Научни фотографии от Института Макс Планк в Германия

Галина Викторова Последна промяна на 30 септември 2015 в 13:26 7090 0

Все по-често учените прекрачват границите на познатото досега, за да изследват нови светове и да направят невидимото видимо. В процеса на това наред с чисто научната документация често възникват и снимки, изобразяващи чудновати естетични форми и структури: абстрактно изкуство от един свят, който при нормални обстоятелства остава скрит за човешкото око.

В рамките на провеждащ се всяка година конкурс учени от 83-те филиала на Института Макс Планк в Германия предоставят на разположение снимков материал от работата си в различни научни области. Изложбата представлява един вълнуващ поглед в света на науката.

Голяма част от снимките могат да бъдат разгледани не само онлайн, но се и предлагат рамкирани с размер 1,20 м х 1,20 м. Пътуващата изложба вече пожъна голям успех на много места, сред които са Домът на науката в Бремен, фестивалът Ars Electronica в Линц, Музеят на науката в Маями, Флорида, Руската национална библиотека в Санкт Петербург и Германският научен център в Кайро.


В никакъв случай старо желязо

Макар че е познат на хората още от времето на древен Китай, чугунът и днес е предмет на основни проучвания. Като сплав, в която графитните частици са със сферична форма, той подобно на стомата е ковък материал, но производството му е значително по-лесно и изгодно от ценова гледна точка. Сивият чугун намира приложение в производството на тръби, в автомобилната индустрия и в реакторната техника. Снимката показва микроструктурата на сплавта: Въглеродните сфери наподобяват островчета с обла форма; фината мрежа показва къде различни зрънца на материала се допират едно до друго. Изследователите от ИМП проучват въпроса по какъв начин микроструктурите на материала повлияват неговите свойства. Целта им е да пригодят структурата, а с това и свойствата на материалите за различни приложения.

Изображение от микроскоп с поляризирана светлина и диференциален интерферентен контраст
MPI für Eisenforschung GmbH

Горещина в града

Те формират облаци, предизвикват бури и поставят изследователите на климата пред трудни задачи: Турбуленциите в атмосферата възникват при сблъсъка на студени и топли въздушни маси. Когато през лятото в един голям град температурата се повиши много повече, отколкото в околностите, топлият въздух подобно в камина бързо се издига нагоре. На определена височина той се смесва с по-студения въздух на околната среда, формирайки многобройни малки и големи спирали. Особено интересно е, когато издигащите се флагове топъл въздух идват едновременно от два източника на топлина. Тогава се увеличава вероятността те да предизвикат завихряне на атмосферните пластове в цял един регион и да окажат влияние върху климата. При компютърни симулации учените сравняват различни варианти в зависимост от големината и отдалечеността на топлинния източник.

Компютърна симулация
MPI für Meteorologie


Чудесата на оптиката

Сферични, т.е. кръгли лещи, се използват често в науката, например като фронтални лещи в микроскопския обектив. Една по-особена тяхна разновидност представляват т.нар. "solid immersion lenses" (SIL): полусферични лещи от материали с особено висок показател на пречупване. В много научни проучвания в областта на физиката, биологията и медицината днес те играят важна роля, защото благодарение на тях може да се постигне много висока пространствена резолюция. На снимката виждаме такава SIL-леща, чиято повърхност се измерва в интерферометър на Twyman-Green с оглед контрол на качеството. Лещата се състои от галиев фосфид (GaP) – материал, който е прозрачен за светлина с определена дължина на вълната и се характеризира с много висок показател на пречупване. По този начин се постига така необходимото за проучвания с висока резолюция фокусиране на светлината.
На снимката лещата създава впечатлението, че се рее подобно на сфера, но това е само илюзия: Полусферичната леща и обективът на интерферометъра се отразяват в метално огледало, върху което лещата лежи.

