science art: Міждисциплінарний підхід

Science art

Кучер Аскольд,

доцент кафедри променевої

діагностики ЛНМУ

ім. Данила Галицького

МІЖДИСЦИПЛІНАРНИЙ

ПІДХІД

Доповідь виголошена 12 березня 2015 року

на хімічній секції НТШ присвяченій 90-річчю від дня народження

академіка АН України Кучера Романа Володимировича

( Львівський Національний Університет ім. Івана Франка )

1. Наука та мистецтво – це два основних

рушії культури

2. Два джерела творчості та колективної

ідентичності

Science art

Це ділянка сучасного мистецтва,

представники якого використовують

концептуальні основи, дослідницькі

методики та найсучасніші технології при

створені своїх творів

Наука як мистецтво,

або

«Картини зі світу науки»

Перша Львівська Медіатека

(вул. Мулярська 2а)

«BILDER AUS DER WISSENSCHAFT»

Виставка «Картини зі світу науки»

від німецького наукового Товариства

ім. Макса Планка.

(4.12.2014 – 4.02.2015)

Вчені з понад 80 інститутів Товариства

ім. Макса Планка надали фотографії

з різних галузей наукових досліджень.

Спектр застосованих технологій:

Звичайна фотографія за допомогою

кольорової зйомки з використанням

різного виду мікроскопів:

– світлова мікроскопія,

– растрова електронна мікроскопія,

– растрово-тунельна мікроскопія,

а також комп’ютерне моделювання.

БІОЛОГІЯ ТА МЕДИЦИНА

Artificial Biofactories

З клітинною оболонкою взаємодіють

численні білки (протеїни), виконуючи при

цьому різні задачі – від обробки сигналу і до

поділу клітини. На цьому знімку зображена

ліпідна мембрана з приєднаними до неї

протеїнами. Ці протеїни самостійно

рухаються у мембрані і самоорганізуються,

утворюючи при цьому модель руху, яка

нагадує килим із хвиль.

Max-Planck-Institut für Biochemie

Martinsried Katja Zieske, Petra Schwille

Конфокальна лазерна скануюча мікроскопія

Biological Rotor

Цей біологічний ротор своїм обертанням

виробляє енергію для утворення

молекули аденозинтрифосфату (ATP), що

забезпечує енергією всі живі клітини. Він

був виявлений в клітинній мембрані

бактерії Ilyobacter tartaricus. Діаметр

кільця ротора становить приблизно п’ять

нанометрів. Вченим вдалося створити

тривимірну структурну модель ротора,

який складається із одинадцяти

ідентичних білкових субодиниць. Для

цього було кристалізовано ізольоване

кільце вуглецевих субодиниць з ліпідами.

Знімки кристалів, зроблені електронним

мікроскопом, були проаналізовані на

комп’ютері і потім перетворені в карту

електронної щільності.

Max-Planck-Institut für Biophysik,

Frankfurt am Main / ETH Zürich

Janet Vonck, Tassilo Krug v. Nidda, Werner

Kühlbrandt, Thomas Meier, Ulrich Mathey, Peter

Dimroth

Карта щільності на основі знімків

електронного мікроскопа

An Enzyme that Warms the Climate

Метан діє як парниковий газ. Він

утворюється, коли мікроби із групи

архибактерій в анаеробних умовах

розкладають органічний матеріал. Ключову

роль у цьому процесі відіграє фермент

гідрогеназа, який складається із

дванадцяти тримерів з трьома складовими,

відповідно – на знімку зображено синім,

зеленим та фіолетовим кольорами, залізно-

сірчані кластери – на знімку видно як жовті

структури. Max Planck Institute of Biophysics, Frankfurt am

Main

Janet Vonck

Кріоелектронна мікроскопія, тривимірна

реконструкція

Bacteria with a Sense of Direction

Бактерія Magnetospirillum gryphiswaldense

здатна орієнтуватися за магнітним полем

землі, завдячуючи структурам в клітинах

цих бактерій – магнетосомам. Вони

містять кристали оксиду заліза

(магнетити), які орієнтуються на магнітне

поле. За допомогою томограми можна

зазирнути всередину клітини: магнетити

(на зображенні - червоні) оточені

мембранами (жовтого кольору), які

відокремлюють їх один від одного. На

знімку видно, що магнетосоми, нанизані

на зелену “нитку”, задають напрямок

руху бактерії, як голка компаса.

