Как называется самая южная точка Африки?
Нет, это не мыс Доброй Надежды.
Жителям соседнего Кейптауна часто приходится объяснять этот факт гостям. Самой южной точкой континента является куда менее известный мыс Игольный (англ. Cape Agulhas), расположенный в 150 км к юго-востоку от мыса Доброй Надежды.
Славу (и имя) мыса Доброй Надежды обычно объясняют его важностью для моряков с точки зрения психологии: ведь именно отсюда, после долгого пути вдоль западных берегов Африки, мечтающие достичь Юго-Восточной Азии, Китая и Японии мореходы наконец-то меняли направление с южного на восточное.
С другой стороны, это мог быть один из ранних примеров удачного маркетингового хода.
Дело в том, что Бартоломеу Диаш (1451–1500) – португальский мореход, открывший мыс Доброй Надежды и ставший первым европейцем, обогнувшим Африку с юга, – назвал его Cabo das Tormentas (мыс Бурь). Но наниматель Диаша, король Португалии Жуан II (1455–1495), желая стимулировать остальных к использованию нового торгового пути, отмел предложение Диаша и с изяществом переименовал мыс в Cabo da Boa Esperanga (мыс Доброй Надежды).
Король умер бездетным, в возрасте всего лишь сорока лет. Спустя пять лет умер и сам Бартоломеу Диаш. Четыре его корабля затонули вместе со всей командой, попав в ужасный шторм у того самого мыса, что он так пророчески окрестил.
Не менее вероломен и мыс Игольный. Свое имя он получил за острые скалы и рифы, которых полно в ревущих водах вблизи него. В местном городке есть музей потерпевших крушение судов – в память о "кладбище кораблей".
Благодаря изолированности и неприступности скалистого пляжа местность необычайно богата живностью. На суше обитает ряд находящихся на грани исчезновения видов: лягушка-малютка (Microbatrachella capensis) и травяной кустарниковый жаворонок (Mirafra [apiata] majoriae), в период свадеб громко трещащий крыльями.
В период с мая по август прибрежные воды вскипают от миллиардов мигрирующих южноафриканских сардин (Sardinops sagax). Их косяки образуют одно из крупнейших на планете скоплений живой природы (сравнимое разве что с великими миграциями антилоп гну на суше) и могут растягиваться на 6 км в длину и на 2 – в ширину. Сотни тысяч акул, дельфинов, тюленей и морских птиц следуют за рыбами по пятам, вволю набивая брюхо, но не оказывая почти никакого влияния на общее поголовье сардин.
Мыс Игольный имеет координаты 34°49′58″ южной широты и 20°00′12″ восточной долготы и служит официальной точкой деления между Атлантическим и Индийским океанами. Если вам доведется плыть мимо него, вдоль сравнительно невнятной, постепенно искривляющейся линии побережья, возможно, вы его даже не заметите – кроме, пожалуй, пирамиды камней, что отмечает точное местоположение южного края света.
Какое из известных веществ самое твердое?
С некоторых пор уже не алмаз.
В 2005 г. ученые из Университета Байройт в Германии, подвергнув чистый углерод воздействию необычайно высоких температур под давлением, создали новый материал. Его назвали "гипералмаз", или "агрегированные наностержни алмаза" (ADNR), и, хотя материал этот невероятно твердый, с виду он больше напоминает асфальт или блестящий черный пудинг.
Давно не секрет, что с помощью давления и тепла можно превратить одну форму чистого углерода (графит) в другую (алмаз). Однако байройтская команда не использовала ни ту ни другую. Они взяли третью форму чистого углерода – фуллерит, также известный как бакминстерфуллерен или "бакиболы". Шестьдесят углеродных атомов образуют молекулу в форме футбольного мяча – или одного из множества геодезических куполов, спроектированных американским архитектором Ричардом Бакминстером Фуллером (1895–1983).