Фотография
MPI für die Physik des Lichts


Ензим, повишаващ температурата на въздуха

Метанът е парников газ, който е повече от 20 пъти по-силен от въглеродния диоксид. Получава се, когато определени микроби от групата на архебактериите разграждат органичен материал при отсъствие на въздух – например в оризови полета, мочурища и стомаха на кравите. Ключова роля в този процес играе ензимът Frh, вид хидрогеназа: той отделя водород, който след това, влизайки в реакция с въглероден диоксид, образува метан. С помощта на крио-електронен микроскоп е изследвана структурата на ензима, на база на което е създаден модел с размер 3,4 ангстрьома. Като цяло Frh-протеинът се състои от 12 тримерни обекта, всеки с по 3 подединици, тук онагледени в син, зелен и виолетов цвят. Съдържа многобройни клъстери от желязо и сяра – на изображението маркирани в жълто, а в активните центрове, където протича реакцията – от никел и желязо. Ензимът представлява интерес не само за изследователите на климата. Той може да послужи за модел при създаване на синтетични катализатори за производство на водород.

Крио-електронна микроскопия, 3D-реконструкция
MPI für Biophysik

На фокус – окото на риба

Дори на пръв поглед между човека и рибата зебра (наричана още данио) да има малко общи неща, в тяхното развитие и състава на органите им съществуват изненадващо много паралели. Така например ретината на окото при двата вида организми е изградена по подобен начин. Поради това малката по размери риба е сред предпочитаните моделни организми при изследване развитието на зрителния орган. Изображението представлява напречен разрез на ретината на 3-дневен ембрион на рибата зебра. С помощта на флуоресциращи протеини учените са онагледили различни видове клетки. Така те могат да наблюдават прегрупирането на клетките, когато първичният слой тъкан се развива до многослойна структура. Една част от клетъчния скелет се вижда в зелено, а клетъчните стени на фоторецепторите и оптичния нерв, който отвежда информацията до главния мозък, светят в лилаво.

Изображение от флуоресцентен микроскоп
MPI für molekulare Zellbiologie und Genetik


Мисловни магистрали

Колко прави 17 х 146? Или 111 + 97? Комплексни когнитивни умения като смятането са възможни посредством сложната свързаност между различните мозъчни региони. По какъв начин снопчетата нервни влакна преминават през различните участъци на мозъка невроучените изследват чрез дифузионна магнитно-резонансна томография. При това те използват естествения магнетизъм на частиците в мозъка, за да измерят дифузионното движение на водните молекули в тъканта. Това дава възможност да се направят изводи за преминаването на нервните импулси, провеждани от нервните влакна, както и за посоката, в която се движат. Измерените дифузионни параметри изследователите онагледяват чрез светещи цветни образи, като цветовете показват ориентацията на снопчетата (червено: ляво-дясно; зелено: отпред-отзад; синьо: горе-долу).

Дифузионна магнитно-резонансна томография; визуализиране посредством софтуер Fibernavigator 2
MPI für Kognitions- und Neurowissenschaften

Цвят в полезрението

Цветът на растението Arabidopsis thaliana разкрива тайната на своите тичинки, след като учени от ИМП за изследване на културни растения изсветляват тъканта посредством прилагане на разтворител. Под флуоресцентен микроскоп тичинковият прашец свети в синьо. Снимката е направена в рамките на проект, обект на който е изследване влинието на недостига на мед върху растенията. Медта е необходима за образуване на лигнин, който отговаря за стабилността и функцията на проводящите тъкани, както и за освобождаване на прашеца при отваряне на цвета. Недостигът на мед в растениевъдството, като например отглеждането на растения в песъчливи почви, води до значителен спад на добива.
Конфокална микроскопия с лазерно сканиране MPI für Pflanzenzüchtungsforschung

