Солнечная энергия

В открытом космосе не помогут ни шорты, ни шуба нуден специальный костюм

Всем нам с самого детства известно, что в африканских странах обычно царит жаркая погода, а в Антарктиде всегда холодно. Но задумывались ли вы когда-нибудь о том, насколько тепло или холодно в открытом космосе? Температура является результатом движения молекул, из которых состоят все материальные объекты чем быстрее движутся эти крошечные частицы, тем объект горячее. Так как в космосе нет никаких частиц и он считается вакуумным пространством, понятие температура к нему совершенно не применимо. Однако, чтобы ответ на интересующий многих людей все-таки существовал, ученые уверяют, что температура космоса это абсолютный ноль. Но значит ли это, что космические корабли не нагреваются в космосе до высоких температур и там всегда относительно хорошая погода? Что-то не верится, поэтому давайте разбираться.

Вакуум это пространство, в котором нет никаких веществ, даже воздуха. С переводе с латинского, слово vacuus переводится как как пустой.

Погода в космосе

Если говорить коротко, то абсолютный ноль это самая низкая температура, которая возможна во Вселенной, холоднее уже некуда. В Цельсиях этот показатель равен -273,15 градусам. При такой температуре атомы, которые являются мельчайшими частицами всех химических элементов, полностью перестают двигаться. В открытом космосе молекулы есть, но их очень мало, так что они практически не взаимодействуют друг с другом. Движения нет, а это явный признак абсолютного нуля, подробнее о котором написано в этом материале.

Интересный факт: самая холодная температура воздуха на нашей планете была зафиксирована в 1983 году, на территории Антарктиды. Тогда столбики термометров опустились до -89,15 градусов Цельсия

Экстремальные условия космоса

Итак, по словам ученых, в открытом космосе температура равна -273,15 градусам Цельсия. Но это совершенно не значит, что все попадающие в космос объекты мгновенно обретают ту же температуру. Как и на поверхности нашей планеты, космические корабли, спутники и другие объекты могут нагреваться и охлаждаться, причем до экстремальных уровней. Но передача тепла в космосе возможна только одним способом.

Вообще, существует три способа передачи тепла:

• проводимость, которую можно наблюдать при нагревании металлического стержня если нагреть один конец, со временем горячей станет и противоположная часть;
• конвекция, которую можно наблюдать, когда теплый воздух перемещается из одной комнаты в другую;
• излучение, когда испускаемые космическими объектами элементарные частицы вроде фотонов (частиц света), электронов и протонов объединяются, образуя движущиеся частицы.

Как вы уже догадались, в космосе объекты нагреваются под воздействием активности элементарных частиц ведь мы уже выяснили, что температура является результатом движений молекул? Фотоны и другие элементарные частицы могут излучаться Солнцем и другими космическими объектами.

Читайте также: Солнце величайшая загадка нашей звездной системы

Насколько сильно и быстро будут нагреваться или охлаждаться попавшие в космос объекты, напрямую зависит от их местоположения относительно звезд и планет, размеров, формы и так далее. Например, летящий в космосе космический корабль будет буквально раскален со стороны Солнца, а его теневая сторона будет очень холодной. Чем дальше корабль находится от небесного светила тем сильнее будет разница в степени нагрева.

При строительстве космических кораблей важно учитывать экстремальные изменения температур

Международная космическая станция постоянно находится под воздействием солнечного света. Сторона, которая обращена к Солнцу, нагревается до 260 градусов Цельсия. Теневая сторона, в свою очередь, охлаждена до 100 градусов Цельсия. Экипажу космической станции иногда приходится выходить на поверхность конструкции и подвергаться резким сменам температур. Поэтому их костюмы оснащены системой нагрева и охлаждения, благодаря которой исследователи космоса чувствуют себя относительно комфортно.

О том, какие бывают скафандры, недавно писал мой коллега Артем Сутягин. Оказывается, они бывают не только космическими.

Чем дальше от Солнца расположены космические объекты, тем они холоднее. Например, температура на Плутоне, которая расположена очень далеко, равняется -240 градусам Цельсия. А самое холодное место во Вселенной расположено в туманности Бумеранг температурный режим в этом регионе равен -272 градусам Цельсия.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там вы найдете материалы, которые не были опубликованы на сайте!

В общем если вы когда-нибудь фантастическим образом окажетесь в открытом космосе, вам понадобится костюм, внутри которого температура будет регулироваться автоматически. Но резкие изменения температуры не единственная проблема, которая будет вас поджидать. В космическом пространстве человеческое тело терпит много изменений, о которых можно почитать в этом материале.

