CC BY
22
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 9 (18), 2015 I ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
125
благодаря её централизованное™, гибкой
наращиваемости и возможности конфигурирования, способствует повышению степени оперативности управления сложными и разветвлёнными ВОЛП, упрощает задачу документирования новых прокладываемых кабелей и изменения статуса уже существующих. Системы администрирования позволяют оптимизировать среднее время восстановления ВОЛП при отказе и способны идентифицировать неисправности ВОК, до того момента, когда они могут повлиять на качество связи, что немало важно во времена растущей конкуренции. Таким образом, система администрирования обеспечивает высокий уровень сервисного
обслуживания волоконно-оптической сети связи, сохраняя инвестиции и способствуя повышению качества обслуживания конечных пользователей.
Список литературы
1. А. В. Листвин, В. Н. Листвин. Рефлектометрия оптических волокон — М.: ЛЕСАРарт, 2005. 208с.
2. С. Е. Некрасов. Системы дистанционного мониторинга оптических кабелей. — Технологии и средства связи, 2000, №5, с. 28-32.
3. Л. Радомиров, Ю. Г. Скопин, А.Б. Иванов. Методы и оборудование удаленного тестирования ВОЛС. Вестниксвязи, 5, 1998, стр. 64 — 72.
К ВОПРОСУ О ПРОИСХОЖДЕНИИ СИСТЕМЫ ЗЕМЛЯ-ЛУНА
Наими Евгений Кадырович
доктор физ.-мат. наук, профессор НИТУ «МИСиС»
TO THE ORIGIN PROBLEM OF THE EARTH-MOON SYSTEM
Naimi Еvgeny K.
Doctor of Science, professor of National University of Science and Technology “MISIS”, Moscow, Russia
АННОТАЦИЯ
Цель работы - привлечь внимание астрономов к проблеме происхождения системы Земля-Луна на основе новой концепции сравнения содержания изотопов различных химических элементов в составе лунных и земных пород. Предлагается для каждого небесного тела Солнечной системы ввести особую характеристику (спектр-код) наиболее распространенных стабильных изотопов, и путем сравнения этих спектров для различных планет судить о сходствах и отличиях в условиях их происхождения. Приводится спектр-код наиболее распространенных стабильных изотопов для всех химических элементов, встречающихся на Земле. Делается анализ распределения таких изотопов, внутри каждого периода таблицы химических элементов Менделеева. Показано, в частности, что среди стабильных изотопов хлора, нет таких, которые имеют на Земле 100% относительную распространенность. На основании этого делается вывод о том, что существующая методика сопоставления содержания различных изотопов хлора в лунных и земных породах с целью установления идентичности природы их происхождения в системе Земля-Луна не является вполне адекватной.
ABSTRACT
The work objective is to draw the astronomer’s attention to the origin problem of the Earth-Moon system on the new comparative basis of various chemical elements isotopes contained in both lunar and terrestrial rocks. For each Solar System's celestial body it is supposed to introduce a special characteristic (spectrum-code) representing its most widely spread stable isotopes in order to estimate the similarities and differences between the planets origin by comparing their spectrum-codes. The spectrum-code for the most widely spread stable isotopes of all naturally occurring chemical elements is given. The distribution of such isotopes inside each period of Mendeleev's table is analyzed. It is shown in particular that among the stable chlorine isotopes none of them has 100% relative abundance on the Earth. For this reason it is concluded that the existing comparative method for various chlorine isotopes contents in both lunar and terrestrial rocks in order to establish their origin identity in the Earth-Moon system is not relevant.
Ключевые слова: система Земля-Луна; стабильные изотопы; относительная распространенность.
Keywords: Earth-Moon system; stable isotopes; relative abundance.
1. Введение
В настоящее время считается, что Луна, как естественный спутник Земли, возникла около 4,2 млрд. лет назад в результате катастрофического столкновения с Землей небесного тела размером с Марс. Если эта гипотеза верна, то изотопный состав лунных пород должен быть идентичен составу земных пород как по содержанию, так и по распространенности. Однако, как показал анализ образцов лунного грунта, доставленных американскими астронавтами с поверхности Луны, это не так. Оказалось, например, что количество
разновидностей изотопов хлора на Луне многократно выше, чем в таких же породах на Земле [1]. Тем не менее, это еще не означает, что Луна и Земля - не родственные объекты.
