В 2021 году Тайвань столкнулся с небывалой засухой, и все доступные резервы пресной воды тогда были направлены на обеспечение функционирования предприятий TSMC по производству чипов, тогда как сельское хозяйство острова страдало. Аналитики считают, что темпы развития полупроводниковой отрасли в целом могут привести к ситуации, когда воды для выпуска чипов перестанет хватать, и тогда производители станут поднимать цены.

Источник изображения: TSMC

Логика, которой руководствуются эксперты S&P Global Ratings, проста и понятна. Строительство новых предприятий и внедрение на них передовых технологий требуют существенных инвестиций. Если же масштабировать производство в условиях ограниченности водных ресурсов не получится, то производители будут вынуждены отбивать капитальные вложения за счёт повышения цен на свою продукцию. По крайней мере, в такой ситуации может оказаться тайваньская TSMC, которая полна решимости сохранить высокую концентрацию своих передовых предприятий на родном острове, страдающем от сезонного дефицита воды и электроэнергии.

При этом каждая последующая ступень литографического техпроцесса увеличивает потребность производителя чипов в воде, которая используется не только для охлаждения оборудования, но и для промывки обрабатываемых кремниевых пластин. Предприятия TSMC используют тщательно очищенную пресную воду, и чем дальше продвигается литография, тем больше промежуточных промывок требуется, поскольку растёт количество технологических операций. Например, по сравнению с 2015 годом, который характеризовался активным использованием 16-нм техпроцесса, расход воды на предприятиях TSMC к настоящему времени увеличился на 35 %. В дальнейшем он будет расти на 5–9 %, а наблюдаемые в последние годы изменения климата не позволяют рассчитывать на покрытие всех потребностей производителей чипов за счёт воды, получаемой из осадков, на протяжении всего календарного года. Уже сейчас мировая полупроводниковая промышленность по объёмам потребления пресной воды может сравниться с Гонконгом, численность населения которого достигает 7,5 млн человек.

Согласно модели, построенной на основе наблюдений космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), геотермальная активность Эриды и Макемаке, двух карликовых планет в Солнечной системе, может оказаться достаточной, чтобы поддерживать под их поверхностями океаны жидкой воды. Об этом сообщили учёные Юго-Западного научно-исследовательского института (SwRI, США, шт. Техас).

Источник изображений: swri.org

Эрида, расположенная в поясе Койпера, представляет собой ледяной мир, который после открытия в январе 2005 года, привёл к лишению Плутона статуса планеты. Эрида всего на 44 км меньше Плутона, но на 25 % массивнее него благодаря более высокой концентрации горных пород в ядре. И если Эриду отнесли к карликовым планетам, то и Плутону пришлось разделить её участь. Макемаке была открыта через два месяца после Эриды — диаметр новой карликовой планеты составил 1430 км, что примерно на 1000 км меньше, чем у Плутона и Эриды. Эрида сейчас находится на расстоянии 14,4 млрд км от Солнца, а Макемаке — в 7,7 млрд км от звезды, и об обеих известно не так много. Но недавние наблюдения с помощью «Джеймса Уэбба» пролили новый свет на эти миры: на поверхности объектов был обнаружен метановый лёд.

Если бы метан на поверхности этих карликовых планет был поглощён из первичного протопланетного диска 4,5 млрд лет назад, он содержал бы определённое соотношение между двумя изотопами водорода — протием с ядром из одного протона и дейтерием с ядром из протона и нейтрона. Но полученное при помощи телескопа соотношение оказалось отличным от ожидаемого, а значит, оно указывает на геохимическое происхождение метана, образующегося в недрах. На поверхности он, возможно, оказался в результате газовыделения или даже вулканической активности. Для образования метана таким способом необходима температура выше 150 °C, а она, в свою очередь, могла возникнуть только из-за радиоактивных изотопов в ядрах планет — они выделяют тепло при распаде. Соотношение изотопов углерода показало, что выделение метана на поверхность Эриды и Макемаке могло происходить до недавнего с геологической точки зрения времени.

Примечательно, что предложенные учёными модели можно применить и к спутнику Сатурна Титану. Если метан и другие газы могут образовываться на основе геотермальных механизмов в ядре Титана, то гипотетический океан под его поверхностью может получать запасы углерода изнутри.

Многочисленные советчики в интернете уже не первый год рекомендуют помещать случайно упавшие в воду телефоны в рис, который должен вытянуть влагу и помочь избежать поломки. В Apple решили опровергнуть этот миф, и сейчас в разделе техподдержки на официальном сайте производителя появилось соответствующее разъяснение.