Цвет кожи зависит от целого ряда факторов

Несколько миллионов лет назад цвет кожи наших предков не был очевиден. Все потому, что ранние гоминиды почти наверняка были покрыты темным мехом; под ним, вероятно, была бледная кожа. Эти предположения исходят из того факта, что у наших эволюционных кузенов шимпанзе и горилл под темным мехом светлая кожа. В ходе эволюции наши предки потеряли шерсть, а кожа приобрела пигмент. Хотя точное время и причины этого явления обсуждаются, многие исследователи сходятся во мнении, что, когда люди теряли шерсть, она помогала им сохранять хладнокровие: ведь предки человека охотились (на двух ногах) под лучами палящего Солнца в Экваториальной Африке. Компромиссом, однако, стала голая кожа, подверженная интенсивным, круглогодичным ультрафиолетовым лучам. По мнению ученых, цвет кожи человека отражает эволюционное равновесие, происходившее десятки тысяч лет назад. Существует убедительное объяснение того, почему тон кожи человека меняется в виде глобального градиента, причем самые темные популяции находятся вокруг экватора, а самые светлые вблизи полюсов.

Солнечный свет и цвет кожи

Примерно 1-2 миллиона лет назад более темная кожа, вероятно, лучше защищала запасы фолата (соединение фолиевой кислоты) в организме. Это питательное вещество играет определенную роль в деятельности ДНК, но его основное влияние на эволюционную приспособленность способность человека выживать и размножаться заключается в развитии плода. Когда беременным женщинам не хватает фолиевой кислоты, это может привести к дефектам нервной трубки (врожденная патология при нехватке фолата). Большинство дефектов нервной трубки являются изнурительными или смертельными.

Проведенные ранее эксперименты показали, что солнечный свет расщепляет фолат, как изолированную молекулу, в плазме крови и биопсии кожи. Считается, что темная кожа препятствует расщеплению, так как в ней содержится большее количество меланина темно-коричневого пигмента, который поглощает ультрафиолетовые лучи и химически обезвреживает их вредные побочные продукты.

Цвет кожи человека отражает эволюционное равновесие, происходившее десятки тысяч лет назад. Существует убедительное объяснение того, почему тон кожи человека меняется в виде глобального градиента, причем самые темные популяции находятся вокруг экватора, а самые светлые вблизи полюсов.

Карта цвета кожи. Цвет кожи человека, встречающийся у коренных народов, меняется в зависимости от широты.

Говоря простыми словами, темный цвет лица выгоден в более солнечных регионах, точно так же, как и светлая кожа, в более холодных и менее освещенных регионах. Цветовой градиент человечества, вероятно, имеет мало общего с солнечными ожогами или даже раком кожи. Вместо этого цвет лица был сформирован противоречивыми требованиями двух основных витаминов: фолата и витамина D. Фолат разрушается ультрафиолетовым (УФ) излучением Солнца, в то время как кожа начинает вырабатывать витамин D после воздействия тех же самых лучей.

Чтобы удовлетворить все необходимые потребности, людям нужна счастливая средняя доза солнечного света. В то время как интенсивность ультрафиолетовых лучей диктуется географией, количество фактически проникающих в вашу кожу УФ-лучей зависит от степени пигментации или цвета кожи.

Это основное объяснение, предложенное в 2000 году и дополненное с тех пор антропологом Ниной Яблонски и географом Джорджем Чаплиным. Но для полной истории цвета кожи мы должны вернуться к более волосатым дням человеческой истории.

Покидая тропики

Наши предки покидали экваториальную Африке в разное время. Люди отправлялись и на север, и на юг, в более высокие широты с меньшим количеством солнечного света. Именно тогда витамин D стал проблемой. Как и фолиевая кислота, этот витамин важен для эволюционного развития. Он способствует усвоению кальция, необходимого для здоровья костей и иммунитета. Витамин D может вырабатываться в коже, но только тогда, когда этот процесс инициируется определенными длинами волн ультрафиолетовых лучей.

Еще больше увлекательных статей об эволюции Homo Sapiens и других видов, читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.

Недавно ученые представили электронную кожу, улавливающую даже дуновение ветра

Вдали от тропиков большую часть года не хватает ультрафиолетового излучения нужной длины волны для клеток кожи, чтобы сформировать витамин D. Это показали результаты исследования 1980-х годов. Выходит, чтобы получать достаточное количество витамина D круглый год в высокоширотных местах, люди должны полагаться на запасы тела, накопленные в течение летних месяцев, или же получать питательные вещества через продукты, например жирную рыбу. Но чем темнее ваша кожа, тем труднее поддерживать достаточный уровень витамина D. В исследованиях, сравнивающих темнокожих и светлокожих жителей северных городов, более бледные люди имели более высокий уровень витамина D в течение всего года. Дело в том, что их менее пигментированная кожа пропускала больше лучей.

От светлых до темных различных

Различные цвета кожи эволюционировали в разное время в разных популяциях. Это происходило по мере распространения людей по всему земному шару. В дополнение к этим генетическим биологическим изменениям, у разных групп людей развились культурные адаптации: например, мы можем потреблять пищу, богатую фолиевой кислотой и витамином D. А еще мы умеем строить укрытия, носить одежду и пользоваться солнцезащитным кремом, чтобы блокировать ультрафиолетовые лучи и не обгореть на солнце.

Как пишет издание Discover, цвет кожи это один из самых очевидных и (в буквальном смысле) поверхностных способов отличия одного человека от другого. Но эволюционная история, лежащая в основе этой вариации, является общей: на протяжении человеческой эволюции цвет кожи эволюционировал от светлого к темному, к непрерывному градиенту, опосредованному географией, генами и культурными практиками.

