к теплоносителю и не допустить попадания в теплоноситель продуктов деления. В ходе ядерных реакций образуются, как правило, быстрые нейтроны, то есть нейтроны, имеющие высокую кинетическую энергию. Если не уменьшить их скорость, то ядерная реакция со временем может затухнуть. Замедлитель и решает задачу снижения скорости нейтронов. В качестве замедлителя, широко используемого в ядерных реакторах, выступают вода, бериллий или графит. Но наилучшим замедлителем является тяжелая вода (D2O). Здесь нужно добавить, что по уровню энергии нейтронов реакторы разделяются на два основных класса: тепловые (на тепловых нейтронах) и быстрые (на быстрых нейтронах). Сегодня в мире только два действующих реактора на быстрых нейтронах и оба находятся в России. Они установлены на Белоярской АЭС. Однако использование реакторов на быстрых нейтронах

ЦИФРЫ 570

млн. км – длина хвоста кометы C/1996 B2 (Хякутакэ), которая прошла рядом с нашей планетой в марте 1996 года. Это почти в 4 раза больше, чем расстояние от Земли до Солнца.

43 252 003 274 489 856 000 – число всех возможных состояний кубика Рубика.

107

миллиардов человек – примерно столько людей родилось за всю историю человечества, которая началась 162 тысячи лет назад.

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

73


РЕАКТОР Ядерная энергия переходит в тепловую

является перспективным, и интерес к этому направлению энергетики сохраняется. Скоро реакторы на быстрых нейтронах могут появиться и в других странах. Так вот, в реакторах на быстрых нейтронах в замедлителе нет необходимости, они работают по другому принципу. Но и систему охлаждения реактора здесь тоже нужно выстраивать иначе. Вода, применяемая в качестве теплоносителя в тепловых реакторах, – хороший замедлитель, и ее использова-

ние в этом качестве в быстрых реакторах невозможно. Здесь могут применяться только легкоплавкие металлы, например ртуть, натрий и свинец. Кроме того, в быстрых реакторах используется и другое топливо – уран-238 и торий-232. Причем уран-238 гораздо чаще встречается в природе, чем его «собрат» уран-235. Строительство атомных электростанций с реакторами на быстрых нейтронах способно значительно расширить топливную базу ядерной энергетики.

Для того чтобы предотвратить попадание нейтронов в окружающую среду, активная зона реактора окружается отражателем. В качестве материала для отражателей часто используют те же вещества, что и в замедлителях. Кроме того, наличие отражателя необходимо для повышения эффективности использования ядерного топлива, так как отражатель возвращает назад в активную зону часть вылетевших из зоны нейтронов.

В

ПАРОГЕНЕРАТОР Тепловая энергия переходит в механическую

Парогенератор

ернемся к процессу преобразования ядерной энергии в электричество. Для производства водяного пара на АЭС применяются парогенераторы. Тепло они получают от реактора, оно приходит с теплоносителем первого контура, а пар нужен для того, чтобы крутить паровые турбины. Применяются парогенераторы на двух- и трехконтурных АЭС. На одноконтурных их роль играет сам ядерный реактор. Это так называемые кипящие реакторы, в них пар генерируется непосредственно в активной зоне, после чего направляется в турбину. В схеме

таких АЭС нет парогенератора. Пример электростанции с такими реакторами – японская АЭС «Фукусима-1». Вода первого контура, циркулирующая через активную зону реактора, омывает тепловыделяющие элементы, нагреваясь при этом до температуры 320–330° С. Но поскольку вода в обычном состоянии при давлении в 1 атмосферу закипает уже при температуре 100°С, то для того чтобы повысить температуру кипения, повышают и давление в первом контуре теплоносителя. В современных реакторах типа ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор – они являются основой мировой атомной энергетики) давление

TESIAES.RU

Ф А К Т Ы Авокадо ядовит для птиц, кроликов, лошадей, коз и других животных. Листья, кожура плода и косточка авокадо содержат фунгицидный токсин персин, маслорастворимое соединение, структурно сходное с жирной кислотой. У людей персин способен вызвать индивидуальную аллергическую реакцию и ухудшение работы пищеварительной системы.

ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР Механическая энергия преобразуется в электрическую

в первом контуре достигает 160 атмосфер. Дальше эта очень горячая вода из реактора прокачивается насосами через парогенератор, где отдает часть тепла, и снова возвращается в реактор. В парогенераторе это тепло передается воде второго контура. Это контур так называемого рабочего тела, т. е. среды, совершающей работу, преобразуя тепловую энергию в механическую. Эта вода, которая находится под гораздо меньшим давлением (половина давления первого контура и менее), поэтому она закипает. Образовавшийся водяной пар под высоким давлением поступает на лопатки турбины.

Морские черепахи вынуждены использовать для питья соленую воду, Поэтому у них имеются особые железы, выводящие избыток солей из организма. Располагаются они в орбите глаза. Таким образом, морские черепахи постоянно плачут, освобождаясь от избытка солей.

Несмотря на наличие y верблюда горба, его позвоночник прямой, как, например, у лошади.


С точки зрения науки

Как устроены атомные электростанции

Турбина и генератор

П

ар из парогенератора поступает на турбину, в которой энергия пара преобразуется в механическую работу. В паровой турбине потенциальная энергия сжатого и нагретого водяного пара преобразуется в энергию кинетическую, которая, в свою очередь, преобразуется в ме-

ханическую работу – вращение вала турбины, а он уже вращает ротор электрогенератора. Теперь механическая энергия превратилась в электрическую. Прошедший через турбину пар поступает в конденсатор. Здесь пар охлаждается, конденсируется и превращается в воду. По второму контуру она поступает в парогенератор, где снова превратится в пар. Кон-

денсатор охлаждается большим количеством воды из внешнего открытого источника, например водохранилища или пруда-охладителя. С водой первого контура, как мы помним, радиоактивного, паровая турбина и конденсатор не взаимодействуют, это облегчает их ремонт и уменьшает количество радиоактивных отходов при закрытии и демонтаже станции.

Управление реактором

DEPOSITPHOTOS.COM/TELE52

В

ернемся снова к ядерному реактору. Как же он управляется? Помимо твэлов с топливом и замедлителя в нем находятся еще управляющие стержни. Они предназначены для пуска и остановки реактора, поддержания его критического состояния в любой момент его работы и для перехода с одного уровня мощности на другой. Стержни изготовлены из материала, хорошо поглощающего нейтроны. Для того чтобы реактор работал на постоянном уровне мощности, необходимо создать и поддерживать в его активной зоне такие условия, чтобы плотность нейтронов была неизменной во времени. Это состояние реактора и принято называть

76 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

«критическим состоянием», или занных с избыточным энергопросто «критичностью». выделением в активной зоне Когда активная зона сильно реактора, в каждом реакторе разогревается, в нее опускапредусмотрена возможность ются управляющие стержни, экстренного прекращения цепкоторые встают между твэлами ной реакции. В этом случае в и вбирают в себя избыточные центральную часть активной нейтроны. Если нужно добазоны под действием силы тявить мощности, управляющие жести сбрасываются стержни стержни снова поднимают. Если аварийной защиты. же их опустить на всю длину твэлов, то цепная реакция прекратится, реактор будет заглушен. Кроме того, на случай непредвиденного катастрофического развития цепной реакции, а также возникновения других аварийных Схема расположения стержней реактора режимов, свя-

Что еще есть на АЭС?

П

осле удаления из реактора в твэлах с отработанным ядерным топливом все еще продолжаются процессы деления. В течение длительного периода времени они продолжают оставаться мощным источником нейтронов и выделяют тепло. Поэтому в течение некоторого времени твэлы выдерживают под водой в специальных бассейнах, которые находятся тут же, на атомной электростанции. Если их не охлаждать, они просто могут расплавиться. После того как их радиоактивность и температура снизятся до значений, позволяющих их перевозить, а для водо-водяных реакторов это три года, твэлы извлекают, помещают в толстостенную стальную тару и отправляют в «сухие хранилища». Кроме того, если посмотреть на атомную электростанцию со стороны, то ее силуэт, как

правило, определяют высокие сооружения башенного типа. Это градирни. Они нужны в случае если невозможно использовать воду для конденсации пара из водохранилища. Тогда на станции применяют оборотные системы охлаждения, ключевым элементом которых являются охладительные башни. Внутри градирен горячая вода распыляется, падая с высоты как в обычном душе. Часть воды при этом испаряется, что и обеспечивает требуемое охлаждение. Благодаря своим внушительным размерам, а некоторые из них достигают высоты 60-этажного дома (например, градирня энергоблока №6 Нововоронежской АЭС), градирни обычно являются самой заметной частью атомной электростанции.

Кроме того, каждая атомная станция имеет еще одну или несколько высоких труб, внешне похожих на дымовые трубы обычных тепловых электростанций. Но дым из них не идет – это вентиляционные трубы, через них выводятся газоаэрозольные выбросы – радиоактивные инертные газы, аэрозоли радиоактивных продуктов деления и летучие соединения радиоактивного иода. Но по большей части это радиоактивные изотопы инертных газов – аргон-41, криптон-87 и ксенон-133. Они представляют собой короткоживущие радионуклиды и без ущерба для экологии распадаются за несколько дней или даже часов.


С точки зрения науки

ПОКУШЕНИЕ НА СОН: можно ли спать меньше без вреда для здоровья Сергей Соболь

DEPOSITPHOTOS.COM/ALPHASPIRIT

Мы проводим во сне около трети своей жизни, каждые сутки примерно по восемь часов находясь в постели. Нам кажется, что это много, ведь сколько полезных дел можно сделать и как много получить новых впечатлений, если спать хоть немного меньше. Люди ищут способы, чтобы сократить время сна и все же чувствовать себя бодро и свежо. Найдут ли?