Источник изображения: apple.com

«Не кладите свой iPhone в мешок с рисом. Из-за этого ваш iPhone могут повредить мелкие частички риса», — предупредила Apple. В компании решили не просто развеять древний миф, но и предложить более эффективный комплекс мер. Apple посоветовала не пользоваться внешними источниками тепла, например, фенами, или источниками сжатого воздуха, чтобы попытаться выдуть жидкость. Не рекомендуется также вставлять в зарядные порты ватные палочки или пытаться запихнуть туда бумажные полотенца.

Вместо этого Apple предлагает повернуть телефон разъёмом вниз и постучать им по руке — примерно то же делает человек, когда после купания прыгает на одной ноге, пытаясь вылить воду из уха. Затем телефон рекомендуют оставить в месте с хорошей вентиляцией на 30 минут и попытаться подключить к зарядному устройству. На полное высыхание могут уйти до 24 часов. Если телефон отказывается заряжаться, рекомендуется отключить зарядный кабель и подключить его снова.

Трудно сказать, что способствовало распространению легенды о сушке телефонов в рисе. Возможно, оставив устройство в мешке, человек забывает о нём, и оно высыхает просто с течением времени — тот же эффект мог быть на открытом воздухе.

Учёные Института Макса Планка (Германия) при помощи космического телескопа «Хаббл» (Hubble) обнаружили, что атмосфера относительно небольшой планеты GJ 9827d в другой звёздной системе богата водяным паром. Но радоваться преждевременно: её поверхность достаточно горяча, чтобы расплавить свинец, а значит, этот мир непригоден для жизни в том виде, в котором мы её знаем.

Источник изображения: mpia.de

Температура на поверхности экзопланеты GJ 9827d сравнима с температурой на Венере — около 400 °C, но это всё равно захватывающее открытие. Дело в том, что это самая маленькая из открытых экзопланет, где была обнаружена вода. А значит, учёные ближе чем когда-либо подобрались к описанию миров, похожих на Землю. GJ 9827d примерно вдвое крупнее Земли, а вращается планета вокруг звезды GJ 9827, которая находится на расстоянии 97 световых лет от нас и наблюдается в созвездии Рыб. Эта планета — лишь один из похожих на Землю миров, вращающихся вокруг этой звезды, а её возраст составляет около 6 млрд лет.

«Хаббл» наблюдал GJ 9827d в течение трёх лет, и за это время планета прошла по диску своей звезды 11 раз. Её состав оценили при помощи спектрального анализа, но у учёных пока нет ясности, составляет ли водный пар небольшую долю в богатой водородом атмосфере, или её атмосфера, напротив, преимущественно состоит из воды. За 6 млрд лет поблизости от родительской звезды водород мог выпариться из атмосферы, оставив её с водяным паром — эта гипотеза подтверждается тем, что вблизи GJ 9827d обнаружить водород не удалось. В противном случае это мини-нептун, то есть уменьшенная и горячая версия расположенного в Солнечной системе ледяного гиганта с плотной атмосферой из водорода и гелия. Или планета может напоминать увеличенную и, опять же, горячую версию Европы — спутника Юпитера, который, как предполагается, под толстой ледяной коркой скрывает в два раза больше воды, чем Земля.

Если же GJ 9827d обладает плотной атмосферой из водяного пара, то значит, что планета родилась дальше от своей звезды, где температура ниже, но впоследствии мигрировала к своей текущей позиции. В результате GJ 9827d подверглась сильному излучению своей звезды, которое превратило её лёд в жидкую воду и в водяной пар. Водород при таких условиях нагрелся бы и начал утекать из атмосферы из-за относительно невысокой гравитации планеты — возможно, эта утечка происходит до сих пор. Теперь GJ 9827d станет предметом изучения для более мощного космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST).

Команде учёных из китайских исследовательских институтов удалось использовать бактерии для очистки сточных вод от органических загрязнителей и получения ряда химических соединений для полупроводниковой промышленности. Этот процесс может проложить путь к устойчивому и экологически чистому производству ценных полупроводниковых материалов. Результаты исследования были опубликованы 16 октября в рецензируемом журнале Nature Sustainability.

Источник изображений: Pixabay

Исследование, возглавляемое профессором Гао Сяном (Gao Xiang) из Шэньчжэньского института синтетической биологии Китайской академии наук и профессором Лу Лу (Lu Lu) из Харбинского технологического института в Шэньчжэне, продемонстрировало возможность получения материалов, используемых для изготовления полупроводников, из сточных вод с помощью генно-модифицированных бактерий. Исследователям удалось преобразовать загрязнители сточных вод в полупроводниковые биогибриды, состоящие из биологических и небиологических компонентов.