Большое количество пятен на Солнце свидельтсвует о повышенной солнечной активности, в то время как их малое количество или полное отсутствие о пониженной

Несмотря на то, что Стивен Хокинг называл Солнце «ничем не примечательной звездой», этот гигантский шар, состоящий из газов, поддерживает жизнь на нашей планете, излучая свет и энергию, необходимые всем живым существам. Согласно результатам работы, опубликованной в журнале Science, наша звезда по-настоящему уникальна. Авторы исследования объединили 4 года фотометрических наблюдений космического телескопа «Кеплер» с астрометрическими данными космического телескопа Gaia и оценили вариации яркости 369 звезд, похожих на Солнце. Результаты показали, что другие звезды в среднем в пять раз активнее и ярче нашей родной звезды. Примечательно, что все 369 звезд имели равную с Солнцем массу, температуру, состав и период вращения. Хотя исследователи не совсем уверены, что делает Солнце таким уникальным, у них есть несколько возможных объяснений. Одно из них гласит, что «Солнце находится в кризисе среднего возраста». Но обо всем по порядку.

Особый «солнечный минимум»

Объект, находящийся в центре Солнечной системы, силой своей гравитации удерживает все планеты на орбите и обеспечивает наш голубой мир необходимым количеством света и тепла. И точно так же, как все живые организмы на нашей планете, Солнце проходит через жизненные этапы и изменения, которые астрономы могут отследить и в результате предсказать поведение звезды. Как я писала ранее, в настоящий момент ученые называют фазу, в которой пребывает звезда, солнечным минимумом.

Если вкратце, то солнечный минимум это период жизни звезды, в который она проявляет наименьшую за весь солнечный цикл, равный 11 годам, активность. За все эти 11 лет Солнце переживает энергетические пики активности, за которыми неизменно следует ее снижение, а затем снова увеличение и снова снижение и так по кругу.

Когда солнечная активность достигает своего максимума, на Солнце наблюдается больше пятен и вспышек, а во время наименьшей активности, прямо как сейчас, пятен и вспышек на звезде практически нет.

Однако нынешний солнечный минимум астрономы называют «великим». Дело в том, что последний раз подобная аномально низкая солнечная активность наблюдалась между 1650 и 1715 годами, во время так называемого Малого ледникового периода в Северном полушарии Земли, «когда сочетание охлаждения от вулканических аэрозолей и низкой солнечной активности привело к снижению температуры поверхности», как сообщает блог NASA Global Climate Change.

Солнце по-настоящему особенная звезда, хотя бы потому, что дарим нам с вами тепло и энергию

Новое понимание процессов, происходящих с нашей звездой показывает, какое будущее ожидает Солнце и как это повлияет на нас здесь, на Земле. Более того, авторы научной работы предполагают, что Солнце, возможно, переживает «кризис среднего возраста». Но как это понимать?

Кризис среднего возраста

Как пишут авторы исследования, они хотели посмотреть, отличается ли Солнце каким-то образом от других звезд такого же размера и массы. Они также указывают на то, что солнечная активность частично зависит от магнитного поля Солнца. Яркость Солнца отражается на изменениях магнитных полей, в результате чего изменения магнитных полей звезды приводят к колебаниям ее яркости.

Примечательно, что магнитное поле Солнца также может быть ответственно за его таинственный 11-летний цикл.

Напомним, что каждые 11 лет магнитное поле Солнца проходит через периодический цикл, в котором Южный и Северный полюса существенно меняются местами. Ближе к концу этого цикла активность солнца начинает возрастать, с большим количеством солнечных вспышек и материала, вырывающегося в космос. Ученые из Института солнечных исследований Макса Планка пишут. том, что «действительно не знают, почему цикл длится 11 лет или как он генерируется. У других звезд тоже есть циклы, но их продолжительность колеблется от трех до восьми лет.»

Солнечный минимум и максимум выглядят так

Хотя исследователи не совсем уверены, что делает Солнце таким уникальным, у них есть несколько возможных объяснений. Одна из возможностей заключается в том, что Солнце станет таким же активным в какой-то момент в будущем, а другие звезды просто находятся в другой фазе своего жизненного цикла. Однако это может произойти где-то между 10 000 и миллионом лет, или даже 10 миллионов лет, исследователи не совсем уверены. Но если это произойдет и Солнце станет таким же активным, как другие 369 звезд, использованных в исследовании, это будет иметь последствия для нас на Земле.

Читайте также: Только посмотрите! Самые детальные фотографии поверхности Солнца

В какой-то момент в течение своего нынешнего 11-летнего цикла Солнце будет выбрасывать кипящую горячую плазму в виде солнечных вспышек по всей Солнечной системе. Если бы Солнце стало более активным, то эти высокоэнергетические события могли бы происходить чаще и иметь более энергичные вспышки. Эти солнечные бури нарушают связь на Земле и влияют на орбитальные спутники.