78 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

79


С точки зрения науки

В

Покушение на сон: можно ли спать меньше без вреда для здоровья

Почему восемь?

еликие, говорят, спали мало. Наполеону, к примеру, для сна хватало 4 часов в сутки. Он ложился спать между 10 и 12 часами вечера, спал до 2 ночи, а затем вставал и работал. В 5 утра он снова ложился и спал до 7. Немногим более спал Уинстон Черчилль. Британский премьер-министр обычно ложился около 3 часов ночи и просыпался в 8 утра. Правда, он не отказывал себе в дневном сне, проводя в постели дополнительные один-два часа в светлое время суток. Гениальный Никола Тесла вообще обходился 2 часами. Однако вряд ли кто-то стоял с часами рядом с их постелями, и сейчас мы уже не сможем проверить, не являются ли эти утвержде-

ния просто историческими легендами. Сегодня ученые уверены: для полноценной жизни мы должны спать примерно 8 часов в день. Причем и мужчинам и женщинам для здорового сна требуется примерно одинаковое время – 8 часов. Финские ученые определили оптимальное количество времени, необходимое для сна. Для этого к эксперименту привлекли 3760 человек в возрасте от 30 до 64 лет. Участников исследования анкетировали на предмет продолжительности их ежедневного сна и сравнивали ответы с данными об их здоровье в период эксперимента. В итоге было установлено, что для того чтобы чувствовать себя хорошо и не болеть, мужчины должны спать в среднем по 7 часов 42 минуты в сутки,

женщины – 7 часов 38 минут. Это среднее значение, естественно, количество времени, необходимое человеку для сна, зависит от индивидуальных особенностей его организма. Американская академия медицины сна (AASM) имеет такое же мнение о том, сколько необходимо спать: взрослые люди должны спать 7–9 часов в сутки. При этом для детей норма сна куда больше. Младенцам требуется от 12 до 16 часов сна в сутки (включая дневной сон), а, например, подросткам – 8–10 часов. По мнению экспертов академии, родители должны быть примером для своих детей и спать каждую ночь не менее 7 часов. Но, как утверждает статистика, подавляющее большинство взрослого населения развитых стран хронически недосыпает.

Н

Как спать меньше

аш образ жизни отбирает у сна все больше времени. Кто-то допоздна работает, а кто-то развлекается ночь напролет, времени всегда не хватает, и именно часы, традиционно отведенные для сна, приносятся в жертву современному образу жизни. Одним из способов увеличить время бодрствования за счет часов, которые мы проводим во сне, считается техника полифазного сна. Сон большинства людей монофазный. Мы спим один раз в день, преимущественно в темное время суток. Идея спать несколько раз в день не возникла из ниоткуда. Так, например, спят младенцы, прерывая свой сон на время кормления. Любят вздремнуть днем и жители южных стран. Традиция эта обусловлена жарким климатом. Такой

послеобеденный сон называется «сиеста». Существует полифазный сон и в животном мире. Считается, что применение техники полифазного, или, как его иногда еще называют, многофазного, сна позволяет увеличить время бодрствования до 20–22 часов, в зависимости от выбранного режима. Таких режимов выделяют несколько: Biphasic (двухфазный) – 1 раз ночью (5 часов) и 1 раз днем (1,5 часа), итого 6,5 часов сна и 17,5 часов бодрствования. Everyman (режим обычного человека) – 1 раз ночью (1,5–3 часа) и затем 3 раза по 20 минут в течение дня, итого 2,5–4 часа сна и 20–21,5 часа бодрствования. Dymaxion (димаксион-режим) – 4 раза по 30 минут через каждые 5,5 часов, итого 2 часа сна и 22 часа бодрствования.

DEPOSITPHOTOS.COM/ANMFOTO

Ф А К Т Ы В древности Черное море было пресноводным, но примерно 7,5 тыс. лет назад со стороны современного Босфора в него хлынула соленая морская вода из Средиземного моря. Уровень воды в озере поднялся на 140 метров, оно соединилось с Мировым океаном и стало морем. В то же время образовалось и Азовское море, которого до этого не существовало.

Uberman (режим сверхчеловека) – 6 раз по 20 минут каждые через каждые 3 часа 40 минут, итого 2 часа сна и 22 часа бодрствования. Однако на серьезном научном уровне полифазный сон пока еще недостаточно исследован. Естественно, приведенные выше режимы сна не следует рекомендовать подросткам и детям. Сокращение нормы сна недопустимо и при заболеваниях сердечно-сосудистой системы. Не стоит забывать, что в мире монофазного сна спать по несколько раз в день может быть реально неудобно. Наша жизнь синхронизирована с окружающими, родственниками, друзьями, коллегами по работе. Не всегда можно выбрать место и время для сна, а график полифазного сна соблюдать обязательно, в противном случае пропуск одного из отрезков сна чреват срывом всего режима.

Калорийность сельдерея составляет около 13 ккал на 100 граммов. Однако считается, что этот продукт обладают «отрицательной» калорийностью, так как для его переваривания наш организм потратит больше энергии, чем получит из этого растения.

Онгаонга, или крапивное дерево, – вид крапивы, распространенный только в Новой Зеландии, является самым опасным жалящим растением на Земле. Растение может убить даже лошадь.


С точки зрения науки

Покушение на сон: можно ли спать меньше без вреда для здоровья

Что такое сон

Ч

тобы сделать вывод о том, можно ли обмануть организм, стоит понять, насколько сложен сон. Великий русский и советский ученый, физиолог, создатель науки о высшей нервной деятельности Иван Петрович Павлов отмечал, что сон – это не просто отдых, это активное состояние организма, которому свойственна особая форма деятельности мозга. Пока мы отключаемся от окружающего мира и смотрим сны, наше тело живет своей жизнью. В организме происходят не до конца понятные ученым процессы. Различают две фазы сна: сон медленный и сон быстрый,

он так же называется «парадоксальным». Первая фаза имеет длительность 60–90 минут, вторая – 10–20 минут. За ночь медленный и быстрый сон циклически сменяют друг друга примерно от четырех до пяти раз. Мы засыпаем и погружаемся в первую стадию медленного сна. В каждой из четырех стадий человек погружается в сон все глубже и глубже. Сначала это дрема. Мышечная активность снижается, пульс и частота дыхания становятся реже, понижается температура тела, а обмен веществ замедляется. Но глаза еще могут совершать медленные движения. На второй стадии снижение тонической мышечной актив-

информации, именно с этим и связывают интенсивную работу мозга. Но проходит 20–30 минут глубокого сна, и организм перескакивает во вторую, менее глубокую, стадию фазы медленного сна, как будто стремится проснуться. Однако вместо этого он переходит в следующую фазу сна – быстрый сон. В этой фазе электрическая активность мозга сходна с той, которую он имеет в состоянии бодрствования. Однако, вследствие сильного падения мышечного тонуса, тело находится в полной неподвижности. В этой фазе глаза человека совершают быстрые движения под сомкнутыми веками. Быстрый сон, в отличие от медленного, сопровождается повышением активности раз-

ности продолжается, температура тела продолжает падать, замедляется сердечный ритм. Глаза уже неподвижны. В третьей стадии глубина сна нарастает, и человек погружается в глубокий сон. Самый глубокий сон в этой фазе именно в четвертой стадии. Последние две стадии часто объединяют под одним названием – «дельта-сон». Человека в это время разбудить уже очень сложно. 80 % сновидений возникает именно в это время. Как считается, медленный сон связан с восстановлением энергозатрат организма. Одновременно в фазе медленного сна происходит закрепление полученной в течение предыдущего дня

Сон человека состоит из сменяющихся фаз

1 цикл

ся ко второй и вновь попадает в фазу быстрого сна. Как уже было сказано, в течение ночи может быть 4–5 таких циклов. При этом третья и четвертая стадии (глубокий медленный сон) больше всего выражены в первых двух циклах. В последующих глубокий медленный сон возникает только эпизодически или вообще пропадает. Одновременно продолжительность фаз быстрого сна в последних циклах к концу ночи растет, а фаз медленного сна, наоборот, сокращается. Отмечено, что распределение времени сна на фазы зависит от возраста. Быстрый сон составляет половину сна новорожденного. Но уже в течение первого года жизни длительность быстрого сна резко снижается, в то время как продолжительность мед-

Пара, состоящая из фазы медленного и быстрого сна, образует цикл сна (продолжительностью около 90 минут)

медленного и быстрого сна

Бодрствование

личных систем организма. Как только начинается быстрый сон, в организме происходят процессы, совершенно обратные медленному сну: температура тела повышается, сердечный ритм и дыхание усиливаются. У мужчин характерным признаком этой фазы сна является эрекция пениса. Характерной особенностью быстрого сна являются яркие и эмоционально окрашенные сновидения. И хотя сновидениями могут сопровождаться и быстрый, и медленный сон, подобные бывают только во время быстрого сна. Спустя 10–20 минут за фазой быстрого сна вновь следует 2 стадия сна медленного. Начинается новый цикл. Организм проходит через третью и четвертую стадии медленного сна, возвращает-

2 цикл

3 цикл

4 цикл

5 цикл

6 цикл

Фазы быстрого сна 1 ст. Стадии фазы медленного сна

2 ст. 3 ст. 4 ст.