Исследовательская группа выбрала морской микроорганизм Vibrio natriegens в качестве отправной точки для модифицирования бактерий. По словам учёных, «это одни из самых быстрорастущих бактерий, которые процветают в средах с высоким содержанием соли и очень устойчивы к сточным водам. Они могут использовать более 200 типов органических материалов в качестве питательных веществ, включая сахара, спирты, аминокислоты и органические кислоты, что делает их идеальными кандидатами для этого исследования».

Затем команда «запустила» механизм восстановления сульфатов в Vibrio natriegens, обучив штамм непосредственно поглощать сульфат из окружающей среды и производить сероводород, который затем объединялся с ионами металлов в сточных водах для создания полупроводниковых наночастиц. Метод оказался универсальным и его можно было применять к ионам различных металлов, получая такие соединения, как сульфид кадмия, сульфид свинца и сульфид ртути.

Наночастицы фиксировались на поверхности бактерий, образуя полупроводниковые биогибриды. Под воздействием света полупроводниковый материал поглощал солнечную энергию и преобразовывал её в электроны, обеспечивая бактериям дополнительную энергию. В лабораторном эксперименте, в котором биогибриды использовались для очистки сточных вод, 99 % ионов кадмия были таким образом извлечены в виде частиц сульфида кадмия.

Эти типы наночастиц, также известные как квантовые точки, стали центральным элементом открытия, за которое другая группа учёных получила в этом году Нобелевскую премию по химии. «После полного цикла биогибриды в сточных водах можно собирать посредством фильтрации или седиментации (осаждения частиц) для извлечения полупроводниковых материалов, — сообщил Гао Сян. — Эта система может стать эффективным и экономически выгодным методом производства очень ценных квантовых точек».

При размножении биогибридов в сточных водах они также преобразует органические загрязнители в 2,3-бутандиол (БДО), ценный химикат, который широко применяется в косметике, сельском хозяйстве и здравоохранении. Лабораторные испытания показали, что при искусственном освещении биогибриды производят БДО в два раза быстрее, чем немодифицированные бактерии, при этом степень конверсии углерода увеличивается на 26 %.

«Дополнительная энергия, генерируемая наночастицами за счёт поглощения света, повысила эффективность синтеза биогибридов и скорость преобразования органических веществ в сточных водах. Традиционно вся энергия, необходимая для роста бактерий и производства БДО, обеспечивается самими бактериями, что включает в себя самометаболизм и переваривание органических веществ. Дополнительная энергия, полученная за счёт поглощения света, очевидно, ускоряет оба процесса» — пояснил Гао.

В эксперименте, проведённом в 5-литровом реакторе, биогибриды были успешно выращены с использованием реальных промышленных сточных вод, достигнув производительности БДО 13 граммов на литр и превзойдя результаты всех предыдущих исследований.

Сейчас учёные изучают возможности масштабирования процесса. Основным препятствием становится плохая прозрачность промышленных сточных вод. Поэтому требуются реакторы с большей площадью поверхности, чтобы обеспечить достаточное для активной деятельности бактерий освещение.

«Полупроводниковые биогибриды объединяют в себе лучшие качества биологических цельноклеточных катализаторов и полупроводниковых наноматериалов, позволяя нефотосинтетическим промышленным заводам по производству микробных клеток использовать солнечную энергию для химического производства», — резюмировали исследователи.

Специалисты NASA представили обновлённую карту Марса с вероятными залежами водяного льда под поверхностью. Карта показывает регионы, где водяной лёд залегает не глубже одного метра. Лёд — это вода, которая даст топливо и станет источником для жизни. Наличие легкодоступного льда станет решающим фактором для выбора места будущей высадки на Марс роботов или людей.

Источник изображения: NASA

Для наших миссий на Марс вода нужна не в произвольном месте, а в средних широтах. Водяной лёд, к примеру, почти гарантированно есть на полюсах и в приполярных областях, где низкие температуры не дадут ему испариться в разряжённой атмосфере планеты. Но жить на полюсе и в арктическом круге — это дорогое удовольствие с точки зрения сжигания ресурсов.

Экваториальная зона, хотя там теплее всего, не подходит c позиций неподходящих условий для мягкой посадки — и без того призрачная марсианская атмосфера там очень и очень тонкая, что затруднит торможение спускаемых аппаратов. Лучше всего для спуска и организации баз подходят средние широты с максимальным приближением к экватору. Там-то программа NASA Subsurface Water Ice Mapping и ищет подповерхностный водяной лёд.

Обновлённая карта вероятного расположения водяного льда на Марсе на глубине до одного метра создана на основе данных трёх марсианских орбитальных аппаратов: Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), Mars Odyssey 2001 года и ныне недействующего Mars Global Surveyor. Предыдущие данные были обнародованы в 2017 году. Учёные анализируют изображение поверхности Марса и по определённым признакам узнают, где может быть водяной лёд. Например, это могут быть сезонные трещины или определённые виды поверхностного слоя, которые возникают при пучении почв в присутствии воды.