Max-Planck-Institut für marine

Mikrobiologie (Bremen)

Max-Planck-Institut für Biochemie

(Martinsried) Manuela Gruska, Jürgen

Plitzko

Кріоелектронна томографія під різними

кутами

A Parasite inside the Cell

До 90 мільйонів людей у світі щорічно

первинно інфікуються Chlamydia

trachomatis. Таким чином хламідіоз, який

у разі нелікування призводить до

безпліддя, є однією із найпоширеніших

хвороб, що передаються статевим

шляхом. Хламідії відносяться до

найменших в світі бактерій, здатні

розмножуватися лише всередині клітини і

використовують внутріклітинний обмін

речовин. Врешті решт клітина лопається,

вивільняючи сотні нових інфекційних

часток. Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie,

Berlin

Volker Brinkmann

Розфарбований знімок із растрового


A Threat to the Mucous Membranes

Розмір бактерій Neisseria, які виділені на

знімку червоним кольором, не перевищує

тисячної долі міліметра. Відомі також як

гонококи, ці бактерії є збудниками

венеричної хвороби гонореї. На

початкових стадіях розвитку інфекції вони

відкладаються на клітинах слизової

людини скупченнями із двох або чотирьох

бактерій. На збільшеному зображенні

видно, як бактеріям вдається проникнути

в клітини слизової. Над деякими

гонококами вже зімкнулася клітинна

мембрана.

Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie,

Berlin

Volker Brinkmann

Розфарбований знімок із растрового


A model in matters of the heart

Danio rerio – рибка (5см), яка має подібні

до людських гени серця. Тому ця риба є

улюбленим модельним організмом для

вчених. На знімку представлено

забарвлене за допомогою

флуоресцентних протеїнів серце 48-

годинного ембріона, що нормально

розвивається. На цей момент розміром

0,5мм і складається, як і у всіх риб, із

передсердя та серцевої камери. Зеленим

кольором позначені клітини серцевого

м’язу, червоним – ядра клітин. Синім

кольором світиться передсердний міозин

– протеїн, що зустрічається лише в

передсерді.

Max-Planck-Institut für Herz- und

Lungenforschung, Bad Nauheim

Carina Detzer

Конфокальна лазерна скануюча

мікроскопія

Fish Eye in Focus

Дуже схожа будова сітківки ока людей та

риб Danio rerio . На знімку показано

поперечний зріз сітківки ока триденного

ембріона риби. За допомогою

флуоресцентних протеїнів вчені зробили

видимими різні типи клітин. Частину

скелету клітини можна побачити в

зеленому кольорі; клітинні стінки

фоторецепторів та оптичний нерв, який

передає інформацію до головного мозку,

світяться фіолетовим кольором. Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie

und Genetik, Dresden

Jaroslav Icha

Знімок із флуоресцентного мікроскопа

Larval Models

На фотографії зображені личинки риби

(Danio rerio) у дводенному віці, у яких вже

дуже добре видно ротовий отвір. Оточені

віями заглибини можуть здатися очима,

насправді є майбутніми органами нюху. У

лівого ембріона на знімку є генетичний

дефект, що призводить до проблем із

розвитком шкіри.

Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie,

Tübingen

Jürgen Berger, Mahendra Sonawane

Розфарбований знімок із

растрового електронного мікроскопа

Caught in the Net

Важливу роль в нашій імунній системі

відграють лейкоцити. Першу лінію захисту

організму становлять нейтро- фільні

гранулоцити або нейтрофіли. Вони в

прямому сенсі слова пожирають бактерії,

поглинаючи збудників хвороб і

перетравлюючи їх всередині клітини. Крім

цього, нейтро- філи мають ще одну

незвичайну властивість: вони здатні

викидати волокнисті структури на зразок

сітки для того, щоб ловити бактерії і

вбивати їх поза клітиною. На даному

зображенні можна побачити бактерії

Shigella (червоним кольором), що

потрапляють у сітку нейтрофілів.

Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie,

Berlin

Volker Brinkmann

Розфарбований знімок

із растрового електронного мікроскопа

Immune System in Action

На перший погляд це нагадує екзотичну

квітку, але насправді це імунна система

людини в дії: лейкоцит (зображений

червоним кольором) збирається

знешкодити туберкульозні бактерії

(жовтого кольору).

Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie, Berlin

Volker Brinkmann



Steady Nerves

Від круглого тіла молодої нервової

клітини відходять відростки різної

довжини. Найдовший відросток згодом

стане аксоном (на знімку – зеленого

кольору), який передає сигнали іншим

нервовим клітинам. Короткі відростки

перетворяться на дендрити (червоного

кольору), які згодом прийматимуть і

оброблятимуть сигнали від інших

нервових клітин. Ці порожнисті протеїнові

циліндри надають форму нервовій клітині

і уможливлюють її ріст. Кольорами

показана стабільність мікротрубочок:

зелений/жовтий означає стабільність, а

червоний, навпаки, - нестабільність. Лише

аксон має стабільні мікротрубочки і тому

може рости, що є важливим для здатності

нервових клітин до відновлення.

Max-Planck-Institut für Neurobiologie,

Martinsried

Frank Bradke, Harald Witte

Накладення зображення

фазовоконтрастної мікроскопії

та багатоканальної флуоресцентної

мікроскопії

Stars in the Brain

Астроцити або зірчасті клітини разом із

нейронами, є найбільш поширеними

клітинами мозку. Своєю назвою вони

зобов’язані характерній для них

розгалуженій, зірчастій формі. Для

астроцитів є типовим фібрилярний

гліапротеїн. На даному зображенні саме

до цього протеїну була прив’язана

молекула-маркер, поєднана із

флуоресціюючою речовиною. Лазер

викликає світіння молекули-маркера, що

дозволяє побачити розміщення

астроцитів у мозку.

Max-Planck-Institut für Neurobiologie,

Martinsried

Gerhard Hager, Georg W. Kreutzberg



Neurons on Track

Процес навчання та пам’ять ґрунтуються

на тому, що зв’язки між клітинами

головного мозку постійно

перебудовуються, руйнуються або

утворюються знову. Дослідники

вирощують нервові клітини на

фотолітографічній структурованій

пластині в тонких мікроканалах. Завдяки

цьому складна тривимірна сітка нервових

клітин головного мозку спрощується у

культурі клітин до двовимірної форми. У

такій спосіб вчені мають змогу

досліджувати процес утворення та

руйнації синапсів між клітинами, а також

роль, яку при цьому відіграють такі хімічні

субстанції, як нейромедіатори.

Max-Planck-Institut für Hirnforschung,

Frankfurt am Main

Ina Bartnik, Erin Schuman

Конфокальна імуно-флуоресцентна


Highways for Thoughts

Складна розумова діяльність, як от лічба,

є можливою тільки завдяки механізму

переключення в різних відділах головного

мозку. За допомогою дифузійно-зваженої

МРТ можна прослідкувати, яким чином

функціонують пучки нервових волокон

головного мозку. При цьому оцінюється

перебіг та напрям сигналів у великих

пучках нервових волокон. Потім

дослідники перетворюють обраховані

дифузійні градієнти на кольорові

дифузійні матриці, що світяться. Кольори

при цьому вказують розташування

волокон (червоний колір:

зліва – направо; зелений колір:

спереду – назад; синій колір:

зверху – вниз).

Max Planck-Institut für Kognitions- und

Neurowissenschaften, Leipzig

Ralph Schurade, Alfred Anwander

Дифузійно-зважена магніто-резонансна

томографія (МРТ),

комп’ютерна візуалізація за допомогою

програми «Fibernavigator 2»

Cell Pattern – Cell Order

На знімку показана ізольована клітина

серця щура у 7000-кратному збільшенні.