Время регистрации сна

1 час

2 часа

Запоминающиеся сновидения человек видит только в фазах быстрого сна

82 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

3 часа

4 часа

5 часов

6 часов

7 часов

8 часов

В зависимости от общей продолжительности, нормальный сон состоит из 4-6 циклов. Человек лучше себя чувствует, если пробуждение приходится на конец цикла (на фазу быстрого сна)

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

83


ленного сна почти не меняется. У взрослого человека процент быстрого сна составляет только 20–25% от общего его количества. Приближается утро, и появляются предвестники окончания сна: человек во сне чаще меняет позу, повышается температура тела, растет уровень гормона кортизола. Организм готовится к новому дню. Сторонники полифазного сна отвергают необходимость медленного сна для человека. Восстановление организма, по их мнению, происходит во время фазы быстрого сна. Применяя технику полифазного сна, человек увеличивает

Покушение на сон: можно ли спать меньше без вреда для здоровья

время бодрствования за счет сокращения именно фазы медленного сна. Чтобы овладеть техникой многофазного сна, нужно научиться как можно скорее входить в фазу быстрого сна. При смене режима сна с монофазного на полифазный именно недостаток сна побуждает нас погружаться в эту фазу сразу же, без прохождения всех стадий медленного сна. Так и получается экономия времени. Однако наблюдения показывают, что люди, которые экспериментируют со снижением продолжительности сна, редко переходят на постоян-

ный полифазный сон. Вначале применение техники многофазного сна всегда дает хорошие результаты. Они мало спят, но при этом бодры и здоровы. Но проходит какое-то время, и все они возвращаются к монофазному сну. Как правило, стоит пропустить один запланированный период сна – и человек срывается. В реальности, которая часто не совпадает с теорией, столь короткого времени не хватает организму, чтобы достигнуть глубоких стадий медленного сна и быстрой фазы. А ведь именно на этих стадиях происходит выработка жизненно важных гормонов, отвеча-

Глубина сна

С точки зрения науки

Периоды быстрого сна

Биоэлектрическая активность мозга

DEPOSITPHOTOS.COM/NATASHAFEDOROVA

Периоды сна человека в течение ночи

84 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

ющих за состояние здоровья. Негативные последствия от длительного ограничения сна сродни вреду от бессонницы. Те, кто по каким-то причинам спит меньше необходимого для организма, имеют циркадные нарушения, гормональные расстройства, страдают от депрессии и различных заболеваний. Кстати о циркадных ритмах нашего организма. Это, по сути, наши внутренние часы. Они определяют интенсивность различных биологических процессов в организме: выработку гормонов, терморегуляцию, работу пищеварения и так далее. Циркадная смена

сна и бодрствования зависит от освещенности. Темнеет – вырабатывается мелатонин, действие которого клонит нас ко сну, встает солнце – кортизол будит нас. Мелатонин и кортизол – два важных гормона, отвечающих за сон и пробуждение. Мелатонин называют «гормоном сна». Максимальные значения его концентрации в крови наблюдаются между полуночью и 5 часами утра. Он вырабатывается в шишковидной железе с наступлением ночи. Под утро его синтез прекращается, и в кровь выбрасывается кортизол. Этот гормон

будит нас и придает бодрость, необходимую для нового дня. Природа постаралась и создала сложный механизм восстановления организма. Попытки вмешаться в него ради дополнительных часов бодрствования, как правило, ни к чему хорошему не приводят. Гораздо лучше подумать о рациональном использовании времени …. К слову, не потому ли Наполеон проиграл битву при Ватерлоо, что спал столь мало? Возможно, если бы он уделял сну больше времени, то не допустил бы роковых ошибок в самой главной битве своей жизни. NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

85


С точки зрения науки

ЛЕКАРСТВО ОТ ЗДОРОВЬЯ:

DEPOSITPHOTOS.COM/FISHER.PHOTOSTUDIO

как работает допинг Наталья Пелезнева

Сегодня слова «допинговые скандалы», «допинг-пробы» и «допинг-офицеры» не сходят со страниц прессы: такой ажиотаж всегда сопровождает Олимпийские игры и другие важнейшие спортивные соревнования мирового уровня. Разберемся, как работает допинг и как его ищут.

Д

опингом принято называть широкий спектр незаконных методов, позволяющих улучшить спортивные результаты. Историки спорта говорят, что допинг – практически ровесник спортивных соревнований. Известно, что в первый день Олимпиады древнегреческие атлеты приносили жертвы богам и клялись, что «не согрешат против Игр». Увы, клятва не мешала некоторым из них применять различные хитрости, чтобы увеличить свои шансы на победу. «Допингом» античным спортсменам служила прежде всего пища, приготовленная по особым рецептам: например, в тесто для хлеба добавляли опий из маковых коробочек. Ценились и различные отвары, от отвара хвоща до снадобья из заднего ослиного копыта, вываренного в масле с розовыми лепестками. Началом современной эры допинга чаще всего называют летние Олимпийские игры 1904 года. Тогда на победу

На старт! в марафоне претендовали двое: рабочий Томас Хикс и каменщик Фред Лорц. Хикс пришел вторым благодаря своим помощникам: увидев, что бегун практически выдохся, его сопровождающие «угостили» Хикса смесью из яичного белка и сульфата стрихнина. В небольших дозах алкалоид стрихнин служит стимулятором, он обостряет ощущения, тонизирует мышцы и ускоряет обменные процессы в организме. Затем Хиксу помогли запить коктейль из яйца и стрихнина глотком коньяка. Уже на подходе к финишу процедуру пришлось повторить, поскольку марафонец вновь начал терять силы. Фреду Лорцу удалось обогнать Хикса и прийти к финишу за 3 часа и 13 минут. Изначально казалось, что Лорцу не стать победителем – спустя первые 14 километров пути он сошел с дистанции и сел в один из автомобилей, сопровождающих колонну бегунов, чтобы доехать на стартовую точку. В районе тридцатого километра дистанции авто-

мобиль заглох, а Лорц вновь обрел силы и завершил марафон первым. Судьи признали его победу нечестной и отдали титул Хиксу. Стимуляторы применяли и в других видах спорта, но именно Международная ассоциация легкоатлетических федераций (IAAF) первой запретила использование допинга на соревнованиях – в 1928 году. Первые допинг-тесты на Олимпийских играх провели в 1968 году в Мехико, тогда же дисквалифицировали первого нарушителя, Ханса-Гуннара Лиленволла. Участник соревнований по современному пятиборью выпил пива перед состязаниями, что и обнаружили при анализе его проб. Интересно, что первыми участниками допинг-тестов в истории стали не люди, а животные – лошади на скачках. Известно, что в XIX веке коней перед выходом на дистанцию поили вином или виски, также в ход шли листья коки и опиум. Первую проверку скаковых лошадей на стимуляторы провели в Австрии в 1911 году.


Томас Хикс на финише марафона в 1904 году

С

Президент WADA сэр Крейг Риди

А судьи кто?

егодня в центре большинства новостей о допинге и связанных с ним конфликтах находится Всемирное антидопинговое агентство (World Anti-Doping Agency, WADA). Организация появилась осенью 1999 года, она возникла при поддержке Международного олимпийского комитета (МОК). Поводом стал очередной спор-

тивный скандал: во время велогонки Тур де Франс у представителей нескольких команд нашли большие запасы запрещенных веществ – гормона эритропоэтина, амфетаминов и стероидов. Позднее несколько гонщиков признались в том, что употребляли допинг.   WADA проводит допинг-контроль спортсменов во время важных соревнований и в перерывах между ними, ежегодно обновляет список запре-

щенных препаратов и методик, а также следит за выполнением положений Всемирного антидопингового кодекса, принятого в 2003 году. Агентство финансирует исследования запрещенных веществ и разработки новых методов их поиска. Еще одна функция WADA – аккредитация антидопинговых лабораторий. Организация может приостановить лицензию, если обнаружит нарушения в работе лаборатории.

К

Контрольная работа

то и как берет допинг-пробы? Этим занимаются представители национальных антидопинговых агентств или организаций, заключивших договор с WADA и международной федерацией по виду спорта. Например, шведская компания ITDM (International Doping Tests & Management) тестирует легкоатлетов по всему миру. Сейчас

в компании работают около 250 допинг-офицеров. В период соревнований взять пробы у спортсмена несложно, его график тренировок и свободного времени известен. Однако есть и внесоревновательный контроль в период тренировок или отдыха. Найти атлета помогает система ADAMS (Anti-Doping Administration & Management System) – онлайн-база данных, в которую спортсмены самостоя-

Ф А К Т Ы Скорость крови в разных частях сосудистой системы различна. Быстрее всего кровь течет в аорте – в среднем 20– 25 см/с, медленнее в венах – 10–15 см/с, а в капиллярах скорость крови составляет всего 0,03–0,05 см/с.

тельно вносят данные о том, где они будут находиться в ближайшее время. Расписание составляется на следующие три месяца. Кажется, что «предсказать» свои планы на несколько месяцев вперед сложно, но только не для профессиональных спортсменов. Их график и так расписан по часам: даты соревнований, сборов и тренировок известны заранее. Если планы вдруг изменились, спортсмен сам редактирует свой график в

Смена времен года на нашей планете никак не связано с расстоянием до Солнца. Напротив, когда в Северном полушарии зима, Земля находится на 5 миллионов километров ближе к Солнцу, чем летом.

Основной рацион ежей в дикой природе составляют насекомые и дождевые черви, иногда лягушки и мыши. Вопреки устоявшемуся мнению, ни яблок, ни грибов еж, как правило, не ест и тем более не переносит их на своих колючках.


Лекарство от здоровья: как работает допинг

Один из вариантов дизайна контейнеров для проб личном кабинете программы – уведомить допинг-офицеров нужно как минимум за сутки до отъезда. Сделать это можно и с компьютера, и с мобильного телефона. ADAMS позволяет допингофи­церам найти спортсмена в любой момент: согласно антидопинговым правилам, некоторые проверки должны проходить внезапно. Отказаться от теста нельзя, иначе пробу зарегистрируют как положительную. Однако тестирование можно отло-

жить на некоторое время, если есть уважительная причина: например, спортсменка кормит грудью ребенка. На анализ при «внезапном» контроле обычно берут мочу – кровь можно сдавать только в специально приспособленном для этого помещении, а допинг-офицер должен получить особый сертификат. Образец мочи в присутствии спортсмена делят на две части: пробу А и пробу Б. Первую передают на анализ, а вторую хранят опе-

чатанной. Вскрыть ее могут по требованию спортсмена, если результаты анализа пробы А вызовут подозрения. Эту процедуру проводит та же лаборатория, что проверяла первую часть образца, но работает другой специалист. Спортсмен сам оплачивает вскрытие пробы Б, это обходится в 800–1000 долларов. Обычно пробы хранят от трех месяцев до десяти лет: иногда старую пробу могут перепроверить, если появился новый метод выявления определенного вещества.