«Другое объяснение заключается в том, что Солнце находится в кризисе среднего возраста». Возраст Солнца составляет около 4,5 миллиардов лет, а это примерно половина жизненного цикла звезды. По этой причине исследователи предполагают, что звезды, возможно, вступают в какой-то переходный период в середине своего жизненного цикла, когда они становятся менее активными, прямо и мы с вами. А что вы думаете по поводу уникальности нашей звезды и причин снижения ее активности? Ответ будем ждать здесь!

Практически пустая улица в Дели, город, в котором ужасающе высокий уровень загрязнения воздуха

Солнечные батареи преобразуют солнечные лучи в электричество, однако еще в 2013 году Ян Мариус Питерс доказал, что загрязнение воздуха способно уменьшить мощность солнечной панели по крайней мере на 12%. Более того, согласно результатам нового исследования, загрязнение воздуха и солнечная энергия взаимодействуют в самоусиливающейся сети. Высокий уровень загрязнения воздуха блокируют солнечный свет, тем самым усиливая загрязнение, что снижает производительность солнечных панелей. Исследователи предположили, что замена источников загрязнения воздуха технологиями, работающими на солнечной энергии, сделает воздух в городах чище, а значит, поможет избежать катастрофических последствий изменения климата. Пандемия коронавируса показала, что это возможно.

Пандемия и загрязнение воздуха

Изменение климата, как показали результаты многочисленных исследований, стремительными темпами меняет нашу планету. Добыча ископаемого топлива, избыточное потребление и загрязнение окружающей среды лишь некоторые из факторов, способствующих глобальному потеплению. Одной из наиболее острых проблем, вызванных изменением климата является загрязнение воздуха. Согласно данным Института инженеров транспорта (Institute of Transportation Engineers), по мере закрытия ресторанов и магазинов, а также введения карантинных мер в городах по всему миру во время пандемии COVID-19, ежедневное движение транспорта основного источника загрязнения воздуха сократилось на 30%, 40% и 50%, а в некоторых случаях даже на 60%.

Сегодня Ян Мариус Питерс, сотрудник Института Гельмгольца в Эрлангене-Нюрнберге по возобновляемым источникам энергии в Германии (именно ему в 2013 году ему удалось выяснить, что из-за загрязнения воздуха когда небо становится туманным мощность солнечных панелей снижается на 12%), автор нового исследования, опубликованного в журнале Joule, убежден, что пандемия нового коронавируса доказала, что переход на солнечную энергию сделает воздух в городах чище.

Так выглядят улицы Нью Дейли в самый обычный день

Это интересно: Может ли солнечная электростанция вырабатывать электричество по ночам?

В последние годы Питерс изучает загрязнение воздуха в одном из самых густонаселенных городов мира Нью-Дели, Индия. Как говорится в официальном заявлении пресс-релиза исследования, Дели один из самых загрязненных городов на планете. В 2019 году 25 миллионов жителей этого индийского города носили защитные маски исключительно для того, чтобы отфильтровать токсичный воздух. В конце 2019 года вдыхать воздух в Дели было равносильно выкуриванию 50 сигарет. Питерс также отмечает, что сокращение вредных выбросов в атмосферу в Индии произошло внезапно.

Пандемия и солнечные панели

Согласно полученным результатам, локдаун вызванный covid-19 привел не только к практически 50-процентному сокращению загрязнения воздуха в Дели, но также к необычно высокому уровню солнечного света, достигшего солнечных панелей. В исследовании говорится, что «в конце марта 2020 года фотоэлектрические установки Нью-Дели получали намного больше солнечного света, чем в предыдущие годы, и будут продолжать вырабатывать рекордное количество электроэнергии до тех пор, пока уровень загрязнения воздуха остается низким.»

Как думаете, сможет ли мир после пандемии перейти на другие источники энергии и отказаться от ископаемого топлива? Ответ будем ждать здесь!

Ученые ожидают, что то же самое будет справедливо и для фотоэлектрических установок в других городах с высоким уровнем загрязнения воздуха и связанными с COVID-19 ограничениями, например, в Калькутте, Мумбаи, Ухане, Дакке и т. д. Сравнивая последние данные о качестве воздуха и погоде в Дели в 2017-2020 годах (включая характеристики загрязнения воздуха и инсоляции) ученые количественно определили аномалии за периоды до и после принятия мер. Так, в конце марта солнечного света было больше на 8,3% чем обычно, а в апреле примерно на 5,9%.

Солнечная батарея это объединение фотоэлектрических устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток

Инсоляция это облучение поверхностей солнечным светом, данные о которой были получены с помощью пиранометра, расположенного рядом с коммерческой фотоэлектрической установкой в Пашим Вихаре, Дели. Пиранометры небольшие устройства, которые преобразуют глобальное солнечное излучение в электрические сигналы, которые можно измерить для изучения. Примечательно, что пиранометры можно использовать для любых проектов, связанных с солнечной энергией от сельского хозяйства до измерения эффективности солнечных панелей. Затем были проанализированы данные за четыре временных периода: февраль; период с 1 марта по 20 марта; с 21 марта по 31 марта; и апрель.

После пандемии мир не будет прежним. Однако нам удалось узнать, что воздух может стать чище, а сгладить последствия изменения климата реально. Я считаю, что солнечные панелии могут играть важную роль в борьбе с глобальным потеплением и что в будущем наличие большего количества фотоэлектрических установок поможет наладить положительную обратную связь, которая приведет к лучшему миру и чистому воздуху.