Свежий кратер от падения метеорита на Марсе

Особенно ценными для обнаружения признаков водяного льда на Марсе являются свежие ударные кратеры от метеоритов. В основном это 10-м воронки, которые вздыбливают почву и обнажают лёд. Но в отдельных случаях учёным сопутствует удача, как например, обнаружение кратера до 150 м в поперечнике от падения на Марс особенно большого метеорита. В таких разломах орбитальные камеры с высоким разрешением отчётливо видят следы льда. Учёные по косвенным данным находят признаки подповерхностного льда, а метеориты как бы заверяют эти открытия.

Водяной лёд в ударном кратере на Марсе

В будущем планируется программа NASA по специальному радарному сканированию подповерхностного льда на Марсе. Для этого на орбиту Марса должен будет выйти аппарат Mars Ice Mapper с мощным специализированным радаром. Он расширит картирование предполагаемых зон распространения водяного льда на Марсе и, вероятно, подтвердит сегодняшние наблюдения.

Международная группа учёных сообщила, что ровер Curiosity обнаружил на Марсе признаки того, что некогда на планете происходили сезонные наводнения. Такие процессы формируют условия, благоприятные для зарождения жизни.

Источник изображения: nature.com

Современные учёные склоняются к тому, что в прошлом на Марсе действительно была вода. Но они расходятся во мнениях о том, на что это было похоже. Одни утверждают, что на планете были долгоживущие озёра и океаны. Другие уверены, что это были отложения льда, на поверхности которого жидкая вода появлялась лишь изредка. Эти утверждения могут оказаться истинными для разных периодов времени в разных областях Марса. Международная группа учёных опубликовала статью, в которой приводятся доказательства сезонных наводнений по крайней мере в одном регионе Красной планеты. Подобные процессы могли иметь решающее значение для естественного производства молекул, необходимых для зарождения жизни, хотя они не обязательно означают существование условий для её процветания.

Открытие было сделано при изучении материалов, присланных ровером Curiosity — старшим из двух действующих марсоходов, который исследует кратер Гейл. Примерно через 3000 марсианских дней с начала своей миссии он оказался в регионе, образовавшемся в относительно влажный гесперийский период геологической истории Красной планеты примерно 3,6 млрд лет назад. Аппарат запечатлел структуру, напоминающую гексагональную сетку — каменные отложения шестиугольной формы по нескольку сантиметров шириной и около 10 см глубиной. Подобные формы ранее были обнаружены на Плутоне, но там они были образованы конвекцией ледяной поверхности. Образования на Марсе появились в результате высыхания грязи — по мере сжатия вещества появились трещины.

Марсоход Curiosity. Источник изображения: nasa.gov

Вода могла поступать либо с поверхности как наводнение, либо из недр в виде грунтовых вод. Но небольшой размер этих структур указывает на поверхностные, а не подземные воды — промокали несколько сантиметров породы в верхней части. Для появления таких образований, как показали эксперименты, необходимы несколько циклов наводнений — не менее десятка, чтобы получать равные углы на стыке. Это подтверждает и химия: камни в трещинах представляют собой смесь сульфатов кальция и магния, которые выпадают в осадок при высыхании воды. И эти отложения формируют более твёрдые породы, чем составляющий шестиугольники ил.

Описанный процесс не сочетается с гипотезой о том, что вода на Марсе появлялась в результате таяния ледников при вулканической активности — он согласуется скорее с сезонными наводнениями, отмечают авторы исследования. И добавляют: «Среда, подверженная циклам влажности и сухости считается благоприятной и, возможно, необходимой для пребиотической химической эволюции». То есть для возникновения жизни. Строительные блоки молекул, составляющих живые организмы на Земле, встречаются даже на астероидах, поэтому важнее рассматривать условия появления сложных соединений из этих блоков — и сезонные наводнения таким условиям соответствуют. Пока нет причин утверждать, что так сформировалась жизнь на Земле и тем более на Марсе, но новое исследование подтверждает, что на Марсе могли быть для этого благоприятные условия.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил следы водяного пара в атмосфере сверхгорячего газового гиганта WASP-18 b, расположенного в 400 световых годах от Земли. Сам факт того, что телескоп смог обнаружить «сигнатуры» присутствия воды на такой дистанции, говорит о великолепном разрешении использованного оборудования.

Иллюстрация. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech

WASP-18 b приблизительно в 10 раз массивнее Юпитера и вращается всего в 3,1 млн км от солнцеподобной звезды. Для сравнения Меркурий находится от Солнца на расстоянии около 63,4 млн км. Период обращения вокруг звезды WASP-18 составляет всего один земной день.