Каким бывает допинг?

Ч

аще всего с понятием «допинг» связывают химические методы: употребление веществ, способных улучшить результаты спортсмена. Большая часть этих веществ изначально разрабатывалась в медицинских целях в качестве лекарств от различных заболеваний. Список препаратов WADA включает три степени запре-

90 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

та. Первая, самая обширная часть, – вещества и методы, которые нельзя применять никогда: ни вне соревнований, ни во время них. В этот список по умолчанию попадают не только многие традиционные средства, но и все «дизайнерские» препараты – аналоги существующих нелегальных веществ с небольшими изменениями в формуле, благодаря которым препарат сложнее обнаружить

современными методами тестирования. Вместе с ними запрещены лекарства, находящиеся на стадии клинических исследований: неизвестно, какой эффект они могут оказывать на организм спортсмена. Эта группа соединений получила в списке номер S0. Кроме химических методов стимуляции, спортсмены-нарушители применяют и физические – и эти методы также

запрещены. К ним относят различные манипуляции с кровью, в том числе переливание спортсмену заранее заготовленного образца его собственной крови. Дополнительная доза крови увеличивает количество эритроцитов, а значит, мышцы получают больше кислорода. Так может работать и кровь другого человека, но спортсмены используют собственную, чтобы избежать реакций несовместимости. «Физический» обман возможен и с образцами мочи: известны случаи, когда атлеты помещали в организм контейнеры с чистой мочой. Полностью запрещен и генный допинг – «нетерапевтическое применение клеток, генов, генетических элементов или модуляторов экспрессии генов, обладающих способностью повышать спортивные результаты». Такие методики пока малоизучены и, по словам большинства врачей-экспертов, малоэффективны. Возможно, в будущем применение генной инженерии позволит нарушителям не вводить запрещенные препараты в организм, достаточно будет «перепрограммировать» некоторые собственные клетки тела и заставить их производить нужное вещество. Такие попытки уже известны: например, репоксиген, средство генной терапии для страдающих анемией, усиливает синтез эритропоэтина. В начале 2000-х годов его применял немецкий тренер Томас Спрингштейн – его подопечных дисквалифицировали, а в 2003 году генный допинг официально запретили.

ЦИФРЫ 70

метров – на столько поднялся бы уровень Мирового океана, если бы весь лед на Земле растаял.

25–30

мл – столько кислорода потребляет наше сердце в минуту, находясь в покое. Это составляет примерно 10% от общего потребления кислорода организмом.

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

91


С точки зрения науки

П

Лекарство от здоровья: как работает допинг

Строго запрещено!

од номером S1 в списке идут анаболические агенты. Из года в год они лидируют в списке самых популярных видов допинга, их использует почти половина нарушителей. Эти вещества способствуют процессам анаболизма – синтезу сложных соединений из более простых компонентов. Вещества из группы S1 ускоряют формирование сложных молекул в организме, включая синтез белков, жиров и нуклеиновых кислот. Все эти молекулы служат «строительным материалом» для мышц и других тканей тела. Ускорить рост мышечной массы помогают многие гормоны, в том числе популяр-

ный среди спортсменов анаболик станозолол. Попадая в ядро клетки, он усиливает синтез многих соединений, в том числе ДНК, РНК и структурных белков. Станозолол способствует накоплению кальция в костях, укрепляет их, снижает риск аллергических реакций организма, а также увеличивает синтез эритропоэтина – еще одного гормона-допинга, который стимулирует формирование красных кровяных клеток. Станозолол, в отличие от тестостерона, считается гормоном с более мягкой андрогенной активностью, то есть не так сильно способствует развитию мужских вторичных половых признаков: роста волос на лице, облысения, понижения голоса. Избыток андрогенов у женщин мо-

жет привести к нарушениям менструального цикла, частичной атрофии матки и яичников и к бесплодию, поэтому спортсменки чаще применяют именно «мягкие» гормоны. На втором месте среди самых популярных препаратов 2017 года – гормоны и модуляторы метаболизма, группа S4. Самые популярные среди них – препараты, способные блокировать преобразование других гормонов в эстрогены, например тамоксифен – один из самых продаваемых препаратов для лечения рака молочной железы. Прием дополнительных доз мужских половых гормонов, в том числе тестостерона, может привести к избытку гормона в организме. Тело не справляется с переработ-

Наиболее популярные группы запрещенных веществ по данным 2017 года Группа веществ

Случаи

% от общего числа нарушений, выявленных с помощью ADAMS

S1

Анаболические агенты

1804

43%

S4

Гормоны и модуляторы метаболизма

721

17%

S6

Стимуляторы

568

13%

S5

Диуретики и маскирующие агенты

499

12%

S9

Глюкокортикоиды

184

4%

S3

Бета-2 агонисты

172

4%

S8

Каннабиноиды

110

3%

S2

Пептидные гормоны и факторы роста

109

3%

S7

Наркотики

49

1%

P2

Бета-блокаторы

14

0.3%

M2

Химические и физические манипуляции

4

0.1%

P1

Алкоголь

0

0%

M1

Улучшение передачи кислорода

0

0%

ВСЕГО

92 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

4234

кой таких количеств вещества, и часть гормона идет по обходному пути – проходит реакцию ароматизации и в итоге с помощью фермента ароматазы превращается в женский половой гормон. В мужском организме его избыток приводит к тому, что объем мышц снижается, а объем жировой ткани, напротив, растет. Также феминизация снижает либидо и увеличивает вероятность депрессии. В группу S2 входят пептидные гормоны и факторы роста. Самый популярный из них – эритропоэтин, гормон почек, контролирующий образование эритроцитов (красных кровяных клеток). В норме он активно вырабатывается при кровопотере, анемии и недостатке кислорода. Эритропоэтин в качестве допинга позволяет насытить кровь кислородом и, соответственно, усилить приток кислорода к мышцам. Именно использование и продажа эритропоэтина на велогонке Тур де Франс стали одной из главных причин появления WADA. К группе S3 относят бета‑2 агонисты: в медицине ими снимают симптомы астмы. Эти вещества стимулируют β2-адренорецепторы, расположенные на клетках мышц органов дыхательной системы и чувствительные к адреналину. Взаимодействуя с рецепторами, бета-2 агонисты расширяют бронхи, искусственно открывая «второе дыхание». Кроме того, они способствуют

ЦИФРЫ 12

кг – столько весит сердце жирафа. Оно пропускает 60 литров крови в минуту и создает давление, которое в три раза выше, чем у человека.

75

километров – общая длина всех нервов в теле взрослого человека.

90

Более % всех видов животных, когда-либо живших на нашей планете, вымерли еще до появления человека.

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

93


С точки зрения науки

выносливости и позволяют легче переносить нагрузки. Увы, эти вещества вызывают привыкание: со временем спортсмену приходится повышать дозы, а это приводит к аритмии и другим проблемам с сердцем.

Лекарство от здоровья: как работает допинг

Также спортсменам нельзя принимать вещества, способные замаскировать использование допинга и быстрее вывести остатки препаратов из организма, – группа S5. К ним чаще всего относят диуретики (мочегонные препара-

Гематологический модуль биологического паспорта спортсмена

ты). Кроме того, эти средства помогают быстро сбросить вес: их используют в тех видах спорта, где есть деление на весовые категории. Еще одна их задача – «сушка» тела, то есть придание мышцам рельефа.

Можно, если осторожно

В

торая часть списка – вещества, разрешенные вне соревнований. В эту группу входят стимуляторы (S6), включая амфетамины, кокаин и стрихнин. Стимуляторы не всегда употребляют в качестве «рекреационных» наркотиков, иногда они входят в состав лекарственных препаратов: например, амфетамины принимают люди с синдромом дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ). Груп-

па S7 – наркотики, чаще всего компоненты обезболивающих препаратов (морфин, фентанил, оксикодон). S8 – каннабиноиды, включая широко известный компонент марихуаны Δ9-тетрагидроканнабинол. В пункт S9 попали стероидные гормоны глюкокортикоиды, способные и уменьшать воспаления, и делать спортсмена более выносливым. Третья часть, завершающая список запрещенных препаратов, – вещества, которые нельзя применять только

в некоторых видах спорта. В 2018 году в этом списке остались только бета-блокаторы (P1), применяемые, например, при аритмии и стойком повышении артериального давления. Эти препараты запрещены в автоспорте, лыжном спорте, сноубординге, на состязаниях по стрельбе, в том числе из лука. До 2018 года в эту группу входил и алкоголь, но сегодня его использование регулирует не WADA, а международные федерации этих видов спорта.

Ф А К Т Ы Наиболее старыми экзопланетами из известных человеку считаются две планеты в системе звезды HIP 11952, которая находится в Млечном Пути на расстоянии 375 световых лет от Земли. Возраст планет составляет 12,8 млрд лет

П

Вход по паспорту

омимо традиционных тестов, существует еще один метод допинг-контроля: биологический паспорт спортсмена. Эта технология появилась на рубе-

же XX и XXI веков. «Биологическим паспортом» называют индивидуальную запись спортсмена в электронной базе данных WADA. В ней хранятся результаты допинг-тестов, отсортированные по тому, в каких условиях брали пробы:

в период соревнований, во время долгих перерывов между состязаниями, на отдыхе. В том числе, если есть такая возможность, пробы берут во время пребывания в горах – разреженный горный воздух насыщает кровь эритроцитами,

Коалы пьют воду только в периоды длительных засух и во время болезни. Всю необходимую влагу животные получают из листьев эвкалиптов, а также из росы.