Якщо клітини серця зберігаються в

клітинних культурах поза своїм

природним середовищем, то змінюється

їхній зовнішній вигляд: первинно

циліндрична структура стає плоскою. При

цьому утворюються нові саркомери –

найдрібніші функціональні одиниці клітин

серцевого м’язу. В даній клітині, яка вже

протягом дванадцяти днів знаходиться в

клітинній культурі, за зеленим

забарвленням міозину можна побачити,

що утворення нових саркомерів

починається з середини.

Max-Planck-Institut für Herz- und

Lungenforschung, Bad Nauheim

Veronika Persson



Hazardous Cargo in the Spinal Cord

Розгалужена вена проходить поверхнею

спинного мозку щура. Стінка кровоносної

судини створює при цьому бар’єр, що

захищає чутливу нервову тканину від

збудників хвороб. Але у випадку таких

хвороб, як розсіяний склероз, клітини

імунної системи людини руйнують цю

захисну оболонку, що покриває нерви:

агресивні Т-клітини (на знімку червоного

кольору) прикріплюються до стінки

кровоносної судини, рухаються вздовж

неї, врешті-решт проникають через її

стінку і потрапляють у спинний мозок, де

їхній контакт із фагоцитами викликає

інвазію інших Т-клітин.

Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried

Ingo Bartholomäus

Знімок з 2-фотонного мікроскопа

Tumor Markers

Клітини раку товстої кишки людини у 250-

кратному збільшенні. Ядра клітин

пофарбовані в синій колір за допомо- гою

спеціального ДНК-фарбника. Зазвичай

білок клітинної адгезії бета-катенін,

розпізнати можна за жовтою

імуннофлуоресцентною міткою, який

знаходиться лише на межах клітин. Але

якщо він, як показано на знімку, додатково

з’являється і в ядрі окремих ракових

клітин, то він дає стартовий сигнал для

перетворення доброякісної пухлини в

злоякісну карциному.

Max-Planck-Institut für molekulare

Physiologie, Dortmund

Peter Herter, Gesine Schulte

Світлова мікроскопія

Microcosmic Transport System

Лікарські засоби діють оптимально, якщо

вони безпосередньо діють на уражену

ділянку організму. Доставляти діючу

речовину безпосередньо до клітин-

реципієнтів можуть мікрокапсули зі

спеціальними розпізнавальними

молекулами. Діюча речовина може

виділятися із капсул через зміну

температури, рівня pH або вмісту солі. На

знімку представлені результати впливу

високих температур на різні види таких

капсул: деякі стискаються у тверді кульки

(жовтого кольору), інші плавляться,

утворюючи більш великі капсули

(зеленого кольору).

Max-Planck-Institut für Kolloid- und

Grenz�ächenforschung, Potsdam

Karen Köhler



Arms Race in the Plant Kingdom

Справжня борошниста роса

(Golovinomyces orontii), шкідник рослин із

групи аскоміцетів, утворює на листі

арабідопсиса (Arabidopsis thaliana)

ниткоподібну грибницю. На верхівці

спороносіїв, що виступають на поверхні

цього міцелію, розвиваються безстатеві

спори, які розносяться вітром. У такий

спосіб гриб вражає інші рослини. На

прикладі моделі взаємодії справжньої

борошнистої роси та арабідопсиса вчені

досліджують, як рослини реагують на

грибкові інфекції, і яким чином гриби

обминають захисні механізми рослин.

Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie,

Tübingen

Jürgen Berger, Marco Todesco



At the Root of a Plant Hair

Для оптимального росту рослинам

потрібен азот. У разі нестачі азоту

процеси фотосинтезу і росту уповільню-

ються. Для запобігання цьому листя

рослин починає посилено виробляти

червоний пігмент антоціан, який захищає

їх від надмірного світлового опромінення.

Механізми, які регулюють утворення

антоціану, викликають появу листових

волосків, які захищають рослину від

висихання. На знімку можна побачити

волосок на листку арабідопсиса

(Arabidopsis thaliana), який захищає

рослину від висихання.

Max-Planck-Institut für molekulare

P�anzenphysiologie, Potsdam

Grit Rubin, Wolf-Ruediger Scheible

Знімок з конфокального мікроскопа

Flower in Focus

На зображенні продемонстровано

тичинки квітки арабідопсиса (Arabidopsis

thaliana), висвітлині за допомогою

розчинника. Під флуоресцентним

мікроскопом пилкові зернятка світяться

синім кольором.