Одно из объяснений этому феномену состоит в том, что на Луне нет свободной воды, с которой хлор активно реагирует, образуя газ - хлорид водорода. Именно поэтому на нашей планете встречается так мало изотопов хлора. Из расчетов, проведенных в [1], следует, что содержание водорода в лунных породах примерно в 104-105 раз ниже, чем на Земле, что подтверждает тезис об отсутствии воды на Луне. Что
126
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 9 (18), 2015 I ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
же касается ничтожных следов воды, которые были обнаружены в образцах лунного грунта спустя несколько десятилетий после доставки их на Землю, то их наличие объясняется банальным загрязнением уже в условиях хранения. Вместе с тем, недавние исследования лунного грунта, проведенные с использованием современных аналитических приборов и инструментов, установленных на ряде орбитальных космических аппаратов лунных миссий, однозначно показали наличие воды (или водяного льда) на поверхности Луны, что позволяет предположить, что вода Земли и Луны, вероятно, имеют общее происхождение [2, 3].
Другое возможное объяснение высокому содержанию изотопов хлора в лунных породах может быть связано с превращением изотопов отдельных химических элементов в изотопы хлора в результате длительного воздействия на лунную поверхность космических лучей (в основном, протонов и а-частиц), а также жесткого у-излучения, инициирующего некоторые ядерные реакции (ядерный фотоэффект). При этом содержание и состав изотопов (причем не только хлора, но и других химических элементов) в глубинных породах Луны, может оказаться совершенно другим [4].
Кроме того, надо учитывать, что изотопный состав лунных пород с течением времени мог заметно измениться вследствие протекания естественных процессов радиоактивных превращений, в
зависимости от начального состава и содержания изотопов различных элементов на момент образования Луны, как самостоятельного небесного тела [5, 6].
Наконец отметим, что немаловажную роль в наблюдаемом отличии состава и относительной распространенности как стабильных, так и радиоактивных изотопов, содержащихся в лунном грунте, играют кометы и метеориты, доставляющие на протяжении многих сотен миллионов лет на поверхность Луны вещество из космоса, химический и изотопный состав которого может существенно отличаться от земного.
2. Предлагаемый подход
Из сказанного выше следует, что для однозначного ответа на вопрос о происхождении Луны, даваемого только на основании анализа изотопного состава лунных и земных пород, необходимо сравнивать не содержание и распространенность изотопов различных химических элементов вообще, а только тех их стабильных изотопов, которые имеют наибольшую относительную распространенность на Луне и на Земле [7].
В таблице 1 приведен составленный по данным на сегодняшний день перечень всех наиболее распространенных стабильных изотопов химических элементов, встречающихся на Земле.
Таблица 1.
Стабильные изотопы химических элементов, имеющие наибольшую относительную ____________________распространенность на Земле_________________________
Период Порядковый номер, Z Символ элемента Массовое число, А Относительная распространенность, % Удельная энергия связи ядра Есв /А, МэВ
1 1 H 1 99,9850 —
1 2 He 4 99,9999 7,075
2 4 Be 9 100 6,467
2 6 С 12 98,893 7,683
2 7 N 14 99,6337 7,479
2 8 O 16 99,759 7,975
2 9 F 19 100 7,779
3 11 Na 23 100 8,113
3 13 Al 27 100 8,333
3 15 P 31 100 8,481
3 18 Ar 40 99,600 8,595
4 21 Sc 45 100 8,618
4 23 V 51 99,76 8,741
4 25 Mn 55 100 8,764
4 27 Co 59 100 8,768
4 33 As 75 100 8,701
5 39 Y 89 100 8,714
5 41 Nb 93 100 8,662
5 43 (Tc) 97 100 8,625
5 45 Rh 103 100 8,588
5 53 I 127 100 8,446
6 55 Cs 133 100 8,412
6 57 La 139 99,911 8,380
6 59 Pr 141 100 8,355
6 65 Tb 159 100 8,191
6 67 Ho 165 100 8,147
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 9 (18), 2015 I ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
127
6 69 Tm 169 100 8,114
6 71 Lu 175 97,41 8,069
6 73 Ta 181 99,9877 7,992
6 79 Au 197 100 7,916
6 83 Bi 209 100 7,845
7 90 Th 232 100 7,614
7 92 (U) 238 99,28 7,570
изотопы, имеющие на Земле относительную распространенность близкую или равную 100%, а также изотопы 97Tc (Z = 43) и 238U (Z = 92) (указаны в круглых скобках), которые условно можно считать стабильными - период их полураспада Т1/2 , равный соответственно 2,61010 и 4,5 • 109 лет - сопоставим с возрастом Млечного Пути.