Колизия във Вселената

Своята маса в порядъка на около 1,5 слънчеви маси неутронните звезди побират в сфера, чийто радиус със своите 10-12 км е не по-голям от този на един малък град. Това води до създаването на екстремна плътност и гравитационни сили. При сблъсък на две неутронни звезди и обединяването им в черна дупка според Теорията на относителността на Айнщайн възникват гравитационни вълни – микроскопични изкривявания в пространство-времето, които до момента не подлежаха на директно измерване. Посредством цифрова симулация физиците се опитват да получат повече информация за сигналите от гравитационните вълни, за да могат да ги разпознават по-лесно сред големите количества данни, постъпващи в детекторите. Изображението показва такава симулация на колизия на неутронни звезди.
Научна визуализация на цифрова симулация
MPI für Gravitationsphysik

Необуздана магнитна сила

Плазма с температура няколко хиляди градуса изригва от вътрешността на Слънцето, охлажда се на повърхността и отново потъва в дълбините. Там, където на повърхността охладената плазма е задържана от силни магнитни полета, възникват по-тъмни слънчеви петна. По краищата им се виждат нишковидни структури. В тези области полетата всъщност би трябвало да са достатъчно силни, за да възпрепятстват теченията, от където е и по-тъмният им цвят. Чрез това изображение учени от ИМП за изследване на Слънчевата система показват, че на места магнитното поле е отслабено. Плазмата циркулира и създава издължени, светещи в по-светло структури, които изглежда се въртят около оста си.

Дигитална фотография, шведски соларен телескоп в Ла Палма
MPI für Sonnensystemforschung

В мрежата

Важна роля в нашата имунна система играят белите кръвни телца. Сред тях неутрофилните гранулоцити, наричани накратно неутрофили, представляват първа отбранителна линия. Те буквално изяждат бактериите, като обгръщат причинителя на зараза и го поглъщат. Освен това неутрофилите прилагат един изненадващ трик: Те са в състояние да разпростират подобно на мрежа влакнеста структура, в която улавят бактериите и ги елиминират извън клетката. На снимката виждаме шигела-бактерии (в червено), уловени в мрежата на неутрофилите.

Изображение от растерен електронен микроскоп, допълнително оцветено
MPI für Infektionsbiologie

Мрежа от тъмна материя

Тъмната материя е невидима, няма лъчение, но въпреки това съществува, тъй като гравитацията й привлича останалата материя. Тази компютърна симулация визуализира тъмната материя; тя показва виртуална космическа мрежа от тъмна материя, която свързва отделните, блещукащи в ярко галактики във Вселената. Впечатляващото изображение е част от проекта на МПИ „Millennium-Simulation“ и разкрива огромното разнообразие и сложност на космическите структури, които възникват вследствие на гравитационната динамика на частиците на тъмната материя. Разликите в яркостта показват различната плътност в отделните участъци, а цветовите отенъци разкриват разликите в скоростта на материята.
Компютърна симулация
MPI für Astrophysik

Имуннатата система в действие

Това, което на пръв поглед изглежда като екзотично цвете, всъщност е човешката имунна система в действие: Левкоцит (тук обагрен в червено) се подготвя да обезвреди туберкулозна бактерия (в жълт цвят). Бактериите биват обгърнати от клетъчната мембрана на „изяждащата“ клетка и постъпват във вътрешността й, като остават там – в идеалния случай завинаги. Mycobacterium tuberculosis обаче трудно бива елиминирана. Благодарение на изключително устойчивата си обвивка бактериите могат да преживеят в „изяждащите“ клетки години наред и да ги напуснат при отслабване на имунната система – например при заболяване като СПИН или поради напредване на възрастта.
Изображение от растерен електронен микроскоп, допълнително оцветено
MPI für Infektionsbiologie

Нано-интерференции

Ако хвърлим два камъка едновременно в близост един до друг в спокойна вода, ще се образуват два концентрични вълнови фронта, които се застъпват. Подобен ефект на застъпване се получава, когато електроните на повърхността на меден кристал се разпръснат в резултат на два различни дефекта. Ако повърхността е перфектно подредена структура, не би имало интерференции, но малките смущения стават причина за тяхната поява. Интерференцията на електрони върху повърхностите повлиява проводимостта и магнетизма на материала – ефекти, които биха могли да бъдат от значение за магнитното съхранение на данни.
Изображение от сканиращ тунелен микроскоп при минус 266°C
MPI für Mikrostrukturphysik