Из-за того, что планета находится так близко к своей звезде, температура её атмосферы столь высока, что, по данным NASA, буквально расщепляет большинство молекул воды. Тем не менее спектральный анализ атмосферы показал, что, несмотря на температуру порядка 2700 градусов по Цельсию, там всё же сохраняются некоторое количество воды.

WASP-18 b обнаружили ещё в 2008 году и изучали с помощью других телескопов, включая «Хаббл» и другие известные космические обсерватории, но ни одна из них не была достаточно чувствительной, чтобы обнаружить сигнатуры воды в атмосфере удалённой экзопланеты.

Источник изображения: NASA/JPL-Caltech

Помимо того, что планета столь массивна, горяча и находится чрезвычайно близко к своей звезде, она ещё и приливно заблокирована. Это означает, что WASP-18 b всегда повёрнута к звезде одной стороной. В результате в разных частях планеты температура значительно отличается — на солнечной стороне на 1100 градусов (по Цельсию) жарче, чем в «сумеречной зоне». Учёные не ожидали, что разница будет столь велика и теперь желают понять, какой неучтённый фактор оказывает подобное влияние, предотвращающее распространение жара по всей планете. Как заявляют учёные, карта яркости WASP-18 b свидетельствует об отсутствии ветров «с востока на запад», что, по данным исследователей, соответствует моделям с «атмосферным сопротивлением». В качестве возможного объяснения допускается наличие у планеты сильного магнитного поля, что, как считают исследователи, могло бы стать чрезвычайно захватывающим открытием.

По данным исследователей, «Джеймс Уэбб» обеспечивает большую чувствительность при создании детальных температурных карт, чем когда-либо раньше. Впервые карта составлена с помощью аппаратуры «Джеймса Уэбба», особенно учёных впечатляет то, что полученные результаты соответствуют некоторым предложенным ранее моделям — в частности, речь идёт о значительном падении температуры в регионах, где планета не освещается прямо местной звездой. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

За последнее десятилетие найдено множество новых подтверждений присутствия воды на Луне — лёд перемешан с лунной пылью (реголитом) в объёмном отношении примерно 100-400 частей к 1 млн, а более высокие концентрации находятся на полюсах, где меньше солнечного света. Учёные Открытого университета (Великобритания) и Университета Центральной Флориды (США) пришли к выводу, что для добычи воды из реголита хватит простой микроволновой печи.

Источник изображения: JB / pixabay.com

Учёные изучили две версии искусственного реголита: первый был создан на основе образцов, взятых в лунном нагорье, а второй имитировал тёмный грунт лунных морей. Материал смешали с водой в массовых пропорциях от 3 % до 15 %, согласующихся с результатами предыдущих исследований. Затем эти образцы поместили в камеру, имитирующую давление и температуру на поверхности Луны и подвергли 25-минутному воздействию микроволн мощностью 250 Вт — это меньше, чем нужно для разогрева пищи в обычной кухонной печи.

В результате получилось извлечь более 50 % воды из искусственных «морских» образцов и более 67 % из образцов высокогорья. При нагревании в течение 35 минут удалось извлечь уже до 90 % воды. Что примечательно, при увеличении содержания воды в образцах результативность метода снизилась до 32 %. Учёные объяснили это тем, что в более насыщенных водой образцах расстояние между частицами пыли растёт, что ослабляет теплообмен и снижает эффективность извлечения воды.

Авторы исследования уверяют, что на Луне микроволновые устройства малой мощности позволят добывать воду из грунта с массовой концентрацией до 10 %.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) обнаружил в атмосфере планеты в другой звёздной системе признаки водяного пара — если это действительно так, это первый случай его обнаружения в атмосфере каменистой экзопланеты. Но пока есть причины сомневаться в достоверности открытия.

Источник изображения: nasa.gov

Существование жизни на других планетах — один из важнейших научных вопросов, и у «Джеймса Уэбба» есть инструменты, способные помочь с поиском ответа на него. Одним из важнейших условий обитаемости планеты является водяной пар — ранее космический телескоп уже обнаруживал его признаки на экзопланетах, но то были подобные Юпитеру газовые гиганты, лишённые твёрдой поверхности для поддержания (в буквальном смысле) жизни. Возможно, пар впервые выявлен на каменистой планете.

Эта планета под названием GJ 486 b расположена в 26 световых годах от Земли. Она примерно на 30 % крупнее и в 3 раза массивнее нашей планеты. Однако, помимо более сильной гравитации, она имеет ещё одно значительное отличие от Земли: эта планета расположена очень близко от своей звезды и находится в состоянии приливного захвата — её гипотетическому посетителю придётся выбирать между вечными днём или ночью, а температура на поверхности составляет около 430 °C.