Ян Мариус Питерс, Институт Гельмгольца в Эрлангене-Нюрнберге по возобновляемым источникам энергии, Германия, в интервью изданию Inverse.

Мы наконец-то знаем, что случилось с (большей частью) отсутствующей атмосферой Марса всему виной солнечный ветер.

Около четырех миллиардов лет назад, когда на Марсе была атмосфера, он вероятно, был очень похож на Землю: многочисленные реки и озера на поверхности планеты купались в лучах Солнца, создавая необходимые условия для возникновения жизни. Но потом что-то произошло и изолирующая атмосфера Марса почти исчезла. Подвергаясь воздействию космической стихии, Красная планета с течением времени превратилась в сухую, замерзшую пустошь, какой мы знаем ее сегодня. Вопрос о том, что же на самом деле произошло с марсианской атмосферой до недавнего времени ставил ученых в тупик, но данные, полученные с помощью миссии NASA MAVEN, расставили все точки над i. Исследователи, работающие над проектом подсчитали, что большая часть атмосферы Марса была унесена солнечными ветрами потоками заряженных частиц, которые постоянно исходят от нашей звезды. Интересно и то, что Красная планета и сегодня продолжает терять часть своей атмосферы.

Атмосфера на Марсе

На самом деле исследователям уже довольно давно известно, что Марс продолжает терять остатки своей атмосферы. Но данные, полученные с помощью миссии MAVEN, указали насколько важным был этот процесс на протяжении всей истории планеты. Ученые из Центра космических полетов имени Годдарда NASA пришли к выводу, что большая часть атмосферы Марса была потеряна в космосе, а не заперта на планете, что и является основной причиной атмосферных потерь. Ключом к разгадке тайны стало измерение благородного газа аргона.

Напомним, что к благородным газам группе химических элементов со схожими свойствами относятся гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радиоактивный радон. При нормальных условиях они представляют собой одноатомные газы без цвета, запаха и вкуса с очень низкой химической реактивностью.

Авторы исследования, опубликованного в журнале Science еще в 2017 году, обратили пристальное внимание на солнечный ветер: заряженные частицы, исходящие от Солнца, врезаются в молекулы в атмосфере, создавая новые заряженные частицы ионы. Солнечный ветер легко подхватывает ионы и уносит их в космос. Интересно, что в ходе этого процесса из атмосферы пропадают более легкие молекулы. Это происходит, так как такие молекулы с большей вероятностью поднимаются высоко в атмосферу, куда ударяет солнечный ветер.

Более чем половина марсианской атмосферы было унесено в космос солнечными ветрами.

Благодаря измерениям MAVEN, ученые сравнили концентрации аргона-36 и аргона-38 (атомов с 36 и 38 нейтронами) на разных высотах в атмосфере и определили сколько более легкого аргона-36 пропало из атмосферы с течением времени. Затем они использовали эту информацию для моделирования воздействия солнечного ветра на другие типы молекул в атмосфере Марса и пришли к выводу, что около 66% атмосферы Марса улетучилось в космос за последние четыре миллиарда лет или около того.

Это интересно: Через два месяца марсоход NASA Настойчивость приземлится на Красной планете

Проблемы с терраформированием

В будущем команда MAVEN надеется поближе взглянуть на то, как менялись другие изотопы в марсианской атмосфере с течением времени. Особый интерес для исследователей представляют углерод (из-за его изолирующих свойств), а также кислород и водород, так как именно они образуют другие необходимые ингредиенты для жизни, какой мы ее знаем. Интересно, что концентрация углерода в марсианской атмосфере зависит от времени года, так как зимой он замерзает в лед на полярных шапках, а в теплое время года сублимируется в пар. Углерод также вступает в химические реакции, образуя различные молекулы, а вот аргон намного проще он просто находится в атмосфере никак не взаимодействуя с другими молекулами.

Исследователи отмечают, что загадка исчезновения атмосферы на Марсе пока только частично раскрыта. Хотя большая ее часть теряется в космосе, многие другие процессы на планете, возможно, также сыграли играли незначительную роль в исчезновении атмосферы.

Еще больше увлекательных статей о том, как человечество покоряет Красную планету и другие тела Солнечной системы читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.

Если человечеству удасться терраформировать Марс, он будет весьма похож на нашу планету.

К сожалению, полученные результаты могут несколько затруднить работу людей, которые предлагают сделать Красную планету теплее и более похожей на Землю, выпустив в атмосферу толстый слой CO2 и других парниковых газов. На самом деле терраформирование Марса было бы намного проще, если бы углерод просто осел в полярных ледяных шапках и марсианских скалах, терпеливо дожидаясь, когда люди выпустят его на свободу. Но, судя по тому, что мы знаем сегодня, большая часть углерода на Марсе исчезла навсегда. По мнению исследователей, того количества углерода, что осталось на Красной планете сегодня недостаточно, чтобы образовать достаточно толстый слой атмосферы, для жизни на Марсе таких существо как мы с вами.