Белый носорог – второе по величине сухопутное животное на планете после слона. Однако в действительности его окраска темная, шиферно-серая, лишь чуть более светлая, чем у черного носорога.


С точки зрения науки

Лекарство от здоровья: как работает допинг

Пища для ума

Ч Личный календарь спортсмена в системе ADAMS и она активнее переносит кислород. Затем особый компьютерный алгоритм сопоставляет результаты анализов и вычисляет нормальный уровень определенных веществ в организме спортсмена в разных ситуациях. Программа строит несколько графиков для каждого вещества. Она подсчитывает средний уровень и коридор верхних и нижних значений. Резкое изменение результатов или выход за пределы коридора – повод тщательно проверить атлета. Его данные рассылают трем экспертам, не указывая имя спортсмена. Если все трое согласны, что такие показатели говорят о нарушениях, результат становится дополнительным доказательством применения допинга. Паспорт состоит из двух модулей: стероидного и гематологического. В первом

96 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

собрана информация о маркерах присутствия анаболических стероидов, найденных в моче атлета. Второй модуль содержит сведения о механизме кислородного обмена в организме. Для этого используются результаты анализов крови на содержание гемоглобина, красных кровяных телец и их предшественников рети-

кулоцитов и другие. Сейчас WADA разрабатывает третий модуль – эндокринологический. Он поможет выявлять незаконное использование факторов роста. Биологический паспорт не заменяет традиционный допинг-контроль методом поиска запрещенных веществ в образцах, а дополняет его.

Стероидный модуль биологического паспорта спортсмена

аще всего о допинге говорят в связи с видами спорта, требующими определенных физических характеристик – силы, выносливости, ловкости. Однако проблема искусственных «усилителей» не обошла стороной и интеллектуальные виды спорта, включая шахматы, а также киберспорт. Например, участники всех шахматных соревнований, которые проходят под эгидой Международной шахматной федерации (ФИДЕ), обязаны предоставлять образцы для допинг-тестирования, если этого потребуют представители контролирующей организации. Это правило ввели после того, как Международный олимпийский комитет признал ФИДЕ как международную организацию вида спорта, не входящего в олимпийскую программу. По словам сторонников антидопинговых правил для шахматистов, эти нормы помогут шахматам стать олимпийским видом спорта. Какие же средства запрещено принимать шахматистам? Во-первых, все препараты, которые входят в актуальный список запретов WADA. Особенно часто пробы шахматистов проверяют на содержание амфетаминов, определенных концентраций эфедрина и псевдоэфедри-

ЦИФРЫ 27

тонн – столько весил самый первый в мире компьютер ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer).

80%

наш мозг состоит из воды. При этом На содержание воды в сером веществе головного мозга заметно больше (84%), чем в белом (70%).

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

97


Лекарство от здоровья: как работает допинг С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ

С точки зрения науки

на, а также на модафинил. Это средство-аналептик с сильным возбуждающим действием, обычно его принимают для лечения внезапной сонливости при нарколепсии. Кофеин и кодеин (алкалоид опиума, компонент некоторых средств от кашля) не запрещены, но находятся под контролем WADA. Эти препараты – самый популярный «допинг» в шахматах. Исследование, опубликованное в 2017

году в журнале European Neuropsychopharmacology, подтвердило: модафинил действительно улучшил результаты игроков. То же действие оказал и стимулятор метилфенидат, известный под торговым названием «риталин». В эксперименте участвовали представители нескольких шахматных союзов Германии, которые сыграли в общей сложности 3059 15-минутных партий. Не так давно к шахматистам присоединились и кибер-

спортсмены. В 2015 году одна из крупнейших европейских лиг киберспорта Electronic Sports League объявила, что разработает методику допинг-проверки участников соревнований. Лига приняла это решение после того, как один из профессиональных игроков в Counter-Strike: Global Offensive рассказал в интервью, что он и его коллеги по команде перед турнирами принимали амфетамин аддерол.

НАУКИ

Скачай Naked Science на свой iPad, iPhone или Android-устройство В дополнение к материалам ты получишь: интерактивные схемы видеоролики спецэффекты и анимацию 3D-иллюстрации эксклюзивные фотографии

А может быть, разрешить?

Н

есмотря на огромные усилия по борьбе с допингом, время от времени можно услышать и другую точку зрения: если применение незаконных веществ неизбежно, может быть, стоит легализовать их? Тем более что новые рекорды сегодня появляются редко, а все больше ученых говорят о том, что предел человеческих возможностей в спорте вот-вот будет достигнут. Возможно, через несколько десятилетий «чистыми» чемпионами смогут стать лишь обладатели редких мутаций – такие как финский лыжник Ээро Мянтюранта. У него обнаружили наследственно-семейный эритроцитоз, состояние, при котором в крови присутствует намного больше

98 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

гемоглобина и эритроцитов, чем в норме. Эта особенность позволяла крови спортсмена переносить больше кислорода и улучшала его результаты. Как в такой ситуации сохранить большой спорт таким же зрелищным и увлекательным, как на заре современных Олимпийских игр? Как продолжать придерживаться олимпийского девиза: «Быстрее, выше, сильнее!», если потенциал естественных рекордов практически исчерпан? Как спортсменам справляться с непомерными нагрузками, которых требует соревновательная гонка? Противники допинга настаивают, что он убивает саму идею «честной игры» (fair play) – этического кодекса мирового спорта. Согласно ему, на старте все атлеты должны обладать равными

шансами на победу. По словам противников искусственных «улучшителей», допинговая гонка угрожает и социальным функциям спорта: разрешить обман и пренебрежение здоровьем на соревнованиях – значит допустить их и в других сферах жизни.

16+ Подробности на сайте naked-science.ru NAKED SCIENCE I апрель, 2018 I 99


Технологии

ПОДЗЕМНАЯ ЛОДКА: внезапный удар по врагу Про подводные лодки слышали все, и все их хорошо знают. Но не каждый догадывается о лодках подземных. А ведь подобные проекты существовали в реальной жизни. Да и в будущем к ним могут вернуться, хотя не факт.

ЛЕОНИД КУЛЕШОВ/РГ

Илья Ведмеденко

К

онцепция подземной лодки может показаться странной. Но если вдуматься, ничего принципиально нового в ней нет. Подземная война как таковая известна нам еще с античности. Если говорить о массовой культуре, то здесь, пожалуй,

100 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

самыми известными подземными воинами стали т. н. «тоннельные крысы» – американские, австралийские и новозеландские подразделения, применявшиеся для действий в вырытых вьетнамскими коммунистами тоннелях. Никаких «серьезных» подземных машин у солдат тогда, конечно, не было. Их снаряжение

чаще всего ограничивалось пистолетом или револьвером, фонариком, портативной радиостанцией и противогазом (и то если повезет). Работа была очень сложной и опасной: стоит сказать, что кроме темноты и замкнутого пространства бойцов поджидали хитроумные ловушки, оставленные партизанами. NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

101


Подземная лодка: внезапный удар по врагу

Технологии

Немцы. От теории к… теории

Д

Проходческий щит

Ч

Подземный монстр

METROPOLITAN.BG

то же мешает создать подземную машину, которая сможет вести боевые действия? То есть подобно подводной лодке прятаться в глубинах и наносить удары, откуда не ждали. Основным препятствием на этом пути является просто гигантская требуемая мощность (раз-

Дабы обрушить вражеские стены, еще в античности активно использовали подкопы. А персидский царь Дарий I проник в 520 г. до н. э. в греческую Халкедонию, выведя подкоп на рыночную площадь. Но это были «цветочки»: настоящей путевкой в жизнь для подземной войны стало появление пороха. Один из самых ярких примеров – взятие Иваном Грозным Казани. Согласно источникам, для взрыва под крепостными стенами использовали 48 пороховых бочек.

102 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

рушать породы очень и очень тяжело). Нашли источник питания? Хорошо. Как быть со скоростью? Быстро под землей передвигаться не выйдет в любом случае, а противник не будет ждать часа X. Говорить о безопасности смысла не имеет тоже. На пути может оказаться подземное озеро и много других неприятных неожиданностей. Метростроевцы решают такие вопросы комплексно: проходческие щиты не только роют, но также и укрепляют тоннель специальными блоками при помощи механической руки (отчасти именно этим обу­ словлена его низкая скорость прохождения). Когда блок установлен, в него упираются домкраты щита, и огромная машина движется дальше. Ну а если приходится работать на больших глубинах и грунт очень плотный, нередко довольствуются лишь ручным трудом: в ход идут отбойные молотки и прочие нехитрые инструменты. Скорость прохождения имен-

но в этом случае измеряется всего лишь десятками метров за месяц. И то не всегда. То есть, если какой-либо важный механизм боевой подземной лодки выйдет из строя, никто не сможет ей помочь. Позади не будет укрепленного тоннеля и рабочих с отбойными молотками. А это значит, что шансов выжить у экипажа не будет совсем. Разве только машина будет находиться на глубине чрезвычайно малой и ее можно будет буквально вытащить из-под земли. Есть много проблем, что называется, фундаментальных. Особенно если говорить о длительном автономном походе. Как, например, снабжать подземную лодку воздухом для дыхания? На атомной субмарине его производят путем электролиза забортной воды. С помощью нее же охлаждают реактор. В случае с субтерриной сделать это попросту невозможно: придется искать какие-то оригинальные методы.