По всей вероятности, для жизни GJ 486 b непригодна, но и в этом случае обнаружение водяного пара на ней имеет большое значение: это было бы первое его открытие на каменистой планете, а её особенности указывают на способность планет удерживать атмосферу даже при постоянном воздействии излучения своей звезды. Признаки водяного пара были обнаружены при прохождении планеты перед звездой, поэтому существует вероятность, что соответствующий сигнал был получен не от планеты, а от пятен на поверхности звезды, хотя свидетельств их присутствия астрономы, по их утверждению, не обнаружили.

К счастью, инструментарий «Джеймса Уэбба» достаточно обширен, чтобы проверить эту гипотезу. В частности, прибор Mid-Infrared Instrument (MIDI) поможет обнаружить самую горячую точку на планете: в отсутствие атмосферы она должна быть в центре дневной стороны, а если атмосфера всё-таки есть, то тепло в ней циркулирует, и самая горячая точка будет в другом месте.

Марсоход «Чжужун», который, вероятно уже не сможет продолжить работу из-за накопившейся на нём пыли, успел обнаружить следы сравнительно недавнего присутствия жидкой воды на низких марсианских широтах. Это свидетельствует о том, что эти территории потенциально могут быть обитаемыми. Более того, это противоречит прежним предположениям о том, что вода на Марсе может существовать только в твёрдом или газообразном состояниях.

Источник изображения: Chinese National Space Administration

Открытие было сделано благодаря анализу морфологических особенностей и состава минералов в марсианских дюнах на месте работы ровера. Свидетельства присутствия жидкой воды подтвердил анализ данных с ровера, получивших оценку в Институте геологии и геофизики (IGG) Китайской академии наук (CAS). В исследовании приняли участие и другие подразделения академии. Результаты уже опубликовали в журнале Science Advances.

Результаты прежних исследований свидетельствуют о присутствии огромного количества воды на Марсе в древности, но по мере того, как планета теряла свою атмосферу, климат менялся. В итоге очень низкое давление и другие факторы привели к тому, что сегодня воде в жидком состоянии чрезвычайно трудно сохраниться на Марсе. Среди учёных широко распространено мнение, что вода может существовать на планете только в твёрдом и газообразном состояниях.

Тем не менее капли на роботизированной руке аппарата Phoenix в своё время показали, что солёная вода может появляться марсианским летом на высоких широтах, а симуляции показали, что климатические условия для возникновения жидкой воды могут временно возникать в определённых зонах Марса, хотя до последнего времени отсутствовали наглядные свидетельства существования жидкой воды в нижних широтах.

(a) Топографическая контурная карта окрестностей, где находится след воды. (b) Фотография MSCam с высоты птичьего полета, на которой виден след в виде полосы и след на грунте от скопления воды.

Информацию дополняют открытия, сделанные «Чжужуном». В составе миссии по исследованию Марса он совершил посадку на поверхности планеты 15 мая 2021 года — на равнине Утопия. С помощью камер и датчиков марсохода изучались различные свойства и состав дюн в зоне посадки. По характеру корочек, трещин, грануляции, многоугольных гребней и полосообразных следов, а также анализу спектральных данных выяснилось, что поверхностный слой дюн богат гидратированными сульфатами, гидратированным кремнезёмом, минералами на основе оксида трёхвалентного железа и, возможно, хлоридами.

По словам учёных, подобные характеристики поверхности дюн связаны с присутствием жидкой солёной воды, появлявшейся вследствие таяния инея или снега, выпадавшего на содержавшие соль поверхности дюн. В частности, благодаря соли дюн вода сохраняла жидкое состояние при низких температурах, а после её высыхания формировались корочки из частиц/минералов, позже трескавшиеся. Вода оставляла и другие следы на поверхности дюн.

(c) Трещины и гребни. (d) Следы в виде полос. (e) 3D-изображение NaTeCam впадины между двумя дюнами. (f) Поперечное сечение дюны вдоль профиля белой пунктирной линии на (e)

Возраст дюн оценивается в 0,4–1,4 млн лет, учёные предполагают, что перенос водяного пара от полярного ледяного щита в своё время привёл к появлению следов жидкой воды на дюнах. Китайские открытия свидетельствуют о существовании жидкой воды в марсианских нижних широтах, где значительно теплее, чем в верхних. По мнению китайских учёных, эти открытия чрезвычайно важны для изучения эволюции марсианского климата, поиска среды, пригодной для жизни и получения ключевых подсказок для дальнейшего поиска жизни.