Max-Planck-Institut für

P�anzenzüchtungsforschung, Köln

Arne Grande, Peter Huijser

Знімок із конфокального скануючого

мікроскопа

Ingenious Navigation System

Мухи – майстри навігації. Вони чудово

бачать навіть у польоті, коли мозок мухи з

великою швидкістю обробляє зображення,

так би мовити, в режимі «он-лайн». При

цьому візуальне управління курсом

польоту виконують лише 120 нервових

клітин. Ці взаємопов’язані клітини через

декілька каналів отримують сигнали від

світлочутливих клітин очей, обробляють

рухові подразники і в результаті цього

передають сигнали в центри, що

контролюють помахи крил. На зображенні

показана задня частина голови мухи та

нейрональний центр контролю курсу в

лівій півкулі мозку. Окремі нервові клітини

видно завдяки ін’єкції флуоресціюючої

речовини.

Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried

Jürgen Haag, Alexander Borst

Зображення скомпоноване із накладених

одна на одну фотографій оптичного


ФІЗИКА ТА ХІМІЯ

Monster Waves on a Micro Scale

Нижня частина моделі демонструє, як

виглядає поперечне магнітне

фокусування в ідеалі.

Проте у справжніх напівпровідникових

кристалах завжди присутні невеликі

дефекти. Наскільки сильно може

вплинути на траєкторію руху електронів

навіть незначна невпорядкованість в

структурі мате- ріалу, показано у верхній

частині зображення.

Max Planck Institute for Dynamics and Self-

Organization

Ragnar Fleischmann

Комп’ютерне моделювання

Electrons Gone Astray

На цій комп’ютерній моделі зображено як

електрони поширюються в усіх напрямках

із точкового джерела у двовимірному

електронному газі. На зображенні можна

визначити щільність електронів – чим

темніша та чи інша ділянка, тим більша

кількість електронів.

Max Planck Institute for Dynamics

and Self-Organization

Ragnar Fleischmann

Двовимірна комп’ютерна модель

Cast Iron - Still Appealing

На знімку показано мікроструктуру сплаву

чавуна: глобули вуглецю здаються

круглими острівками, а тонка

мережа ліній показує, де зіштовхуються

різні зернятка матеріалу.

Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH, Düsseldorf

Angelika Bobrowski

Знімок у поляризованому світлі з мікроскопа із

верхньою підсвіткою

та з диференційно-інтерференційним контрастом

Virtual Flow

Потоки рідини або газів мають велике

значення в багатьох технічних процесах.

Щоб охарактеризувати властивості певного

потоку, дослідники аналізують рух окремих

часток. Зробити таку комп’ютерну

візуалізацію дотепер було дуже складно.

Новий математичний підхід вперше

дозволяє описати ці лінії за допомогою

звичайних диференційних рівнянь та

значно швидше оцінити їхні властивості.

Завдяки новому методу лінії на даному

зображенні були зафіксовані протягом

менш ніж однієї хвилини; класичний

алгоритм потребує для цього понад дві

години.

Max-Planck-Institut für Informatik, Saarbrücken ,Tino

Weinkauf

Holger Theisel (Otto-von-Guericke-Universität

Magdeburg)

Комп’ютерний аналіз

Vortex in the Magnet

Магнітні вихорні структури виникають у

магнітних пластинках діаметром один

мікрометр і висотою в декілька

нанометрів. В них окремі магнітні моменти

розташовуються не так, як у звичайних

постійних магнітів: їх магнітне поле

створює об'єкти-голки, що виступають із

пластинок допереду (червоний колір)

або дозаду (синій колір), і, таким чином,

можуть зберігати 0 або 1 біт даних. Короткі

магнітні імпульси блискавично змінюють

напрямок голок. Моделювання показує

перехід з голками вперед (червоним

кольором) і назад (синім кольором). В

оранжевій та зеленій областях магнітні

моменти лише в незначній мірі повернуті

із площини зображення.

Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme,

Stuttgart

Matthias Kammerer


Super Wave in a Flash of Light

Там, де діють нелінійні процеси, часто

виникає хаос. Це стосується, наприклад,

клімату. Однак у даній моделі нелінійна

взаємодія має упорядковуючий вплив:

дуже інтенсивний спалах

ультрафіолетового світла, що триває

лише 100 фемтосекунд (одна

фемтосекунда відповідає одній міль-

йонній частині однієї мільярдної долі

секунди) проходить зліва направо скрізь

інертний газ ксенон. Від світлового

імпульсу, який зображено жовтим

кольором з лівого краю знімку, через

деякий час відокремлюється один солітон

– світловий суперімпульс, що

стабілізується в нелінійних процесах.

Мax-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme,

Dresden

Stefan Skupin, Christian Koehler, Luc Berge


Hierarchy of the Nanocones

Крихітні конуси із силікагелю впорядковано

ростуть на скляній поверхні. Всередині

вони складаються із нанометрових

силікагелевих трубочок, які закручуються у

формі спіралі навколо осі – подібно до

равликів. Центральна вісь симетрії

закладена ще у зародку конуса. Вона

відповідає за зовнішній вигляд та

властивості силікатних форм. В свою

чергу, трубочки містять впорядковані

органічні молекули. Таким чином уся

композиція побудована ієрархічно. Max-Planck-Institut für

Kohlenforschung, Mülheim an der Ruhr

Frank Marlow


із растрового електронного


Gold-Headed Nanowires

Крихітні кремнієві нанодротики стирчать,

немов сірники, навіть якщо їх висота

становить лише від 2 до 250 нанометрів.

Адже якщо кремнієву пластину із золотим

напиленням піддати дії струменя

кремнієвої пари за температури 525

градусів Цельсія, то на місці золотих

крапель на поверхні виростуть кремнієві

нанодротики у формі паличок. Чим довше

обробляти пластину кремнієвою парою,

тим вище виростуть ці палички. Золото при

цьому залишається нагорі, як ковпачок. Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik,

Halle Luise Schubert, Peter Werner



Pretty as a Real Chrystal

Він так гарно переливається синьо-

бірюзовими відтінками, що його можна

прийняти за справжній кристал, але

насправді тут зображено «колоїдний

кристал». Такий колоїдний кристал може

утворитися при висиханні водянистої

дисперсії синтетичної речовини. В хімії

полімерів усі емульсії або дисперсії, тобто

суміші твердого або рідкого полімеру в

рідкому середовищі, називають латексом,

– що походить від назви молочного соку

каучукового дерева. Показаний

на знімку колоїдний кристал створений із

латексу: довгасті «кристалічні» зерна

виникають при цьому вздовж напрямку

руху полімеру.

Max-Planck-Institut für Polymerforschung, Mainz

Alexander Du Chesne

Світлова мікроскопія на темному полі (косе

освітлення)

Starry Night

Цей знімок крапельок солі всередині

желеподібних структур, зроблений за

допомогою електронного мікроскопа,

нагадує витвір живопису. Вчені

досліджують процеси кристалізації в рідких

плівках. Для цього вони змішали з

етанолом розчин DL-

лізинмоногідрохлориду та поліакрилової

кислоти і нанесли отриману рідину на

скляну пластину. Тонка плівка, яка – на

відміну від звичайних гелевих плівок –

складається із двох фаз, дуже швидко

розподіляється по всій поверхні. При

випаровуванні етанолу утворюються

ізольовані жовті кристали, які викликають

асоціації з картиною Вінсента ван Гога

«Зоряна ніч».

Max-Planck-Institut für Kolloid- und

Grenz�ächenforschung, Potsdam

Yuan Jiang, Helmut Cölfen, Markus Antonietti, Katja

Schulze



A Blanket for Hot Plasma

Термоядерні електростанції, подібно до

сонця, мають виробляти енергію шляхом

ядерного синтезу, паливом для якого є

ультратонка воднева плазма з

температурою займання вище 100

мільйонів градусів Цельсія. Тому

дослідники розробляють нові жаростійкі

матеріали для будівництва таких

установок. На знімку показана проба

вольфрамового сплаву, до якого були

додані кремній і хром для підвищення

стійкості матеріалу до окислення. Під

мікроскопом видно тріщини внаслідок

внутрішньої напруги, що спричинені

відмінностями коефіцієнтів теплового

розширення – ефекту, якого слід уникати

при застосуванні матеріалу.

Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Garching

Gabriele Matern

Знімок з мікроскопа у поляризованому світлі

Nano Interference

Якщо одночасно кинути у воду два камені

так, щоб вони впали поруч, на дзеркальній

поверхні води утворюються два

концентричні хвильові фронти, що

накладаються один на одного. Подібний

ефект накладання має місце, коли

електрони на поверхні кристалу міді

зіштовхуються з двома дефектами. Якби

поверхня була ідеальною, інтерференції не

виникло б, однак мікродефекти

спричиняють утворення інтерференційних

візерунків. Інтерференція електронів на

поверхнях впливає на провідність і

магнетизм матеріалу – ці ефекти можуть

мати істотне значення при збереженні

даних на магнітних носіях.

Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik, Halle

J.Dirk Sander, Guillemin Rodary, Hai Feng Ding, Jürgen

Kirschner

Низькотемпературна растрова тунельна

мікроскопія при -266°C

The Magic of Optics

В наукових дослідженнях часто

використовують сферичні лінзи в

мікроскопах. Особливу форму при цьому

мають так звані «solid immersion lenses»

(SIL) – товсті імерсійні лінзи; з їх допомогою

можна отримати надвисоку просторову

роздільну здатність оптичної системи. Лінза

складається із фосфіду галія, хімічної

речовини, яка є прозорою для світла з

хвилями певної довжини та має надвисокий

індекс заломлення. Завдяки цьому можна

досягти рівня фокусування світла,

необхідного для досліджень з високою

роздільною здатністю. На цьому знімку

здається, що така імерсійна лінза, наче

куля, висить у повітрі, але це є тільки

ілюзією.

Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, Erlangen

Klaus Mantel, David Ausserhofer

Фотознімок

НАУКИ ПРО ЗЕМЛЮ

A Web of Dark Matter

Комп’ютерне моделювання дозволяє

побачити темну матерію; на даному

зображенні представлена віртуальна

космічна мережа із темної матерії, яка

об’єднує між собою окремі галактики

Всесвіту, що світяться.

При цьому різниця яскравості відображає

локальну щільність, а різні відтінки

кольору – різні швидкості матерії.

Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching

Simon D.M. White, Volker Springel


Black Hole in a Tidal Race

Галактична подвійна зоряна система

SS433 складається із масивної молодої

зірки-гіганта, навколо якої, ймовірно,

обертається чорна діра.

Вона поглинає газ, який виділяється

зіркою-гігантом. Енергія, що

вивільняється при цьому, викидає у

Всесвіт незначну частину цього газу, який

«перетікає» від зірки до чорної діри, у

формі двох поєднаних струменів, так

званих джетів. Під впливом приливних

сил просторова орієнтація джетів

змінюється з регулярними проміжками.

Внаслідок цього формується

спіралеподібна структура, зображена на

комп’ютерній моделі одного із джетів.

Max-Planck-Institut für Astrophysik,

Garching Wolfgang Hillebrandt, Ewald Müller


Twisted Spiral

Спіралі зустрічаються у природі в різних

формах: равлики, галактики, циклони...

Усі ці спіралі об’єднує те, що вони

завжди закручуються в одному напрямку.

Проте можливий і інший варіант: щоб

переконатися в цьому, досить поглянути

на комп’ютерну модель перекрученої

спіралі, у якій внутрішня і зовнішня

частини розкручуються в протилежних

напрямках.

Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Berlin

Oliver Rudzick

Комп’ютерна модель

Collision in Space

За допомогою цифрового моделювання

фізики прагнуть отримати більше інформації

про сигнали гравітаційних хвиль для того,

щоб мати можливість краще розпізнавати їх

серед великої кількості даних детектора.

Знімок показує модель зіткнення

нейтронних зірок.

Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik

(Albert-Einstein-Institut), Potsdam

Zuse-Institut, Berlin

Bruno Giacomazzo, Luciano Rezzolla,

Michael Koppitz

Візуалізація цифрової моделі

Nebulous Snapshot from Space

Планетарна туманність М1-92 ще дуже

молода – її вік становить всього 3000

років. Її розмір становить 0,4 світлових

років, a відстань від Землі - 8000

світлових років. Туманність виникла, коли

вмираюча зірка викинула в усіх

напрямках космічного простору велику

кількість газу. Астрономічні туманності

настільки віддалені від Землі, що ми

можемо бачити їх лише з однієї сторони.

Завдяки сучасним обчислювальним

методикам вдається відтворити на

комп’ютері тривимірну структуру

планетарної туманності на основі

звичайних фотографій. Тому дослідники

можуть змоделювати вид на М1-92 з

будь-якої точки Всесвіту.

Max-Planck-Institut für Informatik, Saarbrücken

Marcus Magnor Комп’ютерна тривимірна реконструкція

на основі звичайних фотографій

Turbulent Exchange

На даному зображенні змодельовано

турбулентні потоки при утворенні хмар на

поверхнях водойм, які відіграють важливу

роль у кліматичних процесах.

Темні зони – це відносно теплі ділянки, що

рухаються вгору, холодніші ділянки, розмір

яких часто становить лише міліметри (на

зображенні – світлі), рухаються вниз. У

вузлах цієї мережі виникають невеликі

коловороти, іноді навіть подвійні вирви, що

обертаються в протилежних напрямках. Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg

Juan Pedro Mellado


Warm Patches

Атмосферна турбулентність виникає

внаслідок обмінних процесів між

холодними і теплими потоками повітря.

Наприклад, якщо влітку велике місто

нагрівається більше, ніж прилегла до нього

місцевість, то тепле повітря швидко

піднімається вгору і змішується з масами

більш холодного повітря довкола,

утворюючи при цьому численні великі та

малі вихори. Найцікавіше стає особливо

тоді, коли починають між собою

взаємодіяти теплові маси двох або більше

джерел тепла. Тому що саме тоді зростає

ймовірність того, що вони спричинять

турбулентність в шарах атмосфери цілого

регіону, а також вплинуть на клімат. В

комп’ютерній моделі показана взаємодія

між різними джерелами тепла.

Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg

Chiel van Heerwaarden


Unleashed Magnetic Force

Плазма з температурою в декілька тисяч

градусів піднімається із надр сонця на

поверхню, охолоджується і знову

опускається на глибину. У тих місцях, де

плазму утримують сильні магнітні поля,

утворюються темні сонячні плями. На

краях можна побачити ниткоподібні

структури. В результаті циркуляції плазми

утворюються видовжені структури, які

яскраво світяться і здаються такими, що

обертаються навколо своєї осі. Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung,

Katlenburg-Lindau

Johann Hirzberger

Цифрова фотографія (сонячний телескоп)

Людські сльози змінюють

свій хімічний склад та

структуру в залежності від

емоційного стану.

Як виглядають сльози

людини під електронним

мікроскопом.

Сльози від горя

Базальні

сльози виділяються постійно у

невеликій кількості для

зволоження та захисту очей

від пороху та бактерій

Сльози

від нарізання

цибулі

Сльози від довгої розлуки

Сльози можливості

та надії

Сльози

від сміху

За допомогою поляризованого оптичного мікроскопа Майкл

Девідсон та Лестер Хутт перетворюють різноманітні напої в

образотворче мистецтво. Їх унікальна компанія, «Bevshots»,

спеціалізується на друку мікроскопічних зображень вин, пива,та

інших змішаних напоїв на одяг, (кристалізація напою на

предметне скло та 1000-кратне збільшення).

Алкоголь - отрута,

але як заворожує

Горілка

Горілка з коньяком

Американське світле пиво

Коктейль “black russian”

Коктейль «Кровава мері»

Шампанське

Мартіні

Джин

Віскі

Кофейний лікер

Англійське пиво

Саке

Біле столове вино

Червоне столове вино

Текіла

Кола

Чай з льодом

science art: Міждисциплінарний підхід

Documents