3. Обсуждение результатов Как видно из таблицы 1, наименьшее число (2) стабильных изотопов, имеющих на Земле практически 100% распространенность, приходится на 1-й и 7-й периоды таблицы химических элементов Менделеева, а наибольшее (10) - на 6-й период. Этот результат, очевидно, можно рассматривать как одно из проявлений хорошо известного в ядерной физике [8, с. 633] эмпирического закона зависимости удельной энергии связи атомного ядра Есв /А от массового числа А (см. таблицу 1).
Возвращаясь к проблеме количественного различия разновидностей изотопов хлора на Луне и на Земле, заметим, что среди стабильных изотопов хлора, вообще нет таких, которые имеют на Земле 100% относительную распространенность
соответственно распространенность 75,5 и 24,5%). Отсюда следует, что в рамках принятого нами подхода существующая методика сопоставления содержания различных изотопов хлора в лунных и земных породах с целью установления идентичности природы их общего происхождения в системе Земля-Луна не является вполне адекватной. В то же время стабильный изотоп водорода 1H, имеющий на Земле почти 100% распространенность, в том же соотношении недавно обнаружен на Луне, что косвенно подтверждает предположение [2, 3] о том, что вода Земли и Луны имеют общее происхождение.
Если изобразить зависимость 100% распространенности стабильных изотопов от порядкового номера Z химического элемента, то мы получим некоторую картину, имеющую вид спектра (назовем его условно «спектром-кодом»). Особенно эффектно он выглядит, если спектральные линии в каждом из семи периодов таблицы Менделеева сделать цветными по числу семи цветов радуги. Для Земли такой спектр имеет вид, представленный на рисунке 1.
Рисунок 1. Спектр-код 100% распространенности стабильных изотопов для Земли.
и
Сопоставляя подобные спектры для различных тел Солнечной системы, можно однозначно судить о сходствах и отличиях в их происхождении.
4. Заключение
На основании изложенного можно заключить, что если система Земля-Луна возникла из одного прародительского тела, то спектр-коды 100% распространенности стабильных изотопов для Земли и Луны должны иметь одинаковый вид. Для более точной идентификации этих спектров пробы лунных пород должны быть взяты из ее внутренних слоев. К сожалению, пока мы не располагаем такими образцами.
Данная работа поддержана Программой развития НИТУ «МИСиС» (грант 11-02- 00604-а).
Список литературы:
1. Sharp Z.D., Shearer C.K., McKeegan K.D., et al. The chlorine isotope composition of the Moon and implications for an anhydrous mantle // Science. 2010. Vol. 329. No. 5995. Р. 1050 - 1053.
2. Anand M., Tartese R., Barnes Jessica J. Understanding the origin and evolution of water in the Moon through lunar sample studies // Phil. Trans. R. Soc. A. 2014. Vol. 372. Issue 2024: 20130254.
3. Anand Mahesh. Analyzing Moon rocks // Science. 2014. Vol. 344. No. 6182. Р. 365 - 366.
4. Boyce J.W., Tomlinson S.M., McCubbin F.M., et al. The Lunar apatite paradox // Science. 2014. Vol. 344. No. 6182. Р. 400 - 402.
128
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 9 (18), 2015 I ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
5. Dauphas N., Burkhardt C., Warren Paul H., et al. Geochemical arguments for an Earth-like Moonforming impactor // Phil. Trans. R. Soc. A. 2014. Vol. 372. Issue 2024: 20130244.
