Текст уведомления здесь

Плазма и микроволны в Аптекарском огороде

Фоторепортаж из старейшего в России ботанического сада

Что общего между радиофизикой, физикой плазмы и растениеводством? Сходив в последний день октября в Аптекарский огород, корреспондент «Чердака» убедился, что эти области могут быть напрямую связаны между собой на практике.
Добавить в закладки
Комментарии

Вот плазма в естественной среде обитания, знакомая всем картина (с поправкой на то, что данный кадр снят из космоса через специальный фильтр).

NASA/SDO (AIA)

Солнце полностью состоит из ионизированного газа, то есть плазмы. Оно также является главным источником света и тепла для Земли. Но, поскольку на дворе сейчас конец октября, поздняя осень, речь сегодня пойдет не о Солнце.

В Аптекарском огороде, старейшем ботаническому саду России, с деревьев по большей части уже опала листва. Ключевую роль в уходе растений на зиму сыграло сокращение светового дня — от восхода до заката в Москве сегодня прошло менее 9 часов 20 минут, а через неделю это время сократится еще на полчаса. 

Алексей Тимошенко / Chrdk.

Через стекло оранжереи светят натриевые лампы. Они хорошо знакомы горожанам — большая часть российских городов освещается именно ими; раскаленные пары́ натрия дают характерный желтый свет. Натриевое освещение экономично, но искажает цвета.

Алексей Тимошенко / Chrdk.

А вот это нечто иное, непохожее ни на светодиоды, ни на флуоресцентные лампы.

Алексей Тимошенко / Chrdk.

Слегка зеленоватый оттенок можно было бы принять за ртутную лампу, но это и не она. Это то самое устройство, где радиофизика и физика плазмы работают на благо растений. Плазменная лампа.

Внутри оранжереи все разительно отличается от обстановки снаружи. Светло и тепло. Установленный на одном из шкафов с растениями термостат показывает 22 градуса снаружи и 24 — внутри.

Алексей Тимошенко / Chrdk.

Пруд снаружи замерз...

Алексей Тимошенко / Chrdk.

...а внутри — все совсем иначе.

Алексей Тимошенко / Chrdk.

Тут тропики. Над бассейном висит лампа с зеленовато-голубоватым оттенком. 

Алексей Тимошенко / Chrdk.

Лампу выделяет массивный серый ящик. Внутри него источник питания, управляющая электроника и магнетрон — источник СВЧ-излучения вроде того, который используется в микроволновой печи. Микроволны разогревают здесь не еду, а превращенные в плазму пары серы внутри стеклянной колбы.

Алексей Тимошенко / Chrdk.

С такими лампами сейчас экспериментируют в Аптекарском огороде. Плазменное освещение обещает быть экономичным и при этом близким по спектру к солнечному: на один ватт потребляемой мощности такая лампа выдает световой поток 80 люмен — это сопоставимо со светодиодными и натриевыми.

Алексей Тимошенко / Chrdk.

Традиционные светильники, впрочем, пока удерживают в Аптекарском огороде первое место по распространенности. Сейчас там проходит выставка различных осветительных систем, поэтому кроме постоянно используемых ламп можно встретить и другие образцы.

Алексей Тимошенко / Chrdk.

Современное растениеводство оказывается невозможным без достижений как в области физики плазмы, так и физики полупроводников. Светодиоды, равно как и источники питания для них, — это полупроводниковые приборы.

Плодоносящие кустарники и даже деревья — результат как обогрева (с этой задачей люди научились справляться давно), так и освещения.

Алексей Тимошенко / Chrdk.

Чтобы добиться той освещенности, которую создают прямые солнечные лучи — а это десятки тысяч люкс — даже плазменным и светодиодным светильникам нужны киловатты мощности. 

Алексей Тимошенко / Chrdk.

Лампы такой мощности иногда приходится охлаждать — к части светильников подведено не только электричество, но и вода (черные шланги на снимке). Днем, правда, они выключены.

Лимон, растущий под светильниками в оранжерееАлексей Тимошенко / Chrdk.

Выращивать цитрусовые при полностью искусственном свете сегодня вряд ли оправдано с экономической точки зрения. Но быстро растущая зелень уже может оказаться выгодной, и это не говоря уж об антарктических или даже лунных поселениях в будущем.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Биосфера на вынос

Как покорить другую планету, взяв с собой кусочек своей

Если нам вздумается заселить другую планету, то после того, как проблема транспортировки будет решена (а прогресс в этом отношении определенно есть!), мы столкнемся с другой — той, что там все совсем не так, как здесь. Наш организм приучен дышать земным воздухом и получать энергию из пищи земного происхождения. Поэтому колонистам других миров придется взять кусочек «родной Земли» с собой. О том, как это сделать, «Чердак» поговорил с российскими энтузиастами частной космонавтики, которые работают над созданием одного из ключевых элементов системы жизнеобеспечения — фотобиореактора.
Добавить в закладки
Комментарии

Идея команды «435nm» в том, чтобы создать замкнутую систему жизнеобеспечения на основе фотобиореактора. В реакторе культивируются микроводоросли, которые, как и полагается растениям, поглощают углекислый газ и производят кислород. А заодно могут послужить пищей для более высоких звеньев пищевой цепочки.