аже странно, что боевые подземные машины все-таки начали создавать. С учетом всех трудностей. Здесь часто вспоминают советский подземоход, сконструированный А. Треблевым, А. Кириловым и А. Баскиным. Но это промышленная машина, которую хотели применять, в частности, для поиска полезных ископаемых. То есть не боевая субтеррина (хотя такие проекты тоже были в СССР, об этом мы поговорим потом). Первопроходцами по части создания боевых подземных лодок можно считать немцев. Патент на такое изобретение зарегистрировал в 1933 году немецкий изобретатель Хорнер фон Вернер. Подземный аппарат должен был иметь скорость до 7 км/ч

Подземоход А.Треблева и экипаж 5 человек. Он мог нести боезаряд в 300 кг. При этом аппарат мог передвигаться как под землей, так и под водой. Все это могло пригодиться при осуществлении диверсионных действий. При этом полномасштабная подземная атака на мощную державу, конечно, в принципе не представлялась возможной. Такой сценарий остается уделом фантастов, а не военных теоретиков. Вспомнили об идее фон Вернера в 1940 году. Как мы знаем, Великобританию и

Францию разделяет пролив Ла-Манш. Без господства на море нацисты и подумать не могли о высадке десанта в Великобритании, но и оставлять «под боком» столь опасного противника тоже не хотели. И тут для диверсий могла бы пригодиться подземная лодка. Возможно, проект Хорнера фон Вернера получил бы путевку в жизнь, но в дело вмешался Рейхсминистр авиации Германии Герман Геринг. Он-то и убедил нацистское руководство в том, что военные летчики смогут

Идея «механизировать» подземную войну тоже не новая. «Проходческий щит» – именно так называют подвижную сборную металлическую конструкцию, которая обеспечивает безопасное проведение горной выработки и сооружение в ней постоянной обделки. Считается, что первым такой механизм применил в 1825 году во время сооружения тоннеля под Темзой Марк Брюнель. Сейчас проходческие щиты активно используют в метрострое. Длина одного «червя» может составлять 80 метров, а масса – больше 300 тонн. Скорость движения машины достигает 10 см/мин, так что за один месяц она может пройти до 300 м. NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

103


Подземная лодка: внезапный удар по врагу

Германский проект«Змей Мидгарда»

METROPOLITAN.BG

разгромить британские ВВС, что позволит немцам в конечном счете установить полный контроль над Ла-Маншем. Этого, как мы знаем, не случилось, однако «воскрешать» проект тоже не стали: вскоре у нацистов появились другие, более важные поводы для беспокойства. В 30-е годы появился, кстати, еще один небезынтересный германский проект – «Змей Мидгарда» (Midgard Schlange – нем.). Его отцом является изобретатель по фамилии Риттер. Проект был намного амбициозней, чем идея фон Вернера. И требования к нему были совсем другие. Как и в первом случае, аппарат должен был двигаться как под землей, так и под водой: в последнем случае глубина погружения могла достигать 100 м. Лодка состояла из ячеек и чем-то была похожа на поезд. Длина ее могла равняться 524 м (существовали разные вер-

сии), а вес составлял 60 тыс. тонн. Для сравнения, самые крупные атомные подводные лодки – отечественные субмарины проекта 941 «Акула» – имеют длину чуть более 170 м. Иными словами, «Змей Мидгарда» мог войти в историю не только как крупнейшая подземная, но также и как самая длинная подводная лодка в мире. Конструкция аппарата была более чем интересна. Впереди хотели установить буровую головку с четырьмя бурами диаметром 1,5 м. Они приводились в движение девятью электродвигателями суммарной мощностью 9 тыс. л. с. Также аппарат имел гусеницы, приводившиеся в движение четырнадцатью электродвигателями суммарной мощностью 19,8 тыс. л. с., чтобы двигаться по земле. Необходимый для работы двигателей электроток вырабатывали четыре дизельных электрогенератора.

Воплощением подземной лодки в реальной жизни можно считать лодку подводную. Субмарины наводили на моряков ужас в годы Первой и Второй мировых войн. И в первом, и во втором случае с ними худо-бедно научились бороться. Это не свело эффективность субмарин на нет, а лишь породило новый виток военно-технического соперничества, теперь уже между СССР и Штатами. Вообще, в годы холодной войны могли найти свое воплощение самые невероятные идеи, благо, финансирование это позволяло.

104 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

Под водой машина должна была передвигаться с помощью двенадцати пар рулей и двенадцати дополнительных двигателей суммарной мощностью 3 тыс. л. с. «Змей» мог нести солидное вооружение: 250-килограммовые и 10-килограммовые мины и двенадцать спаренных пулеметов. Кроме этого, разрабатывалась подземная шестиметровая торпеда Fafnir, снаряды для взрыва скальных пород Mjolnir, разведывательная торпеда с микрофонами и перископом Alberich, а также спасательное средство для выхода экипажа на поверхность Layrin. Всего на борту лодки, кстати, должны были нести службу 30 человек экипажа. Для их удобства на борту предполагалось разместить электрическую кухню, спальню с 20 кроватями, три ремонтные мастерские и многое другое. Согласно проекту, на земле лодка могла передвигаться со скоростью до 30 км/ч. Под землей, конечно, скорость была меньше: 10 км/ч в мягком и 2 км/ч – в каменистом грунте. Под водой скорость тоже была невысокая – 3 км/ч. Согласно идеологам проекта, лодка могла сама по себе решить исход войны, поразив жизненно важные

объекты противника (например, порты). Всего, кстати, хотели построить 20 Midgard Schlange. С учетом сложности конструкции они могли обойтись дороже пресловутых немецких линкоров. Понимали это и военные. Как несложно догадаться, проект многие специалисты признали нереализуемым, и в середине 30-х его отправили Риттеру на доработку. Что было дальше, доподлинно неизвестно. Уже после Второй мировой недалеко от Кенигсберга (ныне – Калининграда) нашли штольни и остатки взорванной конструкции, которая могла иметь отношение к проекту Риттера. Сейчас подтвердить или опровергнуть это не представляется возможным. Дело в том, что к концу войны в умах руководителей Третьего рейха, охваченных военно-техническим эскапизмом, бродили самые невероятные идеи, на фоне которых знаменитый реактивный истребитель Me-262 казался ничем не примечательной «птичкой». Возможно, одним из «вундерваффе», или «чудо-оружия», мог стать и рукотворный подземный змей. Если же судить по факту, ни один из вышеупомянутых немецких проектов так и не получил путевку в жизнь. На то было великое множество причин, кроме уже изложенных в начале статьи. Начиная от успехов в начале войны (из-за чего тратиться на такие вещи не хотели) и заканчивая недостатком ресурсов в годы, когда Германия терпела поражения.

ЦИФРЫ 13

до метров – именно такую длину имеют дожОт девые черви вида Megascolides australis, обитающие только в Австралии. При этом черви имеют в среднем 2 сантиметра в диаметре и весят около 200 граммов.

80–140

литров – столько воды может выпить слон за один раз. При этом, когда животное пьет, то всасывает воду в ноздри, а потом впрыскивает ее в рот. За один подход слон набирает 4–6 литров воды.

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

105


Технологии

Подземная лодка: внезапный удар по врагу

«Пришельцы» против СССР

П

осле окончания войны о немецкой разработке не забыли, ведь на пороге возникла новая война – на этот раз между США и СССР. В Союзе заинтересовались идеями немцев, тем более что первоначально

американцы имели куда более совершенные средства доставки ядерного оружия, чем наше государство. Возможно, именно отсюда берут свое начало слухи о теперь уже советском «чудо-оружии» – уникальной подземной боевой машине «Боевой крот», которую якобы

Лапы для перемещения

не только разработали, но и построили. Про испытания боевого аппарата в книге «Специальное оружие второй мировой войны» вспоминают М. и В. Козыревы: якобы тесты осуществили в 1964 году. Подземную лодку «Боевой крот» вспоминает в своей работе «СССР vs Германия. В погоне Гусеница подземохода

за сверхоружием» В. Крючков. Кроме этого, про данную разработку упоминают ряд СМИ, например «Российская газета» – официальный печатный орган Правительства Российской Федерации. По имеющимся данным, странный немецкий механизм нашли агенты Берии, после чего его проанализировала инженерная команда. Вспомнили и про работу Требелева. Отцом-идеологом же советской подземной лодки называ-

ют Никиту Хрущева. Крючков говорит, что советскую машину «Боевой крот» построили в первой половине 60-х на Украине вблизи поселка Громовка (Крымская область). Она получила ядерную силовую установку, позволявшую передвигаться со скоростью 7 км/ч. Длина аппарата составляла 35 м, а экипаж – 5 человек. Кроме этого, «крот» мог нести пятнадцать человек десанта и одну тонну взрывчатки. Все это было нужно

Шнек для ввинчивания в породу

для уничтожения подземных бункеров и ракетных шахт западных союзников. Если быть точней, машина должна была скрыто проникнуть под территорию Калифорнии и заложить ядерные заряды под стратегическими объектами. Действия «Боевого крота» могли принять за землетрясение, что дало бы козыри в руки СССР. По имеющимся данным, к созданию машины приложил руку сам Андрей Сахаров.