В понедельник в журнале Nature вышла статья китайских учёных, в которой раскрывается потенциальный источник огромных залежей воды на Луне. Данные получены после анализа ударного стекла в образцах лунной породы, собранной китайским ровером в миссии «Чанъэ-5». По самым скромным оценкам, в ударном стекле на Луне может храниться до 297,6 млрд тонн воды. Но самое главное, это даёт повод надеяться на наличие воды на других скалистых планетах.

Источник изображения: Pixabay

Это не первый намёк на присутствие воды в ударном стекле — сплавленных остатках минералов, испарённых с поверхности Луны метеоритами. Присутствие воды в метеоритном стекле-импактите обнаружено ещё в образцах, привезённых на Землю в «Аполлонах». Образцы лунной породы также были изучены после успешного завершения миссии «Чанъэ-5» и в них тоже обнаружено заметное присутствие воды. Новая работа показала, что на каждый грамм ударного стекла приходится 0,002 грамма воды. В масштабах Луны это неимоверные запасы, которые обещают полностью обеспечить водой лунные базы вплоть до производства ракетного топлива, а не только для проживания человека.

Источник изображений: Nature Geoscience, 2023

Согласно современной теории, значительная часть воды на Луне образуется при небольшой помощи солнечных ветров, так как ионы водорода из этих ливней солнечных частиц соединяются с кислородом, который уже содержится в лунном грунте. Часть воды испаряется в космос, но аморфное стекло имеет способность абсорбировать воду внутрь и сохранять. Мало того, эти процессы происходят сравнительно быстро — «стеклянные бусины» способны накопить воду в течение нескольких лет.

«Такое короткое время диффузии указывает на то, что вода, полученная в результате солнечного ветра, может быть быстро накоплена и сохранена в стеклянных бусинах, образованных в результате [метеоритного] удара по лунной поверхности», — пишут исследователи.

Образцы ударного стекла с поверхности Луны

Также учёные делают вывод, что вода таким образом может возникать на других безвоздушных телах Солнечной системы. Кроме того, она выбрасывается в космос, что делает воду распространённым явлением в космической среде. Это также становится лишним доводом о потенциальной распространённости биологической жизни во Вселенной, хотя это уже другая история.

Марсоход Perseverance совершил посадку на Красной планете в феврале прошлого года — местом для неё был выбран кратер Езеро, в котором, как предполагают учёные, когда-то был водоём. А в жидкой воде могла обитать марсианская жизнь. Однако по итогам обработки данных за первый год работы аппарата учёным так и не удалось найти весомых тому подтверждений.

Источник изображений: nasa.gov

Пока всё указывает на то, что присутствие воды в этом регионе было ограниченным, и не исключено, что она при этом была близка к температуре замерзания, говорится в опубликованной журналом Science статье американских учёных. Не исключено, что впоследствии в этом месте обнаружатся какие-то новые отложения, подтверждающие «теорию жизни», но более вероятной представляется гипотеза о том, что условия здесь были не такими благоприятными, как считалось ранее.

Perseverance располагает широким набором инструментов: «глазами», то есть парой камер, создающих стереоскопические изображения с трёхмерными данными и способных собирать данные о длинах волн на изображении; средствами для определения состава и структуры камней; инструментами для проведения химического анализа материалов, взятых из горных пород. Все три набора инструментов рисуют общую картину, дополняя друг друга. Спектроскопия предоставляет подробную информацию о химическом составе вещества, рентгеновский анализ говорит об их распределении в образце, а камеры на мачте говорят о том, как часто подобные образцы встречаются.

Дно кратера, в котором совершил посадку Perseverance, богато минералами на основе железа и магния. Выше находится образование, напоминающее вулканическую породу — оно могло возникнуть из породы, которая расплавилась после удара небесного тела. Оба месторождения минералов сформировались в результате процессов, которые происходят на Марсе и сейчас: на образование камней влияет действие ветра, а их химический состав меняется из-за атмосферы и радиации. В защищённых от ветра местах присутствует рыхлый реголит, значительная часть которого имеет характерный для Марса красноватый оттенок.

Основанием для гипотезы о присутствии воды на Марсе стал слой предположительно вулканических отложений, богатых минералом под названием оливин. На Земле он располагается достаточно глубоко, поскольку растворяется или преобразуется под воздействием жидкой воды. И действительно существуют доказательства аналогичных процессов на Марсе: изменениям подверглись от четверти до половины минералов оливина — и это, вероятно, произошло под воздействием воды. Но верно и обратное: более половины минералов изменениям не подверглись, а значит, воздействие воды на вещество было либо кратковременным, либо происходило в очень холодной среде, где вода была близка к замерзанию.

