Научные эксперименты бывают разными: от тех, что помещаются в чашке Петри под микроскопом, до опытов, разворачивающихся по всей планете. Портал livescience.com рассказал о самых больших экспериментах на Земле.
Охота за гравитационными волнами
Гравитационные волны — отголоски огромных галактических феноменов, таких как столкновения черных дыр и слияния нейтронных звезд. Некоторые из этих волн даже могут быть далекими эхами Большого взрыва. И для того, чтобы обнаружить их, ученым нужно соответствующе большой инструмент: LIGO, или лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория.
LIGO состоит из двух крупных комплексов, причем каждый из них имеет «плечи» длиной 4 километра. Они представляют собой лазерные интерферометры Г-образной формы: лазерный лучи разделяется пополам, и обе половины направляются в разные плечи. А в конце каждого плеча находится система зеркал, отражающих лазер. Изучая кривую помех, ученые могут определить, появилась ли в результате эксперимента гравитационная волна.
LIGO уже зафиксировал самые разные феномены, от слияния нейтронной звезды и (предположительно) сверхлегкой черной дыры до множественных столкновений нейтронных звезд.
Машина для атомов
Иногда для изучения очень маленьких вещей ученым нужны очень большие инструменты. Ни один из них пока не превзошел Большой адронный коллайдер — крупнейший в мире ускоритель частиц. Он представляет собой кольцо диаметром 27 километров, оборудованное четырьмя детекторами: один из них, ATLAS, может похвастать массой 7 000 метрических тонн. Инструмент измеряет широкий спектр субатомных частиц, которые появляются при столкновении различных лучей на высокой скорости.
Помимо этого, БАК принадлежит титул самого большого и холодного «холодильника» на Земле. Магниты, необходимые для работы инструмента, должны храниться при температуре -271,25 по Цельсию — это чуть холоднее, чем открытый космос.
Миниатюрные леса Амазонки
Хотя глобальное потепление само по себе можно назвать одним большим (и неконтролируемым) «экспериментом», в дождевых лесах Амазонки ученые проводят собственные опыты с парниковым эффектом. Проект AmazonFACE призван повысить концентрацию углекислого газа в отдельных регионах крупнейшего тропического леса планеты, чтобы понять, как он влияет на «легкие планеты».
По сути, эксперимент состоит из 12 наблюдательных комплексов, расположенных на шести участках диаметром 30 метров: на трех из них концентрация углекислого газа стандартная, а на трех других — повышенная. На каждом участке находятся примерно 400 видов растений и множество видов грибов, а также почвенных микробов. Иными словами, каждый — маленькая экосистема в себе. По мере роста концентрации углекислого газа, растения фотосинтезируют быстрее и высвобождают меньше воды из своих листьев. Теоретически это может помочь защитить лес от негативных эффектов глобального потепления, которое, по прогнозам специалистов, вызовет засуху в Амазонке.
Проблема в том, что баланс между двумя процессами и черта, разделяющая здоровый лес и погибающую экосистему, до сих пор неясны. Ученым лишь предстоит измерить эффект излишка углекислого газа на физиологию растений и выяснить, какие структуры они вырабатывают в ответ — временные, вроде листьев, или более перманентные, такие как древесина.
Фабрика по фильтрации углерода
По мнению Межправительственной группы экспертов по изменению климата, человечеству нужно не просто перестать выбрасывать в атмосферу углекислый газ. Его нужно вытягивать назад из воздуха. Если точнее, к 2050 году мы должны переработать 6-10 гигатонн в углеродном эквиваленте, чтобы избежать точки невозвращения в глобальном потеплении. Для достижения этого результата можно воспользоваться разными мерами, от фильтрации индустриальных отходов до захоронения биомассы. Однако первый в мире полномасштабный комплекс по фильтрации углерода намерен вытягивать его прямо из океана.
Морская вода естественным образом впитывает углекислый газ и атмосферы, но не может поглощать его достаточно быстро, чтобы человечество могло заметить эффект в течение жизни. Компания Equatic хочет ускорить этот таймлайн: она планирует откачивать по тонне углерода каждые пять минут, пропуская морскую воду через наэлектризованные фильтры.
Химический процесс, убирающий углерод из воды, также создает кислород — потенциальный источник топлива, который компенсирует 40% энергетических затрат на фильтрацию. А отфильтрованный газ превратят в бикарбонат: материал, содержащийся в ракушках, который убережет атмосферу от углекислого газа на ближайшие 10 000 лет. Его можно даже вернуть назад в океан, или же использовать в качестве удобрения.
Многовековой ботанический эксперимент
Ботаник из Мичиганского государственного университета Уильям Джеймс Бил задумал эксперимент по жизнеспособности семян, который начался еще в 1879 году. Он хотел выяснить, как долго семена разных растений могут пребывать в состоянии спячки, прежде чем распуститься. Для этого Бил закопал бутылки с семянами 23 растений на глубину 0,9 м в спокойной, засекреченной точке. После этого ботаник начал выкапывать по бутылке каждые пять (позднее — 10) лет.
Удивительно, но опыт по-прежнему продолжается. Правда, теперь специалисты открывают по одной бутылке каждые 20 лет, потому что семена продолжают распускаться. Последняя бутылка была открыта в 2021 году, а черед следующей придет в 2040-м. Информация, полученная в ходе эксперимента, важна для понимания эволюции растений и развития семян: она может пригодиться в процессах восстановления природы и хранения семян.