6. Day James M. D., Moynier Frederic. Evaporative fractionation of volatile stable isotopes and
their bearing on the origin of the Moon // Phil. Trans. R. Soc. A. 2014. Vol. 372. Issue: 2024: 20130259.
7. Naimi E. K. To the origin problem of the Moon // In: Abstracts of the 225th Meeting of the AAS. Seattle. USA. January 4-8, 2015. Р. 553 - 554.
8. Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика. М.: Наука, 1980. - 728 с.
PROPAGATION CHARACTERISTICS OF ELECTROMAGNETIC WAVES IN
GRADIENT TRANSMISSION LINE
Nesterov Iurii Gavriilovitch
Student, Department of Electric Power and Electrical Engineering, Far Eastern Federal University, Vladivostok
Silin Nikolay Vitalievich
Doctor of Technical Science, Professor of Department of Electric Power and Electrical Engineering, Far
Eastern Federal University, Vladivostok
ABSTRACT
Propagation characteristics of transmission lines with smooth continuous spatial distribution of capacitance and inductance (gradient transmission line) is considered in the framework of recently developed mathematical model. Strong heterogeneity-induced artificial dispersion is described by means of this model. Reflectance and transmittance spectra are shown on example of different gradient transmission lines. In conclusion, applicability of gradient transmission lines in areas of process safety and technical condition control are described.
Keywords: Gradient metamaterials, gradient transmission line, exact mathematical model, transmittance spectrum, reflectance spectrum, Maxwell equations
1. Introduction.
Research in area of electromagnetic metamaterials has been drastically increased in the last 20 years: in 1990th the amount of papers in this area was counted in ones, nowadays thousands of papers are published annually [4, p. 8]. The main reason for this rise of interest in this field is due to demands of technologies, which require materials with unique properties, but also discoveries in new materials can result in development of new technologies. Examples of such technologies would be: devices for control of radiation in THz frequency spectra, reflectionless coatings, Stealth-technologies and many others [6, p. 448]. Developments of described technologies require the thorough research of
electromagnetic waves behavior in metamaterials.
To describe gradient transmission line, which can be viewed as a heterogeneous section (with spatial dependency of parameters), situated between two homogeneous sections (no spatial dependency of parameters), two independent functions must be taken into account [3, p. 53]: spatial distribution of capacity C(z) and inductance M(z). The spatial-temporal variations of current I and voltage V are known to be characterized by the telegraph equations, describing the propagation of electromagnetic wave in z-direction [5, p. 251]:
SI
----h
Sz
C z fV
v } St
0; SVV + M (z) Sz
&_
St
0 (1)
where coordinate-dependent capacitance C(z) and inductance M(z) per unit length characterized by dimensionless functions W2(z) and F2(z) respectively:
C (z) = CW (z); M(z)=M0 F2 (z) (2)
The heterogeneous part of TL, occupying the region 0 < z < d, is assumed to be located between its homogeneous regions z < 0 and z > d , where the quantities C and M possess the constant values. Introducing the generating function T so, that:
V
_1 ST L_ 1 ST 1
v0 St ’ zg F 2 (z) Sz ’ v° ’
Z
0
Mg
Cn
(3)
The second equation in (1) is reduced to identity, while the function T is governed by the first equation, which reads in this case as:
S2T W2 (z)F2 (z) S2T _ 2 dF ST
Sz2 vG St2 F (z) dz Sz ^
This paper will overview aspects of propagation characteristics of electromagnetic waves in gradient transmission lines based on recently developed mathematical model [1, p. 15]. The exact analytical solution of equation (4) is presented in the Chapter 2. This solution illustrates the formation of heterogeneity-induced plasma-like dispersion in the gradient transition section of transmission line, resulting in the appearance of some characteristic frequency Q, ensuring the formation of spectral ranges with both real and imaginary wave numbers. In Chapter 3 reflectance and transmittance spectra of two gradient transmission lines with different physical properties will be considered and graphically visualized. General idea of practical usage of gradient