Фрезы для разрыхления горных пород

Отсек управления и навигации Силовой отсек

Так мог выглядеть советский «Боевой крот»

106 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

Энергетичесий отсек с одним или двумя ядерными реакторами

Двигательный отсек (внутри)

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

107


Подземная лодка: внезапный удар по врагу

Технологии

ЛЕОНИД КУЛЕШОВ/РГ

Различные варианты компоновки двигательной системы подземных лодок

Кроме прочего, инженеры создали оригинальную технология дробления грунта и двигательную систему. Вокруг тела боевой машины создавался своего рода «кавитационный поток», снижающий силу трения и позволяющий успешно проходить даже через граниты и базальты.Наконец, самое интересное, о чем мы уже вскользь упоминали: несколько версий подземоходовов якобы отправили в Уральские горы с целью проведения там опытов. Во время первого цикла испытаний подземная лодка с небольшой скоростью проделала проход от одного склона горы к другому. А вот второй испытательный цикл закончился загадочным взрывом и гибелью лодки и всего экипажа, включая ее командира – полковника Семена Будникова. Все это якобы засекретили, а о машине забыли, чему также поспособствовала смена власти в СССР: с приходом Леонида Брежнева о многих хрущевских проектах действительно забыли. Удивительней всего то, что некоторые вполне ува-

108 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

жаемые источники всерьез связывают гипотетическую гибель гипотетической советской подземной лодки с происками еще более гипотетической внеземной цивилизации. Если быть точней, то цивилизация как раз земная, только существует она, как предполагают некоторые, под поверхностью Земли. Мы не берем на себя смелость сколько-нибудь серьезно рассматривать эту откровенно фантастическую версию, тем более что «Боевой крот» мог погибнуть по самым разным причинам, и диверсия неведомых нам ра­зумных существе явно не является главенствующей. Если же говорить прямо, перед нами еще один образец пресловутой «городской легенды», и найти правду в такой ситуации бывает нелегко. Откуда же взялись сведения про боевую подземную лодку? Возможно, прообразом истории послужило реальное создание в СССР подземного реактивного снаряда – устройства для скоростной проходки скважин в грунтах и скальных породах со ско-

ростью до 1 м/с при помощи реактивных струй. Это, в общем-то, немного другая тема, требующая отдельного рассмотрения. Реактивный снаряд не нес десанта или ядерного оружия. Разработали его в конце 40-х, а построили в 1968 году. Это был наполненный твердым топливом цилиндр: в носовой части располагались сопла Лаваля, расположенные в несколько ярусов. Подземную ракету устанавливали носом вниз. Сверхзвуковая струя раскаленных газов, вырываясь из направленных вниз сопел под давлением до 2000 атмосфер, разрушала грунт под цилиндром, а за счет сопел среднего яруса, направленных вбок, скважина расширялась. К концу 60-х за спиной у советских инженеров уже были успешные испытания: начали поговаривать про революцию в сфере бурения скважин. Были, правда, и недостатки: управлять снарядом оказалось тяжело, так что в дальнейшем создали несколько новых, более совершенных, версий.

В

На стыке веков

современном мире концепция боевой подземной лодки не нашла своего воплощения (хотя, конечно, мы можем о чем-то не знать в силу секретности). Стоит также отметить, что пока США и ряд других развитых стран

отдают приоритет созданию современного тактического оружия, а подземная лодка является, скорее, оружием стратегическим. То есть являющимся воплощением чаяний эпохи холодной вой­ны, когда незаметная доставка к противнику ядерного боеприпаса была верхом надежд военных из капиталистического

Проект боевого траншеекопателя NLE

или социалистического лагеря. В современных локальных конфликтах (Ирак, Сирия) она вряд ли могла быть полезной. Разве что в контексте противопартизанской войны для уничтожения тоннелей. Но есть и более дешевые способы, не требующие создания громоздкой управляемой махины.

Одним из самых реальных прообразов подземных лодок была британская Nellie. Ее создавали, чтобы рыть глубокие траншеи на линии фронта в период Второй мировой. По этим траншеям пехота и легкие танки могли, как предполагалось, безо­пасно пересекать нейтральные полосы и проникать в расположение противника. Падение Франции в 1940 году затормозило реализацию программы. Новый опыт военных подсказывал, что позиционной войны в духе Первой мировой уже не будет, и в 1943 году проект закрыли.

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

109


Психология

ОДИНОКИЕ И ОДЕРЖИМЫЕ: редкие психические заболевания Ольга Фадеева

DEPOSITPHOTOS.COM/BELYAEVSKIY

Психиатры называют шизофрению «помойкой психиатрии». Мол, все непонятное сваливают туда. Но среди этого непонятного встречаются и давно известные синдромы, хотя и очень редкие.

110 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

Европейский комитет экспертов по редким заболеваниям (EUCERD) насчитывает их порядка 8 тысяч. Есть среди них и психиатрические. Расскажем о самых интересных. NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

111


Психология

Одинокие и одержимые: редкие психические заболевания

Синдром чужой руки

П Синдром Капгра

DEPOSITPHOTOS.COM/OLLY18

«М

иссис Д., 74-летняя замужняя домохозяйка... верила, что ее муж заменен посторонним мужчиной. Она отказалась спать с самозванцем, запирала спальню, попросила у сына пистолет и вступила в борьбу с полицейскими, пришедшими ее госпитализировать. Иногда она верила, что ее муж был ее давно умершим отцом. Остальных членов семьи она легко узнавала», – так описывают в своей работе «Пимозид в лечении синдрома Капгра. История болезни. Психосоматика» психиатры Пассор и Варнок типичный случай бреда отрицательного двойника, или синдрома Капгра. Впервые эту странную болезнь обнаружил французский психиатр Жозеф Капгр в 1923 году, назвав ее «иллюзией двойников». Симптомы простые: человек уверен, что кого-то из его близких (а то и

112 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

его самого) заменил двойник. Разумеется, со злобными умыслами. Этот вид синдрома на самом деле считается симптомом, потому что зачастую является частью других психиатрических заболеваний, например шизофрении или неврологических недугов. А еще бывает бред «положительного двойника», в этом случае знакомого узнают в незнакомцах. Помимо этого синдром Капгра включает в себя так называемый синдром Фреголи – убежденность человека в том, что некоторые люди вокруг на самом деле ему знакомы, но специально поменяли внешность и загримировались, чтобы остаться неузнанными. Синдром получил название благодаря Леопольдо Фреголи, итальянскому комику начала XX века, славившемуся своим умением менять внешность прямо по ходу действия. Еще одним проявлением синдрома Капгра считается бред интерметаморфозы. В этом случае больной уверен, что все его окружение, вклю-

чая предметы и ландшафт, перевоплотились в другие образы. Возникновение этого заболевания, как и большинства психиатрических недугов, доподлинно неизвестно. Но есть предположение, что оно связано с физиологической патологией мозга, а именно, с повреждением волокон, связывающих веретенообразную извилину (где происходит различение образов) и миндалевидное тело (которое отвечает за эмоциональную проверку объектов). Таким образом, человек может узнавать людей или проявлять эмоции, но «путаться» в связях между ними. Гипотеза, впрочем, не объясняет, почему эти связи часто бывают нарушены лишь при восприятии одних и тех же образов, как в примере Пассора и Варнока. Психотерапевты связывают подобные симптомы и с внутриличностными конфликтами человека. Стоит ли говорить, что каждый случай индивидуален.

ро него слышали многие. А все благодаря фильму «Доктор Стрейнджлав, или Как я перестал бояться и полюбил бомбу» (в нем рассказывается о человеке, правая рука которого то и дело вскидывалась в нацистском приветствии и начинала душить своего обладателя), после которого, кстати, заболевание стали называть «болезнью доктора Стрейнджлава». На самом деле это сложное психоневрологическое расстройство, при котором одна или обе руки человека действуют сами по себе. Заболевание иногда сопровождается эпилепсией и относится к так

называемой апраксии – нарушению целенаправленных движений при сохранности составляющих их элементарных движений. Апраксия – следствие очаговых поражений коры больших полушарий головного мозга или проводящих путей мозолистого тела. Впервые синдром чужой руки был описан в 1909 году немецким неврологом Куртом Гольдштейном, наблюдавшим пациентку, которую во время сна душила собственная левая рука. Никаких иных психических отклонений врач у нее не выявил, и поскольку приступы прекратились, отпустил, что называется, с миром. Впрочем, после ее смерти ему удалось вскрыть тело. Тогда он и обнаружил повреждение в мозге, разрушив-

шее передачу сигналов между большими полушариями. На этом исследования синдрома были прекращены, и возобновились лишь в 1950-х годах, когда в практику лечения эпилепсии вошло рассечение соединений больших полушарий. И, кажется, это помогало, если бы не одно «но»: у прооперированных начался синдром чужой руки. Несмотря на то, что заболевание носит чисто физиологический характер, психотерапевты задаются вопросом: а не присоединяется ли к физиологии психология? Ведь «непослушная» рука далеко не всегда играет на музыкальном инструменте или рисует – она именно душит человека, что может быть связано с вытесненным чувством вины.

Кадр из фильма «Доктор Стрейнджлав, или Как я перестал бояться и полюбил бомбу»

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

113


В

Синдром зомби

DEPOSITPHOTOS.COM/OUTSIDERZONE

оистину страшный недуг. По-научному он именуется синдромом Котара – по имени французского невролога Жюля Котара, описавшего его в 1880 году под названием «бред отрицания». Человеку рисуются картины катастроф, всеобщая гибель и мировые катаклизмы. Сам же он может казаться себе величайшим преступником в истории или величайшим больным, заразившим СПИДом, сифилисом и отравившим своим зловонным дыханием весь

А

мир, или – что еще удивительнее – что его тело приобрело размеры Вселенной (именно поэтому синдром Котара иногда относят к маниакальному бреду величия, только с отрицательным знаком). Все это очень часто включает и убеждения в том, что часть человека, его органы или он весь уже мертв (иногда – что умерло все живое на Земле). В целом, человек ощущает себя как мировое зло. Неудивительно, что многие пациенты верят в свое бессмертие, и чтобы проверить свои догадки... просят окружающих убить их или решаются

на это сами. Синдром может наблюдаться при шизофрении, но, как правило, при тяжелых психотических депрессивных состояниях. А также при прогрессивной деменции и атеросклерозе. Особенно часто синдром встречается при старческих депрессиях и психозах. Хотя может наблюдаться в любом возрасте, в том числе в молодости. В этом случае синдром принято связывать с ярко выраженной депрессией. Перед первым эпизодом бреда наблюдаются признаки сильной тревожности, длящейся несколько недель или даже лет.