С диско-топка на лов за електрони

За да проучат електричните свойства на твърдите тела и на газообразни проби, учени използват фотоелектронна и мас-спектроскопия: Богата на енергия светлина може да изтласка електрони от материята. По траекторията и скоростта учените правят заключения за електронната структура на материята. В ярко светещия център на кълбото се намира пробата, върху която попада светлинен лъч от свободен електронен лазер (FEL). Сензори по стените на кълбото, наречени спектрометри за продължителност, улавят електроните. Цялата система се охлажда от течен азот, който капе отгоре върху центъра на постановката и излиза отдолу под формата на облак.
Конвенционална фотография
Fritz-Haber-Institut der MPG

Заплаха за лигавиците

Обагрените в червено найсерия-бактерии са с размер само една хилядна част от милиметъра. Тези, познати още като гонококи бактерии са причинител на предаваното по полов път заболяване трипер. При започваща инфекция те се струпват по две или по четири върху клетките на човешките лигавици. Детайлното изображение показва как бактериите успяват да се вмъкнат в клетките на лигавиците. Около някои от гонококите клетъчната мембрана вече се е затворила. Това е началото на инфекцията, която може да доведе до възпаления и силно гнойно течение.
Изображение от растерен електронен микроскоп, допълнително оцветено
MPI für Infektionsbiologie

Транспортна система в микрокосмоса

Лекарствените вещества са най-ефективни и имат най-малко странични ефекти, когато бъдат въведени директно в заболелите региони на организма. Учени от ИМП работят върху транспортна система, която освобождава активното вещество едва след разпознаване на болните клетки: Микрокапсули, съдържащи специални разпознавателни молекули, се захващат директно за болните клетки, например ракови клетки. Вследствие промяна на температурата, рН-стойността или солното съдържание активните вещества могат да преминат през стените на капсулите. Тук различни по вид капсули са били изложени на високи температури: Някои от тях се свиват и образуват твърди сферички (в жълто), а други се обединяват в по-големи капсули (в зелено), които се свиват при изсъхване.
Изображение от растерен електронен микроскоп, допълнително оцветено
MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung

Нанотръби със златни главички

Подобно на кибритени клечки стърчат нагоре микроскопичните силициеви нанотръби – дори и това „нагоре“ да означава височина от 2 до 250 нанометра над повърхността. Когато силициев диск покрит предварително със злато посредством изпарение при температура 525°С бъде изложен на влиянието на сноп силициеви пари, на местата по повърхността, където се намират златните капчици, се издигат силициеви нанотръбички. Колкото по-продължително е излагането на пробата на влиянието на силициевите пари, толкова повече израстват тръбичките. Така златото остава подобно на шапчица върху нанотръбичките. Подобни експерименти са насочени към производството на електронни елементи в бъдеще.

Изображение от растерен електронен микроскоп, допълнително оцветено
MPI für Mikrostrukturphysik

Звездна нощ

Това изображение на солни кристали в желеподобна структура, наподобява картина. Учени от ИМП изследват процесите на кристализация в течен филм и за целта смесват разтвор на DL-лизин монохидрохлорид и полиакрилна киселина с етанол, като поставят пробата върху опитно стъкло. Тънкият филм, който за разлика от обичайните желета се състои от две фази, лесно се разпростира върху цялата стъклена повърхност. Чрез изпарение на етанола се получават изолирани жълти кристали с диаметър около 20 микрометра, които създават асоциация с картината „Звездна нощ“ на Винсент ван Гог.

Изображение от растерен електронен микроскоп, допълнително оцветено
MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung

Виж още за:
Най-важното
Всички новини

Още от Технологии

Коментари

За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !