Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN badają cząsteczki o znaczeniu astrochemicznym
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Superalkohol stworzony na University of Hawaiʻi pokazuje, że środowisko chemiczne przestrzeni kosmicznej może być znacznie bardziej zróżnicowane, niż sądzimy, i mogą tam zachodzić niespodziewane reakcje chemiczne. Naukowcy z Hawajów uzyskali molekułę, o której do niedawna sądzono, że jest zbyt niestabilna, by mogła istnieć. Tetrahydroksymetan to jedyny alkohol z czterema grupami hydroksylowymi dołączonymi do pojedynczego atomu węgla.
Już alkohole o dwóch grupach hydroksylowych przy pojedynczym atomie C są nietrwałe, gdyż powodują, że atom węgla jest bardzo ubogi w elektrony. Co dopiero, gdybyśmy mieli 4 grupy przy jednym atomie. A jednak udało się właśnie taką strukturę zaobserwować.
Uczeni uzyskali ją w laboratorium w warunkach bliskich próżni, przy bardzo niskiej temperaturze i silnym promieniowaniu. Zatem w warunkach, jakie mogą panować na przykład w przestrzeni kosmicznej w chmurach międzygwiezdnego gazu. Osiągnięcie to pokazuje, że kosmiczna chemia jest znacznie bardziej zróżnicowana niż sądziliśmy i mogą powstawać tam niezwykle zróżnicowane molekuły. Badacze odkryli, że w warunkach próżni i niskich temperatur silne promieniowanie ultrafioletowe wywołuje reakcje, w wyniku którego powstają tak egzotyczne molekuły jak tetrahydroksymetan.
Odkrywanie molekuł i reakcji chemicznych istniejących i zachodzących w ekstremalnych środowiskach jest niezwykle ważne dla badania kosmosu i procesów w nim zachodzących. Pozwala nam lepiej zrozumieć formowanie się obiektów i struktur tworzących wszechświat, przybliża nas też do zrozumienia ewolucji wszechświata oraz powstania i ewolucji życia.
Więcej informacji w artykule Methanetetrol and the final frontier in ortho acids.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Lód w przestrzeni kosmicznej jest inny, niż dotychczas sądzono, wynika z badań przeprowadzonych przez uczonych z University College London i University of Cambridge. Ich zdaniem, zawiera on niewielkie kryształki i nie jest całkowicie nieuporządkowanym amorficznym materiałem, jak woda. Przez dekady uważano, że lód poza Ziemią nie posiada struktury, jest amorficzny, gdyż znacznie niższe niż na Ziemi temperatury nie zapewniają wystarczająco dużo energii, by podczas zamarzania uformowały się kryształy.
Autorzy nowych badań przyjrzeli się najpowszechniej występującej formie lodu we wszechświecie, amorficznemu lodowi o niskiej gęstości, który występuje w kometach, na lodowych księżycach czy w chmurach materiału, z których powstają gwiazdy i planety. Przeprowadzone przez nich symulacje komputerowe wykazały, że lód taki najlepiej odpowiada wynikom analiz gdy nie jest w pełni amorficzny, a zawiera niewielkie kryształki o średnicy 3 nanometrów. Naukowcy przeprowadzili też badania, w czasie których krystalizowali (np. poprzez podgrzewanie) uzyskane w różny sposób próbki amorficznego lodu. Zauważyli, że ostateczna struktura krystaliczna lodu zależała od tego, w jaki sposób został oryginalnie utworzony. Stwierdzili też, że gdyby taki lód był w pełni amorficzny, to nie zachowałby żadnych informacji o swojej wcześniejszej strukturze.
Teraz mamy dobre pojęcie, jak na poziomie atomowym wygląda najbardziej rozpowszechniony lód we wszechświecie. To bardzo ważna wiedza, gdyż lód bierze udział w wielu procesach kosmologicznych, na przykład w formowaniu się planet, ewolucji galaktyk czy przemieszczaniu materii we wszechświecie, wyjaśnia główny autor badań doktor Michael B. Davies.
Lód na Ziemi to kosmologiczny ewenement z powodu wysokich temperatur panujących na naszej planecie. Ma dzięki nim uporządkowaną naturę. Uznawaliśmy, że lód w pozostałych częściach wszechświata jest jak unieruchomiona ciekła woda, nieuporządkowana struktura. Nasze badania pokazują, że nie jest to do końca prawda. I każą zadać pytanie o amorficzne struktury w ogóle. Takie materiały są niezwykle ważne dla nowoczesnych technologii. Na przykład światłowody powinny być amorficzne. Jeśli jednak zawierają niewielkie kryształki, a my będziemy potrafili je usunąć, poprawimy ich wydajność, dodaje profesor Christoph Salzmann.