В общем и целом, исследователи отмечают, что с помощью ингредиентов, обнаруженных на Марсе, планету невозможно терраформировать.» Но отчаиваться не стоит, так как мы всегда сможем привезти на Красную планету собственный углерод. Чего-чего, а СО2 на Земле более чем достаточно. О том, почему избыточное количество углекислого газа оказывает разрушительное воздействие на климат нашей планеты, читайте в этой статье.

Солнечная энергия пока используется довольно мало, а зря

Пока коронавирус ещё блуждает по планете, народ сидит по домам, а некоторые компании задумываются о том, чтобы перенести работу на «удалёнку» навсегда. Но если все будут сидеть по домам, то стоит ли людям задуматься о том, чтобы сделать из своего дома независимую крепость? Ответ на этот вопрос сугубо личный для каждого, но если кто-то из вас заинтересован в этом, то вам понравится новая разработка от сингапурских учёных. Их изобретение позволило добывать энергию из тени.

Как работают солнечные батареи?

Вообще есть два типа устройств на солнечной энергии. Одни называются солнечными батареями, а другие солнечными коллекторами. В чём между ними разница?

Солнечная батарея объединение фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток.

Солнечный коллектор устройство для сбора тепловой энергии Солнца, переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением. Солнечный коллектор собирает тепло, нагревая теплоноситель.

Солнечный коллектор — слева и солнечная батарея — справа

Генератор на теневом эффекте

В период солнечного минимума учёные из Сингапура предложили нечто иное. Прибор работает на контрасте света и тени, преобразую этот самый контраст в электричество. Для удобства генератор прозвали SEG (shadow effect energy generator). Контраст вызывает разницу потенциалов — необходимое условие возникновения тока.

SEG представляет собой набор ячеек на прозрачной пластиковой пленке. Данные ячейки ничто иное как золотая пленка на кремниевой пластине. Что удивительно, несмотря на наличие золотой плёнки, SEG выходит дешевле, чем просто кремниевые аналоги. Но на этом плюсы не заканчиваются. Проведя эксперименты, стало ясно, что в условиях переменной освещенности SEG в 2 раза эффективнее солнечных батарей, причем максимальное количество электричества удалось получить, когда половина поверхности была освещена, а другая половина находилась в тени. Худшие результаты зафиксированы при полной освещённости и полной тени.

Возможно, вас заинтересует: что случится с Солнцем в будущем?

На данный момент, SEG создавался под смартфоны и мелкую бытовую электронику, требующую периодической подзарядки. Из-за ориентированности на переменную освещенность, теневой генератор должен заменит солнечные батареи в домах.

Ещё в SEG обнаружилась интересная особенность, которая открывает для него немного иной рынок. В связи с тем, что генератор мониторит изменение освещённости, он может служить автономным датчиком движения. Учёные провели очередной эксперимент, и догадка подтвердилась. Когда человек или домашнее животное отбрасывают даже прерывистую тень датчик запускается и ведёт запись. Для систем сигнализаций это может стать интересной альтернативой обычным датчикам и камерам, так как SEG полностью автономен.

Если вы соблюдаете карантин и редко выходите из дома, рекомендуем вам посетить наш телеграм-канал, чтобы не упустить ни одной важной новости!

Работа по улучшения генератора продолжается: сейчас ученые пробуют заменить золото другим материалом, чтобы ещё снизить себестоимость.

Где можно применить новый генератор на теневом эффекте?

Генератор на теневом эффекте

Первое, что приходит в голову — установка на электромобили, которым на нашем сайте выделен целый раздел. Так как в реалиях жизни не бывает такого, что все автомобили всегда стоят полностью освещёнными. Где-то тень отбрасывает дом, где-то дерево, а иногда солнце просто смещается в течение дня, и освещённость падает. При условии, что таких «проблем» при массовом использовании будет много, плюс вдвое более эффективные показатели SEG сыграют свою роль, и данная технология может быть глобализирована.

Могут ли быть глобализированы электромобили, и как данный процесс продвигается в России? Не знаете, читайте тут

Второе — замена нынешних солнечных батарей на рынке. На данный момент, солнечные батареи стоят настолько дорого, что даже при условии получения желаемой автономности, окупаться они будут крайне долго. В некоторых случаях, период отбивания средств достигается через 10-20 лет. Если SEG вдвое более эффективен, то игра, возможно, будет стоит свеч. Получится ли реализовать задуманное у сингапурских учёных, узнаем в ближайшее время.

Есть надежда, что данное изобретение станет шагом к экологически чистому будущему, ведь, в отличие от большинства «зелёных» изобретений, SEG не стоит как самолёт, а наоборот дешевле и работает лучше. На мой взгляд, если Сингапур не пожадничает и сделает данный генератор доступным для всех слоёв населения, то он молниеносно завоюет рынок.

Вы уже пользуетесь солнечными батареями? Если да, поделитесь в комментариях или нашем телеграм-чате, как вы расцениваете новую разработку сингапурских учёных, и приобретёте ли вы для личных целей такой генератор?

Солнечные панели позволяют сделать электричество чуть ли не бесплатным.