В алмазе атомы углерода организованы в кубики, уложенные в пирамидки; новое же вещество состоит из крошечных сцепленных друг с другом стерженьков. Из-за своих размеров они и получили название "наностержни": nanos в переводе с греческого означает "карлик". Каждый – в микрон (одна миллионная часть метра) длиной и 20 нанометров (20 миллиардных долей метра) толщиной, что примерно одна пятидесятитысячная часть толщины волоса человека.
Воздействие на фуллерит сверхвысоких температур (2220 °C) и сжатия (в 200 000 раз превышающего нормальное давление атмосферы) создало не только самое твердое, но и самое жесткое и плотное вещество из известных науке.
Плотность материала определяется тем, насколько тесно упакованы молекулы, и измеряется она с помощью рентгеновских лучей. ADNR на 0,3 % плотнее алмаза.
Жесткость – мера сжимаемости, величина силы, которая должна быть приложена равномерно со всех сторон, чтобы материал уменьшился в объеме. Основной единицей жесткости служит паскаль, по имени Блеза Паскаля (1623–1662), французского математика, который помог усовершенствовать барометр – прибор для измерения атмосферного давления. Показатель жесткости ADNR – 491 гигапаскаль (гПа), у алмаза он = 442 гПа, а у железа = 180 гПа. Таким образом, ADNR в три раза труднее сжать, чем железо.
Определить твердость несколько проще: если один материал оставляет царапину на другом, значит, первый тверже второго. В 1812 г. немецкий минералог Фридрих Моос (1773–1839) предложил десятибалльную шкалу относительной твердости минералов – шкалу Мооса. Начинается она с мягчайшего талька (единица по шкале Мооса). Довольно мягок свинец (1,5); ноготь ранжируется в 2,5 (такая же твердость у золота); посередине шкалы – стекло и ножевая сталь (5,5). Простая наждачка (которую делают из корунда) – 9 единиц по шкале Мооса, ну а вершину шкалы, при показателе 10, занимает алмаз. Поскольку ADNR может процарапать алмаз, он, в буквальном смысле, "зашкаливает".
И наконец, еще более неутешительная новость для фанатов алмазов: эти бриллианты не "навсегда". Графит (который, как ни странно, – одно из наиболее мягких веществ, известных науке: он мягок, как тальк) химически намного устойчивее алмаза. На самом деле любой алмаз очень медленно превращается обратно в графит. Правда, процесс этот незаметен. Не стоит опасаться, что в один прекрасный день серьги у вас в ушах обернутся карандашами.
Какое из известных науке веществ самое необычное?
Н2О.
Вода, или оксид водорода, – самое необычное вещество из всех известных современной науке. За исключением, пожалуй, воздуха она же – и самое знакомое. Вода покрывает 70 % площади Земли и составляет 70 % наших с вами мозгов.
Вода – это кислород, связанный с водородом (самым простым и самым распространенным элементом во всей Вселенной) простейшим возможным способом. Любой другой газ в сочетании с водородом дает еще один газ; лишь кислород и водород вместе – жидкость.
И жидкость эта, надо сказать, ведет себя столь отлично от всего остального, что теоретически ее не должно существовать совсем. Известно шестьдесят шесть признаков, по которым вода считается аномалией, и самый своеобразный из них такой: ничто более в природе не встречается одновременно в трех состояниях – газообразном, жидком и твердом. Море, полное айсбергов под облачным небом, может, и выглядит совершенно естественным, но с точки зрения химии это отнюдь не так. Большинство веществ сжимаются при охлаждении – но не вода: когда температура достигает 4 °C, вода расширяется и теряет в плотности. Вот почему лед плавает, а оставленная в морозильнике бутылка с вином взрывается.
Каждая из молекул воды может образовывать связи с четырьмя другими такими же молекулами. Из-за этих межмолекулярных связей воде для перехода из одного состояния в другое требуется много энергии. К примеру, чтобы нагреть воду, энергии требуется в десять раз больше, чем для нагрева железа.