Сама идея не нова, но инженеры обещают новый уровень ее воплощения — в частности, они уже подобрали оптимальную длину волны, при которой рост водорослей идет максимальными темпами; название проекта — как раз отсылка к найденной величине. Создан и первый прототип установки для производства водорослей — в данном случае хлореллы. «Чердак» выяснил подробности у создателей проекта — инженера, кандидата технических наук Александра Шаенко и доктора биологических наук, ведущего научного сотрудника Института медико-биологических проблем РАН Маргариты Левинских.

[Ch.] Были ли уже подобные проекты в прошлом и чем отличается ваш?

[Маргарита Левинских] Безусловно, были. Это огромный пласт исследований, которые вели ученые в Институте медико-биологических проблем РАН и красноярском Институте биофизики РАН с 60-х годов прошлого века. И надо сказать, «земные» испытания таких систем проходили вполне успешно. Человек по несколько месяцев жил в среде, сформированной водорослями и другими растениями. Представьте, 45 литров суспензии водоросли полностью обеспечивают газообмен человека и регенерацию воды. Особенность «435 нм» — в использовании новых технологий, ведь за полвека многое изменилось, в том числе появилась возможность тонкого подбора спектра, при котором выращиваются водоросли. [ ... ]

Читать полностью

Цветущие космонавты

Какие растения летали в космос и что с ними потом стало

С самого начала космической эры растения сопровождают человека в освоении внеземного пространства. Однако в отличие от людей и животных они часто остаются безызвестными участниками космических полетов. «Чердак» вспоминает основные вехи космического растениеводства и рассказывает о его героях.
Добавить в закладки
Комментарии

Почти два года назад, 16 января 2016 года, в космической оранжерее Veggie на американском сегменте МКС зацвела цинния. Астронавт Скотт Келли в своем восторженном твите назвал ее «первым цветком, зацветшим в космосе».

Восторг астронавта можно понять: он вырастил эти растения из семян, ухаживал за ними, спасал от засухи, наводнения и нашествия плесени. Но он ошибся. Растения в космосе и раньше неоднократно росли, цвели и даже давали семена. Еще Циолковский говорил о том, что растения необходимы человеку для освоения космоса, чтобы служить источником пищи и кислорода. И с самого начала космической эры растения сопровождают человека в освоении внеземного пространства. Однако в отличие от людей и животных они часто остаются безызвестными участниками космических полетов. Давайте вспомним основные вехи космического растениеводства. [ ... ]

Читать полностью

Выжимая педаль фотосинтеза

Можем ли мы ускорить главную реакцию биосферы?

Возможно ли сделать фотосинтез чуть более эффективным? Невиданная урожайность и прирост биомассы культурных растений, решение продовольственного кризиса и облегчение производства биотоплива — от перспектив захватывает дух. Недавно молекулярные биологи сделали очередной шаг по этому нелегкому, но столь заманчивому пути.
Добавить в закладки
Комментарии

Гигантские секвойи и пассажиры московского метро, кузнечики на лугу и невидимые глазу амебы в цветущей луже — как бы ни выглядел земной организм, энергия, которую он использует, имеет один первоисточник — солнечный свет. Кванты электромагнитного излучения, падающие на Землю, раскручивают колесо биохимических превращений, запускающих грандиозную машинерию биосферы на нашей планете.

Из этого правила есть, конечно, редкие исключения, например бедные и чудаковатые на вид экосистемы, построенные эволюцией вокруг геотермальных горячих источников, — странные сообщества, живущие, например, рядом с черными курильщиками. Местные бактерии и археи научились синтезировать органическое вещество за счет окислительно-восстановительных реакций, в прямом смысле оседлав горячие струи минеральных растворов, бьющие из-под тонкой океанической коры. Но если закрыть глаза на несколько исключений, то биосферу можно сравнить с водяной мельницей, только роль потока воды на себя здесь берет солнечный свет.

Для того чтобы усваивать лучистую энергию Солнца, живые системы изобрели фотосинтез — целый комплекс сложнейших реакций. Их суть очень проста: с помощью энергии света организм отрывает электроны от какой-нибудь удобной для него молекулы и переносит их на молекулы углекислого газа, восстанавливая их и превращая в молекулы органического вещества, которое потом можно будет опять окислить, получив энергию. Особо преуспели в этом искусстве существа, выбравшие в качестве источника электронов молекулы воды. Оно и не мудрено: в среднем воду на Земле найти гораздо проще, чем какой-нибудь сероводород. Именно этот тип фотосинтеза выбрали предки сегодняшних растений, и с тех пор, в общем-то, жизнь здесь и завертелась.

Центральный узел [ ... ]

Читать полностью