Солнце есть и будет всегда! Возможно, это слишком смелое заявление, но это действительно так. По крайней мере, с точки зрения человечества. Пусть оно и взорвется через сколько-то там миллионов лет, но к тому времени мы уже покинем эту планету или сами, или в виде кучки пепла, которую развеет в космосе очередной огромный камень, налетевший на наш голубой шарик. Именно из-за такой стабильности Солнца его можно и нужно использовать для получения энергии. Люди уже давно научились это делать и сейчас продолжают совершенствовать технологии солнечной энергетики. Но как же работают солнечные панели, батареи и вообще, как можно превратить свет в электричество внутри розетки?

Когда появились солнечные батареи

Солнечные батареи были изобретены достаточно давно. Впервые эффект преобразования света в электричество был обнаружен Александром Эдмоном Беккерелем в 1842 году. Для создания первых прототипов потребовалось почти сто лет.

В 1948 году, а именно 25 марта, итальянский фотохимик Джакомо Луиджи Чемичан смог сделать то, что мы теперь используем и развиваем. Спустя 10 лет в 1958 году технология впервые была опробована в космосе в качестве элемента питания американского спутника, названного Авангард-1. Спутник был запущен 17 марта, а уже 15 мая того же года это достижение повторили в СССР (аппарат Спутник-3). То есть технологи начала массово применяться в разных странах почти одновременно.

Использование солнечных панелей в космосе — обычная практика.

Подобные конструкции применяются в космосе до сих пор, как важный источник энергии. А еще их используют на Земле для обеспечения энергией домов и даже целых городов. А еще их начали встраивать в гражданские электромобили для обеспечения большей автономности.

Как работают солнечные панели

Стоит немного уточнить, что понятие солнечная батарея не очень правильное. Точнее правильное, но не имеющее отношение к тем системам питания, о которых мы говорим. Батарея там обычная, но получает энергию от солнечных панелей, которые преобразуют в электричество свет солнца.

Есть и еще одна энергия будущего - токамак. Просто о термоядерном реакторе, которого пока нет.

В основе солнечной панели лежат фотоэлектрические ячейки, которые помещены внутрь общей рамы. Для создания таких ячеек чаще всего используется кремний, но возможно использование и других полупроводников.

Энергия вырабатывается в тот момент, когда на полупроводник попадают солнечные лучи и нагревают его. В результате этого внутри полупроводника высвобождаются электроны. Под действием электрического поля электроны начинают двигаться более упорядоченно, что и приводит к появлению электрического тока.

Примерно так выглядит солнечная панель.

Для того, чтобы получить электричество, надо подключить контакты к обеим сторонам фотоэлемента. В результате этого он начнет питать электричеством подключенный потребитель или просто заряжать батарею, которая потом будет отдавать электричество в сеть, когда это понадобится.

Tesla может сделать электрическую маршрутку на базе Model 3

Основной упор на кремний делается из-за его кристаллических особенностей. Впрочем, в чистом виде кремний сам по себе является плохим проводником и для изменения свойств к нему делается крайне малое количество примесей, которые улучшают его проводимость. В основном в число примесей входит фосфор.

Как полупроводники вырабатывают электричество?

Полупроводник является материалом, в атомах которого либо есть лишние электроны (n-тип), либо их не хватает (p-тип). То есть полупроводник состоит из двух слоев с разной проводимостью.

В качестве катода в такой схеме используется n-слой. Анодом является p-слой. То есть электроны из первого слоя могут переходить во второй. Переход происходит за счет выбивания электронов фотонами света. Один фотон выбивает один электрон. После этого они, проходя через аккумулятор, попадают обратно в n-слой и все идет по кругу.

Когда энергия выработана, все начинается по кругу, а свет всегда горит.

В современных солнечных панелях в качестве полупроводника используется кремний, а начиналось все с селена. Селен показал крайне низкий КПД — не более одного процента — и ему сразу стали искать замену. Сейчас кремний в целом удовлетворяет требования промышленности, но есть у него и один существенный минус.

Как связаны коронавирус, солнечные панели и загрязнение воздуха?

Обработка и очистка кремния для приведения его к тому виду, в котором его можно будет использовать, является достаточно затратной процедурой. Чтобы снизить стоимость производства, проводят эксперименты с его альтернативами — медью, индием, галием и кадмием.

Эффективность солнечных панелей

Есть у кремния еще один минус, который не так существенен, как стоимость, но с которым тоже надо бороться. Дело в том, что кремний очень сильно отражает свет и из-за этого элемент вырабатывает меньше электричества.

Даже повесив столько панелей, все равно надо обеспечивать их нормальную работу. В том числе бороться с отражением света.

Как солнечный свет влияет на продуктивность человека?

Для того, чтобы уменьшить такие потери, фотоэлементы покрывают специальным антибликовым покрытием. Кроме такого слоя, надо использовать и защитный слой, который позволит элементу быть более долговечным и противостоять не только дождю и пыли, но даже падающим веткам небольшого размера. При установке на крыше дома это очень актуально.

Солнце -сила! Ее надо использовать!