Поскольку вода способна, не нагреваясь, поглощать много тепла, она помогает поддерживать устойчивый климат на нашей планете. Температуры в океанах в три раза стабильнее температур на суше, а благодаря прозрачности воды свет проникает в самые ее глубины, обеспечивая возможность жизни в море. Без воды жизни не было бы вообще. И хотя вы без труда можете опустить в воду руку, сжать ее в три раза труднее, чем сжать алмаз, а удариться на большой скорости о воду – это все равно что влепиться в бетон.
Несмотря на прочность связей между молекулами воды, связи эти, увы, не прочны. Они беспрерывно разрываются и создаются вновь: за секунду каждая из молекул воды сталкивается с другими молекулами воды 10 000 000 000 000 000 раз.
В воде можно растворить так много всего, что ее называют "универсальным растворителем". Если растворить металл в кислоте, можно забыть о нем навсегда. Но если в воде растворить, скажем, гипс, то после выпаривания он так и останется гипсом. Столь удивительная способность растворять вещества, не уничтожая их, делает воду, как это ни парадоксально звучит, самой разрушительной субстанцией на планете. Рано или поздно вода разъедает все – от железной водосточной трубы до Большого каньона.
И она – всюду. На Луне и Марсе есть солидные отложения льда; даже на поверхности Солнца (в более прохладных его участках) обнаружены следы пара. На Земле лишь крошечная часть всей воды находится в атмосфере. Если бы вся атмосферная вода равномерно выпала на землю по всему миру дождевого осадка получилось бы не более 25 мм. Большая часть воды на Земле недоступна для человека: она заперта глубоко в недрах, унесенная туда при перекрытии тектонических плит либо удерживаемая внутри минеральной структуры самих скальных пород.
Если бы скрытая вода прорвалась на поверхность Земли, она еще тридцать раз заполнила бы все наши океаны.
При какой температуре замерзает вода?
Чистая вода при О °С не замерзает – как и вода морская.
Для того чтобы вода замерзла, ей нужно что-то, к чему могли бы прицепиться ее молекулы. Кристаллы льда формируются вокруг "ядер" – например, частичек пыли. Если же таковых нет, можно охладить воду до -42 °C, прежде чем та начнет замерзать.
Охлаждение воды без замораживания известно как "переохлаждение". Делать это нужно не торопясь. Можно, к примеру, поместить бутылку очень чистой воды в морозильник и переохладить ее. Но стоит вам вытащить бутылку наружу и постучать пальцем по стеклу – вода в момент превратится в лед.
Сверхбыстрое охлаждение воды имеет совершенно иной эффект. Минуя стадию льда (обладающую равномерной кристаллической решетчатой структурой), она трансформируется в хаотическое аморфное твердое тело, известное как "стеклообразная вода" (названная так из-за случайного расположения молекул, схожего со структурой стекла). Для получения "стеклообразной воды" температуру необходимо понизить до -137 °C буквально за пару миллисекунд. "Стеклообразную воду" на Земле можно встретить лишь в стенах лабораторий, но во Вселенной как раз эта форма воды встречается наиболее часто – именно из нее состоят кометы.
Из-за высокого содержания солей морская вода регулярно охлаждается ниже О °С без замерзания. Кровь рыб, как правило, замерзает где-то при -0,5 °C, поэтому морских биологов долго ставил в тупик вопрос: как рыбы ухитряются выживать в полярных морях? Оказывается, такие виды, как антарктическая ледяная рыба и сельдь, вырабатывают в поджелудочной железе белки, впитываемые их кровью. Именно белки препятствуют образованию ядер кристаллизации льда (почти как антифриз в радиаторе автомобиля).
Зная об особенностях воды при низких температурах, вы не удивитесь, узнав, что точка ее кипения (даже при нормальном давлении) – не обязательно 100 °C. Она вполне может быть и гораздо выше. Правда, и здесь жидкость нужно нагревать медленно, причем в сосуде без единой царапины. Именно в царапинах содержатся те самые воздушные полости, возле которых формируются первые пузырьки.
