Почему некоторые мельчайшие частицы в воздухе представляют для нашего здоровья большую угрозу, чем другие?
Ответ на этот вопрос, терзавший ученых более ста лет, наконец найден.
Исследователи сумели преодолеть ключевое ограничение, которое мешало точно предсказывать движение в атмосфере не сферических наночастиц — сажи, вирусов или микропластика.
Их открытие переосмысливает классическую физическую формулу, открывая новую главу в изучении загрязнения воздуха, климата и даже путей распространения болезней.
Долгое время наука была вынуждена рассматривать все микрочастицы как идеальные шарики. Такое упрощение диктовалось математической сложностью описания их реального поведения.
Однако частицы сажи, пыльцы, промышленных выбросов или вирусные агенты имеют самую причудливую и далекую от сферы форму. Их неправильная конфигурация кардинально меняет то, как они парят, переносятся потоками и в итоге оседают в наших легких. Теперь, благодаря новейшему иселедованию, появился универсальный инструмент для расчета их траектории.
Прорыв стал возможен благодаря возвращению к истокам. Ученые взяли за основу поправочный фактор Каннингема, впервые предложенный еще в 1910 году для учета сопротивления воздуха при движении мельчайших объектов.
В двадцатых годах прошлого века нобелевский лауреат Роберт Милликен доработал эту модель, но в процессе одно из наиболее общих решений осталось без внимания.
Последующие поколения исследователей использовали версию, применимую лишь к сферическим частицам. Профессор Локерби восстановил первоначальную, более гибкую концепцию Каннингема, преобразовав ее в так называемый корректирующий тензор. Этот математический аппарат позволяет учесть сопротивление, действующее на объект любой формы — будь то тонкий диск, вытянутая нить или сложный агрегат.
Значение этого открытия трудно переоценить. Каждый день мы вдыхаем миллионы невидимых частиц, многие из которых способны проникать глубоко в дыхательную систему и даже в кровоток.
Их связь с развитием респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний, инсультов и онкологических процессов не вызывает сомнений.
Новая модель впервые дает возможность с высокой точностью смоделировать, как именно эти опасные «странники» перемещаются в городской атмосфере, как далеко может унести дым от лесных пожаров или вулканический пепел. Это кардинально улучшит системы мониторинга качества воздуха и оценки рисков для здоровья населения.
Сфера применения открытия выходит далеко за рамки экологии. Оно найдет применение в нанотехнологиях при проектировании новых материалов, в фармацевтике для создания систем доставки лекарств и, конечно, в климатологии для учета роли аэрозолей в формировании погоды.
Для дальнейших исследований уже создана специальная лаборатория с современной системой генерации аэрозолей.
Она позволит в контролируемых условиях проверить и отточить новую теорию, наблюдая за поведением частиц самой разной формы.
Это оборудование поможет превратить теоретический прорыв в практические инструменты для защиты окружающей среды и здоровья людей.
Таким образом, разгадка столетней тайны не только закрывает важный пробел в фундаментальной науке, но и дает в руки человечества ключ к решению одних из самых насущных проблем современности.