Несмотря на общую удовлетворенность технологией и постоянную борьбу за улучшение показателей, современным солнечным панелям все равно есть куда стремиться. На данный момент массово производятся панели, которые перерабатывают до 20 процентов попадающего на них света. Но есть и более современные панели, которые пока доводятся до ума — они могут перерабатывать до 40 процентов света.

А вообще, солнечная энергетика это круто! И помните, даже при таком «пАлящем» солнце система будет работать.

Илон Маск рассказал о главном проекте на 2021 год. И это не автомобили

Каждый год компания Tesla удивляет людей чем-то новым. За прошедшие пять лет она показала миру несколько совершенно новых электрических автомобилей. К ним относятся относительно недорогой электромобиль Tesla Model 3, кроссовер Tesla Model Y, электрический грузовик Tesla Semi и футуристичный пикап Tesla Cybertruck. А текущий 2020 год явно запомнится тем, что компания запустила предварительную версию полноценного автопилота, который способен управлять автомобилем без участия водителя. Но в 2021 году компания может переключиться на совершенно другую сферу деятельности. Во время телеконференции на тему финансовых итогов Tesla за третий квартал нынешнего года, Илон Маск рассказал о новом убийственном продукте компании. Но чем же компания хочет нас удивить?

Идеальное будущее Илона Маска

На самом деле, компания не придумала ничего кардинально нового. По словам Илона Маска, в 2021 году главным продуктом компании Tesla будут не электрические автомобили, а солнечные панели Solar Roof для установки на крыши домов. Глава компании объявил, что через десять лет люди будут рады видеть вокруг себя дома, которые самостоятельно генерируют электрическую энергию. Они не только будут красивыми, но и позволят отказаться от методов производства электроэнергии, которые вредят природе.

Солнечные панели на крышах домов, электрические автомобили… Видимо, Илон Маск видит идеальное будущее именно таким

Речь идет об электростанциях. Сегодня большая часть электричества поставляется из тепловых станций, в которых используется энергия, выделяемая при сжигании органического топлива вроде угля и нефти. Электростанции выделяют в воздух много парниковых газов, которые повышают температуру воздуха нашей планеты и приводит к катастрофическим последствиям.

Тепловые электростанции сильно вредят окружающей среде

Солнечные батареи на крышах домов

Технология Solar Roof была анонсирована в 2016 году. Ее суть состоит в том, что компания будет покрывать крыши домов черепицей со встроенными солнечными батареями. Собранная энергия будет передаваться в аккумулятор, который будет направлять ее в инвертор устройство для преобразования постоянного тока в переменный. Оснащенные солнечной крышей дома будут меньше зависеть от электростанций, а значит, хозяева будут платить меньше денег за электричество.

Таким образом, люди с крышами из солнечных батарей получат два преимущества:

• во-первых, они внесут вклад в защиту окружающей среды;
• во-вторых, смогут экономить деньги.

Об экономической выгодности Solar Roof Илон Маск рассказывал еще в 2019 году в своем твиттере. По его расчетам, крыша с солнечными батареями позволит людям ежегодно экономить на коммунальных платежах до 500 долларов. Он рекламировал технологию чуть ли не как дополнительный источник дохода:

Это как если бы на крыше вашего дома был установлен принтер, печатающий деньги.

Также представители Tesla сообщали, что установка солнечной крыши будет очень простой и быстрой. Например, комплект для покрытия крыши дома площадью 185 квадратных метров можно установить всего за 8 часов. Для сравнения, монтаж обычной черепицы занимает несколько дней. Еще одним преимуществом Solar Roof является 25-летняя гарантия.

Конструкция солнечных крыш Solar Roof

Жители США уже давно могут заказать установку солнечной крыши. Оформить заказ можно на официальном сайте Tesla. Им доступны два варианта крыши: обычная за ~30 000 долларов и более красивая за ~40 000 долларов. Но вообще, цена разнится в зависимости от размеров крыши.

Первыми людьми, кто установил солнечные панели на крыши своих домов, в 2017 году стали сотрудники компании Tesla. Почитать об этом можно тут.

По данным издания Electrek, во время установки панелей у рабочих часто возникают проблемы. Причиной тому считается то, что компания Tesla доверяет эту работу сторонним кровельщикам. Они явно не выполняют достаточное количество тестовых установок перед приездом к клиентам и эту проблему нужно срочно решить в 2021 году. Журналистам уже удалось найти более сотни открытых вакансий кровельщиков и в основном они требуются в Канаде. Получается, что компания намерена выйти на международный рынок и ее солнечные крыши будут доступны не только в США.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там вы найдете материалы, которые не были опубликованы на сайте!

Тот факт, что компания Tesla сконцентрируется на расширении своего бизнеса по установке крыш с солнечными панелями, не означает, что она забросит производство автомобилей. В середине декабря компания намерена выпустить полноценную версию автопилота, а это значит, что в 2021 году будет много новостей о его возможностях. К тому же, компания постоянно улучшает свои текущие автомобили, особенно грузовик Tesla Semi. А в будущем она обещала выпустить электрический автомобиль, который можно будет купить за 2 000 000 рублей. Почитать о нем можно в этом материале.

Последние комментарии