Badania prowadzono zarówno metodą symulacji komputerowych, jak i tworząc amorficzny lód. Metodami obliczeniowymi sprawdzano dwa rodzaje wirtualnego lodu. Jeden powstawał podczas obniżania temperatury wirtualnych molekuł wody do -120 stopni Celsjusza. W zależności od tempa schładzania otrzymany lód składał się ze struktury krystalicznej i amorficznej w różnych proporcjach. Okazało się, że właściwości wirtualnego lodu zawierającego 20% struktury krystalicznej i 80% amorficznej blisko odpowiadają właściwościom prawdziwego lodu amorficznego o niskiej gęstości, który badano metodą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego. Drugi rodzaj lodu składał się z niewielkich ściśniętych razem kryształków pomiędzy którymi symulowano istnienie struktury amorficznej. Taki lód wykazywał największe podobieństwo do prawdziwego kosmicznego lodu gdy zawierał 25% kryształków.
Natomiast podczas badań eksperymentalnych uzyskiwano amorficzny lód o niskiej gęstości albo poprzez osadzanie pary wodnej na bardzo zimnej powierzchni, albo podgrzewając amorficzny lód o dużej gęstości. Następnie tak uzyskany amorficzny lód o niskiej gęstości był delikatnie podgrzewany, by miał wystarczająco dużo energii do utworzenia kryształów. Różnice w uzyskanej w ten sposób strukturze zależały od pierwotnej metody wytworzenia lodu. W ten sposób naukowcy doszli do wniosku, że gdyby lód taki był całkowicie amorficzny, nie zachowałby pamięci o swojej pierwotnej strukturze.
Lód to potencjalnie bardzo przydatny materiał w kosmosie. Mógłby posłużyć do ochrony pojazdu kosmicznego przed promieniowaniem czy do wytworzenia paliwa. Dlatego musimy lepiej rozumieć jego różne rodzaje i właściwości, podsumowuje doktor Davies.
Źródło: Low-density amorphous ice contains crystalline ice grains, https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.112.024203
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W miarę jak zwiększa się liczba pojazdów w przestrzeni kosmicznej, im bardziej skomplikowane są misje kosmiczne i w im większej odległości się odbywają, tym większą rolę odgrywa automatyzacja zadań. Dużą liczbą satelitów nie da się ręcznie zarządzać, dlatego większość z nich korzysta z systemów automatycznych, a ludzka interwencja potrzebna jest w sytuacjach awaryjnych, w przypadku aktualizacji oprogramowania czy zmiany orbity. Z kolei w przypadku misji w dalszych częściach Układu Słonecznego ręczne sterowanie pojazdami jest wręcz niemożliwe z powodu dużych odległości i opóźnień sygnału.
Coraz większa automatyzacja jest więc niezbędna, gdyż wysyłamy poza Ziemię coraz więcej pojazdów i chcemy eksplorować coraz dalsze zakątki przestrzeni kosmicznej. W ostatnich latach na MIT uruchomiono Kerbal Space Program Differential Game Challenge. To rodzaj zawodów, opartych o grę Kerbal Space Program, których celem jest zachęcenie specjalistów do rozwijania autonomicznych systemów dla programów kosmicznych. Gra Kerbal Space Program powstała w 2015 roku i jest to pseudorealistyczny symulator lotów kosmicznych, uwzględniających prawdziwe manewry orbitalne, jak na przykład dokowanie w przestrzeni kosmicznej czy manewr transferowy Hohmanna. Zawody na MIT uwzględniają różne scenariusze, na przykład zadaniem uczestników jest podążanie za satelitą i jego przechwycenie.
Alejandro Carrasco, Victor Rodriguez-Fernandez i Richard Linares postanowili sprawdzić, jak w zawodach poradzą sobie komercyjne wielkie modele językowe, jak ChatGPT czy Llama. Zdecydowali się oni użyć LLM, gdyż tradycyjne metody tworzenia systemów autonomicznych wymagają wielokrotnych sesji treningowych i poprawkowych. Ciągłe udoskonalanie modelu jest niepraktyczne, gdyż każda z misji w Kerbal trwa jedynie kilka godzin. Tymczasem wielkie modele językowe są już wytrenowane na olbrzymiej liczbie tekstów i wymają jedynie niewielkiego doszlifowania pod kątem inżynieryjnym. Badacze najpierw musieli opracować metodę, która przekładała stan pojazdu kosmicznego i zadania na tekst. Był on następnie wysyłany do wielkich modeli językowych z prośbą o rekomendacje, co do odpowiednich działań. Zalecenia LLM były następnie przekładane na kod, który sterował pojazdem.