Кипение начинается, когда пузырьки водяного пара, расширяясь, пробивают поверхность воды. Чтобы такое произошло, температура должна быть достаточно высока – настолько, чтобы давление, создаваемое паровым пузырьком, превысило атмосферное. В нормальных условиях это 100 °C, но если в воде нет мест, где могут образовываться пузырьки, для преодоления поверхностного натяжения пробивающихся в жизнь пузырьков требуется больше тепла. (По той же причине надувать воздушный шарик вначале труднее, чем под конец.)
Этим, кстати, объясняется, почему чашка с кипящим кофе может взорваться, забрызгав все вокруг, стоит вынуть ее из микроволновой печи или помешать в ней ложкой. Движение вызовет цепную реакцию, в результате чего вся содержащаяся в кофе вода стремительно испарится.
И наконец, еще одна, последняя водяная странность: горячая вода замерзает быстрее холодной. Первым на это обратил внимание Аристотель еще в IV веке до н. э"однако научный мир признал его правоту лишь в 1963 г. – спасибо упорству танзанийского школьника по имени Эрасто Мпемба. Мальчуган подтвердил слова древнего грека, наглядно продемонстрировав, что подслащенная молочная смесь превратится в мороженое быстрее, если ее сначала нагреть. Но в чем тут секрет, нам неизвестно до сих пор.
Где находится самое крупное из известных озер?
В 842 млн миль от нас, в самом центре Солнечной системы.
В 2007 г. космический зонд "Кассини – Гюйгенс" отправил на Землю снимки Титана – крупнейшего спутника планеты Сатурн. Радиолокационное изображение, полученное рядом с северным полюсом Титана, выявило гигантское озеро, покрывающее, по оценкам ученых, 388 500 кв. км поверхности спутника, что существенно больше Каспийского моря – крупнейшего озера на Земле с площадью 370 400 кв. км.
Озеро получило название Кракен Маре: mare - от латинского "море", а kraken - это морское чудовище из скандинавской мифологии.
На Титане много других озер, и это единственные стабильные жидкостные емкости за пределами Земли, известные науке. Правда, жидкость эта отнюдь не вода: средняя температура Титана -181 °C, и любая вода промерзла бы там насквозь. Это озера сжиженных газов, метана и этана – главных ингредиентов природного газа нашей планеты, и настолько холодны, что, возможно, даже содержат замороженные "метанберги".
По химическому составу Титан считают сходным с Землей тех времен, когда на ней только зарождалась жизнь, и это единственный спутник во всей Солнечной системе, у которого имеется своя атмосфера.
В 2004 г. букмекерская контора "Лэдброукс" (совместно с журналом "Нью сайнтист") в качестве рекламного хода предложила ставки 10 000 к 1 против того, что на Титане обнаружится жизнь. Может, рискнуть да поставить на это титан-другой? ("Титан" – это облигация достоинством в 100 миллионов фунтов стерлингов, используемая Банком Англии в межбанковских расчетах.)
Хотя, по здравом размышлении, наверное, все же нет. Развитие ДНК на Титане маловероятно в силу крайнего холода и отсутствия жидкой воды. Тем не менее некоторые астробиологи допускают, что углеводородные озера Титана могут поддерживать формы жизни, использующие для дыхания водород вместо кислорода. Согласно другой теории, жизнь могла попасть на Титан с Земли – через микробы, прилипшие к обломкам камней, выбитых с орбиты нашей планеты бродячими астероидами. Теория эта носит название панспермия (от греческих pan, "весь", "всякий", и sperma, "семя") и еще в V веке до н. э"когда ее впервые предложил греческий философ-космолог Анаксагор, применялась для объяснения появления жизни на Земле.
С уверенностью можно сказать одно: по мере того как Солнце становится горячее, температура на Титане также будет расти, делая все более вероятными подходящие для жизни условия. Существование "Лэдброукс" в этой связи, скажем, через шесть миллиардов лет и их возможность выплатить выигранные деньги вызывают намного больше сомнений.