Другие отложения могли остаться в горных породах, сформировавшись из холодных концентрированных солевых растворов — растворить оливин они уже не могли, зато оставили в камнях сульфаты. Были обнаружены и перхлораты, которые, допускают учёные, могли получить воду из атмосферы, раствориться и просочиться в структуру камней. Но ни одно из этих веществ не могло остаться после высохшего озера — в воде они бы просто растворились, а характерные для дна водоёма отложения до сих пор не обнаружены. Это не значит, что их там нет — озеро могло быть непостоянным или замёрзшим на протяжении большей части своего существования.

И все эти выкладки имеют прямое отношение к потенциальной обитаемости Марса: судя по присутствию оливина, любая жизнь, которая могла здесь существовать, не была тесно связанной с минералами — микроорганизмы не смогли бы получать питание в среде, которая оставила оливин нетронутым. Perseverance также обнаружил признаки органики — веществ с бензольными кольцами. Они могут соответствовать некоторым материалам, производимым земными живыми организмами, или, с равным успехом, веществам, сформировавшимся в результате других процессов.

Новая карта Марса способна полностью изменить представления о водном прошлом планеты. Она не только демонстрирует месторождения полезных ископаемых, обнаруженные за прошедшее десятилетие, но и позволит выбрать площадки для будущих посадок.

Источник изображения: ESA

Исследования проводились орбитальными зондами Mars Express Observatoire pour la Mineralogie, l’Eau, les Glaces et l’Activité (OMEGA) Европейского космического агентства и спектрометром Mars Reconnaissance Orbiter Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM), принадлежащим NASA.

Если CRISM обеспечивает спектральную визуализацию поверхности планеты с высоким разрешением до 15 м на пиксель для небольших участков марсианской поверхности, то OMEGA предоставляет измерения для больших участков — это удобно для картографирования регионов и планеты в целом.

В частности, на карте можно обнаружить положение и места значительного скопления гидратированных минералов, в прошлом подвергшихся химическому воздействию воды — скалы таких случаях были превращены в глины и соли. Например, на Земле под воздействием на скалы относительно небольшого количества воды вулканические камни превращаются в смектиты и вермикулиты, в основном сохраняя те же химические элементы, что и исходные минералы, с большим содержанием железа и магния. Когда воды больше, растворимые элементы в основном вымываются, оставляя богатые алюминием глины вроде каолина.

Большое удивление вызвал факт обнаружения на Марсе большого количества подобных минералов. Если 10 лет назад учёные знали о примерно 1000 минеральных обнажениях подобного рода на Марсе, что позволяло их считать скорее аномалиями, то новая карта позволила полностью пересмотреть ситуацию — подобных выходов насчитывается, как минимум, сотни тысяч.

Это позволяет по-новому взглянуть на историю планеты. Если ранее предполагалось, что воды было относительно немного и существовала она на поверхности Марса непродолжительное время, то теперь нет сомнений, что вода сыграла важнейшую роль в геологии Красной планеты.

Исследователи из Массачусетского технологического института создали и испытали прототип портативного опреснителя морской воды. Устройство весом 10 кг превращает мутную солёную воду в питьевую с эффективностью до 20 Вт•ч/л со скоростью 0,3 литра в час. Самое замечательное в установке то, что для работы она не использует фильтры или другие расходные материалы — воду можно очищать очень и очень долго без технического обслуживания системы.

Источник изображения: MIT

Опреснение и очистка воды в придуманной учёными MIT системе происходит за счёт ионного обмена на электрически проводимых мембранах. Мембраны создают электрические поля с разной полярностью вокруг канала по прокачке воды. Что важно, в системе используются насосы низкого давления, ведь продавливать воду через фильтры нет необходимости. Именно это радикально улучшило энергоэффективность разработанной системы.

Свой метод опреснения и очистки воды учёные назвали «поляризацией концентрации ионов» (ion concentration polarisation, ICP). Растворённые в солёной и грязной воде ионы солей, посторонние частицы, включая бактерии и твёрдую нерастворимую взвесь, отталкиваются от заряженных мембран и выбрасываются из установки как сточные воды. Но даже несколько уровней ICP-очистки полностью не выводят соли из воды. Окончательное опреснение производится на этапе электродиализа. С помощью ИИ учёные рассчитали необходимое сочетание ICP-этапов и этапов электродиализа, чтобы не тратить лишнюю энергию.

Вода с содержанием соли 2,5-45 г/л (от солоноватой до морской) может быть превращена в питьевую воду класса Всемирной организации здравоохранения при потреблении энергии от 0,4 до 26,6 Вт•ч/л. Для питания установки достаточно подключить к ней любую портативную солнечную панель, которую можно купить в магазине поблизости. Подобные установки обещают найти применение в труднодоступных местах с проблемным доступом к питьевой воде, в армейских операциях, в условиях ЧС и для решения множества других задач.