На службе у войны: негласный союз астрофизики и армии - Нил Деграсс Тайсон
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
У каждой полосы излучения свои трудности детектирования. Земная атмосфера прозрачна в видимой части спектра, почему мы и видим Солнце, но для ультрафиолетового излучения она в основном непрозрачна. Облака непрозрачны для видимого света, но почти полностью прозрачны для инфракрасного. Мы не можем видеть сквозь кирпичные стены, а для микроволновых лучей эти стены прозрачны – именно поэтому мы можем разговаривать по сотовому телефону, находясь в помещении. Люди прозрачны для радиоволн. Стекло прозрачно для видимого света. Вы скажете, что кирпичная стенка непрозрачна, но астрофизик спросит: для какой длины волны? Еще астрофизик спросит: какова ее кривая пропускания? То есть какая часть света на данной длине волны проходит через данную среду без поглощения?
Возьмем микроволны, живущие своей довольно низконергетической жизнью в длинноволновой части электромагнитного спектра. Они имеют длину от миллиметра до примерно 30 сантиметров. Всего около половины микроволнового излучения от объекта, расположенного вне земной атмосферы, доходит до находящегося на Земле телескопа. Куда девается другая половина? Поглощается атмосферным водяным паром. Вот потому-то астрофизики, работающие в микроволновом диапазоне, размещают свои наземные телескопы в пустынях, лучше – высокогорных, выше облаков. Одно такое место на нашей планете, где к услугам астрофизиков и очень низкая влажность, и большая высота, – это пустыня Атакама, высокогорное плато в Андских горах на севере Чили. В Атакаме выпадает всего несколько миллиметров дождя в год (во всяком случае, так было до климатических причуд 2015 года, когда здесь случались ливневые паводки и цвели темно-розовые цветы) – это самая сухая пустыня на Земле и к тому же расположенная на такой высоте, что большая часть облаков, а значит, большая часть атмосферной воды остается внизу. Ничего удивительного нет в том, что самый мощный в мире наземный микроволновой телескоп ALMA находится именно здесь.
Если вы построите кривую пропускания микроволн земной атмосферой, вы увидите резкий рост прозрачности – «окно» между длинами волн 18 и 21 сантиметр. На обоих концах этой узкой полосы прозрачности радиоастрономы фиксируют отчетливое излучение атомов вездесущего элемента Вселенной – водорода (Н) и содержащих его молекул гидроксила (ОН). Эту полосу прозвали «водопоем» – на Земле так называют места, где во множестве собираются дикие животные, чтобы вдоволь попить и поваляться в лужах. Можно предполагать, что, если инопланетяне знают о нашем существовании и хотят связаться с нами, им, скорее всего, тоже известно о поглощающих свойствах воды на разных длинах волн. Поэтому, если они и вправду разумны, они могут воспользоваться «дырой» в атмосфере и попытаться войти с нами в контакт именно на этой частоте микроволнового излучения[294].
А теперь поговорим о менее мирных результатах изучения астрофизиками деталей поглощения микроволнового излучения водой. Нельзя ли придумать нелетальное оружие, нацеленное на воду в теле человека? Ведь наши тела в среднем на три пятых состоят из воды. Такое оружие могло бы работать на том же принципе, что и микроволновка.
Что ж, просите, и дано будет вам. Вот американская версия такого устройства: система активного сдерживания (Active Denial/Silent Guardian System) фирмы Raytheon. Как и мирный телескоп ALMA, она действует на миллиметровых волнах, немного более коротких, чем те, что разогревают еду в обычной микроволновке. Последнее обстоятельство ограничивает глубину проникновения волн в человеческое тело: у нас ведь нелетальное оружие, мы не собираемся никого жарить живьем. Скажем, мэр вашего города раздумывает, как ему предотвратить порчу городского имущества во время предстоящих в субботу демонстраций протеста защитников окружающей среды. Он хочет нанести упреждающий удар в войне с этими домашними террористами вроде вашей тети Мелиссы. Он может попросить военных послать одну из боевых машин, оснащенных генераторами миллиметровых волн, на перекресток улиц, на которых предполагаются выступления. Если направить электромагнитные лучи в толпу протестующих, они почувствуют себя так, как если бы кто-то приставил к их коже горячий железный прут, – почувствуют даже сквозь одежду. Чтобы избежать боли, демонстранты быстро и добровольно разойдутся[295].
Есть и другие малогабаритные и на первый взгляд несмертельные виды оружия, средства обеспечения безопасности, гаджеты для управления скоплениями людей, где используются другие невидимые волны, в особенности инфракрасные. В широком спектре силовых мер эти средства относятся к той его части, которая теперь обозначается аббревиатурой MOUT (Military Operations on Urban Terrain): «войсковые операции в городской среде». Это ракеты класса «земля – воздух», системы безопасности в аэропортах, выводящие из строя устройство наведения любой ракеты, нацеленной на самолет, боевые лазеры, неядерные генераторы электромагнитных импульсов, импульсные энергетические реактивные снаряды, лазерные винтовки останавливающего и раздражающего действия (PhaSR). Есть и вспомогательные боевые устройства, вроде приборов ночного видения и очков, усиливающих яркость изображения. Есть, конечно, и настоящее, убивающее электромагнитное оружие, более того, оружие массового уничтожения. Знание, на котором базируются все эти действия и их инструменты, – то самое, что интересует астрофизика; но сами эти инструменты интересуют только тех, кто нападает, или тех, кто защищается от нападения.
___________________Офицер вы или астрофизик, вы не обойдетесь без больших объемов информации. Солдаты используют информацию в реальном времени, тогда как астрофизики чаще запасают ее впрок – иногда на целые годы. То, что наши обсерватории зарегистрировали в процессе наблюдений, мы потом сосредоточенно анализируем в тишине: поэтому сохранение информации становится одной из наших главных забот. Когда-то Галилей мог лишь зарисовывать то, что он видел в свой телескоп. Прорывом XIX века стала фотография: теперь у нас появилась запись того, что иначе доказать было бы невозможно. В XX веке таких прорывов было много: специализированные фотоэмульсии, увеличение чувствительности подогревом пленки, спектральные фильтры, фотоумножители, ПЗС с их пикселами – все это вместе принесло людям огромное количество информации, которая ждет использования, причем многократного использования, изобретательными аналитиками.
Представьте пиктограмму: цифровое изображение прямоугольной формы. А теперь вообразите самый маленький из возможных ее участков. Это Элемент ПИКТограммы: «пиксел». Такова фундаментальная единица регистрации у приборов с зарядовой связью: ПЗС. С этих приемников в 1970-х началось коренное преобразование методов построения изображений, а к началу 1990-х этот подход вытеснил все остальные. Мне случилось быть этому свидетелем: в те годы я оканчивал магистратуру, и влияние этого процесса на мою область исследований невозможно переоценить.
Когда ПЗС подвергается воздействию света – от ближайшего уличного фонаря или от далекой галактики, – каждый из его пикселов накапливает некоторое количество электронов, которое зависит от интенсивности света, падающего на каждый из