Трихотилломания и трихофагия

вот этот недуг может диагностировать кто угодно – достаточно взглянуть на голову человека. Страдающие трихотилломанией обречены иметь весьма непривлекательный внешний вид, а все потому, что любят вырывать волосы на собственной голове

114 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

(а также других частях своего тела, в том числе в районе ресниц и бровей). Причем до такой степени, что вместо шевелюры остаются жалкие проплешины. Впрочем, «любят» – неверная формулировка. Вырывание волос происходит на фоне стресса, хотя лица с неуравновешенной психикой делают это и безо всяких на то внешних причин.

Ужас заключается в том, что трихотилломания нередко сочетается с другим синдромом с приставкой «трихо» (от греческого «трихома» – «волос») – трихофагией, то есть попросту поеданием волос (не только своих!). Причем навязчивым. В особо запущенных случаях это даже может привести к образованию комка

из волос в желудочно-кишечном тракте. Впервые болезнь была описана французским дерматологом Франсуа Анри Аллопо аж в 1889 году. А вот о трихофагии в том же XVIII веке впервые сообщил другой французский доктор – некто М. Бодамант, обнаруживший в желудке 16-летнего юноши большой волосяной ком. В медицине, кстати, на этот счет есть даже отдельный термин – еще один синдром –

И

так называемый синдром Рапунцель, когда скопление волос в желудке человека достигает такого количества, что «хвост» от него – о, ужас – простирается в кишечник. Известен даже случай, когда из желудка 18-летней девушки удалили 4,5 кг (!) волос. Операция была своевременной, в противном случае исход мог быть очень печальным. В общем, болезнь действительно небезопасная, а

вот универсального спасения от нее, похоже, нет. Помимо психотерапии применяют лекарства, использующиеся при депрессиях и тревожных состояниях. Впрочем, сравнительно недавно у людей, страдающих трихотилломанией, было обнаружено повреждение гена SLITKR1. Если генная природа болезни подтвердится, это позволит разработать более эффективные средства для ее лечения.

Андрофобия

ли попросту боязнь мужчин. Кажется, ей страдают многие представительницы прекрасной половины человечества, но не все так просто. Андрофобия – это не просто вполне себе нормальный страх перед противоположным полом (который свойственен и мужчинам, и женщинам): боязнь показаться смешным или непривлекательным. Андрофобию сопровождают волне физиологические симптомы – покраснение или побледнение кожи, тремор, тошнота (вплоть до рвоты), паника в присут-

ствии мужчин, обильное потоотделение и даже позывы к дефекации и мочеиспусканию. И вот тут о нарушениях в работе мозга речь не идет, хотя болезнь может быть связана и с социотревожным расстройством (то есть боязнью нахождения в обществе вообще, выполнения каких-либо общественных действий, или действий, связанных с привлечением внимания посторонних лиц, в том числе взглядов прохожих и т. д). Интересно, что андрофобия может наблюдаться и у мальчиков, которые по достижению ими половой зрелости отвергают всякие проявления мужской брутальности. Вра-

чи связывают андрофобию с травмами детства. Чаще всего с эпизодами рукоприкладства со стороны отца или других родственников мужского пола, сексуальных домогательств или насилия, неуважительного отношения к матери, наблюдаемого ребенком, и т. д. Однако в некоторых случаях причиной такой фобии может стать первый сексуальный опыт или просто опыт отношений, оказавшийся неудачным. Болезнь имеет психологические корни, поэтому и лечат ее прежде всего психотерапией, хотя могут применяться и медикаментозные препараты, снижающие тревожность. NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

115


Психология

Одинокие и одержимые: редкие психические заболевания

Синдром Алисы в Стране чудес

Э

DEPOSITPHOTOS.COM/ELEANER

то поэтическое название не таит в себе никакой романтики, а характеризуется как дезориентирующее неврологическое состояние, проявляющееся в нарушенном восприятии человеческого тела или его частей. Проще говоря, человек видит себя либо слишком маленьким, либо гигантом, таковыми же могут казаться ему только части собственного тела. При этом руки, ноги, голова и другие части могут изменять в

116 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

восприятии человека не только свои размеры, но и форму. Вот уж не соскучишься! А ведь при этом синдроме подвергаться изменениям могут также и окружающие предметы и люди. Интересно, что тем временем человек может смотреть на себя в зеркало и видеть, что все в порядке, хотя отчетливо ощущает, что его голова, к примеру, десятиметрового размера. Понятно, что ничего общего с проблемами зрения этот синдром не имеет. Его связывают только с психическими явлениями, причи-

нами которых может быть головная боль (описаны случаи, когда людям во время приступов мигрени кажется, что они то чрезвычайно увеличиваются в размерах, то, наоборот, уменьшаются), эпилепсия, энцефалит, органическая патология или опухоль головного мозга, использование психоактивных веществ, острое вирусное заболевание – инфекционный монокулез, вирус Эпштейна – Барр (между прочим, один из самых распространенных вирусов человека) и бог знает что еще.

А

Прозопагнозия

вот это странное заболевание характеризуется неспособностью человека узнавать лица. При этом предметы он видит и узнает совершенно отчетливо. Можно себе представить, каким кошмаром кажется ему жизнь: он попросту не может запоминать и различать людей, даже близких родственников – для него они все на одно лицо. Такие случаи были описаны еще в XIX веке – американским неврологом Джоном Хьюлингсом Джексоном и знаменитым французским психиатром Жаном Шарко. А вот термин «прозопагнозия», образованный от древнегреческих слов, обозначающих

«лицо» и «неузнавание», ввел немецкий невролог Джосим Бодамер. Он описал три случая, включая случай 24-летнего мужчины, который после пулевого ранения в голову перестал узнавать не только своих родных и друзей, но и собственное лицо. Впрочем, у него полностью сохранились тактильные, слуховые и прочие чувства, на помощь которых ему отныне и приходилось ориентироваться. Ученые сходятся во мнении, что заболевание может носить генетический характер, а может быть вызвано травмами, опухолями или – еще чаще – сосудистыми нарушениями в правой нижне-затылочной области головного мозга с распространением очага на прилегающие отделы

височной и теменной долей. Дело в том, что наш мозг считывает информацию о лицах как-то иначе, чем всю остальную. Однако в более тяжелых случаях человек утрачивает способность различать не только лица, но и вообще любые предметы, которе можно назвать принадлежащими к одному виду объектов. Больной понимает, что перед ним лицо, а вот чье – не знает, или что перед ним машина, но какой марки – определить не может. Интересно, что прозопагнозией в старости страдают в основном левши. Еще один феномен недуга – больные, как это ни парадоксально, хуже запоминают людей, с которыми постоянно контактируют в повседневной жизни. NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

117


Ответы на вопросы читателей

ПИСЬМА ЧИТАТЕЛЕЙ Есть ли полярные сияния на других планетах и можно ли их увидеть с Земли? Никита Прокошин, г. Тверь Полярные сияния не являются особенностью Земли. В то же время наблюдать их можно не на каждой планете, а только на тех, где есть атмосфера и достаточно сильное магнитное поле. Полярное сияние – это свечение верхних слоев атмосфер таких планет, в результате их взаимодействия с заряженными частицами солнечного ветра. Вне Земли наиболее хорошо изучены полярные сияния на планетах-гигантах – Юпитере и Сатурне. Отмечены полярные сияния также на Уране и Нептуне. Сияния, наблюдаемые на Марсе, иногда тоже называют

полярными, однако это не совсем корректно, так как происходят они не над полюсами, а над теми областями поверхности планеты, где зафиксированы локальные магнитные аномалии. При попытках наблюдения полярных сияний планет-гигантов с Земли приходится учитывать, что они обращены к наблюдателю освещенной Солнцем стороной и в видимом диапазоне их полярные сияния теряются в отраженном солнечном свете. Но в атмосферах планет-гигантов – высокое содержание водорода. Ионизированный водород «светится» в ультрафиолетовом

диапазоне, и, благодаря малой отражательной способности (альбедо) планет-гигантов в ультрафиолете, можно увидеть полярные сияния. Однако для этого нужно вынести телескопы за пределы атмосферы Земли, которая, как известно, не пропускает значительную часть ультрафиолетового излучения. В этом случае прекрасно подойдет орбитальный телескоп «Хаббл». Благодаря ему сделано множество снимков «внеземных» полярных сияний. Значительное число фотографий полярных сияний получено и от космических аппаратов, отправленных к другим планетам. Но если говорить

о наблюдениях с Земли, то есть еще один не до конца реализованный способ наблюдения. Полярные сияния генерируют не только волны ультрафиолетового и видимого диапазонов, но и радиоволны. Причем это обстоятельство ученые хотят использовать не столько

для изучения самого явления, сколько для поиска планет за пределами Солнечной системы. Попытки поиска экзопланет по радиоизлучению их полярных сияний уже предпринимались более 30 лет назад, однако не увенчались успехом. Сейчас ученые возлагают

надежды на новые наземные радиотелескопы. В частности, радиотелескоп LOFAR, включающий в себя более 45 тысяч антенн, установленных в Голландии, Франции, Германии, Швеции и Великобритании, и телескоп SKA с антеннами в Южной Африке и Австралии.

Полярное сияние на Сатурне

Полярное сияние на Юпитере

Присылайте свои вопросы на адрес: blitz@naked-science.ru 118 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

NAKED SCIENCE I апрель, 2018

I

119


С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ

НАУКИ

Скачай Naked Science на свой iPad, iPhone или Android-устройство В дополнение к материалам ты получишь: интерактивные схемы видеоролики спецэффекты и анимацию 3D-иллюстрации эксклюзивные фотографии

16+ Подробности на сайте naked-science.ru

120 I NAKED SCIENCE I апрель, 2018

Na sci 35 2018  
Na sci 35 2018  
Advertisement