Рекорд Parker, чистый водород и антидепрессанты

Космический зонд NASA Parker установил рекорд скорости в качестве самого быстрого рукотворного объекта. В Массачусетском технологическом институте работают над самым чистым водородным топливом, а в Университете Копенгагена раскрыли секрет медленного действия антидепрессантов.

Ближе и быстрее

Космический зонд  Parker Solar Probe, запущенный в 2018 году для изучения верхних слоев атмосферы Солнца, установил еще один рекорд. Развив скорость 635 266 км/час, Parker стал самым быстрым рукотворным аппаратом в истории человечества.

С такой скоростью самолет смог бы облететь Землю 15 раз за час или пролететь от Нью-Йорка до Лос-Анджелеса всего лишь за 20 с небольшим секунд.

Достижение рекордной скорости стало не результатом работы космических двигателей, а является следствием удачно рассчитанного времени запуска и траектории, позволивших аппарату использовать гравитацию Венеры.

В настоящее время зонд совершил 17 оборотов вокруг Солнца, с каждым разом приближаясь к нему все больше, и сейчас он находится в рекордной близости — 7,26 млн км — от нашего светила. Если учесть, что диаметр Солнца чуть меньше 1,4 млн км, такое расстояние аналогично дистанции в несколько шагов от пылающего жерла вулкана.

В сентябре 2021 года Parker Solar Probe стал первым космическим аппаратом, сумевшим достичь альвеновской критической поверхности, куда долетает плазма, выброшенная Солнцем. Ее также называют верхним слоем солнечной атмосферы. На тот момент зонд находился на расстоянии 9,2 км от Солнца.

Предполагается, что зонд совершит еще 7 витков вокруг нашего светила, прежде чем прекратит свое существование. Ученые надеются, что к тому времени Parker передаст на Землю много полезной информации и сумеет установить новый рекорд скорости.

Солнечный поезд

В создании экологически чистого топлива будущего ученые полагаются на водород, с помощью которого можно приводить в движение грузовые автомобили, корабли и самолеты, путешествующие на дальние расстояния, не выбрасывая при этом парниковых газов.

Однако в настоящее время водород в основном производится с помощью природного газа и других ископаемых видов топлива, что делает его «серым» источником энергии.

Альтернативой ему может стать солнечный термохимический водород (STCH), полученный от возобновляемой солнечной энергии. Но существующие конструкции STCH пока что имеют ограниченную эффективность. Всего лишь около 7% поступающего солнечного света используется для производства водорода.

В Массачусетском технологическом институте (MIT) работают над новой конструкцией STCH, которая сможет использовать до 40% солнечного тепла и вырабатывать с его помощью гораздо большее количество водорода.

«Мы пытаемся достичь цели Министерства энергетики США, которая состоит в том, чтобы к 2030 году производить экологически чистый водород по цене $1/кг. Чтобы улучшить экономику, мы должны повысить эффективность и убедиться, что большая часть солнечной энергии, которую мы собираем, используется в производстве водорода», — сообщил ведущий автор исследования, профессор машиностроения Ахмед Гоньем.

Система MIT напоминает поезд из коробчатых реакторов, движущийся вокруг концентратора солнечной энергии (CSP). CSP представляет собой круговой массив из сотен зеркал, собирающих и отражающих солнечный свет в центральную приемную башню.

Система STCH поглощает тепло приемника и направляет его на расщепление воды и производство водорода. Этот процесс сильно отличается от электролиза, при котором для расщепления воды вместо тепла используется электричество.

В основе концептуальной системы STCH лежит двухэтапная термохимическая реакция. На первом этапе воздействуют металл и вода, разогретая до пара температурой 1 500 градусов Цельсия. Металл захватывает кислород из пара, оставляя после себя водород. Это «окисление» металла похоже на ржавление железа в присутствии воды, но происходит гораздо быстрее.

После отделения водорода окисленный металл повторно нагревается в вакууме, что обращает вспять процесс ржавления и регенерирует металл.

После удаления кислорода металл можно охладить и снова подвергнуть воздействию пара для получения большего количества водорода. Этот процесс можно повторять сотни раз. Система MIT призвана оптимизировать этот процесс.

В каждом реакторе поезда будет находиться металл, который подвергается обратимому ржавлению, выделяя при этом водород.

В процесс разработки STCH-конструктора пришлось решить несколько проблем подобных систем, в частности, рекуперации и повторного использования тепла, получаемого при нагревании-охлаждении металла, и создания энергоэффективного вакуума, в котором металл может избавиться от ржавчины. Некоторые прототипы создают вакуум с помощью механических насосов, однако эти насосы слишком энергоемки и дороги для крупномасштабного производства водорода.

Чтобы сохранить тепло внутри системы, исследователи добавили второй комплект реакторов, которые будут вращаться вокруг первого поезда, двигаясь в противоположном направлении.

Эта внешняя цепочка реакторов будет работать при более низких температурах и использоваться для откачки кислорода из более горячей внутренней цепочки без необходимости использования энергоемких механических насосов. Обе реакторные линии будут работать непрерывно, генерируя отдельные потоки чистого водорода и кислорода.

Кроме того, чтобы восстановить большую часть тепла, которое в противном случае ушло бы из системы, реакторам на противоположных сторонах кольцевой трассы разрешено обмениваться теплом: горячие реакторы охлаждаются, а холодные реакторы нагреваются.

«Если проект удастся реализовать, это может радикально изменить наше энергетическое будущее, а именно, обеспечить возможность производства водорода круглосуточно и без выходных», — считает доцент кафедры химического машиностроения в Университете Аризоны Кристофер Мухич.

В следующем году команда MIT намерена создать прототип системы, которую они планируют протестировать в лабораториях Министерства энергетики США.

Эффект плацебо и антидепрессанты

Многие антидепрессанты необходимо принимать в течение нескольких недель, прежде чем люди начинают чувствовать улучшение. Задержка терапевтического действия была загадкой для психиатров с тех пор, как антидепрессанты начали использоваться на практике более 50 лет назад. 

Исследователям Университета Копенгагена удалось раскрыть данный секрет, обнаружив, что это происходит из-за увеличения плотности синапсов в неокортексе — структуре мозга, отвечающей за высшие функции, такие как сенсорное восприятие, эмоции и познание.

Медики набрали группу из 32 добровольцев, 17 из которых получали ежедневную дозу по 20 г эсциталопрама (Lexapro), тогда как оставшиеся 15 человек получали плацебо. Примерно через 3-5 недель мозг участников эксперимента сканировали с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), обнаружив существенное различие плотности синапсов в двух группах.

У тех, кто получал лекарство, было выявлено значительное количество белка (гликопротеина синаптических везикул 2А), соответствующее увеличению связей между нервными клетками. Тогда как у принимавших плацебо таких изменений не оказалось.

«Мы обнаружили, что у тех, кто принимал SSRIs (ингибиторы серотонина), с течением времени наблюдалось постепенное увеличение количества синапсов в неокортексе и гиппокампе мозга по сравнению с теми, кто принимал плацебо. Мы не видели никакого эффекта у тех, кто принимал плацебо», — сообщил исследователь Гитте Кнудсен из Университетской больницы Копенгагена.

Результаты исследования были представлены на конференции Европейского колледжа нейропсихофармакологии в Барселоне и одновременно опубликованы онлайн в журнале Molecular Psychiatry.

Работа ученых представила дополнительные доказательства того, что усиление функции серотонина в мозге может иметь длительную пользу для здоровья

Источники: Scienalert, TechXplore, MedicalXpress