На службе у войны: негласный союз астрофизики и армии - Нил Деграсс Тайсон
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Но не будем забегать вперед.
___________________В 1928 году в трехлетнюю «дочку» AT&T, лабораторию Bell Telephone Laboratories, поступил на работу молодой физик Карл Янский. Ему было поручено изучать наземные радиоисточники, которые могли быть причиной всех этих шипений и тресков – то есть шумов и помех – в радиокоммуникациях. Построив вращающуюся антенну новой конструкции, настроенную на радиоволну 14,6 метра (то есть на частоту 20,5 МГц), Янский провел несколько лет, принимая приемником искомые сигналы, изучая их структуру, и тщательно интерпретируя результаты анализа. В 1932 году он опубликовал предварительное описание своих находок.
Тон работы Янского был скромным и осторожным, его заявления – сдержанными, внимание к фактам – образцовое. В своей статье, касаясь «направления прихода и интенсивности помех на коротких волнах», он указывает на три различимых типа помех: один от местных гроз, другой от далеких, а третий – неотождествленный, «постоянная шипящая помеха неизвестной природы», которая казалась «связанной с Солнцем». В следующей своей работе 1933 года – весь этот год он занимался только изучением этой третьей помехи – Янский заключает, что ее источник лежит намного, намного дальше Солнца. Он должен быть «фиксирован в пространстве», вблизи места, «очень близкого к точке, где прямая, проведенная от Солнца через центр огромной галактики, состоящей из звезд и туманностей, галактики, членом которой является наше Солнце, пересекает небесную сферу». Короче говоря, примерно в сердце Млечного Пути[269].
Каждые 23 часа и 56 минут Земля совершает полный оборот вокруг своей оси относительно звезд. Каждые 23 часа и 56 минут центр Млечного Пути оказывается на небе Земли в одной и той же точке. Каждые 23 часа и 56 минут сигнал от указанной Янским фиксированной точки в пространстве принимается его вертящейся антенной, и мы слышим знаменитое шипение. Отсюда следует неизбежный вывод: эта фиксированная точка в пространстве является центром Млечного Пути. Если бы источником было Солнце, интервал между шипениями составлял бы ровно 24 часа и ни минутой меньше.
Это было рождением радиоастрономии, хотя и концом радиоастрономической карьеры самого Янского. Вместо того чтобы согласиться на его предложение продолжить исследования и построить для этого стофутовую «тарелку», лаборатория Белла – ведь она получила ответ на свои практические вопросы и вовсе не собиралась финансировать фундаментальные исследования – поручила Янскому выполнять другие задания.
К счастью, молодой радиоинженер из штата Иллинойс, Грот Ребер – он оказался «жертвой момента», начав поиски работы как раз в разгар Великой депрессии, – решил двигаться дальше и построил для этого у себя на заднем дворе собственный радиотелескоп. В 1938 году Ребер подтвердил открытие Янского, а затем в полном одиночестве провел следующие пять лет за составлением карт всего радионеба с низким разрешением. Спустя полстолетия Ребер опубликовал написанную очень легким для чтения языком статью «Пьеса “Начало радиоастрономии”», в которой («жертва момента»!) он отмечает, что Янский
проводил свои наблюдения вблизи минимума солнечной активности. Ионосферная дыра на частоте 20,5 МГц была днем и ночью открыта от зенита до горизонта. Если бы он работал на несколько лет раньше или позже, его наблюдения были бы искажены ионосферными эффектами, особенно в дневное время. Янский – пример того, как нужный человек в нужном месте делает нужную работу в нужное время[270].
Для каждой полосы излучения требуется собственный приемник. Никакой телескоп не может работать во всех полосах спектра. Если вы собираете сверхкоротковолновое рентгеновское излучение, ваше зеркало должно быть исключительно гладким, иначе оно будет искажать получающиеся изображения. Но если вы собираете радиоволны, отражательные элементы можно сделать из проволочной сетки, которую вы можете согнуть прямо руками, потому что неоднородности проволоки все равно будут меньше длины радиоволн, которые вы хотите зарегистрировать. Степень гладкости поверхности вашего зеркала должна соответствовать масштабу длин волн, которые вы принимаете. И не забывайте о разрешении: если вы хотите получить достаточно детальное изображение, диаметр вашего зеркала должен быть значительно шире, чем длина волны принимаемого излучения.
Приемники, которые построили Янский и Ребер, были первыми эффективными радиотелескопами. С них началась история регистрации невидимого излучения из космоса. О стеклянных зеркалах в этом случае не могло быть и речи – радиоволны просто прошли бы сквозь них. Рефлекторы радиоизлучения должны были изготовляться из металла.
Стофутовое сооружение Янского немного походило на оросительную установку современной сельскохозяйственной фермы. Антенна представляла собой ряд высоких прямоугольных металлических рамок, укрепленных деревянными крестовинами и смонтированных на передних колесных шасси, найденных на свалке «Фордов-Т». Маленький моторчик каждые 30 минут поворачивал всю эту конструкцию на 360 градусов. В расположенном тут же сарайчике находился приемник, оборудованный автоматическим регистратором температуры, переделанным для записи интенсивности радиосигналов[271].
У Ребера был телескоп другого типа – девятиметровая «тарелка», от которой и произошли следующие поколения радиотелескопов, чаще всего параболических, похожих на половинку яичной скорлупы. Такая «тарелка», по сути, представляет собой зеркало для сбора радиоволн и фокусировки их на приемнике. Главным для Ребера был сам факт регистрации излучения; его устройство оказалось недостаточно большим, чтобы достичь хорошего разрешения. Но в начале 1940-х и простая регистрация невидимого космического явления уже стала огромным шагом вперед.
Вскоре, как легко было предвидеть, начали появляться «тарелки» большего размера и более тщательно изготовленные. Первый на нашей планете настоящий большой радиотелескоп Mark I – 76-метровая поворачивающаяся стальная тарелка – увидел «первый свет» летом 1957 года и до сих пор работает в обсерватории Джодрелл-Бэнк на северо-западе Англии. Более современные радиотелескопы не просто большие – колоссальные. Например, гигантская естественная карстовая воронка на северном побережье Пуэрто-Рико превращена в 305-метровую неподвижную параболическую антенну обсерватории Аресибо. Это впечатляющее сооружение, строительство которого завершено в 1963 году, до 1969 года находилось в ведении Министерства обороны США. В сентябре 2017 года ураган «Мария», которому присвоена пятая, высшая категория по шкале Саффира – Симпсона[272], сильно повредил его, но не смог разрушить.
Изначально финансирование антенны в Аресибо велось в рамках программы противоракетной обороны Project Defender, выполнявшейся Управлением перспективных исследований Министерства обороны США. Эта программа, предшествовавшая Стратегической оборонной инициативе, возникла в результате опасений США, что эффект оборонительных действий против межконтинентальной баллистической атаки может быть сведен на нет дезинформационными и отвлекающими маневрами противника. Предполагалось, что радиотелескоп в Аресибо сможет отличить «радиоэхо», вызванное настоящими боеголовками при прохождении сквозь ионосферу, от наведенных «обманок» и благодаря этому можно будет уничтожить приближающиеся ракеты. И, кстати, иногда телескоп можно будет использовать и для астрофизических наблюдений.
Форма поверхности