Зонд "Кассини – Гюйгенс" назван так в честь двух великих людей, Джованни Доменико Кассини (1625–1712) – итальянского астронома, открывшего четыре новых спутника Сатурна в период с 1671 по 1684 г., и голландского энциклопедиста Христиана Гюйгенса (1629–1695) – того самого, что обнаружил кольцо Сатурна и, собственно. Титан. Среди других достижений Гюйгенса разработка теории центробежной силы, публикация книги об использовании вероятностей при игре в кости, изобретение первых маятниковых часов и составление первого в мире физического уравнения.
Где самая соленая на свете вода?
Не в Мертвом море.
Самая соленая вода в мире находится в озере Дон-Жуан, в Сухих Долинах, на северо-востоке Антарктики. И хотя Дон-Жуан называют озером, на самом деле это скорее лужа – со средней глубиной менее 15 см. Вода ее настолько соленая, что даже не замерзает, несмотря на температуру воздуха -50 °C. Вода Дон-Жуана – это на 40 % соль, что в восемнадцать раз солонее морской воды и более чем в два раза солонее Мертвого моря (которое, в свою очередь, лишь в восемь раз солонее океанов).
Озеро Дон-Жуан было открыто случайно в 1961 г. и названо в честь двух пилотов-вертолетчиков ВМФ США – лейтенантов Дональда Роу и Джона Хики (отсюда "Дон-Джон", или "Дон-Хуан" по-испански), совершивших первую экспедицию для его изучения.
Вероятно, это самая интересная лужа на всей нашей планете. С учетом того, что антарктические Сухие Долины – самое сухое и самое холодное место Земли, удивительно, что там вообще есть вода. И попала она туда не с небес – для снега и дождя там чересчур холодно и ветрено; вода просочилась из-под земли, медленно солонея по мере испарения верхних слоев. Вопреки всем бесперспективным для наличия в озере жизни условиям, она (к удивлению первых исследователей) там все же была – в виде скудных подстилок из синезеленых водорослей, дававших приют процветающему сообществу бактерий, дрожжей и грибов.
По причинам, оставшимся неясными по сей день, с момента первой экспедиции уровень воды в озере снизился больше чем вдвое, и жизни там не осталось совсем. Но даже это существенно, ибо вода Дон-Жуана по-прежнему содержит закись азота (более известную как "веселящий газ") – вещество, для производства которого нужна, как считалось ранее, органическая жизнь. В данном же случае очевидно, что "веселящий газ" являлся побочным продуктом реакции между солями в озере и окружающими его вулканическими базальтовыми породами.
Если на Марсе таки обнаружат жидкую воду, скорее всего, она будет в виде холодных соленых луж, точь-в-точь как в озерце Дон-Жуан. К тому же мы теперь знаем, что, по крайней мере, некоторые из требуемых для производства жизни азотсодержащих химикатов могут встречаться даже в самых что ни на есть суровых условиях.
Не в пример Дон-Жуану, в Мертвом море жизнь бьет ключом. Рыбы там, конечно же, нет, зато водорослей – хоть пруд пруди. Ими питаются микробы – галобактерии. Принадлежат они к семейству архей – старейшей форме жизни на нашей планете. Археи настолько древние, что по эволюционной шкале человек намного ближе к бактериям, чем сами бактерии к археям. Как и бывшие обитатели озера Дон-Жуан, галобактерии – "экстремофилы", т. е. способны существовать в экстремальных условиях, некогда считавшихся непригодными для жизни.
Гнлобактерия также известна как "микроб возрождения", поскольку может латать собственную ДНК (повреждаемую высокими концентрациями солей). Если научиться это использовать, раковые больные сильно выиграли бы. Реальностью стали бы и пилотируемые полеты на Марс: можно было бы защитить ДНК астронавтов от интенсивного воздействия радиации в межпланетном пространстве.