Po krótkiej nauce ChatGPT poradził sobie doskonale. Uplasował się na 2. miejscu w zawodach. Pierwsze miejsce zajął inny, wyspecjalizowany kod. Co więcej, badania – których wyniki mają zostać wkrótce opublikowane na łamach Journal of Advances in Space Research – zostały przeprowadzone jeszcze zanim dostępna była wersja ChatGPT 4. Co prawda LLM nie jest jeszcze gotowy do sterowania misją kosmiczną. Szczególnie poważny problem stanowią podawane przezeń czasem nonsensowne przypadkowe rozwiązania, które zakończyłyby się katastrofą w przypadku prawdziwej misji. Jednak przeprowadzone badania pokazują, że nawet standardowy komercyjny LLM może być wykorzystany do pracy w sposób, którego jego twórcy z pewnością nie przewidzieli.
Źródło: Large Language Models as Autonomous Spacecraft Operators in Kerbal Space Program, https://arxiv.org/abs/2505.19896
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Grupa amerykańskich uczonych opracowała pierwszy materiał 2D z mechanicznie splecionych molekuł. Materiał przypomina strukturą kolczugę. Jest dzięki temu wyjątkowo elastyczny i wytrzymały. W przyszłości może posłużyć do stworzenia lekkich i wytrzymałych kamizelek kuloodpornych i znaleźć zastosowanie wszędzie tam, gdzie potrzebna jest elastyczność i wytrzymałość. Nowy materiał zawiera 100 bilionów splotów na cm2. To najgęstszy kiedykolwiek stworzony splot mechaniczny.
Stworzyliśmy zupełnie nową strukturę polimerową. Jest ona podobna do kolczugi w tym, że nie rozdziera się łatwo, gdyż każde z mechanicznych połączeń ma pewien zakres swobody i może się przemieszczać. Jeśli ją zaczniesz rozciągać, siła zostanie rozproszona w różnych kierunkach. A gdy zechcesz ją podrzeć, musisz rozdzielić ją w wielu miejscach. Wciąż badamy właściwości tego polimeru i prawdopodobnie zajmie to nam całe lata, mówi William Dichtel z Northwestern University.
Naukowcy od lat próbowali uzyskać polimer o mechanicznie zazębionych molekułach, ale nie potrafili spowodować, by molekuły polimeru łączyły się ze sobą mechanicznie. Zespół Dichtela zaczął pracę od ułożenia monomerów mających kształt X w uporządkowaną strukturę krystaliczną. Następnie przeprowadzili reakcję takich kryształów z inną molekułą, tworząc mechaniczne wiązania pomiędzy molekułami w krysztale. W ten sposób uzyskali kryształ składający się dwuwymiarowych mechanicznie splątanych warstw polimeru. W każdej z takich warstw monomery w kształcie X są zazębione z innymi monomerami w kształcie X. A w wolne miejsca pomiędzy nimi wplecione są kolejne monomery. Struktura taka jest zaskakująco elastyczna
Gdy naukowcy umieścili swój kryształ w rozpuszczalniku okazało się, że poszczególne warstwy oddzielają się od siebie. Nie ma zbyt wielu elementów, które utrzymywałyby cały polimer razem. Gdy więc włożyliśmy go do rozpuszczalnika, kryształ się rozpadł, ale każda z dwuwymiarowych warstw trzymała się razem. Mogliśmy manipulować tymi warstwami, mówi Dichtel.
Współpracujący z Dichtelem naukowcy z Duke University, zainspirowani wytrzymałością nowego polimeru, połączyli go z Ultemem. To bardzo wytrzymały polimer przemysłowy. Jest odporny na wysokie temperatury, działanie silnych kwasów i zasad. Stworzyli kompozyt składający się z 97,5% Ultemu i 2,5% nowego polimeru. Wystarczył tak niewielki odsetek nowego polimeru, by znacząco poprawić ogólną wytrzymałość Ultemu. Zdaniem Dichtela to wskazówka, że uzyskany właśnie materiał może znacząco poprawić właściwości innych materiałów. Przed nami jeszcze sporo analiz do przeprowadzenia, ale już teraz możemy powiedzieć, że poprawia on wytrzymałość kompozytów. Niemal każda jego właściwość, którą już zmierzyliśmy, była w jakiś sposób wyjątkowa, cieszy się uczony.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.